за счет чего получены положительные качества кода манчестер 2
Манчестерский код
Код Манчестер-II или манчестерский код получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а только два уровня, что обеспечивает лучшую помехозащищенность.
Логическому нулю соответствует переход на верхний уровень в центре битового интервала, логической единице — переход на нижний уровень. Логика кодирования хорошо видна на примере передачи последовательности единиц или нулей. При передаче чередующихся битов частота следования импульсов уменьшается в два раза.
Информационные переходы в средине бита остаются, а граничные (на границе битовых интервалов) — при чередовании единиц и нулей отсутствуют. Это выполняется с помощью последовательности запрещающих импульсов. Эти импульсы синхронизируются с информационными и обеспечивают запрет нежелательных граничных переходов.
Изменение сигнала в центре каждого бита позволяет легко выделить синхросигнал. Самосинхронизация дает возможность передачи больших пакетов информацию без потерь из-за различий тактовой частоты передатчика и приемника.
Рисунок.7.3 Двухуровневый код Манчестер-II.
Большое достоинство манчестерского кода — отсутствие постоянной составляющей при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Благодаря этому гальваническая развязка сигналов выполняется простейшими способами, например, с помощью импульсных трансформаторов.
Важная характеристика манчестерского кода — отсутствие у сигнала постоянной составляющей при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Благодаря этому передатчики и приемники можно “развязать” гальванически с помощью импульсных трансформаторов.
Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает только две несущие частоты. Для десятимегабитного протокола — это 10 ММГц при передаче сигнала, состоящего из одних нулей или одних единиц, и 5 ММГц — для сигнала с чередованием нулей и единиц. Поэтому с помощью полосовых фильтров можно легко отфильтровать все другие частоты.
Достоинства манчестерского кода:
Недостаток манчестерского кода:
Код Манчестер-II нашел применение в оптоволоконных и электропроводных сетях. Самый распространенный протокол локальных сетей Ethernet 10 Мбит/с использует именно этот код.
Подключение линий связи и коды передачи информации
Код RZ
Код RZ (Return to Zero – с возвратом к нулю) – этот трехуровневый код получил такое название потому, что после значащего уровня сигнала в первой половине битового интервала следует возврат к некоему «нулевому», среднему уровню (например, к нулевому потенциалу). Переход к нему происходит в середине каждого битового интервала. Логическому нулю, таким образом, соответствует положительный импульс, логической единице – отрицательный (или наоборот) в первой половине битового интервала.
Еще одно важное достоинство кода RZ – простая временная привязка приема, как к началу последовательности, так и к ее концу. Приемник просто должен анализировать, есть изменение уровня сигнала в течение битового интервала или нет. Первый битовый интервал без изменения уровня сигнала соответствует окончанию принимаемой последовательности бит (рис. 3.12). Поэтому в коде RZ можно использовать передачу последовательностями переменной длины.
Недостаток кода RZ состоит в том, что для него требуется вдвое большая полоса пропускания канала при той же скорости передачи по сравнению с NRZ (так как здесь на один битовый интервал приходится два изменения уровня сигнала). Например, для скорости передачи информации 10 Мбит/с требуется пропускная способность линии связи 10 МГц, а не 5 МГц, как при коде NRZ (рис. 3.13).
Другой важный недостаток – наличие трех уровней, что всегда усложняет аппаратуру как передатчика, так и приемника.
Код RZ применяется не только в сетях на основе электрического кабеля, но и в оптоволоконных сетях. Правда, в них не существует положительных и отрицательных уровней сигнала, поэтому используется три следующих уровня: отсутствие света, «средний» свет, «сильный» свет. Это очень удобно: даже когда нет передачи информации, свет все равно присутствует, что позволяет легко определить целостность оптоволоконной линии связи без дополнительных мер (рис. 3.14).
Манчестерский код
Как и в RZ, обязательное наличие перехода в центре бита позволяет приемнику манчестерского кода легко выделить из пришедшего сигнала синхросигнал и передать информацию сколь угодно большими последовательностями без потерь из-за рассинхронизации. Допустимое расхождение часов приемника и передатчика может достигать 25%.
Манчестерский код используется как в электрических, так и в оптоволоконных кабелях (в последнем случае один уровень соответствует отсутствию света, а другой – его наличию).
