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1、中南大学 本科生毕业论文（设计）题 目曼彻斯特编解码电路设计学生姓名李天栋指导教师肖大光 娄田心学 院信息科学与工程学院专业班级通信工程03级2班完成时间2007年5月I目录目录I摘要IIIABSTRACTIV第一章 绪论11.1 项目背景11.2 项目研究内容和任务11.3 论文各部分主要内容1第二章 曼彻斯特码的原理及其编码规则32.1 曼彻斯特码简介及其编码规则32.2 曼彻斯特码原理32.3 曼彻斯特码的应用范围52.3.1 曼彻斯特码在LAN中的应用72.3.2 曼彻斯特码在测井系统中的应用7第三章 曼彻斯特编解码方案93.1 编码电路93.2 解码电路153.3 同步信号提取电路1
2、63.3.1 利用电压比较器整形曼码183.3.2 利用微分电路检出曼码跳变沿193.3.3 全波整流电路213.3.4 窄带滤波电路243.3.5 锁相环27第四章 运用VHDL语言对同步方法仿真304.1 VHDL语言简介304.2 VHDL语言仿真30第五章 PROTEL软件绘制电路图简介335.1 Protel软件简介335.2 电路图绘制33第六章 结论与展望36参考文献37致谢38附录39摘要在电信领域，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
3、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，例如以太网电讯标准. 曼彻斯特编码是一种超越传统数字传输的信道编码技术，由于其具有隐含时钟、去除了零频率信号的特性使得它在石油勘探测井中得到广泛的应用。报告论述了曼彻斯特码的原理，介绍了其编码规则。对其特点和应用范围进行了说明。提出了曼彻斯特编解码方案，重点运用VHDL语言对同步信号提取电路进行了硬件仿真。以及对使用Protel软件绘制电路图进行了介绍。系统成功实现了曼彻斯特码数据传送的要求而且电路简单，性能稳定。关键词： 曼彻斯特码,同步信号,VHDL仿真ABSTRACTThe Mancheste
4、r code is one kind of data communication linearity codes. All its dada bits are shown by at least once voltage changing. This is why Manchester code is called self-acting timing code. Self-acting timing means the feasibility of the precise synchronization of data stream. Each bit is transmitted accu
5、rately in the period that defined in advance. Manchester codes have been adopted by many telecom standards that have high efficiency and are been used widely, such as Ethernet communication standard. Manchester code is a coding technology for channel that exceeds the traditional data transmission. T
6、he characteristics that including crytic clock and eliminating the signals in zero frequency have made it been used in the detecting well of oil widely. The thesis mainly discusses the theory of the Manchester code and its coding rules, it also explains its characteristics and use range. The theory
7、puts forward the Manchester coding and decoding proposals and conducts the hardware simulating on the synchronized signal pick-up module with the VHDL language , it also uses the Protel software to make the system circuit diagram. This proposal has successfully met the requirement of Manchester code
8、 date transfer and it is also sample in the circuit and stable in the capability. KEY WORDS： Manchester code,VHDL,Synchronism signal曼彻斯特编解码电路设计 第一章 绪论第一章 绪论1.1 项目背景测井技术发展到今天，已经发生了很大的变化：一是由模拟测井技术发展到了数字测井技术；二是由数字测井技术发展到了数控测井技术。进入90年代，成像测井技术获得了较大的发展，测井系统中需要传送的数据信息量越来越大，为此必须解决数据的高速传输与正确接收两个问题，如相关编码技术、缆芯
