基于STM32F的曼徹斯特電壓/電流編譯碼系統設計

引言

由于曼徹斯特（MancheSTer）編碼具有傳輸時(shí)無(wú)直流分量，時(shí)鐘提取方便等特點(diǎn)，被廣泛地應用于以太網(wǎng)、車(chē)輛總線(xiàn)、工業(yè)總線(xiàn)中?，F在工程上常用的曼徹斯特編譯碼芯片為HD-6408和HD-6409,但是這種芯片有一些不足。首先，該芯片在傳輸速率和每幀數據中的有效位數等方面都做了嚴格的限制。其次，使用該芯片需要增加額外的硬件電路，提高了系統成本。使用FPGA做曼徹斯特編譯碼成本高，而且開(kāi)發(fā)周期長(cháng)。本文提出了一種基于STM32F103RET6的編譯碼系統方案，利用了STM32F103RET6強大的定時(shí)器功能，采用靈活的編譯碼方式，傳輸速率和數據幀格式都可以根據需要完全自行定義。STM32F103RET6自帶DMA的功能使得數據編碼不再需要頻繁的定時(shí)中斷，提高了編碼速率，節約了CPU的資源。該設計方案實(shí)現方法簡(jiǎn)單、穩定、靈活，應用范圍廣泛。

1 曼徹斯特碼

曼徹斯特編碼是一種自動(dòng)同步的編碼方式即時(shí)鐘同步信號就隱藏在數據波形中。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作為時(shí)鐘信號，又作為數據信號。每個(gè)碼元均用兩個(gè)不同相位的電平信號表示，與用高、低電平表示的非歸零二進(jìn)制碼相比，在連"0"或連"1"的情況下更易于提取同步時(shí)鐘信息。并且曼徹斯特碼傳輸時(shí)沒(méi)有直流分量，可以降低系統的功耗，且有很強的抗干擾能力。圖1所示是最常用的一種曼徹斯特編碼方法，當傳送信號為"1"時(shí)，曼徹斯特編碼由高電平跳變?yōu)榈碗娖?；若傳送的信息?0",曼徹斯特由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，在一個(gè)數據周期內保持低電平無(wú)跳變則表示空閑。

圖1 曼徹斯特編碼

2 STM32F103RET6的定時(shí)器與DMA簡(jiǎn)介

控制器采用ST公司的STM32微處理器，STM32系列微處理器基于A(yíng)RM Cortex-M3內核，采用高效的哈佛結構三級流水線(xiàn)，達到1.25DMIPS /MHz,這里我們選用增強型的STM32F103RET6.它具有如下特征：72 MHz系統時(shí)鐘頻率、512 KB閃存程序存儲器、64 KBSRAM、8個(gè)定時(shí)器、3個(gè)12位模數轉換器、1個(gè)數模轉換器，1個(gè)CAN接口、7通道DMA控制器，以及SPI、USART、I2C、I2S、USB接口等。該控制器具有豐富的外設和較強的抗干擾能力，很適用于工業(yè)現場(chǎng)控制。

STM32F103RET6有8個(gè)定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器由一個(gè)可編程預分頻的1 6位自動(dòng)裝載計數器構成，計數頻率高達72 MHz,它適用于多種場(chǎng)合包括輸入信號的脈沖長(cháng)度（輸入捕獲）或者產(chǎn)生輸出波形（輸出比較或者PWM）。

STM32F103RET6支持DMA操作，DMA是在外沒(méi)和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數據傳輸通道，通過(guò)DMA數據可以快速地移動(dòng)而無(wú)需CPU的參與，這就節省了CPU的資源來(lái)做其他事情。本次設計便是利用計數器觸發(fā)DMA進(jìn)行內存與定時(shí)器的數據交換，比起中斷查詢(xún)的方式，提高了編碼的效率和穩定性。

定時(shí)器的計數頻率最高為72 MHz,DMA傳輸速率為6 Mb/s,因此曼徹斯特編碼的速率可以很輕松的做到1 Mb/s,滿(mǎn)足高速編碼的需求。

3 系統實(shí)現方案

基于STM32F103RET6的曼徹斯特電壓、電流編譯碼系統框圖如圖2所示。該系統設計主要使用STM32F103RET6芯片的定時(shí)器加DMA功能來(lái)實(shí)現曼徹斯特的電壓編譯碼，對于電流編碼譯碼需要借助外圍的電壓與電流轉換電路來(lái)實(shí)現。