CN108512552A - 一种曼彻斯特码的解码系统及解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种曼彻斯特码的解码系统和解码方法，所述曼彻斯特码的解码方法，先通过滤波单元对输入信号进行滤波，消除毛刺干扰，然后对滤波后的信号进行跳变沿检测和分析，避免信号受强脉冲宽度畸变的影响，最后，根据跳变沿检测结果进行解码，解码准确性和解码效率高。此外，采用这种解码方法的解码系统，结构简单，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种曼彻斯特码的解码系统及解码方法。
背景技术
曼彻斯特编码，也叫做相位编码，是一种同步时钟编码技术。在通信技术中，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。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：从低到高跳变表示“1”，从高到低跳变表示“0”。接收曼彻斯特码流时，需要从接收的电平序列中解析出各个比特值。曼彻斯特码具有如下优点：波形中在每一位码元中间都有跳变，因此自带时钟信号，便于接收端提取时钟信号；传输时无支流分量，可降低系统功耗。所以曼彻斯特码在许多领域得到广泛应用，如电信业，工业控制，车辆总线等。应用场景也越来越复杂，特别是远距离传输或无线传输。由于信源、信道缺陷或电磁环境等影响，信号受干扰现象十分普遍。所以要求接收端有一定的容错能力，能容忍脉冲宽度畸变，信号毛刺等干扰。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种抗干扰曼彻斯特码解码方法，可对被干扰编码信号进行抗干扰处理并解码，实现信号在受较强脉冲宽度畸变、信号毛刺等干扰下对曼彻斯特编码数据正确解码。本发明的具体技术方案如下：
一种曼彻斯特码的解码系统，包括：滤波单元，用于接收曼彻斯特编码的输入信号，并对所述输入信号进行滤波后，输出滤波输入信号；跳变分析单元，用于接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，并根据所述滤波输入信号的跳变沿和跳变时间间隔，分析当前跳变是否为数据跳变；数据解码单元，用于根据所述跳变分析单元的分析结果，控制所述数据解码单元中的移位寄存器写入相应数据，然后把所述移位寄存器中的数据作为解码数据输出。
进一步地，所述滤波单元包括计数器和使能子单元，其中：所述计数器用于对接收所述输入信号的过程进行时间计数，并在所述输入信号的跳变沿时刻进行时间计数值的清零，清零后又重新开始时间计数；所述使能子单元用于在所述时间计数值大于预设的滤波窗口值时，输出使能高电平信号，在所述输入信号的跳变沿时，输出使能低电平信号。
进一步地，所述跳变分析单元包括跳变沿检测子单元、定时子单元和判断子单元，其中：所述跳变沿检测子单元用于检测所述滤波输入信号的跳变沿；所述定时子单元用于计算所述跳变沿检测子单元检测到的相邻跳变沿之间的跳变时间间隔；判断子单元用于根据所述跳变时间间隔判断当前跳变是否为数据跳变。
一种曼彻斯特码的解码方法，包括如下步骤：步骤S1：滤波单元接收曼彻斯特编码的输入信号，并对所述输入信号进行滤波后，输出滤波输入信号，进入步骤S2；步骤S2：跳变分析单元接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，并根据所述滤波输入信号的跳变沿和跳变时间间隔，分析当前跳变是否为数据跳变，然后进入步骤S3；步骤S3：所述数据解码单元根据所述跳变分析单元的分析结果，控制其移位寄存器写入相应数据，然后把所述移位寄存器中的数据作为解码数据输出。
