CN114124283A - 一种基于频率编码的单线通信方法 - Google Patents

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Abstract

基于频率编码的单线通信方法，使用两个不同频率的调制时钟信号代表数据“0”和数据“1”，调制时钟信号的个数代表数据采样时钟信号周期；把信号发送端的数据信号和数据采样时钟信号，通过调制器调制成包含数据和时钟信息的单一调制信号；通过信号线传送到信号接收端，信号接收端通过解调器把收到的调制信号解调出数据信号和数据采样时钟信号；信号发送端包括调制器UT，调制器UT连接发送端数据信号SDA_TX、发送端数据采样时钟信号SCK_TX、发送端调制基准时钟FM_TX和单线总线SBUS信号；信号接收端包括解调器UR，解调器UR连接单线总线SBUS信号、接收端数据信号SDA_RX、接收端采样时钟信号SCK_RX和接收端解调时钟信号FD_RX。优点是：本发明对解码时钟精度要求低，编解码实现简单，成本低。

Description

一种基于频率编码的单线通信方法
技术领域
本发明属于信号通信技术领域，具体涉及一种基于频率编码的单线通讯方法。
背景技术
现有技术的总线通信一般包含时钟和数据两个传输信息。在2线总线中，一根线用于时钟信息传输称为时钟线，另一根用于数据信息传输称为数据线。对于单线通讯总线，需要把时钟信息和数据信息同时在一根线上传输，这就需要把两个信息调制编码成一个信号后再通过单线传输。
现有单线通信编码中曼彻斯特编码是常用的编码方式。如图1所示，曼彻斯特编码(Manchester)又称裂相码、同步码、相位编码，是一种用电平跳变来表示“1”或“0”编码方法，其变化规则很简单，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但“0”码和“1”码的相位正好相反。曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在信号流中，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。基于曼彻斯特编码的单线通讯波特率较高，但是其编码解码电路都比较复杂，同时对恢复时钟精度要求较高，这些特点导致其实现成本较高，在一些低成本应用中并不合适。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过频率编码的方式实现单线通信的方法，它的编码解码电路都比较简单，实现成本较低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于频率编码的单线通信方法，其特征在于：
第一，使用两个不同频率的调制时钟信号代表数据“0”和数据“1”，调制时钟信号的个数代表数据采样时钟信号周期；
将信号发送端的调制基准时钟频率设为f0，用f0/2频率调制时钟代表数据“0”，2f0频率调制时钟代表数据“1”；在信号调制编码时，为了让每个数据发送周期相同，如果发送“0”数据时发送n个f0/2调制时钟，则在发送“1”信号时需要发送4n个2f0调制时钟，这样数据采样时钟信息通过调制时钟个数调制到调制信号中；数据时钟周期等于调制时钟个数乘以调制时钟周期，“0”数据的调制时钟周期为2/f0,数据时钟周期为n*2/f0＝2n/f0；“1”数据的调制时钟周期为1/(2f0),数据时钟周期为4n*1/(2f0)＝2n/f0；这样，“0”和“1”数据时钟周期相等，为：
Figure BDA0003387382560000011
通过对通信时钟信息和数据信息进行编码，用n个频率为“f0/2”的信号代表“0”，4n个频率为“2f0”的信号代表“1”，将时钟和数据信息同时包含在信号流中，在传输数据信息代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方；
第二，在单线通信时，需要把信号发送端的数据信号和数据采样时钟信号通过调制器调制成包含数据和时钟信息的单一调制信号，然后通过信号线传送到接收端，接收端通过解调器把收到的调制信号解调出数据信号和数据采样时钟信号；