Основное достоинство манчестерского кода – постоянная составляющая в сигнале (половину времени сигнал имеет высокий уровень, другую половину – низкий). Постоянная составляющая равна среднему значению между двумя уровнями сигнала.
Если же один из уровней сигнала в манчестерском коде нулевой (как, например, в сети Ethernet), то величина постоянной составляющей в течение передачи будет равна примерно половине амплитуды сигнала. Это позволяет легко фиксировать столкновения пакетов в сети (конфликт, коллизию) по отклонению величины постоянной составляющей за установленные пределы.
Достоинства и недостатки манчестерского кода
Код Манчестер-II или манчестерский код получил наибольшее распространение в локальных сетях. Он также относится к самосинхронизирующимся кодам, но в отличие от кода RZ имеет не три, а только два уровня, что обеспечивает лучшую помехозащищенность.
Логическому нулю соответствует переход на верхний уровень в центре битового интервала, логической единице — переход на нижний уровень. Логика кодирования хорошо видна на примере передачи последовательности единиц или нулей. При передаче чередующихся битов частота следования импульсов уменьшается в два раза.
Информационные переходы в средине бита остаются, а граничные (на границе битовых интервалов) — при чередовании единиц и нулей отсутствуют. Это выполняется с помощью последовательности запрещающих импульсов. Эти импульсы синхронизируются с информационными и обеспечивают запрет нежелательных граничных переходов.
Изменение сигнала в центре каждого бита позволяет легко выделить синхросигнал. Самосинхронизация дает возможность передачи больших пакетов информацию без потерь из-за различий тактовой частоты передатчика и приемника.
Рисунок.7.3 Двухуровневый код Манчестер-II.
Большое достоинство манчестерского кода — отсутствие постоянной составляющей при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Благодаря этому гальваническая развязка сигналов выполняется простейшими способами, например, с помощью импульсных трансформаторов.
Важная характеристика манчестерского кода — отсутствие у сигнала постоянной составляющей при передаче длинной последовательности единиц или нулей. Благодаря этому передатчики и приемники можно “развязать” гальванически с помощью импульсных трансформаторов.
Частотный спектр сигнала при манчестерском кодировании включает только две несущие частоты. Для десятимегабитного протокола — это 10 ММГц при передаче сигнала, состоящего из одних нулей или одних единиц, и 5 ММГц — для сигнала с чередованием нулей и единиц. Поэтому с помощью полосовых фильтров можно легко отфильтровать все другие частоты.
Достоинства манчестерского кода:
Недостаток манчестерского кода:
Код Манчестер-II нашел применение в оптоволоконных и электропроводных сетях. Самый распространенный протокол локальных сетей Ethernet 10 Мбит/с использует именно этот код.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась – это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет». 8410 – 
| 8028 – 
или читать все.
78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Варианты манчестерского кодирования:
Содержание
Области применения манчестерского кодирования [ править | править код ]
Манчестерское кодирование применяется:
При манчестерском кодировании гарантируется переход за передачу одного бита с одного уровня на другой, что помогает синхронизировать тактовую частоту передатчика и приёмника. Направление серединного битового перехода указывает на данные.
Отсутствие ёмкостного сопротивления, что позволяет обеспечить гальваническую развязку с помощью трансформатора. [5]
В компоненте постоянного тока кодированный сигнал не зависит от данных и, следовательно, не несет никакой информации, разрешающий сигнал для передачи по сети (например, Ethernet), которая, как правило, не передает постоянной составляющей.
Извлечение исходных данных из полученных закодированных бит (Манчестерским кодированием согласно IEEE 802.3):
| Original data | Clock | Manchester value |
|---|---|---|
| = | XOR |
Манчестерское кодирование как фазовая манипуляция [ править | править код ]
Манчестерское кодирование представляет собой частный случай двоичной фазовой манипуляции (ФМ), где данные контролируют фазу квадратной волны несущей, частота которых является скоростью передачи данных.
Соглашения для представления данных [ править | править код ]
Существует разные соглашения для представления данных согласно коду манчестера:
Манчестерский Код – это самосинхронизирующийся двоичный код без постоянной составляющей, в котором значение каждого передаваемого бита определяется направлением смены логического уровня в середине обусловленного заранее временного интервала. Поскольку логических уровней у самой маленькой единицы информации (бит) на данный момент известно всего два (1 и 0), вариантов тут немного: либо смена 1 => 0 либо 0 => 1. Согласно общепринятым стандартам для Манчестерского кода переход от нуля к единице считается 1, а если наоборот, то 0. На самом деле последнее утверждение – это просто формальность – вопрос в том, с какой стороны посмотреть 😉 Главное, чтобы и приёмник и передатчик смотрели на жизнь одинаково.
