【正文】 波振蕩電路 如圖 所示。 但一般的 LC 振蕩電路，其 Q值只可達數(shù)百， 在要求頻率穩(wěn)定度高的場合，往往采用石英晶體振蕩電路。串聯(lián)揩振頻率用 fs 表示，石英晶體對于串聯(lián)揩振頻率 fs 呈純阻性，（ 2）當頻率高于 fs 時 L、 C、 R支路呈感性，可與電容 C。改變 R,R2,C 的值可得到任意頻率的時鐘脈沖。其一，時鐘信號與原碼的信號起始位置不同。例如，消除了 NRZ碼的直流成分，具有時鐘恢復(fù)和更好的抗干擾性能，這使它更適合于信道傳輸。曼徹斯特編碼是申行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重耍的編碼方式。 曼徹斯特碼的應(yīng)用范圍 曼徹斯特編碼已經(jīng)被許多高效率且被廣泛使用的電信標準所采用，例如以太網(wǎng)電訊標準 . 曼徹斯特編碼是一種超越傳統(tǒng)數(shù)字傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)，由于其具有隱含時鐘、去除了零頻率信號的特性使得它在石油勘探測井中也得到廣泛的應(yīng)用。 圖 二進制碼與曼徹斯特碼波形 曼徹斯特碼原理 用于數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型種類較多， Manchester碼是其中常用的一種 。 由于曼徹 斯特碼有如此多的優(yōu)點，所以在現(xiàn)代通信中得到了廣泛的應(yīng)用。 曼徹斯特編碼 因此被認為是一種自定時碼。 I 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目 曼徹斯特編解碼電路設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。自定時意味著數(shù)據(jù)流的精確同步是可行的。 本課題設(shè)計了一種利用曼徹斯 特編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。Manchester碼是一種用跳變沿（而非電平）來表示要傳輸?shù)亩M制信息（ 0或 1），一般規(guī)定在位元中間用下跳變表示“ 1”，用 上跳變表示“ 0” . 曼徹斯特編碼被被認為是一種自定時碼自定時意味著數(shù)據(jù)流的精確同步是可行的。 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第二章 曼徹斯特碼原理及其編碼規(guī)則 在 1949 年第一次提出了的曼徹斯特編碼方 案，是一個被應(yīng)用在物理層的同步時鐘編碼技術(shù)用來將時鐘和數(shù)據(jù)編碼統(tǒng)一在一個同步比特數(shù)據(jù)流中。曼徹斯特編碼最大的優(yōu)點是 :數(shù)據(jù)和同步時鐘統(tǒng)一編碼，曼碼中含有豐富的時鐘信號，直流分量基本為零，接收器能夠較容易恢復(fù)同步時鐘，并同步解調(diào)出數(shù)據(jù)，具有很好的抗干擾性能，這使它更適合于信道傳輸。 但曼徹斯特碼的時序比較復(fù)雜，實現(xiàn)編解碼器和單片機的接口需要添加大量的邏輯電路，給電路設(shè)計和調(diào)試帶來很多困難。如果按照上面的思路編碼，就會在編碼時出現(xiàn)錯誤情況。由于電容 C 的充放電時間常數(shù)不相等。發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)頻率用 fd 表示。它的頻率穩(wěn)定度可高達 109甚至 1011。 綜合以上因素 本次設(shè)計 時鐘源選用 并聯(lián)型 石英晶體正弦波振蕩電路 如圖 所示 電路完全可以滿足系統(tǒng)在頻率穩(wěn)定度以及精確度等各項要求 。 數(shù)字通信系統(tǒng)雖然優(yōu)點眾多，但是仍然有其固有的缺點，主要體現(xiàn)在同步和誤碼上面。為了獲得位同步信號，就應(yīng)在基曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第三章 曼徹斯特編解碼方案 帶信號中插入位同步導(dǎo)頻信號，或者對該基帶信號進行某種變換。表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線，稱為傳輸特性。 圖 微分電路波形圖 圖 示波器波形 當?shù)谝粋€方波電壓加在微分電路的兩端（輸入端）時，電容 C 上的電壓開始因充電而增加。在負載上產(chǎn)生一個極性為上正下負的輸出電壓。能完成上述要求的窄帶濾波器，有：機械濾波器（包括音叉濾波器、音片濾波器、棒狀或圓片狀濾波器），陶瓷濾波器和晶體濾波器。在設(shè)計濾波器時 ，我們可以根據(jù)要求。 