来源：单片机及嵌入式系统应用 作者：胡明昕 邵高平

摘要：讨论如何使用cpld实现单片机与曼彻斯特编***的接口。设计时采用自顶向下的流程，具体电路可灵活地添加到各种曼彻斯***接口系统中。

关键词：曼彻斯特编*** t2模式 t5模式

引 言

在油田测井中，井下仪在井下采集大量信息，并传送给地面测井系统；但井下仪到地面这段信道的传输性能并不好，常用的nrz码不适合在这样的信道里传输，而且nrz码含有丰富的直流分量，容易引起滚筒的磁化，因而选用了另外一种编码 ——曼彻斯***。曼彻斯特编码是串行数据传输的一种重要的编码方式。和最常用的nrz码相比，曼彻斯***具有很多优点。例如，消除了nrz码的直流成分，具有时钟恢复和更好的抗干扰性能，这使它更适合于信道传输。

但曼彻斯***的时序比较复杂，实现编***和单片机的接口需要添加大量的逻辑电路，给电路设计和调试带来很多困难。使用cpld可大大简化这一过程。cpld（complex programmable logic devices）具有用户可编程、时序可预测、速度高和容易使用等优点，这几年得到了飞速发展和广泛应用。上至高性能cpu,下至简单的74电路，都可以用cpld来实现。而且cpld的可编程性，使修改和产品升级变得十分方便。用户可以根据原理图或硬件描述语言自由地设计一个数字系统，然后通过软件仿真，事先验证设计的正确性。pcb完成以后，还可以利用pld的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路，从而大大缩短了设计和调试时间，减少了pcb面积，提高了系统的可靠性。

1 选用器件和开发软件

1.1 选用器件

（1）xc95144

xilinx公司的xc9500系列产品具有业界领先的速度，同时，具有增强引脚锁定结构和支持全面的ieee std. 1149.1 jtag边界扫描，向用户提供了更高的灵活性。xc9500体系由多个同一功能块组成，每个功能块内含18个宏单元，引脚到引脚速度最快支持到5 ns；支持125 mhz时钟速率，i/o口接口电平5 v、3.3 v或两者皆可。其中xc95144内部有144个宏单元。

（2）hd-6408和hd-6409

hd-6408和hd-6409是intersil公司的产品，两者均是曼彻斯特编***。

hd-6408编码器转换串行nrz数据（通常来自移位寄存器）为曼彻斯特编码，增加一个同步头和一个奇偶位。***识别这个同步头，并判断出这是数据同步，还是命令同步，数据解码后移出nrz码（通常送到移位寄存器中）。最后检查奇偶校验位。如果没有编码或奇偶校验方面的错误，***将输出一个有效信号，表明接收到一个有效的字。***能够向输入的曼彻斯***字以很高的速率提供时钟恢复和优异的抗干扰能力。hd-6408使用在很多商业应用场合，例如安全系统、环境控制系统及串行数据链等。它的数据传输速率高达1 mb/s，开销很小，20位中有16位可用来传输数据。

hd-6409曼彻斯特编***使用原理与hd-6408略有差别，但基本相似。

1.2 使用软件

cpld编程软件选择xilinx foundation 3.1i。该软件界面友好，功能强大，提供了开发cpld所需的整个流程，包括：编辑、综合、实现、仿真及 下载等。该软件可人工指定引脚，编译各个子模块文件，并提供了两种仿真：功能仿真和时序仿真。其中时序仿真对时序提出了要求，是更严格的仿真。

2 曼码控制系统设计

2.1 系统说明

系统中，hd-6408以t2模式（20.8 kb/s）从地面接收数据，hd-6409以t5模式 ( 93.75 kb/s)向地面发送数据。

接收时，hd-6408接收外部传来的曼码数据，转换成nrz码在cpld里进行串并转换，转换完成后产生接收中断，通知单片机取数据；发送时，单片机送给cpld数据，进行并串转换，移位输出到hd-6409的输入端，由hd-6409编码发送出去。接收地址和发送地址均由cpld解码产生。hd-6408和hd-6409所需的外部时钟源，通过cpld对外部晶振分频得到。

2.2 cpld内部功能设计

2.2.1 系统总体框图

设计cpld内部电路时，采用了模块化设计方法，内含5个模块：16位串并转换器、16位并串转换器、分频器、***及控制器。系统顶层逻辑框图如图1所示。

以上模块均采用vhdl语言描述。控制器是核心部分，实现对hd-6408接收和hd-6409发送的时序控制。

2.2.2 hd-6408解码时序

hd-6408的接收时序如图2所示。

（1）引脚定义

vw：输出字有效信号。

dsc：解码移位时钟。

td：接收数据信号。

sdo：串行数据输出。

bzi、boi：双极性数据输入。

（2）解码时序过程

***一直监视数据输入线，当接收到有效的同步头和两个有效的曼