Введите число и нажмите «Encode Manchester!«:
Теперь давайте внимательно посмотрим на картинку и попробуем проанализировать и перечислить основные преимущества и недостатки преобразования данных в Манчестерский Код:
Pазмер данных увеличивается вдвое – это негативно сказывается на скорости передачи
Kоличество логических нулей всегда равно количеству логических единиц, соответственно у такого сигнала не будет постоянной составляющей – это крайне важно для электрических цепей и радиоволн
Комбинация логических уровней 11 однозначно говорит о последнем принятом 0, а комбинация 00, соответственно, говорит о 1. Таким образом после одной из них приёмник синхронизируется
Не может идти последовательно более двух одинаковых логических уровней, т.е. комбинация типа 111 или 000 невозможна
В начале данных и в конце не может быть двух одинаковых логических уровней – только 10 или 01
Сначала пишем тест
О пользе тестов можно почитать тут. В контексте решения текущей задачи будет использоваться техника Mock-объектов, поэтому для тестирования используется связка gtest (Google Test) + gmock (Google Mocking Framework). Всё это добро поставляются в исходниках, поэтому единственное требование к системе – совместимый C / C++ компилятор, например gcc g++ для Linux или Visual Studio C++ для Windows. Так выглядит простое консольное приложение, которое будет собираться вместе с тестами и запускать их:
Теперь сами тесты. Более простой задачей является преобразование данных в Манчестерский Код (encode), поэтому с неё, пожалуй, и начнём:
Преобразовать данные в Манчестерский Код очень легко:
Предположительная реализация процесса декодирования Манчестерского кода:
Сборка и запуск тестов
Если Вы работаете в связке Windows + Visual Studio, необходимо выполнить следующее:
При использовании Linux + gcc g++:
Тестов много не бывает. Например, было бы неплохо добавить проверку для последовательности из двух байт и более, или проверку условия отсутствия невозможных для Манчестерского Кода комбинаций – например 111 или 000. Чем больше терпения и выдержки на этом этапе разработки – тем крепче будет сон после её сдачи в эксплуатацию.
Практика
Тесты это хорошо, но пока что всё это больше похоже на теорию – а теория без практики, как известно, скучна. Поэтому, если Вы дочитали до этого момента, милости прошу посетить следующий пост, в котором в качестве приёмника и передатчика используются два микроконтроллера, а сам процесс эмулируется в виртуальной среде, которая умеет моделировать поведение электрических цепей.
🏠 Интернет Всего 🚗
Введите число и нажмите «Encode Manchester!«:
Теперь давайте внимательно посмотрим на картинку и попробуем проанализировать и перечислить основные преимущества и недостатки преобразования данных в Манчестерский Код:
Комбинация логических уровней 11 однозначно говорит о последнем принятом 0, а комбинация 00, соответственно, говорит о 1. Таким образом после одной из них приёмник синхронизируется
Не может идти последовательно более двух одинаковых логических уровней, т.е. комбинация типа 111 или 000 невозможна
Сначала пишем тест
Теперь сами тесты. Более простой задачей является преобразование данных в Манчестерский Код (encode), поэтому с неё, пожалуй, и начнём:
Преобразовать данные в Манчестерский Код очень легко:
Предположительная реализация процесса декодирования Манчестерского кода:
Сборка и запуск тестов
Если Вы работаете в связке Windows + Visual Studio, необходимо выполнить следующее:
При использовании Linux + gcc g++:
Практика
Манчестерский код. Часть 1. Кодирование данных.
Из названия статьи и обложки вы уже знаете, о чем сегодня пойдет речь, так что начинаем без предисловий сразу с главного. Итак, будем осуществлять генерацию манчестерского кода при помощи контроллера STM32. Разумеется, вначале разберемся, что из себя представляет данный тип кодирования в целом. Сразу могу анонсировать следующую статью, которая будет посвящена уже декодированию того сигнала, который мы сгенерируем сегодня, так что следите за обновлениями, добавляйте в закладки и подписывайтесь на всяческие наши группы )
Манчестерский код.
