【正文】 10 曼徹斯特編碼原理 曼徹斯特編碼 ， 也叫做相位編碼 (PE)，是一個(gè)同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，被物理層使用來編碼一個(gè)同步位流的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。 狀態(tài)字只能由 RT 發(fā)出，它的內(nèi)容代表 RT 對 BC 發(fā)出的有效命令的反饋。每條消息最長由 32個(gè)字組成，所有的字分為三類 :命令字、數(shù)據(jù)字和狀態(tài)字。美國政府軍事部門經(jīng)過三年的修訂，于 1973年 8月公布了 MILSTD1553，這個(gè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)使用者就是 F16戰(zhàn)斗機(jī)。功能仿真驗(yàn)證電路功能是否符合設(shè)計(jì)要求；時(shí)序仿真包含了延時(shí)信息，能較好反映芯片的工作情況。當(dāng)然在一些實(shí)力較為雄厚的單位，它也被用來設(shè)計(jì) ASIC。 此后 VHDL 在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的認(rèn)可，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)的 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 5 硬件描述語言。這種設(shè)計(jì)方法首先從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在圖表級進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)級進(jìn)行驗(yàn)證。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。 FPGA 的基本特點(diǎn)主要有 ： 用 FPGA 設(shè)計(jì) ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。將通過實(shí)例具體介紹基于 Quartus II 的 VHDL 文本輸入流 程，包括設(shè)計(jì)的輸入、綜合、適配、仿真測試和編程下載等。技術(shù)上采 用 FPGA 作為硬件平臺，為了使 FPGA 器件能順利完成曼碼的編碼任務(wù)，它應(yīng)該包括這樣幾個(gè)部分： 并串轉(zhuǎn)換器的主要工作是將 16位由前端輸入的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曼徹斯特能夠編碼的串行數(shù)據(jù)。但是，由于該標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)為歐美公司所壟斷。本次論文的設(shè)計(jì)主要著重于該協(xié)議總線接口內(nèi)部的曼徹斯特碼編碼器，作為總線接口的重要組成部分，曼徹斯特編碼器擔(dān)負(fù)著碼型編寫、奇偶校驗(yàn)等重要任務(wù)，使數(shù)據(jù)能夠以 1553B 所定義的標(biāo)準(zhǔn)形式在數(shù)據(jù)總線中進(jìn)行傳輸。我國政府高度重視航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展， “十二五”期間將進(jìn)一步加大政府支持力度，促進(jìn)航空航天產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。 Ⅳ 、主 要參考資料： [1].徐志軍 .EDA 技術(shù)與 VHDL 設(shè)計(jì) [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ， 20xx. [2].潘松 ， 趙敏 .EDA 技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京 :科學(xué)出版社 ， 20xx. [3].李洪偉等 .基于 Quartus II 的 FPGA/CPLD 設(shè)計(jì) [M].北京 :電子工業(yè)出版社 ， 20xx. [4].楊凱 . MILSTD1553B 總線曼徹斯特碼編碼器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].四川大學(xué) ， 20xx. [5].唐劍， 王勇 . MILSTD1553B 總線曼徹斯特碼編碼器的 CPLD 實(shí)現(xiàn) [J].技術(shù)與市場， 20xx， 2. [6].石紅梅，劉泳 . 采用 FPGA 實(shí)現(xiàn) 1553B 總線接口專用芯片設(shè)計(jì) [C]. 第十三屆全國 遙測遙控技術(shù)年會(huì)論文， 20xx. [7].解傳軍，王海濱 . 基于 FPGA 的航空總線協(xié)議接口設(shè)計(jì) [J]. 電子設(shè)計(jì)工程， 20xx， 5. [8].鄭友泉 .現(xiàn)場可編程門陣列 [J].世界電子元器件， 20xx， 10. 信息工程 系 電子信息工程 專業(yè)類 0782052 班 學(xué)生（簽名）： 填寫日期： 20xx 年 11 月 20 日 指導(dǎo)教師（簽名）： 助理指導(dǎo)教師 (并指出所負(fù)責(zé)的部分 )： 系主任（簽名）： 附注 :任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書首頁。 1553B總線曼徹斯 特碼編碼器的主要功能就是把來自外部的并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 1553B總線上傳輸 的 串行信息，并且對這些串行數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特碼編碼，再加上同步頭和奇偶效驗(yàn)位， 使之成為能夠以 1553B總線協(xié)議所要求的格式在總線中進(jìn)行傳輸。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本研究提供 過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 第 15 周 第 17 周 :歸總系統(tǒng)文檔，撰寫畢業(yè)論文。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。其次是對其系統(tǒng)組成的介紹 ， 本次設(shè)計(jì)主要包括兩大部分，并串轉(zhuǎn)換器、曼徹斯特編碼器。 MILSTD1553B 是目前廣泛適用于航空電子領(lǐng)域的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它具有傳輸穩(wěn)定、抗干擾、負(fù)荷輕、速率高等優(yōu)點(diǎn)。曼徹斯特碼編碼器是 1553B 總線接口中最為重要的器件之一，它直接關(guān)系到總線數(shù)據(jù)能否嚴(yán)格按照 MILSID1553B 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議來進(jìn)行傳輸，是其三種類型字傳遞的門戶端口器件。 QuartusⅡ 借助 EDA 工具中的編譯器、綜合器、適配器、時(shí)序仿真器和編程器等工具進(jìn)行相應(yīng)的處理，才能使已完成的設(shè)計(jì)在 FPGA 上進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)并得到測試結(jié)果。