محولات ترميز الخط التسلسلي DIY: 15 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

أصبح اتصال البيانات التسلسلية موجودًا في كل مكان في العديد من التطبيقات الصناعية ، وتوجد عدة طرق لتصميم أي واجهة اتصال بيانات تسلسلية. من الملائم استخدام أحد البروتوكولات القياسية مثل UART أو I2C أو SPI. بالإضافة إلى ذلك ، توجد عدة بروتوكولات أخرى لمزيد من التطبيقات المخصصة مثل CAN أو LIN أو Mil-1553 أو Ethernet أو MIPI. هناك خيار آخر للتعامل مع البيانات التسلسلية وهو استخدام بروتوكولات مخصصة. تستند هذه البروتوكولات عادة على رموز الخطوط. أكثر أنواع ترميز الخط شيوعًا هي NRZ و Manchester code و AMI وما إلى ذلك [بروتوكول فك ترميز مانشستر و NRZ المشفر ، Teledyne Lecroy Whitepape].

تتضمن أمثلة البروتوكولات التسلسلية المتخصصة DALI للتحكم في إضاءة المبنى ، و PSI5 الذي يستخدم لتوصيل المستشعرات بوحدات التحكم في تطبيقات السيارات. يعتمد كلا هذين المثالين على ترميز Manchester. وبالمثل ، يتم استخدام بروتوكول SENT لروابط جهاز استشعار متحكم في السيارات ، ويستند ناقل CAN الذي يشيع استخدامه لتمكين الاتصال بين المتحكمات الدقيقة والأجهزة الأخرى في تطبيقات السيارات على ترميز NRZ. بالإضافة إلى ذلك ، تم تصميم العديد من البروتوكولات المعقدة والمتخصصة الأخرى باستخدام مخططات مانشستر ونيوزيلندا.

كل من رموز الخط لها مزاياها الخاصة. في عملية إرسال إشارة ثنائية على طول كابل ، على سبيل المثال ، يمكن أن يحدث تشويه يمكن تخفيفه بشكل كبير باستخدام كود AMI [بتروفا وبيشا د وبويان د. كارابينيف. "توليف ومحاكاة محولات الرموز الثنائية." الاتصالات السلكية واللاسلكية في خدمة الأقمار الصناعية الحديثة والكابلات والبث ، 2003. TELSIKS 2003. المؤتمر الدولي السادس حول. المجلد. 2. IEEE ، 2003]. إلى جانب ذلك ، فإن عرض النطاق الترددي لإشارة AMI أقل من تنسيق RZ المكافئ. وبالمثل ، لا يحتوي رمز مانشستر على بعض أوجه القصور المتأصلة في رمز NRZ. على سبيل المثال ، يؤدي استخدام رمز مانشستر على خط تسلسلي إلى إزالة مكونات التيار المستمر ، ويوفر استعادة على مدار الساعة ، ويوفر مستوى مرتفعًا نسبيًا من المناعة ضد الضوضاء [Hd-6409 Renesas Datasheet].

لذلك ، فإن فائدة تحويل رموز الخطوط القياسية واضحة. في العديد من التطبيقات حيث يتم استخدام رموز الخطوط بشكل مباشر أو غير مباشر ، يكون تحويل الشفرة الثنائية أمرًا ضروريًا.

في Instructable ، نقدم كيفية تحقيق محولات ترميز متعددة الخطوط باستخدام Dialog SLG46537 CMIC منخفض التكلفة.

فيما يلي وصفنا الخطوات اللازمة لفهم كيفية برمجة شريحة GreenPAK لإنشاء محولات ترميز الخط التسلسلي. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في الحصول على نتيجة البرمجة ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK لعرض ملف تصميم GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل GreenPAK Development Kit بجهاز الكمبيوتر الخاص بك واضغط على البرنامج لإنشاء IC مخصص لمحولات ترميز الخط التسلسلي.

الخطوة 1: تصاميم التحويل

يتم توفير تصميم محولات كود السطر التالية في هذا Instructable:

● NRZ (L) إلى RZ

التحويل من NRZ (L) إلى RZ بسيط ويمكن تحقيقه باستخدام بوابة AND واحدة. يوضح الشكل 1 تصميم هذا التحويل.