Манчестерское кодирование (код Манчестер-II) представляет из себя способ кодирования исходного двоичного кода двоичным же цифровым сигналом. Или в переводе — на входе единицы и нули, на выходе — единицы и нули, но порядок их следования, естественно, различается.
Существует два основных типа кодирования:
Мы будем использовать первый из этих вариантов, но это не так важно, поскольку переход на другой тип кодирования осуществить очень просто банальным инвертированием.
К особенностям манчестерского кода я бы отнес, в первую очередь:
А теперь минутка истории… Код получил свое название в честь университета Манчестера и компьютера Манчестерский Марк I, на котором он был впервые использован. Вот этот красавец:
Наступило время для дважды обещанного наглядного примера. Возьмем два произвольных байта, пусть будут и закодируем их. Напоминаю, используем манчестерский код по IEEE 802.3. И еще один момент — данные в пределах байта будут следовать от младшего бита к старшему. В общем, смотрим:
Каждому «0» на входе соответствует переход от высокого уровня к низкому на выходе (от «1» к «0»), для «1» — аналогично, но наоборот, от низкого к высокому.
На практике создать манчестерский код довольно просто. Для этого используем дополнительный виртуальный тактовый генератор. Виртуальным я его назвал по той причине, что программно этот генератор будет представлять из себя обычную переменную, значение которой будет меняться от «0» к «1» и обратно. При этом период генератора (период изменения значения переменной) должен быть в два раза меньше длительности передачи одного бита в исходной последовательности. Длительность передачи одного бита также называют периодом кодирования. Переходим к наглядности:
Для примера, первый бит: на входе — «1», на тактовом генераторе — «1», код Манчестер-II — «1» ^ «1» = «0».
Аналогично, для второго бита: на входе — «1», на тактовом генераторе — «0», код Манчестер-II — «1» ^ «0» = «1». Именно такой механизм будем использовать в программной реализации, к которой и переходим.
Генератор манчестерского кода на STM32.
По новой традиции в конце статьи я помещу не только ссылку на полный проект, но и полный код файлов под спойлерами. А пока настраиваем в STM32CubeMx все, что понадобится. В данном случае, это один из таймеров, который будет основой для всего, а также порт в режиме выхода, на который будем выводить манчестерский код. У меня выбор пал на TIM2 и PA3, само собой, можно использовать любые другие в точности также:
Не забываем включить интерфейс SWD для отладки и внешнее тактирование. Да, кстати, у меня будет STM32F103C8 с внешним резонатором на 8 МГц. Но, как и всегда, код будет универсальным, чтобы использовать его на любом другом STM32 без малейших проблем. Настройки тактирования традиционные:
То есть тактовая частота таймеров составляет 72 МГц. Настроим TIM2 на переполнение каждые 10 мкс. Для этого берем предделитель 72 (в CubeMx ставим 71), и период, равный 10:
При таком делителе получим частоту таймера равной:
То есть один «тик» таймера — 1 мкс. С периодом 10 получим желаемые 10 мкс. Использование именно такого периода для таймера не критично, эта величина устанавливается в коде и может быть любой другой. Об этом чуть ниже…
Кроме того, включаем прерывание для таймера и генерируем код. Далее CubeMx нам не понадобится. Добавляем в проект файлы для работы с кодом Манчестер-II:
Начнем с определения констант в manchester_code.h — задаем выходной порт и как раз-таки период таймера в мкс:
Также тут присутствует третье значение — MANCH_BIT_TIME_US — это длительность передачи одного бита (период кодирования), также в микросекундах. Прерывание по таймеру будет срабатывать каждые 10 мкс, длительность бита — 100 мкс, поэтому рассчитываем сразу, сколько раз таймер должен переполниться до достижения этого значения:
Далее о формате данных… Как мы уже выяснили, приемник может сам синхронизироваться с принимаемыми битами, с этим все гладко. Но приемник никак не может знать, где именно «начало» данных:
То есть, приемник самостоятельно настроился на анализ нужных фронтов (в следующей статье про декодер это и будет сделано 👍), но в этот момент он может оказаться в произвольном месте байта. А мы хотим принимать данные ровно в том порядке, в котором отправляем. Поэтому к исходным данным мы будет добавлять 16 бит со специальным кодом синхронизации. В качестве этого кода возьмем, например, значение 0xAA55:
На данный момент ограничимся тем фактом, что эти 2 байта нам нужно добавить в начало передаваемых данных, соответственно также закодировав их.