9、多路复用技术、基带均衡技术等用以提高数据传输速率和降低误码率.在测井数据传输系统中，由于曼彻斯特码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程相对简单，因而曼彻斯特（Manchester）码是测井数据传输中常用的编码方式之一。曼彻斯特码，又称数字双相码或分相码。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。曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率
10、只有调制速率的1/2。曼彻斯特码是主要用在数据同步传输的一种编码方式。由于曼彻斯特码有如此多的优点，所以在现代通信中得到了广泛的应用。本课题设计了一种利用曼彻斯特编码实现数据传输的通信系统。本文的主要工作就是研究曼彻斯特码编码器的设计及实现。1.2 项目研究内容和任务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。在本次设计中，为了验证电路系统能否顺利完成曼彻斯特码的编解码功能，我们采取了比软件仿真更加直观，与最终产品更加贴近的硬件验证方式。在该方式中需要使用VHDL语言对系统进
11、行仿真。1.3 论文各部分主要内容第二章详细说明了曼彻斯特码编码的特点，规则以及应用。第三章介绍了曼彻斯特编解码系统的总体结构和功能概述、硬件组成。第四章详细说明了利用VHDL语言对系统的同步信号提取模块进行仿真的过程。第五章介绍了利用PROTEL的电路图绘制。第六章是对本次设计的小结和展望。曼彻斯特码编解码电路设计 第二章 曼彻斯特码原理及其编码规则第二章 曼彻斯特码的原理及其编码规则2.1 曼彻斯特码简介及其编码规则在电信领域，曼彻斯特码,(也称作相位码或者PE）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被因此被认为是一种自定时码。自定时意味着
12、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。 但是,今天有许许多多的复杂的编码方法(例如8B/10B编码）,在达到同等目的情况下只需要更少带宽负荷并且只有更少的同步信号相位模糊.二进制码与曼彻斯特码波形的对比关系如下。 图2.1 二进制码与曼彻斯特码波形2.2 曼彻斯特码原理用于数字基带传输的码型种类较多，Manchester码是其中常用的一种。Manchester码是一种用跳变沿（而非电平）来表示要传输的二进制信息（0或1），一般规定在位元中间用下跳变表示“1”，用上跳变表示“0”. 曼彻斯特编码被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。
13、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。曼彻斯特编码提供了一种简单的方法在长时间段内没有电平跳变的情况下，仍然能够对任意的二进制序列进行编码，并且防止在这种情况下同步时钟信号的丢失以及防止低通模拟电路中低频直流飘移所引起的比特错误。如果保证传送的编码交流信号的直流分量为零并且能够防止中继信号的基线漂移，那么很容易实现信号的恢复和防止能量的浪费。曼彻斯特码具有丰富的位定时信息。以下是在不同P值情况下的功率谱仿真图。图2.2为P=0.5时的功率谱图。这样的情况出现在“0”和“1”的概率比为1: 1的情况，比如编码前二进制随机码为全“0”或全“1”的情况。p=0.5时曼彻斯特码功率谱：
14、 图2.2 p=0.5时曼彻斯特码功率谱 图2.3为P=0.4时的曼彻斯特码的功率谱图，图2.4为P=0.4时曼彻斯特码的功率谱中的线谱图。从图中可以看到有线谱资源，表明有可提取的位定时信息。当P=0.4时，编码前二进制随机序列中的“1”的概率为0.4. 图 2.3 p=0.4时曼彻斯特码功率谱 如果一曼彻斯特编码信号,沿着通讯信道某处进行跳变,它从一个变化状态到另一个变化状态.但是,这样情况能被差分曼彻斯特编码轻易克服。曼彻斯特编码的缺点在于为每一比特进行电平跳变的结果是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。虽然曼彻斯特编码是一种高度可靠的通信方式,带宽要求被视
15、为其不利之处，在达到的同样的目标的情况下，其更好的编码表现和更小带宽要求使得最现代化的通讯协议随着更现化的线性编码不断发展。曼彻斯特码所要考虑的一件事就是发射机与接收机的同步问题，初看起来它可能是半比特周期的错误将导致接收机终端得到相反的输出，但是进一步考虑表明了典型数据在这个情况下将导致违例码。使用硬件能探测到这些违例码，运用这些信息实现精确的同步正确的解释这些有关数据。2.3 曼彻斯特码的应用范围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，例如以太网电讯标准. 曼彻斯特编码是一种超越传统数字传输的信道编码技术，由于其具有隐含时钟、去除了零频率信号的特性使得它在石油勘探测井中也得到广泛的应用。在1949年第一次提出了的曼彻斯特编码方案，是一个被应用在物理层的同步时钟编码技术用来将时钟和数据编码统一在一个同步比特数据流中。在这项技术中,在电缆上被传送的真实二元数据不是以一连串的逻辑序列1或者0来表示的
