Převodníky kódování sériové linky DIY: 15 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Sériová datová komunikace se stala všudypřítomnou v mnoha průmyslových aplikacích a existuje několik přístupů k návrhu jakéhokoli rozhraní pro sériovou datovou komunikaci. Je vhodné použít jeden ze standardních protokolů, tj. UART, I2C nebo SPI. Kromě toho existuje několik dalších protokolů pro specializovanější aplikace, jako jsou CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet nebo MIPI. Další možností zpracování sériových dat je použití přizpůsobených protokolů. Tyto protokoly jsou obvykle založeny na linkových kódech. Nejběžnějšími typy kódování řádků jsou NRZ, Manchester kód, AMI atd. [Dekódování konfigurovatelných protokolů signálů kódovaných v Manchesteru a NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Mezi příklady specializovaných sériových protokolů patří DALI pro řízení osvětlení budov a PSI5, který se používá k připojení senzorů k ovladačům v automobilových aplikacích. Oba tyto příklady jsou založeny na kódování Manchester. Podobně se protokol SENT používá pro propojení automobilových senzorů a ovladačů a sběrnice CAN běžně používaná k umožnění komunikace mezi mikrokontroléry a jinými zařízeními v automobilových aplikacích je založena na kódování NRZ. Kromě toho bylo a je navrhováno mnoho dalších složitých a specializovaných protokolů pomocí schémat Manchester a NRZ.

Každý z řádkových kódů má své vlastní přednosti. Například v procesu přenosu binárního signálu po kabelu může dojít ke zkreslení, které lze výrazně zmírnit použitím kódu AMI [Petrova, Pesha D. a Boyan D. Karapenev. "Syntéza a simulace převaděčů binárních kódů." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6. mezinárodní konference o. Sv. 2. IEEE, 2003]. Kromě toho je šířka pásma signálu AMI nižší než ekvivalentní formát RZ. Stejně tak kód Manchesteru nemá některé nedostatky, které jsou vlastní kódu NRZ. Například použití manchesterského kódu na sériové lince odstraní DC komponenty, zajistí obnovu hodin a poskytne poměrně vysokou úroveň odolnosti proti rušení [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Užitečnost převodu standardních řádkových kódů je tedy zřejmá. V mnoha aplikacích, kde se přímo nebo nepřímo používají řádkové kódy, je převod binárního kódu nezbytný.

V tomto Instructable představujeme, jak realizovat převodníky víceřádkového kódování pomocí levného Dialog SLG46537 CMIC.

Níže jsme popsali potřebné kroky, abychom porozuměli tomu, jak byl čip GreenPAK naprogramován k vytváření převodníků kódování sériové linky. Pokud však chcete získat pouze výsledek programování, stáhněte si software GreenPAK a zobrazte již dokončený soubor návrhu GreenPAK. Připojte vývojovou sadu GreenPAK k počítači a spusťte program a vytvořte vlastní IC pro převodníky kódování sériové linky.

Krok 1: Návrhy konverzí

V tomto Instructable je uveden návrh následujících převaděčů řádkových kódů:

● NRZ (L) na RZ

Převod z NRZ (L) na RZ je jednoduchý a lze jej dosáhnout použitím jediné brány AND. Obrázek 1 ukazuje návrh této konverze.

● NRZ (L) na RB

Pro převod NRZ (L) na RB musíme dosáhnout tří logických úrovní (-1, 0, +1). Za tímto účelem používáme 4066 (čtyřstranný analogový přepínač) k zajištění bipolárního přepínání z 5 V, 0 V a -5 V. Digitální logika se používá k ovládání přepínání tří logických úrovní výběrem 4066 aktivačních vstupů 1E, 2E a 3E [Petrova, Pesha D. a Boyan D. Karapenev. "Syntéza a simulace převaděčů binárních kódů." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6. mezinárodní konference o. Sv. 2. IEEE, 2003].

Logické řízení je implementováno následovně:

Q1 = Signal & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

Celkové schéma převodu je znázorněno na obrázku 2.

● NRZ (L) na AMI

Konverze NRZ (L) na AMI také využívá 4066 IC, protože kód AMI má 3 logické úrovně. Schéma logické kontroly je shrnuto v tabulce 1, která odpovídá celkovému schématu převodu znázorněnému na obrázku 3.

Logické schéma lze zapsat následujícím způsobem:

Q1 = (Signál & Clk) & Q

Q2 = (Signal & Clk) '

Q3 = (Signál & Clk) & Q '

Kde Q je výstup D-Flip flopu s následujícím přechodovým vztahem:

Qnext = Signál & Qprev ' + Signál' & Qprev

● AMI až RZ

Pro převod AMI na RZ se používají dvě diody k rozdělení vstupního signálu na pozitivní a negativní část. K invertování oddělené záporné části signálu lze použít invertující operační zesilovač (nebo logický obvod na bázi tranzistoru). Nakonec je tento převrácený signál předán do brány OR spolu s kladným signálem, aby se získal požadovaný výstupní signál ve formátu RZ, jak je znázorněno na obrázku 4.

