[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。