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第三章 曼徹斯特編解碼方案 眾所周知，一塊單晶體諧振器具有等效電感 mL 、等效電容 mC 、等效損耗電阻 mr 、和結(jié)構(gòu)電容 oC 。 在 v2的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二極管 D2流向 RL，再由二極管 D4流回變壓器，所以 D D3反偏截 止， D D4正向?qū)?。電流?jīng)過微分電 路（ R、 C）的規(guī)律可用下面的公式來表達（參考右圖）： ? ? t CRi V R e?? i充電電流（ A）； v輸入信號電壓（ V）； R電路電阻值（歐姆）； 圖 微分電路 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第三章 曼徹斯特編解碼方案 C電路電容值（ F）； e自然對數(shù)常數(shù)（ ）； t信號電壓作用時間（秒）； CRR、 C 常數(shù)（ R*C） 由此我們可以看出輸出部分即電阻上的電壓為 i*R，結(jié)合上面的計算，我們可以得出輸出電壓曲線計算公式為（其曲線見下圖）： /t CRiR V e???? ?? 圖 輸出電壓曲線圖 全波整流電路 在微分電路之后，由于檢測出來的 曼徹斯特碼跳變沿具有上下兩個方向，得到的尖鋒脈沖也同樣 如此，不 能直接濾波提取位同步信號，因此需要一個 全波整流電路將微分電路輸出的尖鋒脈沖 統(tǒng)一為一個極性，然后送入窄帶濾波電路即可提取出位同步信號。 常用的電壓比較器有過零比較器、具有滯回特性的過零比較器、雙限比較器（又稱窗口比較器）等。還有一種方式，將基帶信號通過線路編碼的 方式，使其包含定時信號。數(shù)字通信系統(tǒng)中，有異步通信系統(tǒng)和同步通信系統(tǒng)。如下圖所示： 晶振872U ? AU A 9 63 7 AC L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4C L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4I 0 A6I 1 A51 2A41 3A3EA1ZA7I 0 B10I 1 B11I 2 B12I 2 C13EB15ZB9S014S127 4L S 1 53C2C1 C31 00 0 P F2 0P F5 P F編 碼 輸 入+ 5V曼 碼 輸 出編 碼 電 路晶 振 定 時I C 1 I C 2I C 3占 空 比 調(diào) 整I C 4同 步編 碼+ 5V曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第三章 曼徹斯特編解碼方案 圖 占空比調(diào)整電路 編碼電路 曼徹斯特碼在時鐘的前半周期和原碼相同，后半周期和原碼相反。 石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體，它是硅石的一種 ，其化學(xué)成分是二氧化硅 。如常用普通晶振標稱頻率有： 48kHz、 500 kHz、 kHz、 1MHz～ MHz等，對于特殊要示，石英晶體對 于串聯(lián)揩振頻率 fs呈純阻性，（ 2）當頻率高于 fs時 L、 C、 R支路呈感性，可與電容 C。 然而， 555定時器作為時鐘源時，它的時鐘穩(wěn)定性不夠高，一 般只有三個數(shù)量級，而此處設(shè)計的曼徹斯特編解碼電路設(shè)計速率為 100KBps，誤碼率要求 。在通信系統(tǒng)中，時鐘和信號往往是由電路的不同部分產(chǎn)生的，起始時刻不同也是很正常的。 CPLD（ Complex Programmable Logic Devices）具有用戶可 編程 、時序可預(yù)測、速度高和容易使用等優(yōu)點，這幾年得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 曼徹斯特編碼被使用作一個以太網(wǎng)局域網(wǎng)的物理層 ,對于一個以太網(wǎng)局域網(wǎng)用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，額外的帶寬不是重要的問題。這些要傳送的數(shù)據(jù)比特被轉(zhuǎn)換成一個略微不同格式 ,比起直接用二進制碼 (. NRZ)來有許多的優(yōu)勢。 曼徹斯特編碼提供了一種簡單的方法在長時間段內(nèi)沒有電平跳變的情況下， 仍然能夠?qū)θ我獾亩M制序列進行編碼，并且防止在這種情況下同步時鐘信號的丟失以及防止低通模擬電路中低頻直流飄移所引起的比特錯誤。 項目研究內(nèi)容和任務(wù) 本項目主要研究曼徹斯特碼編碼器的硬件設(shè)計和實現(xiàn)。曼徹斯特編碼已經(jīng)被許多高效率且被廣泛使用的電信標準所采用，例如以太網(wǎng)電訊標準 . 