● NRZ (L) إلى RB

لتحويل NRZ (L) إلى RB ، نحتاج إلى تحقيق ثلاثة مستويات منطقية (-1 ، 0 ، +1). لهذا الغرض ، نستخدم 4066 (مفتاح تناظري رباعي ثنائي) لتوفير تبديل ثنائي القطب من 5 فولت ، 0 فولت ، و -5 فولت. يستخدم المنطق الرقمي للتحكم في تبديل المستويات المنطقية الثلاثة عن طريق اختيار 4066 تمكين المدخلات 1E و 2E و 3E [Petrova و Pesha D. و Boyan D. Karapenev. "توليف ومحاكاة محولات الشفرة الثنائية." الاتصالات السلكية واللاسلكية في خدمة الأقمار الصناعية والكابلات والإذاعة الحديثة ، 2003. TELSIKS 2003. المؤتمر الدولي السادس حول. المجلد. 2. IEEE ، 2003].

يتم تنفيذ التحكم المنطقي على النحو التالي:

Q1 = إشارة & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

يظهر مخطط التحويل الكلي في الشكل 2.

● NRZ (L) إلى AMI

يستخدم تحويل NRZ (L) إلى AMI أيضًا 4066 IC نظرًا لأن كود AMI يحتوي على 3 مستويات منطقية. تم تلخيص مخطط التحكم المنطقي في الجدول 1 المقابل لمخطط التحويل الكلي الموضح في الشكل 3.

يمكن كتابة مخطط المنطق بالطريقة التالية:

Q1 = (الإشارة & Clk) & س

Q2 = (إشارة & Clk) '

Q3 = (الإشارة & Clk) & Q '

حيث Q هو ناتج D-Flip flop بالعلاقة الانتقالية التالية:

Qnext = Signal & Qprev '+ Signal' & Qprev

● AMI إلى RZ

بالنسبة لتحويل AMI إلى RZ ، يتم استخدام صمامين ثنائيين لتقسيم إشارة الإدخال إلى أجزاء موجبة وسالبة. يمكن استخدام op-amp معكوس (أو دائرة منطقية قائمة على الترانزستور) لعكس الجزء السالب المنفصل من الإشارة. أخيرًا ، يتم تمرير هذه الإشارة المقلوبة إلى بوابة OR جنبًا إلى جنب مع الإشارة الإيجابية للحصول على إشارة الخرج المطلوبة بتنسيق RZ كما هو موضح في الشكل 4.

● NRZ (L) إلى انقسام المرحلة مانشستر

التحويل من NRZ (L) إلى الانقسام في Manchester مباشر كما هو موضح في الشكل 5. يتم تمرير إشارة الإدخال جنبًا إلى جنب مع إشارة الساعة إلى بوابة NXOR للحصول على إشارة الخرج (وفقًا لاتفاقية G. E Thomas). يمكن أيضًا استخدام بوابة XOR للحصول على رمز مانشستر (وفقًا لاتفاقية IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● تقسيم المرحلة من مانشستر إلى رمز علامة الانقسام

يظهر التحويل من رمز علامة الانقسام في مانشستر إلى مرحلة الانقسام في الشكل 6. يتم تمرير الإدخال وإشارة الساعة عبر بوابة AND إلى ساعة D-flip flop.

يخضع D-flip للمعادلة التالية:

Qnext = Q '

يتم الحصول على إشارة الخرج على النحو التالي:

الإخراج = Clk & Q + Clk 'Q'

● المزيد من تحويلات رمز الخط

باستخدام التحويلات المذكورة أعلاه ، يمكن للمرء بسهولة الحصول على تصميمات لمزيد من رموز الخطوط. على سبيل المثال ، NRZ (L) لتحويل رمز مانشستر على مراحل الانقسام ويمكن دمج تحويل رمز مانشستر على مراحل الانقسام إلى تحويل رمز علامة الانقسام للحصول على رمز علامة NRZ (L) مباشرة.

الخطوة 2: تصاميم GreenPAK

يمكن تنفيذ مخططات التحويل الموضحة أعلاه بسهولة في مصمم GreenPAK ™ جنبًا إلى جنب مع بعض المكونات الخارجية الإضافية. يوفر SLG46537 موارد كافية لتنفيذ التصميمات المحددة. يتم توفير تصميمات التحويل GreenPAK بنفس الترتيب السابق.

الخطوة 3: NRZ (L) إلى RZ في GreenPAK

يشبه تصميم GreenPAK لـ NRZ (L) إلى RZ في الشكل 7 التصميم الموضح في الخطوة 1 فيما عدا أنه تمت إضافة كتلة DLY واحدة. هذه الكتلة اختيارية ولكنها توفر إزالة الخلل لأخطاء المزامنة بين الساعة وإشارات الإدخال.