第三，所述单线通信在信号发送端包括：调制器UT，所述调制器UT连接发送端数据信号SDA_TX、发送端数据采样时钟信号SCK_TX、发送端调制基准时钟FM_TX和单线总线SBUS信号；
所述调制器UT的功能在于，把所述发送端数据信号SDA_TX和所述发送端采样时钟信号SCK_TX调制成频率编码的信号并发送到单线总线SBUS信号线上；
第四，所述信号接收端包括：解调器UR，所述解调器UR连接所述单线总线SBUS信号、接收端数据信号SDA_RX、接收端采样时钟信号SCK_RX和接收端解调时钟信号FD_RX；
所述解调器UR对调制的所述单线总线SBUS信号进行解调，恢复出所述接收端数据信号SDA_RX和所述接收端采样时钟信号SCK_RX；
所述解调器UR包括：数据恢复模块，数据为“1”时的时钟恢复模块，数据为“0”时的时钟恢复模块和多路复用器模块；
所述数据恢复模块连接调制的单线总线SBUS信号，接收端解调时钟信号FD_RX和接收端数据恢复信号SDA_RX；接收端解调时钟FD_TX的频率为f0，所述数据恢复模块通过比较接收端解调时钟FD_TX的频率f0和调制的单线总线SBUS信号的频率来设定数据恢复信号为“0”或者为“1”；当调制的单线总线SBUS信号的频率大于接收端解调时钟信号FD_RX的时钟频率f0时，则设定接收端数据信号SDA_RX为“1”；当单线总线SBUS信号的频率小于接收端解调时钟信号FD_RX的时钟频率f0时，则设定接收端数据信号SDA_RX为“0”；
所述数据为“1”的时钟恢复模块连接调制的所述单线总线SBUS信号和数据为“1”的恢复时钟信号C1；该模块通过计数数据为“1”的时钟个数来恢复时钟；
所述数据为“0”的时钟恢复模块连接调制的所述单线总线SBUS信号和数据为“0”的恢复时钟信号C0；该模块通过计数数据为“0”的时钟个数来恢复时钟；
所述多路复用器模块连接数据为“1”的恢复时钟信号C1和数据为“0”的恢复时钟信号C0，所述接收端数据信号SDA_RX和所述接收端采样时钟信号SCK_RX；所述多路复用器模块的功能在于当恢复数据为“1”时，选择恢复时钟信号C1输出到接收端采样时钟信号SCK_RX端；当恢复数据为“0”时，选择恢复时钟信号C0输出到接收端采样时钟信号SCK_RX端；
每个“0”数据或者“1”数据的时钟恢复周期以调制的单线总线SBUS信号的第一个下降沿或者上升沿开始，到时钟恢复信号SCK_RX输出为止；这样，每个数据周期都实现了数据恢复和时钟恢复并同步；
同时数据“0”的调制信号频率为f0/2,是接收端解调时钟FD_RX频率f0的1/2；数据“1”的调制信号频率为2f0，是接收端解调时钟FD_RX频率f0的2倍；这样，在数据恢复时对接收端解调时钟FD_RX的频率容差范围为：
Figure BDA0003387382560000032
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明具有对解码时钟精度要求低，编解码实现简单，成本低等优点。
附图说明
图1是现有技术中曼彻斯特编码方法示意图；
图2是本发明实施例一基于频率的编码方法示意图；
图3是本发明实施例一基于频率编码的单线通信方法示意图；
图4是本发明实施例一调制编码时序图；
图5是本发明实施例一解调器功能框图；
图6是本发明实施例一数据和时钟恢复时序图。
具体实施方式
下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：
实施例一
如图2-6所示，一种基于频率编码的单线通讯方法，包括：
使用两个不同频率的调制时钟信号代表数据“0”和数据“1”，调制时钟信号的个数代表数据采样时钟信号周期。
如图2所示，将信号发送端的调制基准时钟频率设为f0，用f0/2频率调制时钟代表数据“0”，2f0频率调制时钟代表数据“1”；在信号调制编码时，为了让每个数据发送周期相同，如果发送“0”数据时发送n个f0/2调制时钟，则在发送“1”信号时需要发送4n个2f0调制时钟，这样数据采样时钟信息通过调制时钟个数调制到调制信号中；数据时钟周期等于调制时钟个数乘以调制时钟周期，“0”数据的调制时钟周期为2/f0,数据时钟周期为n*2/f0＝2n/f0；“1”数据的调制时钟周期为1/(2f0),数据时钟周期为4n*1/(2f0)＝2n/f0；这样，“0”和“1”数据时钟周期相等，为：
