曼彻斯特码编解码的FPGA设计与实现

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告2、基本内容和技术方案2.1 基本内容在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一个跳变，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“0”，从低到高跳变表示“1”。

从曼彻斯特码的特点可以看出曼彻斯特码是一种自同步码源，且没有直流分量，因此抗干扰能力强。

但其缺点是编码后每一个码元都被调成2个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2，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。

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。

2.2 技术方案曼彻斯特编解码电路由两个个部分组成，分别是编码电路模块，解码电路模块。

编码电路模块提供时钟源，并且对输入的待传送原码进行编码，将其转换成曼彻斯特码并发送。

逻辑框图如下：解码电路模块用则是将接收到的曼彻斯特码整形后利用同步时钟提取电路模块提供的同步信号把它转换成原码输出。

逻辑框图如下：两个相对独立的模块相互协同工作共同完成曼彻斯特编解码工作，同时相互独立的模块结构有利于查找电路中存在的问题，便于维护。

3、进度安排第1－3周：查阅相关参考文献，撰写开题报告。

第4－5周：学习相关知识，熟悉曼彻斯特编码器原理。

第6－7周：学习Verilog语言及Modelsim软件的应用。

第8－10周：根据系统框架确定设计方案。

第11－14周：系统软硬件方案设计实现与测试。

第15－17周: 撰写并修改毕业论文，准备进行毕业答辩。

4、指导教师意见指导教师签名：年月日目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 背景及目的意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 在电信业的应用 (1)1.2.2 在工业控制中的应用 (2)1.2.3 在车辆总线中的应用 (2)1.2.4 在石油勘测探井中的应用 (2)1.3 项目研究内容及组织结构 (2)2. 开发工具及仿真软件 (4)2.1 FPGA原理 (4)2.2 QuartusⅡ (5)2.2.1 QuartusⅡ系统的特点 (5)2.2.2 Quartus II下的FPGA设计 (6)2.2.3 QuartusⅡ的仿真 (8)2.3 Modelsim (8)3 曼彻斯特码 (10)3.1 数字通信中位同步与线路编码 (10)3.2 曼彻斯特码及几种相关的二元码码型介绍 (11)3.2.1 曼彻斯特码 (11)3.2.2 单极性非归零波形 (12)3.2.3 密勒码――曼彻斯特码的一种变形码 (12)3.3 曼彻斯特码及几种常见二元码的包含定时信息的讨论 (12)3.4曼彻斯特码的优点 (18)3.5曼彻斯特码的应用范围 (19)3.5.1在LAN中的应用 (19)3.5.2在测井系统中的应用 (19)3.6 曼彻斯特编码规则 (20)4 系统方案设计 (23)4.1 编码电路的设计 (23)4.1.1 并串转换器的设计 (24)4.1.2 NRZ码转换为曼彻斯特码 (25)4.2 解码电路的设计 (26)4.2.1 总体设计 (26)4.2.2 各模块设计 (27)5系统功能的实现 (30)5.1 Verilog HDL语言简介 (30)5.2 功能实现 (30)6 总结与展望 (38)6.1 总结 (38)6.2 展望 (38)参考文献 (39)附录 (41)致谢 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

摘要曼彻斯特码采用跳变沿来表示0或1，与二进制码相比，具有如下优点：1.具有丰富的定时信息，便于接收端提取定时信号；2.传输时无直流分量，可降低系统的功耗；3.曼彻斯特码传输方式非常适合于多路数据的快速切换。

在数据通信领域，开发一个数据通信系统，选择一种好的数据编码方式是非常重要的，关系到整个系统的可行性、稳定性、通信质量以及以后系统的工作效率等方面。

如何实现开发出更高可行性、可靠性及稳定性的通信系统，这正是研究曼彻斯特码的目的和意义所在。

作者主要的研究工作如下：1、对选题的背景和意义做了阐述，介绍了曼彻斯特编解码在国内外的研究现状以及应用范围。

2、对开发环境FPGA以及应用的编程软件QuratusⅡ和仿真软件Modelsim做了相应的介绍。

阐述了他们的主要特点以及软件的使用方法和仿真流程。

3、论述了曼彻斯特码的原理，介绍了其编码规则，即：用下降沿表示“1”，用上升沿表示“0”。

然后说明了用此种方式编码的优点：没有直流分量从而损耗小，并且有着丰富的时钟信息，非常适合于多路数据的快速切换。

4、根据项目需要，结合通信中线路编码与位同步的相关知识，设计了基于FPGA 的曼彻斯特码编解码器。

本次设计主要包括两大部分，曼彻斯特编码器，曼彻斯特解码器。

其中曼彻斯特编码器还包括一个串并转换模块和编码模块，同样的，曼彻斯特解码器也含有一个解码模块和一个并串转换器。

5. 使用Verilog HDL 语言，编写编解码的各个模块，并使用Quartus Ⅱ进行软件的调试和编译，最后通过Modelsim 实现了功能仿真。

关键词：曼彻斯特码FPGA Verilog ModelSimAbstractManchester code hopping along represents 0 or 1 , as compared with the binary code has the following advantages :1. Waveform in the middle of each bit transition , and therefore has a wealth of timing information , the convenience of retrieving the timing signal . Binary transmission , when the continuous 0 or 1 , can not distinguish between the two between the boundary ; 2 due to the Manchester code each bit has a level shift , therefore , when transmitting no DC component , can reduce the power consumption of the system . For binary waveform , the When appear consecutive 1 , the generation of the DC component ; 3. Manchester code transmission method is very suitable for fast switching of the multiplexed data . Manchester code is widely used in many fields , such as telecommunications , industrial control , vehicle bus , oil exploration exploratory well.The main task of the research are as follows:1.The background and significance are described in this paper, and the paper described the Manchester encoding and decoding research status at home and abroad as well as applications.2. Made A corresponding description of FPGA as the development environment ，the programming software Quratus Ⅱand the simulation software Modelsim.Described their main characteristics and the way of using the software and their simulation processes.3.Discussed the principle of Manchester code , introduced the coding rules,that is: a falling edge indicates "1 "while the rising edge indicates "0".And then described the advantages of coding in this manner : no DC component and thus loss, and has a wealth of clock information , ideally suited for multi-channel data fast switching.4. Based on the needs of the project , combined with the communication line coding and bit synchronization knowledge to discuss the design and FPGA Design and Implementation of the Manchester - based code codec .The design included two parts, Manchester encoder , Manchester decoder.Manchester encoder comprised a string and conversion module and encoding module , the same , Manchester decoder also included a decoding module and a parallel-serial converter.5. Using Verilog HDL language , writing a codec of the various modules and use the Quartus Ⅱfor software debugging and compiling , and finally achieved through Modelsim functional simulation.Keywords: Manchester code FPGA Verilog ModelSim1 绪论1.1 背景及目的意义曼彻斯特编码是一种自同步的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。