进一步地，所述步骤S1具体包括如下步骤：步骤S11：所述滤波单元接收曼彻斯特编码的输入信号，然后进入步骤S12；步骤S12：所述滤波单元中的计数器从零开始对接收所述输入信号的过程进行时间计数，然后进入步骤S13；步骤S13：所述滤波单元判断是否检测到所述输入信号的跳变沿，如果是，则进入步骤S14，否则继续进行时间计数，并进入步骤S15；步骤S14：所述计数器进行时间计数值的清零，清零后又重新开始时间计数，然后返回步骤S13；步骤S15：所述滤波单元判断所述时间计数值是否大于预设的滤波窗口值，如果是，则进入步骤S16，否则继续进行时间计数，然后返回步骤S13；步骤S16：所述计数器停止计数，所述滤波单元中的使能子单元输出使能高电平信号，使所述滤波单元输出与此刻的所述输入信号相同的电平信号，然后进入步骤S17；步骤S17：所述滤波单元判断是否检测到所述输入信号的跳变沿，如果是，则所述使能子单元输出使能低电平信号，使所述滤波单元保持当前输出的电平信号不变，并返回步骤S14，如果否，则返回步骤S16。
进一步地，所述步骤S2具体包括如下步骤：步骤S21：所述跳变分析单元接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，然后进入步骤S22；步骤S22：所述跳变分析单元中的跳变沿检测子单元是否检测到所述滤波输入信号的跳变沿，如果是，则进入步骤S23，如果否，则返回步骤S21；步骤S23：所述跳变分析单元中的定时子单元计算所述跳变沿检测子单元检测到的相邻跳变沿之间的跳变时间间隔，然后进入步骤S24；步骤S24：所述跳变分析单元中的判断子单元根据所述跳变时间间隔判断当前跳变是否为数据跳变。
进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：步骤S31：所述数据解码单元根据所述跳变分析单元的分析结果，确定当前跳变为数据跳变时，进入步骤S32，否则进入步骤S33；步骤S32：判断当前跳变沿是否为上升沿，如果是，则往移位寄存器中写入1，否则，往移位寄存器中写入0，同时，移位标志加1，然后进入步骤S34；步骤S33：确定当前跳变是否为错误跳变，如果是，则使移位标志清零，使错误标志置1，然后进入步骤S34，如果否，则返回步骤S31；步骤S34：所述数据解码单元判断接收数据是否结束，如果否，则返回步骤S31，如果是，则把所述移位寄存器中的值作为解码数据输出。
本发明所述的曼彻斯特码的解码方法，先通过滤波单元对输入信号进行滤波，消除毛刺干扰，然后对滤波后的信号进行跳变沿检测和分析，避免信号受强脉冲宽度畸变的影响，最后，根据跳变沿检测结果进行解码，解码准确性和解码效率高。此外，采用这种解码方法的解码系统，结构简单，成本较低。
附图说明
图1为所述曼彻斯特码的解码系统的结构框图。
图2为所述曼彻斯特码的解码方法的流程示意图。
图3为跳变沿的检测流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。应当理解，下面所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的曼彻斯特码的解码系统，包括依次串连的滤波单元、跳变分析单元和数据解码单元。其中，所示滤波单元用于接收曼彻斯特编码的输入信号，并对所述输入信号进行滤波后，输出滤波输入信号。所述跳变分析单元用于接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，并根据所述滤波输入信号的跳变沿和跳变时间间隔，分析当前跳变是否为数据跳变。所述数据解码单元用于根据所述跳变分析单元的分析结果，控制所述数据解码单元中的移位寄存器写入相应数据，然后把所述移位寄存器中的数据作为解码数据输出。所述系统先通过滤波单元对输入信号进行滤波，消除毛刺干扰，然后通过跳变分析单元对滤波后的信号进行跳变沿检测和分析，避免信号受强脉冲宽度畸变的影响，最后，由数据解码单元根据跳变沿检测结果进行解码，解码准确性和解码效率高。此外，该解码系统结构简单，成本较低。
优选的，所述滤波单元包括计数器和使能子单元。其中，所述计数器用于对接收所述输入信号的过程进行时间计数，并在所述输入信号的跳变沿时刻进行时间计数值的清零，清零后又重新开始时间计数。所述使能子单元用于在所述时间计数值大于预设的滤波窗口值时，输出使能高电平信号，在所述输入信号的跳变沿时，输出使能低电平信号。其中，所述滤波窗口值可以根据具体的设计需求进行相应设置，优选的，可以设置为100微秒。所述滤波单元通过计数器的时间计数值与系统中预设的滤波窗口值进行比较，可以准确地输出使能信号，有效滤除毛刺等杂波的干扰，提高信号的准确性。