Figure BDA0003387382560000031
通过对通信时钟信息和数据信息进行编码，用n个频率为“f0/2”的信号代表“0”，4n个频率为“2f0”的信号代表“1”，将时钟和数据信息同时包含在信号流中，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。
在单线通信时，需要把信号发送端的数据信号和数据采样时钟信号通过调制器调制成包含数据和时钟信息的单一调制信号，然后通过信号线传送到接收端，接收端通过解调器把收到的调制信号解调出数据信号和数据采样时钟信号。
如图3所示，单线通信在信号发送端包括：调制器UT，调制器UT连接发送端数据信号SDA_TX、发送端数据采样时钟信号SCK_TX、发送端调制基准时钟FM_TX和单线总线SBUS信号；
调制器UT的功能在于，把发送端数据信号SDA_TX和发送端采样时钟信号SCK_TX调制成频率编码的信号并发送到单线总线SBUS信号线上；具体的实现方法为：用发送端采样时钟信号SCK_TX的上升沿或者下降沿去采样发送端数据信号SDA_TX,如果SDA_TX为“0”，则向单线总线信号线SBUS发送n个频率为“f0/2”的调制信号；如果SDA_TX为“1”，则向单线总线信号线SBUS发送4n个频率为“2f0”的调制信号；信号时序如图4所示。
如图3所示，信号接收端包括：解调器UR，解调器UR连接单线总线SBUS信号、接收端数据信号SDA_RX、接收端采样时钟信号SCK_RX和接收端解调时钟信号FD_RX；
解调器UR对单线总线SBUS调制信号进行解调，恢复出接收端数据信号SDA_RX和接收端采样时钟信号SCK_RX。
图5为解调器UR的功能框图，解调器UR包括：数据恢复模块，数据为“1”时的时钟恢复模块，数据为“0”时的时钟恢复模块和多路复用器模块；
数据恢复模块连接单线总线SBUS信号，接收端解调时钟信号FD_RX和接收端数据恢复信号SDA_RX；接收端解调时钟FD_TX的频率为f0，数据恢复模块通过比较接收端解调时钟FD_TX的频率f0和调制的单线总线SBUS信号的频率来设定数据恢复信号为“0”或者为“1”；当单线总线信号SBUS的频率大于接收端解调时钟信号FD_RX的时钟频率f0时，则设定接收端数据信号SDA_RX为“1”；当单线总线SBUS信号的频率小于接收端解调时钟信号FD_RX的时钟频率f0时，则设定接收端数据信号SDA_RX为“0”；
数据为“1”的时钟恢复模块连接调制的单线总线SBUS信号和数据为“1”的恢复时钟信号C1；该模块通过计数数据为“1”的时钟个数来恢复时钟；
数据为“0”的时钟恢复模块连接调制的单线总线SBUS信号和数据为“0”的恢复时钟信号C0；该模块通过计数数据为“0”的时钟个数来恢复时钟；
“单线总线SBUS信号”，为来自“单线总线SBUS信号线”上的信号。
多路复用器模块连接数据为“1”的恢复时钟信号C1，数据为“0”的恢复时钟信号C0，接收端数据信号SDA_RX和接收端采样时钟信号SCK_RX；多路复用器模块的功能在于当恢复数据为“1”时，选择恢复时钟信号C1输出到接收端采样时钟信号SCK_RX端；当恢复数据为“0”时，选择恢复时钟信号C0输出到接收端采样时钟信号SCK_RX端；
每个“0”数据或者“1”数据的时钟恢复周期以调制的单线总线SBUS信号的第一个下降沿或者上升沿开始，到时钟恢复信号SCK_RX输出为止；这样，每个数据周期都实现了数据恢复和时钟恢复并同步；时钟恢复、数据恢复与调制的单线总线SBUS信号的时序关系，如图6所示。
同时，数据“0”的调制信号频率为f0/2,是接收端解调时钟FD_RX频率f0的1/2；数据“1”的调制信号频率为2f0，是接收端解调时钟FD_RX频率f0的2倍；这样，在数据恢复时对接收端解调时钟FD_RX的频率容差范围为：
Figure BDA0003387382560000051
例如，如果调制基准时钟f0为512K赫兹，那么解调时钟的误差范围可在256K和1024K之间；由此可见解调基准时钟的容差范围非常宽。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于频率编码的单线通信方法，其特征在于：
