引言由于曼徹斯特（MancheSTer）編碼具有傳輸時(shí)無直流分量，時(shí)鐘提取方便等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于以太網(wǎng)、車輛總線、工業(yè)總線中。現(xiàn)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(shù)據(jù)中的有效位數(shù)等方面都做了嚴(yán)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(tǒng)成本。使用FPGA做曼徹斯特編譯碼成本高，而且開發(fā)周期長。本文提出了一種基于STM32F103RET6的編譯碼系統(tǒng)方案，利用了STM32F103RET6強(qiáng)大的定時(shí)器功能，采用靈活的編譯碼方式，傳輸速率和數(shù)據(jù)幀格式都可以根據(jù)需要完全自行定義。STM32F103RET6自帶DMA的功能使得數(shù)據(jù)編碼不再需要頻繁的定時(shí)中斷,提高了編碼速率，節(jié)約了CPU的資源。該設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)方法簡單、穩(wěn)定、靈活，應(yīng)用范圍廣泛。1曼徹斯特碼曼徹斯特編碼是一種自動同步的編碼方式即時(shí)鐘同步信號就隱藏在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信號。每個碼元均用兩個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)沒有直流分量，可以降低系統(tǒng)的功耗，且有很強(qiáng)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(dāng)傳送信號為“T時(shí)，曼徹斯特編碼由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑蝗魝魉偷男畔椤?”，曼徹斯特由低電平跳變?yōu)楦唠娖剑谝粋€數(shù)據(jù)周期內(nèi)保持低電平無跳變則表示空閑。圖1曼徹斯特編碼2STM32F103RET6的定時(shí)器與DMA簡介控制器采用ST公司的STM32微處理器,STM32系列微處理器基于ARMCortex-M3內(nèi)核,采用高效的哈佛結(jié)構(gòu)三級流水線，達(dá)到1.25DMIPS/MHz,這里我們選用增強(qiáng)型的STM32F103RET6.它具有如下特征：72MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、512KB閃存程序存儲器、64KBSRAM、8個定時(shí)器、3個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，1個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(shè)和較強(qiáng)的抗干擾能力，很適用于工業(yè)現(xiàn)場控制。STM32F103RET6有8個定時(shí)器，每個定時(shí)器由一個可編程預(yù)分頻的16位自動裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成，計(jì)數(shù)頻率高達(dá)72MHz,它適用于多種場合包括輸入信號的脈沖長度（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是在外沒和存儲器之間或者存儲器和存儲器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸通道，通過DMA數(shù)據(jù)可以快速地移動而無需CPU的參與，這就節(jié)省了CPU的資源來做其他事情。本次設(shè)計(jì)便是利用計(jì)數(shù)器觸發(fā)DMA進(jìn)行內(nèi)存與定時(shí)器的數(shù)據(jù)交換，比起中斷查詢的方式，提高了編碼的效率和穩(wěn)定性。定時(shí)器的計(jì)數(shù)頻率最高為72MHz,DMA傳輸速率為6Mb/s，因此曼徹斯特編碼的速率可以很輕松的做到1Mb/s,滿足高速編碼的需求。3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案基于STM32F103RET6的曼徹斯特電壓、電流編譯碼系統(tǒng)框圖如圖2所示。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要使用STM32F103RET6芯片的定時(shí)器加DMA功能來實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)。圖2基于STM32F103RET6的曼徹斯特電壓、電流編譯碼系統(tǒng)框圖3.1電壓編碼將定時(shí)器設(shè)置為輸出比較翻轉(zhuǎn)功能，申請一個緩存區(qū)，將要編碼的數(shù)據(jù)通過編碼算法轉(zhuǎn)換為翻轉(zhuǎn)匹配值放入此緩存區(qū)，如圖3所示的ABCDEF……計(jì)數(shù)值，編碼算法根據(jù)具體應(yīng)用中的編碼協(xié)議來編寫。