优选的，所述跳变分析单元包括跳变沿检测子单元、定时子单元和判断子单元。其中：所述跳变沿检测子单元用于检测所述滤波输入信号的跳变沿。所述定时子单元用于计算所述跳变沿检测子单元检测到的相邻跳变沿之间的跳变时间间隔。判断子单元用于根据所述跳变时间间隔判断当前跳变是否为数据跳变。所述跳变分析单元通过所述跳变沿检测子单元对滤波后的输入信号进行跳变沿检测，然后通过所述定时子单元计算跳变沿之间的时间间隔，最后再通过所述判断子单元分析当前跳变是属于正常的数据跳变，还是属于分界跳变或者其它错误跳变，以便为后续的解码提高准确的参考依据。
如图2所示的曼彻斯特码的解码方法，包括如下步骤：步骤S1：滤波单元接收曼彻斯特编码的输入信号，并对所述输入信号进行滤波后，输出滤波输入信号，进入步骤S2。步骤S2：跳变分析单元接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，并根据所述滤波输入信号的跳变沿和跳变时间间隔，分析当前跳变是否为数据跳变，然后进入步骤S3。步骤S3：所述数据解码单元根据所述跳变分析单元的分析结果，控制其移位寄存器写入相应数据，然后把所述移位寄存器中的数据作为解码数据输出。所述解码方法，先通过滤波单元对输入信号进行滤波，消除毛刺干扰，然后对滤波后的信号进行跳变沿检测和分析，避免信号受强脉冲宽度畸变的影响，最后，根据跳变沿检测结果进行解码，解码准确性和解码效率高。
优选的，所述步骤S1具体包括如下步骤：在步骤S11中，所述滤波单元接收曼彻斯特编码的输入信号，然后进入步骤S12。在步骤S12中，所述滤波单元中的计数器从零开始对接收所述输入信号的过程进行时间计数，然后进入步骤S13。在步骤S13中，所述滤波单元判断是否检测到所述输入信号的跳变沿，如果是，则进入步骤S14，否则继续进行时间计数，并进入步骤S15。在步骤S14中，所述计数器进行时间计数值的清零，清零后又重新开始时间计数，然后返回步骤S13。在步骤S15中，所述滤波单元判断所述时间计数值是否大于预设的滤波窗口值，如果是，则进入步骤S16，否则继续进行时间计数，然后返回步骤S13。在步骤S16中，所述计数器停止计数，所述滤波单元中的使能子单元输出使能高电平信号，使所述滤波单元输出与此刻的所述输入信号相同的电平信号，然后进入步骤S17。在步骤S17中，所述滤波单元判断是否检测到所述输入信号的跳变沿，如果是，则所述使能子单元输出使能低电平信号，使所述滤波单元保持当前输出的电平信号不变，并返回步骤S14，如果否，则返回步骤S16。所述方法采用滤波窗口的方式对输入信号进行滤波，可以有效滤除输入信号中脉冲宽度较小的毛刺等杂波信号，从而提高输入信号的准确性，提高抗干扰性能。
优选的，所述步骤S2具体包括如下步骤：在步骤S21中，所述跳变分析单元接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，然后进入步骤S22。在步骤S22中，所述跳变分析单元中的跳变沿检测子单元是否检测到所述滤波输入信号的跳变沿，如果是，则进入步骤S23，如果否，则返回步骤S21。在步骤S23中，所述跳变分析单元中的定时子单元计算所述跳变沿检测子单元检测到的相邻跳变沿之间的跳变时间间隔，然后进入步骤S24。在步骤S24中，所述跳变分析单元中的判断子单元根据所述跳变时间间隔判断当前跳变是否为数据跳变。所述方法通过对滤波后的输入信号进行跳变沿检测，并且通过分析跳变沿之间的跳变时间间隔，可以准确地判断输入信号的变化情况，避免信号受强脉冲宽度畸变的影响，提高信号检测的准确性和抗干扰能力。
优选的，所述步骤S3具体包括如下步骤：在步骤S31中，所述数据解码单元根据所述跳变分析单元的分析结果，确定当前跳变为数据跳变时，进入步骤S32，否则进入步骤S33。在步骤S32中，判断当前跳变沿是否为上升沿，如果是，则往移位寄存器中写入1，否则，往移位寄存器中写入0，同时，移位标志加1，然后进入步骤S34。在步骤S33中，确定当前跳变是否为错误跳变，如果是，则使移位标志清零，使错误标志置1，然后进入步骤S34，如果否，则不进行处理，返回步骤S31，继续进行后续信号的分析。在步骤S34中，所述数据解码单元判断接收数据是否结束，如果否，则返回步骤S31，如果是，则把所述移位寄存器中的值作为解码数据输出。所述方法通过移位寄存器进行数据的寄存，可以保证输出信号的准确性，提高解码效率。
