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基于FPGA的类曼彻斯特编码发送模块设计
基于FPGA的类曼彻斯特编码发送模块设计
一、引言
随着现代通信技术的不断发展与进步，传输速率和数据可靠性已成为通信系统设计的关键课题之一。常见的传输方法中，曼彻斯特编码是一种广泛应用的数字编码技术，它通过编码方式改变信号波形，提高了信号的可靠性和抗干扰能力。本文将基于FPGA设计一个类曼彻斯特编码发送模块，实现对输入数据的编码和发送。
二、曼彻斯特编码原理
曼彻斯特编码是一种基于翻转波形的数字编码技术，将每个输入位组合成两个时钟周期的编码信号，使得信号波形中一定存在从高电平到低电平或者从低电平到高电平的跳变，提高了信号的抗干扰能力。曼彻斯特编码有两种形式：差分曼彻斯特编码和非差分曼彻斯特编码。差分曼彻斯特编码中，码元的开始和结束以跳变的方式进行，而非差分曼彻斯特编码中，码元的开始和结束以非跳变的方式进行。
三、FPGA的基本介绍
FPGA（FieldProgrammableGateArray）是一种可编程逻辑集成电路，具备逻辑资源丰富、可重复编程等特点。通过FPGA可以实现数字系统的设计与开发，是厂商在外部提供了大量的可编程逻辑单元，并可实现灵活连接单元之间的关系，方便实现各种数字系统的功能。
四、设计思路
本文基于FPGA设计一个类曼彻斯特编码发送模块，主要包括输入数据转换、编码和发送三个主要模块。设计流程如下所示：
1.输入数据转换模块：将输入的数据转换为二进制形式，以方便后续的编码处理。
2.编码模块：根据曼彻斯特编码原理，对输入二进制数据进行编码处理，生成相应的编码数据。
3.发送模块：将编码数据以特定的时钟周期发送出去。
五、详细设计
1.输入数据转换模块
输入数据转换模块主要负责将输入的数据进行二进制转换，以方便后续的编码处理。输入数据使用开关输入，通过状态机对输入进行判断和转换，将输入数据转换为二进制形式。
2.编码模块
编码模块根据曼彻斯特编码原理，对输入的二进制数据进行编码处理。根据输入的二进制数据，生成对应的曼彻斯特编码数据。对于差分曼彻斯特编码，在每个码元的开始和结束处通过跳变进行；对于非差分曼彻斯特编码，在每个码元的开始和结束处通过非跳变进行。
3.发送模块
发送模块根据编码模块生成的曼彻斯特编码数据，按照特定的时钟周期进行发送。通过FPGA中的时钟源和寄存器，控制对应的输出信号，将编码数据发送出去。
六、实验结果
经过上述设计和实现，完成了基于FPGA的类曼彻斯特编码发送模块的设计。通过实验验证，确认该发送模块可以正确地将输入数据进行编码并发送出去。
七、结论
本文基于FPGA设计了一个类曼彻斯特编码发送模块，通过输入数据转换、编码和发送三个模块的实现，完成了对输入数据的编码和发送功能。实验结果表明，该发送模块可以正确地将输入数据进行编码并发送出去，具备较强的抗干扰能力和数据可靠性。
八、展望与改进
基于FPGA的类曼彻斯特编码发送模块设计是一个有趣且有挑战性的课题，但本文还存在一些可以改进的地方。例如，可以进一步优化编码算法，提高编码效率和数据可靠性；还可以设计更加灵活的输入方式，同时支持不同的编码方式。未来，可以考虑将该模块与其他通信模块相结合，构建更加完善的通信系统。
参考文献：
[1]M.Brown,T.Burton,R.P.Randy,andE.C.Betty,Field-ProgrammableGateArrayTechnology.Beijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry,2011.
[2]C.Yang,“ResearchonFPGA-basedtransmissionsystemdesign,”JournalofElectronicMeasurementandInstrumentation,vol.26,pp.37-40,2012.