曼徹斯特編碼是一種超越傳統(tǒng)數(shù)字傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)，由于其具有隱含時鐘、去除了零頻率信號的特性使得它在石油勘探測井中得到廣泛的應(yīng)用。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示 了謝意。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制， 部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。但每一個碼元都被調(diào)成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的 1/2。每一個比特都準確的在一預(yù)先定義時間時期的時間中被傳送。 曼徹斯特碼所要考慮的一件事就 是發(fā)射機與接收機的同步問題，初看起來它可能是半比特周期的錯誤將導(dǎo)致接收機終端得到相反的輸出，但是進一步考慮表明了典型數(shù)據(jù)在這個情況下將導(dǎo)致違例碼。這就是作為電平頻繁跳變的代價，對于一個 10 Mbps 局域網(wǎng) ,信號頻譜值在 5 和 20 MHz 之間。曼徹斯特編碼串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重要的編碼方式。因此要用一個數(shù)據(jù)選擇器，在時鐘信號為高電平時，選擇原碼作為曼徹斯特編碼的信號，而時鐘信號 為低電平時， 選擇原碼的反碼作為曼徹斯特編碼信號即可。時鐘信號 產(chǎn)生很多時候多是采用集成電路定時器 555 產(chǎn)生 ， 作定時器時，定時時間長。它的諧振頻率與晶片的切割方 式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。 影響 LC振蕩電路振蕩頻率無的因素主要是 LC 并聯(lián)諧振回路的 Q值，可以證明，Q值愈大，頻率穩(wěn)定度愈高。 因此，利用石英晶體的頻率特性可構(gòu)成兩種不同 類型的頻率高度穩(wěn)定的正弦波振蕩電路： 當石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振時，它呈純阻性，相移是 0。 4. 易于加密 。所提取的位同步信息是頻率等于碼速率的定時脈沖，相位則根據(jù)判決時信號波形決定，可能在碼元中間，也可能在碼元中止時刻或其他時刻。 下圖所示為一最簡單的電壓比較器， UR為參考電壓，加在運放的同相輸入端，輸入電壓 ui加在反相輸入端。 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第三章 曼徹斯特編解碼方案 圖 。 路的工作原理可分析如下。 圖 橋式整流電路的工作波形圖 窄帶濾波電路 為了從尖鋒脈沖中提取同步時鐘信號，需要一個帶寬非常窄的濾波電路進行濾波， 顯然一般的帶通濾波器并不能滿足要求。在串有晶體的選擇放大器中，晶體諧振器的有效 ? 值為。這種串聯(lián)晶體的選擇放大器叫做有源晶體濾波器，然而它的阻帶衰減特性差。 綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向?qū)щ娦?，將四個二極管分為兩組，根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓 e2a 、 e2b ，構(gòu)成 e2a 、 D Rfz與 e2b 、 D2 、 Rfz ，兩個通電回路。當 Ui＞ 0時，輸出 UO＝ (UZ+UD)，當Ui＜ 0時， UO＝ +(UZ+UD)。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時鐘脈沖，接收端按照這一時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同步。另外，發(fā)送的數(shù)字信號序列常常是編組的，收端必須知道這些編組的頭尾，否則無法恢復(fù)原始信息。 解碼電路 解碼電路中，由于 同步時鐘信號已經(jīng)有專門的模塊電路恢復(fù)出來，因此直接利用，解碼電路模塊 所需要 做 的只是在 時鐘信號為高電平（前半時鐘周期）時，直接晶振872U ? AU A 9 63 7 AC L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4C L K3D2SD4CD1Q5Q6U ? A7 4L S 7 4I 0 A6I 1 A51 2A41 3A3EA1ZA7I 0 B10I 1 B11I 2 B12I 2 C13EB15ZB9S014S127 4L S 1 53C2C1 C31 00 0 P F2 0P F5 P F編 碼 輸