第一，使用两个不同频率的调制时钟信号代表数据“0”和数据“1”，调制时钟信号的个数代表数据采样时钟信号周期；
第二，把信号发送端的数据信号和数据采样时钟信号，通过调制器调制成包含数据和时钟信息的单一调制信号；通过信号线传送到信号接收端，信号接收端通过解调器把收到的调制信号解调出数据信号和数据采样时钟信号；
第三，所述信号发送端包括：调制器UT，所述调制器UT连接发送端数据信号SDA_TX、发送端数据采样时钟信号SCK_TX、发送端调制基准时钟FM_TX和单线总线SBUS信号；
所述调制器UT把所述发送端数据信号SDA_TX和所述发送端采样时钟信号SCK_TX调制成频率编码的信号并发送到单线总线SBUS信号线上；
第四，所述信号接收端包括：解调器UR，所述解调器UR连接单线总线SBUS信号、接收端数据信号SDA_RX、接收端采样时钟信号SCK_RX和接收端解调时钟信号FD_RX；
所述解调器UR对调制的单线总线SBUS信号进行解调，恢复出接收端数据信号SDA_RX和接收端采样时钟信号SCK_RX。
2.如权利要求1所述的一种基于频率编码的单线通信方法，其特征在于：
使用两个不同频率的调制时钟信号代表数据“0”和数据“1”，调制时钟信号的个数代表数据采样时钟信号周期；
将信号发送端的调制基准时钟频率设为f0，用f0/2频率调制时钟代表数据“0”，2f0频率调制时钟代表数据“1”；在信号调制编码时，为了让每个数据发送周期相同，如果发送“0”数据时发送n个f0/2调制时钟，则在发送“1”信号时需要发送4n个2f0调制时钟，这样数据采样时钟信息通过调制时钟个数调制到调制信号中；数据时钟周期等于调制时钟个数乘以调制时钟周期，“0”数据的调制时钟周期为2/f0,数据时钟周期为n*2/f0＝2n/f0；“1”数据的调制时钟周期为1/(2f0),数据时钟周期为4n*1/(2f0)＝2n/f0；这样，“0”和“1”数据时钟周期相等，为：
Figure FDA0003387382550000011
通过对通信时钟信息和数据信息进行编码，用n个频率为“f0/2”的信号代表“0”，4n个频率为“2f0”的信号代表“1”，将时钟和数据信息同时包含在信号流中，在传输数据信息代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方。
3.如权利要求1所述的一种基于频率编码的单线通信方法，其特征在于：
所述解调器UR包括：数据恢复模块，数据为“1”时的时钟恢复模块，数据为“0”时的时钟恢复模块和多路复用器模块；
所述数据恢复模块连接单线总线SBUS信号，接收端解调时钟信号FD_RX和接收端数据恢复信号SDA_RX；接收端解调时钟FD_TX的频率为f0，所述数据恢复模块通过比较接收端解调时钟FD_TX的频率f0和调制的单线总线SBUS信号的频率来设定数据恢复信号为“0”或者为“1”；当单线总线SBUS信号的频率大于接收端解调时钟信号FD_RX的时钟频率f0时，则设定接收端数据信号SDA_RX为“1”；当调制的单线总线SBUS信号的频率小于接收端解调时钟信号FD_RX的时钟频率f0时，则设定接收端数据信号SDA_RX为“0”；
所述数据为“1”的时钟恢复模块连接所述调制的单线总线SBUS信号和数据为“1”的恢复时钟信号C1；该模块通过计数数据为“1”的时钟个数来恢复时钟；
所述数据为“0”的时钟恢复模块连接所述调制的单线总线SBUS信号和数据为“0”的恢复时钟信号C0；该模块通过计数数据为“0”的时钟个数来恢复时钟；
所述多路复用器模块连接数据为“1”的恢复时钟信号C1和数据为“0”的恢复时钟信号C0，接收端数据信号SDA_RX和接收端采样时钟信号SCK_RX；该模块的功能在于当恢复数据为“1”时，选择恢复时钟信号C1输出到接收端采样时钟信号SCK_RX端；当恢复数据为“0”时，选择恢复时钟信号C0输出到接收端采样时钟信号SCK_RX端；
每个“0”数据或者“1”数据的时钟恢复周期以调制的单线总线SBUS信号的第一个下降沿或者上升沿开始，到时钟恢复信号SCK_RX输出为止；这样，每个数据周期都实现了数据恢复和时钟恢复并同步。
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