Для структуризации данных добавляем:
Пробегаем по полям:
По поводу размера массива — он задается все здесь же в manchester_code.h, пока мы вообще за пределы этого файла даже не выходили:
Пойдем поэтапно, manchester_code.c — объявление переменных:
Сейчас пойдет ряд функций для организации кодирования. Для управления выходом добавляем:
Далее по списку и по важности — функция, которая запускает процесс манчестерского кодирования:
В качестве аргументов — указатель на информационные данные и их размер (кол-во байт). Соответственно, передавать в функцию мы будем набор uint8_t значений, которые затем побитно будут кодироваться и выдаваться на PA3. На всякий случай напоминаю, что кодировать данные будем от младшего бита к старшему. То есть если на входе байт 0x22, что в двоичном виде представляет из себя 0b00100010, то на выходе будут последовательно закодированные «0», «1», «0», «0», «0», «1», «0», «0».
Итак, в функции обнуляем счетчики текущего байта и бита, а также проверяем размер данных на превышение максимально возможного количества информационных байт. В случае превышения сохраняем в bytesNum максимально допустимое значение. Далее копируем информационные данные в структуру, но начиная со 2-го байта (индекс = MANCH_SYNC_BYTES_NUM):
Делаем так по той причине, что первые два передаваемых байта будут синхрополем, которое и помещаем в массив encodeData.data[].
Следующая функция возвращает текущее значение бита на основе данных структуры MANCH_Data:
В manchData->data[] у нас данные, в manchData->byteIdx — номер байта, в manchData->bitIdx — номер бита. В результате функция возвращает значение этого бита в этом байте в этих данных.
Все, наконец, переходим к прерыванию таймера, в котором соберем воедино все, что было подробно обсуждено:
Все действия осуществляем при активном флаге:
Разберемся, что мы имеем в итоге с временными интервалами при текущей конфигурации.
В функцию HAL_TIM_PeriodElapsedCallback() мы попадаем каждые 10 мкс. При этом период кодирования у нас равен 100 мкс. Каждый раз заходя в callback мы инкрементируем счетчик encodeTimerCnt, что приведет к тому, что через 100 мкс его значение будет равно рассчитанному ранее значению MANCH_ENCODE_TIMER_MAX. Далее отсчитывать не требуется, поэтому обнуляем счетчик в этой части функции:
Кроме того, поскольку прошло 100 мкс, что есть длительность передачи одного бита, то переходим к следующему биту, инкрементируя encodeData.bitIdx. Оставшееся просто — проверяем, не вышел ли индекс бита за пределы байта, и в случае выхода, переходим на следующий байт. А если счетчик байт равен кол-ву передаваемых байт (encodeData.bytesNum), то все, финиш, процесс завершается.
Осталась маленькая, но самая важная часть, которая осуществляет генерацию манчестерского кода:
Помните, мы обсуждали, что период виртуального тактового генератора должен быть вдвое меньше длительности бита? Так вот поэтому здесь мы проверяем счетчик на равенство двум значениям, так как этот кусок кода должен выполниться дважды за время, равное длительности передачи бита. И в этом куске получаем значение текущего исходного бита и рассчитываем значение, которое необходимо выдать на выход все по той же формуле:
И в завершение меняем значение virtTact с 0 на 1, либо с 1 на 0.
Дело за малым — запускаем процесс генерации Манчестер-II кода из main() и анализируем результат. Для этого запускаем таймер HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2) и в while(1) будем запускать генерацию каждые 500 мс:
Также здесь фигурирует txData — обычный массив тестовых данных, объявленный здесь же, в main.c:
Последний байт инкрементируем в цикле, чтобы при декодировании убедиться, что не теряем посылки. Компилируем, прошиваем, запускаем, встаем осциллографом на PA3:
Переводим мысленно несколько байт наблюдаемого сигнала из манчестерского кода и получаем полное соответствие исходным данным (плюс синхрополе), что явно сигнализирует об успехе операции кодирования.
Засим откланиваюсь, в следующей статье этот же самый сигнал мы декодируем, причем этим же самым контроллером.