● NRZ (L) do Manchesteru s rozdělenou fází

Konverze z NRZ (L) na dělenou fázi Manchesteru je přímočará, jak ukazuje obrázek 5. Vstupní signál spolu s hodinovým signálem je předán do brány NXOR, aby se získal výstupní signál (podle konvence G. E. Thomase). K získání Manchesterského kódu lze také použít bránu XOR (podle konvence IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Kód značky mezi fázemi Manchester a Split-phase

Převod kódu z dělené fáze Manchesteru na dělenou fázi je ukázán na obrázku 6. Vstupní a hodinový signál jsou procházeny branou AND, aby taktovaly D-flip flop.

D-flip se řídí následující rovnicí:

Qnext = Q '

Výstupní signál je získán následujícím způsobem:

Výstup = Clk & Q + Clk 'Q'

● Více převodů řádkových kódů

Pomocí výše uvedených převodů lze snadno získat návrhy pro více řádkových kódů. Například převod kódu NRZ (L) do Manchesteru s dělenou fází a konverze kódu Manchester Code s rozdělenou fází do mezifázového kódu lze přímo kombinovat za účelem přímého získání kódu NRZ (L) na dělenou fázi.

Krok 2: GreenPAK Designs

Výše uvedená schémata převodu lze snadno implementovat v návrháři GreenPAK ™ společně s některými pomocnými externími komponentami. SLG46537 poskytuje dostatek zdrojů k provedení daných návrhů. Konverzní návrhy GreenPAK jsou poskytovány ve stejném pořadí jako dříve.

Krok 3: NRZ (L) na RZ v GreenPAK

GreenPAK Design pro NRZ (L) až RZ na obrázku 7 je podobný tomu, který je zobrazen v kroku 1, kromě toho, že je přidán jeden blok DLY. Tento blok je volitelný, ale poskytuje odstranění závad pro synchronizační chyby mezi hodinami a vstupními signály.

Krok 4: NRZ (L) na RB v GreenPAK

Návrh GreenPAK pro NRZ (L) až RB je znázorněn na obrázku 8. Obrázek ukazuje, jak připojit logické komponenty v CMIC k dosažení zamýšleného návrhu uvedeného v kroku 1.

Krok 5: NRZ (L) na AMI v GreenPAK

Obrázek 9 ukazuje, jak konfigurovat GreenPAK CMIC pro převod z NRZ (L) na AMI. Toto schéma spolu s pomocnými externími komponentami uvedenými v kroku 1 lze použít pro požadovanou konverzi

Krok 6: AMI na RZ v GreenPAK

Na obrázku 10 je znázorněn návrh GreenPAK pro převod AMI na RZ. GreenPAK CMIC nakonfigurovaný takovým způsobem spolu s operačním zesilovačem a diodami lze použít k získání požadovaného výstupu.

Krok 7: NRZ (L) do Manchesteru s dělenou fází v GreenPAK

Na obrázku 11 je brána NXOR použita v návrhu GreenPAK k získání převodu NRZ (L) na dělenou fázi Manchesteru.

Krok 8: Rozdělení fáze mezi Manchesterem a fází v GreenPAK

Na obrázku 12 je uveden návrh GreenPAK pro kód značky mezi fází Manchester a Split-phase. Návrh převodu je dokončen a pro proces převodu nejsou potřeba žádné externí komponenty. Bloky DLY jsou volitelné pro odstranění závad způsobených chybami synchronizace mezi vstupním a hodinovým signálem.

Krok 9: Experimentální výsledky

Všechny předložené návrhy byly testovány pro ověření. Výsledky jsou poskytovány ve stejném pořadí jako dříve.

Krok 10: NRZ (L) na RZ

Experimentální výsledky pro konverzi NRZ (L) na RZ jsou uvedeny na obrázku 13. NRZ (L) je zobrazen žlutě a RZ je zobrazen modře.

Krok 11: NRZ (L) na RB

Experimentální výsledky pro konverzi NRZ (L) na RB jsou uvedeny na obrázku 14. NRZ (L) je zobrazen červeně a RB je zobrazen modře.

Krok 12: NRZ (L) na AMI

Obrázek 15 ukazuje experimentální výsledky pro konverzi NRZ (L) na AMI. NRZ (L) je zobrazen červeně a AMI žlutě.

Krok 13: AMI na RZ

Obrázek 16 ukazuje experimentální výsledky pro konverzi AMI na RZ. AMI je rozdělena na pozitivní a negativní části zobrazené žlutě a modře. Převedený výstupní signál RZ je zobrazen červeně.

Krok 14: NRZ (L) do Manchesteru s rozdělenou fází

Obrázek 17 ukazuje experimentální výsledky pro konverzi NRZ (L) na Manchester s dělenou fází. Signál NRZ (L) je zobrazen žlutě a převedený výstupní signál Manchesteru s rozdělenou fází je zobrazen modře.

Krok 15: Kód mezi dělenou fází z Manchesteru do dělené fáze

Obrázek 18 ukazuje převod z děleného fázového kódu Manchester na dělený fázový kód. Manchesterský kód je zobrazen žlutě, zatímco značkovací kód je zobrazen modře.

Závěr

Linkové kódy tvoří základ několika sériových komunikačních protokolů, které se univerzálně používají v různých průmyslových odvětvích. Konverze linkových kódů snadným a levným způsobem hledaná v mnoha aplikacích. V tomto Instructable jsou uvedeny podrobnosti pro převod několika linkových kódů pomocí SLG46537 Dialog spolu s některými pomocnými externími komponentami. Prezentované návrhy byly ověřeny a dochází k závěru, že převod řádkových kódů lze snadno provést pomocí CMIC Dialogu.