具体的，基于上述解码系统的解码方法，系统上电复位后，滤波单元的标志信号filter_ok置0，计数器从零开始计数，如果计数器值大于滤波窗口值(filter_val)时停止计数，标志信号filter_ok置1。在输入信号的跳变沿时，标志信号filter_ok置0，计数器清零，重新开始计数。因此，当标志信号filter_ok置1，输入信号滤波成功，把滤波后的输入信号输出到跳变分析单元，否则，滤波单元的输出信号保持不变。其中，滤波窗口值filter_val可以根据用户需求配置不同值，比如系统时钟10MHz，需要滤除脉冲宽度小于10us的毛刺，则filter_val配置值可设置为100us。跳变分析单元检测每位输入的滤波后的曼彻斯特码信号中的电平跳变沿（上升沿：rise_edge，下降沿：fall_edge），同时记录每个跳变沿之间的间隔时间time_gap。由于曼彻斯特码的一个比特信号在中间会产生数据跳变，上升沿跳变（rise_edge）为逻辑“1”，下降沿跳变（fall_edge）为逻辑“0”。在每个比特分界处也可能产生分界跳变，或是数据出错，产生不符合曼彻斯特编码规则的错误跳变。因此，只要能区分出数据跳变、分界跳变和错误跳变，就能正确解码。
所述数据解码单元根据信号跳变沿（rise_edge/fall_edge）及跳变沿时间间隔time_gap，来区分数据跳变、分界跳变与错误跳变。根据曼彻斯特码的特点，一个比特信号由一段高电平（持续时间T）和一段低电平（持续时间T）组成，每个比特总时间为2T。跳变沿检测流程如图3所示，该跳变沿检测方法能容忍的脉冲宽度畸变范围为+/-33％。数据跳变、边界跳变与错误跳变判定条件如下：a)跳变沿到来时，且上一个跳变沿为分界跳变。如果定时器的值time_gap在时间范围[2/3T，4/3T]，为数据跳变；否则，为错误跳变。b)跳变沿到来时，且上一个跳变沿为数据跳变。如果定时器的值time_gap在时间范围[4/3T，8/3T]，为数据跳变(包括4/3T)；在时间范围[2/3T，4/3T)，为分界跳变(不包括4/3T)；否则，为错误跳变。
所述数据解码单元设有移位寄存器，当跳变沿到来时并且为数据跳变，上升沿（rise_edge）时往移位寄存器写“1”，下降沿（fall_edge）时往移位寄存器写“0”，同时移位标志shift_cnt加1。当有错误跳变时，移位标志shift_cnt清零，错误标志err_flag置1。当接收数据结束后，把移位寄存器的值作为解码数据输出，同时移位标志shift_cnt清零，准备接收下一笔数据。
所述解码系统和解码方法，能够很好的解决传统基于单点或多点采样法的的曼彻斯特解码装置工作不稳定、极易受干扰、可靠性不高的技术问题。系统结构简单，且曼彻斯特码的解码准确率较高。
最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可，各实施例之间的技术方案是可以相互结合的。以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种曼彻斯特码的解码系统，其特征在于，包括：
滤波单元，用于接收曼彻斯特编码的输入信号，并对所述输入信号进行滤波后，输出滤波输入信号；
跳变分析单元，用于接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，并根据所述滤波输入信号的跳变沿和跳变时间间隔，分析当前跳变是否为数据跳变；
数据解码单元，用于根据所述跳变分析单元的分析结果，控制所述数据解码单元中的移位寄存器写入相应数据，然后把所述移位寄存器中的数据作为解码数据输出。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波单元包括计数器和使能子单元，其中：