啟動定時(shí)器后，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與定時(shí)器比較寄存器的值匹配時(shí)，輸出引腳的電平進(jìn)行翻轉(zhuǎn)并觸發(fā)DMA從緩存區(qū)來更新比較寄存器;每更新一次,DMA指向的內(nèi)存地址遞增1,指向下一次要更新到比較寄存器的數(shù)據(jù)，以此方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)器根據(jù)緩存區(qū)的數(shù)據(jù)輸出對應(yīng)的編碼波形。編碼速率可通過修改定時(shí)器預(yù)分頻器和RCC時(shí)鐘控制器分頻器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。0000010000000111圖3編輯示例3.2電壓譯碼將定時(shí)器設(shè)置為輸入捕獲功能，當(dāng)曼徹斯特碼的上升沿或下降沿到來時(shí)定時(shí)器會將當(dāng)前的計(jì)數(shù)值進(jìn)行捕獲，并經(jīng)由DMA通道傳輸?shù)骄彺鎱^(qū)；主程序中會調(diào)用譯碼算法來對緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并進(jìn)行譯碼，譯碼作為編碼的逆過程，其譯碼算法也要根據(jù)具體應(yīng)用中的編碼協(xié)議來編寫。3.3電流編碼將電壓編碼通過圖4所示的電壓/電流轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)，將定時(shí)器輸出的曼徹斯特電壓編碼轉(zhuǎn)換為曼徹斯特電流碼。圖4電壓/電流轉(zhuǎn)換電路3.4電流譯碼將待測的曼徹斯特電流碼信號通過電流/電壓轉(zhuǎn)換為電壓碼，進(jìn)行整形使邊緣變陡峭后交MCU來譯碼，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。4.7kn4.7kn6LMH6639LMH6639T4譯碼電流信號輸入V€C3.3V壬4.7kn4.7kn6LMH6639LMH6639T4譯碼電流信號輸入V€C3.3V壬圖5電流/電壓轉(zhuǎn)換電路4軟件設(shè)計(jì)軟件流程如圖6所示。系統(tǒng)初始化包括時(shí)鐘初始化、定時(shí)器初始化、DMA初始化等。如果一次性連續(xù)編碼的數(shù)據(jù)最比較大時(shí)，應(yīng)將這罩的DMA緩沖區(qū)設(shè)置為雙緩沖，為每個用到的DMA通道開辟兩個緩沖區(qū)。當(dāng)DMA使用其中的一個緩沖區(qū)時(shí)，MCU調(diào)用編碼或者譯碼算法來對另外一個緩沖區(qū)進(jìn)行讀寫操作；當(dāng)DMA數(shù)據(jù)傳輸完畢的時(shí)候，發(fā)生一個DMA傳輸結(jié)束中斷，在中斷服務(wù)程序里切換到另外一個緩沖區(qū)，并將編碼算法或者譯碼算法標(biāo)志位置

位。當(dāng)主程序查詢到標(biāo)志位置位后，MCU調(diào)用編碼或者譯碼算法來對DMA先前指向的緩沖區(qū)進(jìn)行處理(填充數(shù)據(jù)或者取數(shù)據(jù))。當(dāng)然，如一次性編碼或者譯碼的數(shù)據(jù)不是很多時(shí)，我們只需一個緩沖區(qū)就夠了。定時(shí)絆編隅輸出YDMA中晰編碼算洙DMA韁肯區(qū)乘統(tǒng)初始化二■次晉輸結(jié)束?*PtW kt需薯編碼與＞-閭編碼過瑋(b)譯碼過程e軟件流程定時(shí)絆編隅輸出YDMA中晰編碼算洙DMA韁肯區(qū)乘統(tǒng)初始化二■次晉輸結(jié)束?*PtW kt需薯編碼與＞-閭編碼過瑋(b)譯碼過程e軟件流程覽忖編碼殊法標(biāo)忐心D阿比綏存區(qū)PMAH輸取數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化囪換韁仲譯碼鼻濁DMA中斷因?yàn)镃PU處理數(shù)據(jù)的速度要高于編碼的速率，所以CPU可以空出時(shí)間來做其他的事情，時(shí)間的長短依賴于緩沖區(qū)的大小和編碼的速率，等到主程序中查詢到編碼或者譯碼標(biāo)志位置位了再去執(zhí)行編碼或者譯碼算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣就提高了CPU的工作效率。在實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用中，不再需要一個專門的CPU去處理編碼或者譯碼。5方案驗(yàn)證本方案已在汽車加速度傳感器模擬系統(tǒng)中得到了驗(yàn)證，這里以某款加速度傳感器的曼徹斯特編碼協(xié)議為例，其數(shù)據(jù)幀格式為一幀數(shù)據(jù)為19位包括：2個起始位、2個類別位、10個數(shù)據(jù)位、5個CRC效驗(yàn)位。5.1編碼方案驗(yàn)證對圖4所示電路的T1點(diǎn)測量曼徹斯特電壓編碼的波形，電流編碼的波形通過測量T2、T3問的壓降來間接測量。1存儲至存儲全…部*J存儲1存儲至存儲全…部*J存儲?7編碼波形CM17~~1U筑判3諾發(fā)Ha對一幀數(shù)據(jù)0000000100000000111連續(xù)編碼，幀之間延時(shí)6“s編碼速率400kb/s，編碼波形如圖7所示。5.2譯碼方案驗(yàn)證通過對某真實(shí)傳感器輸出的曼徹斯特電流碼進(jìn)行捕獲譯碼，得到其ID信息，譯碼數(shù)據(jù)如圖8所示。ID正確，譯碼成功。:toLdc#