• [编码] 曼彻斯特编码与解码


      常见的编码方式有以下几种,

      1、NRZ(Not Return to Zero)不归零编码, 这是一种比较简单的编码方式,二进制数据“0”和“1”分别用高电平和低电平来表示,当1位数据传输完以后,信号电平

         不返回零所以称为不归零编码。

      2、BiPhase编码, 相比NRZ编码方式,这种编码稍微复杂了一点,他是这样规定,在每一位数据传输时,电平都会跳变(高电平变低电平,或者低电平变高电平),

              同时当数据为“1”时(按照规定也可以是“0”),在数据位中间也会跳变。

      3、曼彻斯特编码方式, 这种编码方式利用信号的边沿来表示二进制数据“0”和“1”,比如信号的上身沿表示“1”,下降沿表示“0”,而这种跳变一般发生在位帧的中间。

      以上3中编码方式的波形如下图所示,

        

            图1  常见编码方式波形图

     

      曼彻斯特编码

      假设信号的上升沿表示“0”, 下降沿表示“1”,同时假设数据的波特率为f, 那么一个位的时长为1/f,那么位帧的中间时长为1/2f,我们用T来表示这个半个位帧的时长。

      有了以上的假设条件,那么曼彻斯特的编码流程如下,

        1. 首先I/O口输出高电平。

        2. 检查数据是否发送完成,如果是,跳到步骤7。

        3. 检查下一个数据位的值。

        4. 如果是“1”,调用发送1的函数ManchesterOne(T)。

        5. 如果是"0",调用发送0的函数ManchesterZero(T)。

        6. 返回到步骤2。

        7. I/O输出为高电平并返回。

     

        ManchesterOne(T)的执行过程

          1. I/O 输出低电平。

          2. 等待半位帧时间T。

          3. I/O输出高电平。

          4. 等待半位帧时间T。

          5. 返回。

        ManchesterZero(T)的执行过程

          1. I/O 输出高电平。

          2. 等待半位帧时间T。

          3. I/O输出低电平。

          4. 等待半位帧时间T。

          5. 返回。

      曼彻斯特解码

      曼彻斯特解码过程要比编码复杂,一般的,解码过程有以下步骤:

        1. 获取数据流的波特率(或者已知数据流的波特率)。

        2. 同步数据流的时钟信号(实质是区分位帧边沿和半位帧边沿)。

        3. 根据上面两步对数据流进行解码。

     

      假设的条件和编码时一样,具体的实现步骤如下,

        1. 将定时器的捕获中断设置为所有边沿(对于没有上升沿和下降沿同时捕获的MCU,需要在中断处理函数里改变捕获沿)。

        2. 中断函数里处理捕获标志位和捕获值。

        3. 开启定时器,捕获第一个边沿并丢弃。

        4. 捕获下一个边沿,检查捕获值是否等于2T(T = 1/2f,其中f为数据流的波特率。

        5. 重复步骤4,直到捕获值等于2T(此时就和数据流的时钟同步了)。

        6. 读取当前I/O信号的电平值,并保存为当前位的值(0或者1)。

        7. 捕获下一个边沿

          a. 捕获值和T比较

          b. 如果捕获值等于T

            i.  捕获下一个边沿同时确定该捕获值也等于T(如果不等说明编码错误)

            ii. 下一位的值和当前值相同

            iii. 返回该值

          c. 如果捕获值等于2T

            i. 下一位的值和当前值相反

            ii. 返回该值

          d. 否则返回错误

        8. 保存下一位的值到缓存

        9. 如果接收到的数据位达到要求,返回对数据做进一步处理

        10. 否则更新当前值(设置为下一位的值),重复步骤7

     

        下图展示的是这种解码方式的一个示意图,

        图2 曼彻斯特解码示意图

      总结

      总的来说,编码和解码还是比较简单的,曼彻斯特的典型应用是在RFID领域里标签读取。另外,上面假设上升沿表示“1”,下降沿表示“0”,对于相反的情况(即上升

      沿表示“0”,下降沿表示“1”),解码过程处理不同的地方在步骤6,假如同步到数据流的时钟,对于上升沿表示“1”,下降沿表示“0”的情况,当前位的值和读取到的I/O

      的值相同;对于上升沿表示“0”,下降沿表示“1”的情况,当前位的值和读取到的I/O的值相反。

     

     

        

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