曼彻斯特码编解码的fpga设计与实现

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1、武汉理工大学毕业设计（论文）武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1目的和意义：曼彻斯特编码是一种自同步的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示"0"或"1"，有跳变为"0"，无跳变为"1"。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和

2、0，即用正的电压跳变表示0，用负的电压跳变表示1。因此，这种编码也称为相应编码。由于跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟。由于技术的发展，现代通信体现出了越来越高的要求：1.能有效实现各子系统之间的数据传输，且满足特定的通信特性;2.通信子系统相对独立地工作，对应用软件尽可能透明，且占用主机的时间尽可能少；3.通信系统灵活，易于修改；4.通信子系统具有较强的抗干扰能力。在数据通信领域，开发一个数据通信系统，选择一种好的数据编码方式是非常重要的，关系到整个系统的可行性、稳定

3、性、通信质量以及以后系统的工作效率等方面。如何实现开发出更高可行性、可靠性及稳定性的通信系统，这正是研究曼彻斯特码的目的和意义所在。1.2研究现状曼彻斯特码采用跳变沿来表示0或1，与二进制码相比，具有如下优点：1.波形在每一位元中间都有跳变，因此具有丰富的定时信息，便于接收端提取定时信号。若采用二进制传输，当出现连续的0或1时，则无法区分两位元之间的边界；2.由于曼彻斯特码在每一位元中都有电平的转变，因此，传输时无直流分量，可降低系统的功耗。而对于二进制波形，当出现连续的1时，将有直流分量的产生；武汉

4、理工大学毕业设计（论文）3.曼彻斯特码传输方式非常适合于多路数据的快速切换。所以曼彻斯特码在许多领域得到广泛的应用，如电信业，工业控制，车辆总线，石油勘测探井等。1.2.1在电信业的应用在电信领域，曼彻斯特码是一种数据通讯线性码，它的每一个数据比特都是由至少一次电压转换的形式所表示的，曼彻斯特编码因此被认为是一种自定时码。自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。曼彻斯特编码已经被许多高效率且被广泛使用的电信标准所采用。曼彻斯特码的一个最常见的使用是在

5、Xerox、DEC和Intel公司共同开发的“以太”本地数据传输网络（Ethernet）中采用数字双向码作为线路传输码型。以太网的数据传输，IEEE802.3规定必须用曼彻斯特编码进行。1.2.2在工业控制中的应用在工业现场控制网络中，曼彻斯特码由于编码方式简单易行、无直流分量，且含有丰富的时钟信息，常被用作高速基带数据传输。曼彻斯特编码已经广泛应用在数控测井和无线监控等领域。1.2.3在车辆总线中的应用随着嵌入式微机控制技术和现场总线技术的飞速发展，线代列车的运转过程控制已从过去的集中数字控制系统发

6、展成为先进的基于网络的分布式控制系统。基于分布式控制系统的MV（多功能车辆控制总线）是IEC61375-1(1999)TCN（列车数据通信网络国际标准）的推荐方案，它与WTB（绞线式列车控制总线）构成的列车总线具有可靠性高、实时性强的特点。而其数据传输过程就是采用的曼彻斯特码进行编解码。1.2.4在石油勘测探井中的应用在油田测井中，井下仪在井下采集大量信息，并传送给地面测井系统；但井下仪到地面这段信道的传输性能并不好，常用的NRZ码不适合在这样的信道里传输，而且NRZ码含有丰富的直流分量,容易引起滚筒

7、的磁化，因而选用了另外一种编码--曼彻斯特码。曼彻斯特编码是串行数据传输的一种重要的编码方式和最常用的NRZ码相比，曼彻斯特码具有很多优点。例如：消除了NRZ码的直流成分，具有时钟恢复和更好的抗干扰性能，这使它更适合于信道传输。目前，在实际的工程测井中，常采用曼彻斯特编译码器（6408、6904）把测井数据转换为曼彻斯特码及把曼彻斯特码解码为数据。武汉理工大学毕业设计（论文）2、基本内容和技术方案2.1基本内容在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一个跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号。从高到低跳

8、变表示“0”，从低到高跳变表示“1”。从曼彻斯特码的特点可以看出曼彻斯特码是一种自同步码源，且没有直流分量，因此抗干扰能力强。但其缺点是编码后每一个码元都被调成2个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2，曼彻斯特信号编码所要求的带宽相比异步通讯要高一倍，并且其频谱也更宽。本项目主要研究曼彻斯特码编码器的硬件设计和实现。为了能顺利完成曼彻斯特码的编解码任务，实现数据传输它应该包括这样几个部分：编码电路，解码电路，以及同步信号提取电路。2.2技术方案曼彻