Convertoare DIY pentru codarea liniei seriale: 15 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Comunicația de date seriale a devenit omniprezentă în multe aplicații industriale și există mai multe abordări pentru a proiecta orice interfață de comunicație de date seriale. Este convenabil să folosiți unul dintre protocoalele standard, adică UART, I2C sau SPI. În plus, există alte câteva protocoale pentru aplicații mai dedicate, cum ar fi CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet sau MIPI. O altă opțiune pentru a gestiona datele seriale este utilizarea protocoalelor personalizate. Aceste protocoale se bazează de obicei pe coduri de linie. Cele mai frecvente tipuri de codificare a liniilor sunt NRZ, cod Manchester, AMI etc. [Decodare protocol configurabilă a semnalelor codificate Manchester și NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Exemple de protocoale seriale specializate includ DALI pentru controlul iluminatului clădirilor și PSI5 care este utilizat pentru conectarea senzorilor la controlere în aplicațiile auto. Ambele exemple se bazează pe codificarea Manchester. În mod similar, protocolul SENT este utilizat pentru legăturile senzor-controler auto, iar magistrala CAN utilizată în mod obișnuit pentru a permite comunicația între microcontrolere și alte dispozitive din aplicațiile auto se bazează pe codarea NRZ. În plus, multe alte protocoale complexe și specializate au fost și sunt proiectate folosind schemele Manchester și NRZ.

Fiecare dintre codurile de linie are propriile sale merite. În procesul de transmitere a unui semnal binar de-a lungul unui cablu, de exemplu, poate apărea o distorsiune care poate fi atenuată semnificativ prin utilizarea codului AMI [Petrova, Pesha D. și Boyan D. Karapenev. „Sinteza și simularea convertoarelor de cod binar.” Telecomunicații în satelit modern, cablu și serviciu de radiodifuziune, 2003. TELSIKS 2003. 6a Conferință internațională privind. Vol. 2. IEEE, 2003]. În plus, lățimea de bandă a unui semnal AMI este mai mică decât formatul echivalent RZ. De asemenea, codul Manchester nu are unele deficiențe inerente codului NRZ. De exemplu, utilizarea codului Manchester pe o linie serială elimină componentele DC, asigură recuperarea ceasului și oferă un nivel relativ ridicat de imunitate la zgomot [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Prin urmare, utilitatea conversiei codurilor de linie standard este evidentă. În multe aplicații în care codurile de linie sunt utilizate direct sau indirect, este necesară conversia codului binar.

În acest Instructable, vă prezentăm cum să realizați convertoare de codare a mai multor linii folosind un Dialog SLG46537 CMIC cu preț redus.

Mai jos am descris pașii necesari pentru a înțelege cum a fost programat cipul GreenPAK pentru a crea convertoarele de codare a liniei seriale. Cu toate acestea, dacă doriți doar să obțineți rezultatul programării, descărcați software-ul GreenPAK pentru a vizualiza fișierul de proiectare GreenPAK deja finalizat. Conectați kitul de dezvoltare GreenPAK la computer și apăsați programul pentru a crea un IC personalizat pentru convertoarele de codare a liniei seriale.

Pasul 1: modele de conversie

Proiectarea următoarelor convertoare de coduri de linie sunt furnizate în acest instructabil:

● NRZ (L) la RZ

Conversia de la NRZ (L) la RZ este simplă și poate fi realizată prin utilizarea unei singure porți AND. Figura 1 prezintă designul acestei conversii.

● NRZ (L) la RB

Pentru conversia NRZ (L) în RB, trebuie să atingem trei niveluri logice (-1, 0, +1). În acest scop, folosim un 4066 (comutator analog quad-bilateral) pentru a oferi comutare bipolară de la 5 V, 0 V și -5 V. Logica digitală este utilizată pentru a controla comutarea celor trei niveluri logice prin selectarea a 4066 intrări de activare 1E, 2E și 3E [Petrova, Pesha D. și Boyan D. Karapenev. „Sinteza și simularea convertoarelor de cod binar.” Telecomunicații în satelit modern, cablu și serviciu de radiodifuziune, 2003. TELSIKS 2003. 6a Conferință internațională privind. Vol. 2. IEEE, 2003].

Controlul logic este implementat după cum urmează:

Q1 = Signal & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

Schema generală de conversie este prezentată în Figura 2.

● NRZ (L) la AMI

Conversia NRZ (L) în AMI utilizează, de asemenea, 4066 IC, deoarece codul AMI are 3 niveluri logice. Schema de control logic este rezumată în Tabelul 1 corespunzător schemei generale de conversie prezentate în Figura 3.

Schema logică poate fi scrisă în felul următor:

Q1 = (Signal & Clk) & Q

Q2 = (Signal & Clk) '

Q3 = (Signal & Clk) & Q '

Unde Q este ieșirea D-Flip-flopului cu următoarea relație de tranziție:

Qnext = Signal & Qprev '+ Signal' & Qprev

● AMI la RZ

Pentru conversia AMI în RZ se utilizează două diode pentru a împărți semnalul de intrare în părți pozitive și negative. Un inversor op-amp (sau un circuit logic bazat pe tranzistoare) poate fi folosit pentru a inversa partea negativă separată a semnalului. În cele din urmă, acest semnal inversat este trecut la o poartă SAU împreună cu semnalul pozitiv pentru a obține semnalul de ieșire dorit în formatul RZ așa cum se arată în Figura 4.