這些可編輯元件可以被用來實(shí)現(xiàn)一些基本的邏輯門 電路 （比如 AND、 OR、 XOR、 NOT）或者更復(fù)雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學(xué)方程式。 PI IOB 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 4 可以說， FPGA 芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 這樣，同一片 FPGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。 VHDL全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language，誕生于 1982 年。它在 80 年代的后期出現(xiàn)。 ●綜合 將原理圖、 HDL 語言等設(shè)計(jì)輸入翻譯成由基本電路邏輯單元組成的連接網(wǎng)表，供布局布線器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。仿真的一般步驟如下： ● 新建波形編輯文件； ● 設(shè)置 仿真時(shí)間區(qū)域； ● 保存文件； 建立項(xiàng)目文件 建立設(shè)計(jì)文件 選芯片，映射管腳 編譯下載 文本輸入 原理圖輸入 軟件仿真 編譯綜合 實(shí)驗(yàn)成功 有錯(cuò) 有錯(cuò) 有錯(cuò) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 7 ● 導(dǎo)入欲觀察的信號節(jié)點(diǎn)； ● 編輯激勵(lì)信號； ● 設(shè)置數(shù)據(jù)格式； ● 設(shè)置仿真器參數(shù)； ● 啟動(dòng)仿真和觀察仿真結(jié)果。 現(xiàn)在的 MILSTD1553B 在軍用航空電子系統(tǒng)中應(yīng)用范圍非常廣泛，比如衛(wèi)星通信系統(tǒng)、國際空間站的空間地址探尋、大規(guī)模交通控制、航空燃料補(bǔ)給等等，甚至包括在了一系列的 發(fā)射器和服務(wù)器中，比如飛行器和發(fā)射器的基本接口。 1553B 總線曼徹斯特碼編碼器的主要功能就是把來自外部的并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 1553B 總線上傳輸?shù)拇行畔ⅲ⑶覍@些串行數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特碼編碼，再加上同步頭和奇偶校驗(yàn)碼，使之成為能夠以 1553B 總線協(xié)議所要求的格式在總線中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。消息是構(gòu)成 1553B總線通訊的基本單位，如果需要完成一定的功能，就要將多個(gè)消息組織起來，形成一個(gè)新的結(jié)構(gòu)叫做幀 (Frame)。 因而 這樣 防止 時(shí)鐘同步 的丟失，或來自低頻率位移在貧乏補(bǔ)償?shù)哪M鏈接位錯(cuò)誤。 3. 對串行數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特碼編碼，再加上同步頭和奇偶效驗(yàn)位。 圖 系統(tǒng)原理框圖 FPGA 系統(tǒng) 并串轉(zhuǎn)換模 塊 曼徹斯特編 碼 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 13 是 否 是 否 是 是 5 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 并串轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì) 串并轉(zhuǎn)換主要工作是將 16位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曼徹斯特能夠編碼的串行數(shù)據(jù)。 entity p_to_s is port(sl,clkl:in std_logic。139。 end if。139。曼徹斯特編碼器的代碼如下： LIBRARY IEEE。 基準(zhǔn)時(shí)鐘信號 ss : in std_logic。 Signal in_counter: std_logic。 in_counter=39。 各信號初始化 elsif(clk39。139。 else tem_register(5)=39。039。139。 對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼 end if。 odd_bit =39。 end behave。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 21 圖 并串轉(zhuǎn)換 VHDL 代碼輸入 在輸入完代碼以后，就保存當(dāng)前文件，點(diǎn)保存快捷方式，命名為 p_to_s文件名。如下圖 所示。創(chuàng)建完網(wǎng)表文件之后就可以點(diǎn)擊 start按鈕。從圖中 q 端的結(jié)果可以讀出 q的輸出信號為 1101001110100110，所以并串轉(zhuǎn)換器滿足并串轉(zhuǎn)換的要求。 圖 曼徹斯特編碼仿真結(jié)果 圖 曼徹斯特編碼結(jié)果分析 從圖 中的結(jié)果可以看出一個(gè)字的長度為 20 位， date_in 的兩個(gè)時(shí)鐘周期電平為一個(gè)數(shù)據(jù)比特，從電平中可以看出輸入為 1101001110100110。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 并串轉(zhuǎn)換器封裝創(chuàng)建結(jié)果 然后再新建原理圖文件。首先點(diǎn)擊 quartusⅡ 中的project navigator 框中的 文件圖標(biāo)，再點(diǎn)右鍵選擇 set as toplevel entity，再按編譯按鈕。 圖 系統(tǒng)仿真結(jié)果 在點(diǎn)擊上圖的 report按鈕之后就會(huì)彈出系統(tǒng)的總體仿真結(jié)果。 從上面分析可以看出設(shè)計(jì)出曼徹斯特編碼器滿足曼徹斯特編碼的要求。在接下來的工作中，我們還可以運(yùn)用類似的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行曼碼解碼器的開發(fā)，使之成為完整的 1553B 協(xié)議曼徹斯特編 /解碼體系結(jié)構(gòu)。滿足了課題規(guī)定中的任務(wù)書的要求。 圖 系統(tǒng)輸出結(jié)果分析圖 從上圖 中的結(jié)果可以看出一個(gè)字的長度為 20 位， date_in 的兩個(gè)時(shí)鐘周期電平為一個(gè)數(shù)據(jù)比特，在 datain 中有十六位數(shù)據(jù)線。波形文件的結(jié)果如圖 所示。 在原理框圖文件的空白處，雙擊鼠標(biāo)左鍵，在彈出的 Symbol對話框中選擇Project→ encode模塊 ,如圖 所示。而后面的 16 位數(shù)據(jù)位為 1101001110100110。選擇 File→ New命令或是單擊新建圖標(biāo)，在彈出的 New對話框中選擇 VHDL File選項(xiàng)，單擊 OK按鈕，如代碼輸入后如圖 所示。結(jié)果如圖 所示。 圖 添加端口對話框 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 20xx 屆學(xué)士學(xué)位論文 24