所述计数器用于对接收所述输入信号的过程进行时间计数，并在所述输入信号的跳变沿时刻进行时间计数值的清零，清零后又重新开始时间计数；
所述使能子单元用于在所述时间计数值大于预设的滤波窗口值时，输出使能高电平信号，在所述输入信号的跳变沿时，输出使能低电平信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述跳变分析单元包括跳变沿检测子单元、定时子单元和判断子单元，其中：
所述跳变沿检测子单元用于检测所述滤波输入信号的跳变沿；
所述定时子单元用于计算所述跳变沿检测子单元检测到的相邻跳变沿之间的跳变时间间隔；
判断子单元用于根据所述跳变时间间隔判断当前跳变是否为数据跳变。
4.一种曼彻斯特码的解码方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：滤波单元接收曼彻斯特编码的输入信号，并对所述输入信号进行滤波后，输出滤波输入信号，进入步骤S2；
步骤S2：跳变分析单元接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，并根据所述滤波输入信号的跳变沿和跳变时间间隔，分析当前跳变是否为数据跳变，然后进入步骤S3；
步骤S3：所述数据解码单元根据所述跳变分析单元的分析结果，控制其移位寄存器写入相应数据，然后把所述移位寄存器中的数据作为解码数据输出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：
步骤S11：所述滤波单元接收曼彻斯特编码的输入信号，然后进入步骤S12；
步骤S12：所述滤波单元中的计数器从零开始对接收所述输入信号的过程进行时间计数，然后进入步骤S13；
步骤S13：所述滤波单元判断是否检测到所述输入信号的跳变沿，如果是，则进入步骤S14，否则继续进行时间计数，并进入步骤S15；
步骤S14：所述计数器进行时间计数值的清零，清零后又重新开始时间计数，然后返回步骤S13；
步骤S15：所述滤波单元判断所述时间计数值是否大于预设的滤波窗口值，如果是，则进入步骤S16，否则继续进行时间计数，然后返回步骤S13；
步骤S16：所述计数器停止计数，所述滤波单元中的使能子单元输出使能高电平信号，使所述滤波单元输出与此刻的所述输入信号相同的电平信号，然后进入步骤S17；
步骤S17：所述滤波单元判断是否检测到所述输入信号的跳变沿，如果是，则所述使能子单元输出使能低电平信号，使所述滤波单元保持当前输出的电平信号不变，并返回步骤S14，如果否，则返回步骤S16。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S21：所述跳变分析单元接收所述滤波单元输出的所述滤波输入信号，然后进入步骤S22；
步骤S22：所述跳变分析单元中的跳变沿检测子单元是否检测到所述滤波输入信号的跳变沿，如果是，则进入步骤S23，如果否，则返回步骤S21；
步骤S23：所述跳变分析单元中的定时子单元计算所述跳变沿检测子单元检测到的相邻跳变沿之间的跳变时间间隔，然后进入步骤S24；
步骤S24：所述跳变分析单元中的判断子单元根据所述跳变时间间隔判断当前跳变是否为数据跳变。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：
步骤S31：所述数据解码单元根据所述跳变分析单元的分析结果，确定当前跳变为数据跳变时，进入步骤S32，否则进入步骤S33；
步骤S32：判断当前跳变沿是否为上升沿，如果是，则往移位寄存器中写入1，否则，往移位寄存器中写入0，同时，移位标志加1，然后进入步骤S34；
步骤S33：确定当前跳变是否为错误跳变，如果是，则使移位标志清零，使错误标志置1，然后进入步骤S34，如果否，则返回步骤S31；
步骤S34：所述数据解码单元判断接收数据是否结束，如果否，则返回步骤S31，如果是，则把所述移位寄存器中的值作为解码数据输出。
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