الخطوة 4: NRZ (L) إلى RB في GreenPAK

يظهر تصميم GreenPAK لـ NRZ (L) إلى RB في الشكل 8. يوضح الشكل كيفية توصيل المكونات المنطقية في CMIC لتحقيق التصميم المقصود الوارد في الخطوة 1.

الخطوة 5: NRZ (L) إلى AMI في GreenPAK

يوضح الشكل 9 كيفية تكوين GreenPAK CMIC للتحويل من NRZ (L) إلى AMI. يمكن استخدام هذا التخطيط مع المكونات الخارجية المساعدة الواردة في الخطوة 1 للتحويل المطلوب

الخطوة 6: AMI إلى RZ في GreenPAK

في الشكل 10 ، يظهر تصميم GreenPAK لتحويل AMI إلى RZ. يمكن استخدام GreenPAK CMIC الذي تم تكوينه بهذه الطريقة جنبًا إلى جنب مع op-amp والصمامات الثنائية للحصول على الإخراج المطلوب.

الخطوة 7: NRZ (L) إلى Split-phase Manchester في GreenPAK

في الشكل 11 ، يتم استخدام بوابة NXOR في تصميم GreenPAK للحصول على تحويل NRZ (L) إلى تقسيم مانشستر.

الخطوة 8: تقسيم مانشستر إلى مراحل تقسيم رمز مارك في GreenPAK

في الشكل 12 ، تم تقديم تصميم GreenPAK لكود علامة الانقسام من مانشستر إلى مرحلة الانقسام. اكتمل تصميم التحويل ولا يلزم وجود مكون خارجي لعملية التحويل. تعد كتل DLY اختيارية لإزالة مواطن الخلل الناشئة بسبب أخطاء المزامنة بين إشارات الإدخال والساعة.

الخطوة 9: النتائج التجريبية

تم اختبار جميع التصاميم المقدمة للتحقق منها. يتم تقديم النتائج بنفس الترتيب السابق.

الخطوة 10: NRZ (L) إلى RZ

النتائج التجريبية لتحويل NRZ (L) إلى RZ موضحة في الشكل 13. يظهر NRZ (L) باللون الأصفر ويظهر RZ باللون الأزرق.

الخطوة 11: NRZ (L) إلى RB

وترد النتائج التجريبية لتحويل NRZ (L) إلى RB في الشكل 14. يظهر NRZ (L) باللون الأحمر ويظهر RB باللون الأزرق.

الخطوة 12: NRZ (L) إلى AMI

يوضح الشكل 15 النتائج التجريبية لتحويل NRZ (L) إلى AMI. تظهر NRZ (L) باللون الأحمر وتظهر AMI باللون الأصفر.

الخطوة 13: AMI إلى RZ

يوضح الشكل 16 النتائج التجريبية لتحويل AMI إلى RZ. يتم تقسيم AMI إلى أجزاء موجبة وسالبة موضحة باللونين الأصفر والأزرق. تظهر إشارة الخرج المحولة RZ باللون الأحمر.

الخطوة 14: NRZ (L) إلى Split-phase Manchester

يوضح الشكل 17 النتائج التجريبية لتحويل NRZ (L) إلى تقسيم مانشستر. تظهر إشارة NRZ (L) باللون الأصفر وتظهر إشارة مانشستر المرحلة المحولة المحولة باللون الأزرق.

الخطوة 15: تقسيم المرحلة من مانشستر إلى رمز علامة الانقسام

يوضح الشكل 18 التحويل من رمز علامة الانقسام في مانشستر إلى مرحلة الانقسام. يظهر رمز مانشستر باللون الأصفر بينما يظهر رمز مارك باللون الأزرق.

استنتاج

تشكل رموز الخطوط أساس العديد من بروتوكولات الاتصال التسلسلي المستخدمة عالميًا في صناعات متنوعة. يتم البحث عن تحويل رموز الخطوط بطريقة سهلة ومنخفضة التكلفة في العديد من التطبيقات. في هذا Instructable التفاصيل يتم توفيرها لتحويل العديد من رموز الخطوط باستخدام SLG46537 من Dialog جنبًا إلى جنب مع بعض المكونات الخارجية الإضافية. تم التحقق من التصاميم المقدمة ، وخلص إلى أن تحويل رموز الخطوط يمكن أن يتم بسهولة باستخدام CMICs في Dialog.