● NRZ (L) către Manchester în fază divizată

Conversia de la NRZ (L) la Split-phase Manchester este simplă așa cum se arată în Figura 5. Semnalul de intrare împreună cu semnalul de ceas este trecut la o poartă NXOR pentru a obține semnalul de ieșire (conform convenției G. E. Thomas). O poartă XOR poate fi, de asemenea, utilizată pentru a obține codul Manchester (conform convenției IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Codul de la Manchester la Split-phase Mark Mark

Conversia de la Split-phase Manchester la codul Split-phase Mark este prezentată în Figura 6. Intrarea și semnalul de ceas sunt trecute printr-o poartă ȘI pentru a ceasa un D-flip flop.

D-flip este guvernat de următoarea ecuație:

Qnext = Q '

Semnalul de ieșire se obține după cum urmează:

Ieșire = Clk & Q + Clk „Q”

● Mai multe conversii de coduri de linie

Folosind conversiile de mai sus, puteți obține cu ușurință modelele pentru mai multe coduri de linie. De exemplu, conversia codului NRZ (L) în Split-phase Manchester și conversia codului Split-phase Manchester Code în Split-phase Mark pot fi combinate pentru a obține direct codul NRZ (L) în Split-phase Mark.

Pasul 2: Proiecte GreenPAK

Schemele de conversie prezentate mai sus pot fi ușor implementate în proiectul GreenPAK ™ împreună cu unele componente externe auxiliare. SLG46537 oferă resurse ample pentru realizarea proiectelor date. Modelele de conversie GreenPAK sunt furnizate în aceeași ordine ca înainte.

Pasul 3: NRZ (L) la RZ în GreenPAK

Proiectarea GreenPAK pentru NRZ (L) la RZ din Figura 7 este similară cu cea prezentată în Pasul 1, cu excepția faptului că există un bloc DLY adăugat. Acest bloc este opțional, dar asigură eliminarea erorilor de sincronizare între ceas și semnalele de intrare.

Pasul 4: NRZ (L) la RB în GreenPAK

Proiectarea GreenPAK pentru NRZ (L) la RB este prezentată în Figura 8. Figura arată cum să conectați componentele logice din CMIC pentru a atinge proiectarea prevăzută în Pasul 1.

Pasul 5: NRZ (L) la AMI în GreenPAK

Figura 9 ilustrează modul de configurare a GreenPAK CMIC pentru conversia de la NRZ (L) la AMI. Această schemă împreună cu componentele externe auxiliare date în Pasul 1 pot fi utilizate pentru conversia dorită

Pasul 6: AMI la RZ în GreenPAK

În Figura 10 este prezentat designul GreenPAK pentru conversia AMI în RZ. GreenPAK CMIC configurat în acest mod împreună cu op-amp și diode poate fi utilizat pentru a obține ieșirea necesară.

Pasul 7: NRZ (L) la Manchester Split-phase în GreenPAK

În Figura 11 este utilizată o poartă NXOR în proiectarea GreenPAK pentru a obține conversia NRZ (L) în Manchester în fază divizată.

Pasul 8: Codul de marcare Manchester în fază divizată în fază divizată în GreenPAK

În figura 12 este prezentat designul GreenPAK pentru codul de marcare Split-phase Manchester to Split-phase Mark. Proiectarea conversiei este completă și nu este necesară nicio componentă externă pentru procesul de conversie. Blocurile DLY sunt opționale pentru eliminarea erorilor care apar din cauza erorilor de sincronizare între semnalele de intrare și de ceas.

Pasul 9: Rezultate experimentale

Toate proiectele prezentate au fost testate pentru verificare. Rezultatele sunt furnizate în aceeași ordine ca înainte.

Pasul 10: NRZ (L) la RZ

Rezultatele experimentale pentru conversia NRZ (L) în RZ sunt prezentate în Figura 13. NRZ (L) este prezentat în galben și RZ este prezentat în albastru.

Pasul 11: NRZ (L) la RB

Rezultatele experimentale pentru conversia NRZ (L) în RB sunt date în Figura 14. NRZ (L) este prezentat în roșu și RB este afișat în albastru.

Pasul 12: NRZ (L) la AMI

Figura 15 prezintă rezultatele experimentale pentru conversia NRZ (L) în AMI. NRZ (L) este afișat în roșu, iar AMI este afișat în galben.

Pasul 13: AMI la RZ

Figura 16 prezintă rezultatele experimentale pentru conversia AMI în RZ. IMA este împărțit în părți pozitive și negative prezentate în galben și albastru. Semnalul RZ de ieșire convertit este afișat în roșu.

Pasul 14: NRZ (L) la Manchester în fază divizată

Figura 17 prezintă rezultatele experimentale pentru conversia Manchester NRZ (L) în fază divizată. Semnalul NRZ (L) este afișat în galben, iar semnalul Manchester cu ieșire convertită în fază divizată este afișat în albastru.

Pasul 15: Codul de marcare Manchester-Split-phase în Split-phase

Figura 18 prezintă conversia din codul Manchester Split-phase în Split-phase Mark. Codul Manchester este afișat în galben, în timp ce codul Mark este afișat în albastru.

Concluzie

Codurile de linie formează baza mai multor protocoale de comunicații seriale care sunt utilizate universal în diverse industrii. Conversia codurilor de linie într-un mod ușor și ieftin căutat în multe aplicații. În acest manual sunt furnizate detalii pentru conversia mai multor coduri de linie utilizând SLG46537 Dialog împreună cu unele componente externe auxiliare. Proiectele prezentate au fost verificate și se concluzionează că conversia codurilor de linie se poate face cu ușurință folosind CMIC-urile Dialog.