Серийната цифрова комуникация стана доста популярна. Има много вариации: сред стандартните интерфейси на ниво дъска имаме UART, SPI и I2C. Също така може да се осъществи "цифрова" връзка чрез използване на аналогови сигнали. Един пример е радиочестотна информационна линия, която използва аналогови амплитудни, честотни или фазови промени за безжично двоично предаване. Също така има високоскоростни диференциални интерфейси, като например серийни комуникационни линии, базирани на LVDS или USB.
Код на Манчестър: какво е то и защо се използва
Когато се предават данни, се прилагат различни методи за кодиране за сигурност на данните и за бързо предаване. Манчестърското кодиране е един такъв метод за цифрово кодиране. Тя се различава значително от другите методи, защото по подразбиране всеки бит от данни е фиксиран. Състоянието на битовете се определя в зависимост от посоката на прехода. Различните системи представят статуса на бита по различен начин, но повечето системи представляват 1 бит срещу ключа от нисък към висок и 0 бита за превключване от високо към ниско. Манчестърското кодиране е метод за модулиране на данни, който може да се използва в много ситуации, но е особено полезен при предаване на двоична информация въз основа на аналогови, радиочестотни, оптични, високоскоростни цифрови или отдалечени цифрови сигнали.
Синхронизацията на сигнала е основното предимство на кодирането в Манчестър. Той осигурява по-висока надеждност при същитескоростта на предаване на данни в сравнение с други методи. Но кодирането в Манчестър също има някои недостатъци. Например, той консумира повече честотна лента от изходния сигнал.
Всички типове кодировки от Манчестър имат следните характеристики:
Всеки бит се предава в определен момент.
"1" се маркира, когато настъпва преходът от висок към нисък; "0" се изразява, когато се извършва преходът от нисък към висок.
Преходът, използван за бележка 1 или 0, се намира точно в средата на периода.
Кодирането в общия смисъл е процес на конвертиране на данни във формат, необходим за посрещане на нуждите от обработка на информация, включително:
Съставяне и изпълнение на програмата.
Предаване, съхранение и компресиране на данни (декомпресия).
Обработка на данни за приложения, като например преобразуване на файлове.
Всички видове кодове могат да имат две значения:
В компютърните технологии кодирането е процес на прилагане на специфичен код, като букви, символи и числа, към данни за преобразуване в еквивалентен шифър.
В електрониката кодирането се отнася до аналогово-цифрово преобразуване.
Малко история
Манчестърският код (публикуван за първи път през 1949 г.) е технология за синхронизиране на часовника, използвана от физическия слой за кодиране на тактови сигнали и синхронни данни. При този метод действителните двоични данни, които трябва да се предават по кабела, не се изпращат като последователност от логически единици и нули (известни)като технически Не се върнете към нула или NRZ). Вместо това битовете се преобразуват в малко по-различен формат, който има няколко предимства пред директното двоично кодиране.
Манчестърският код съдържа чести преходи на ниво, които позволяват на приемника да извлече синхронизиращ сигнал, използвайки цифров фазово заключен контур (DPLL) и правилно декодира стойностите и да синхронизира всеки бит. За да се осигури надеждна работа с DPLL, предаваният битов поток трябва да съдържа висока битова плътност на бита. Всички типове кодове гарантират това, което позволява на DPLL правилно да извади часовника.
Техническо описание
Двуфазен код на Манчестър консумира приблизително два пъти по-голяма честотна лента от изходния сигнал (20 MHz). Това е глоба за въвеждане на чести преходи. За локална мрежа от 10 Mbps, спектърът на сигналите е между 5 и 20 MHz. Манчестърското кодиране се използва като физически слой на Ethernet LAN, където допълнителната честотна лента не е значителен проблем за предаването на коаксиален кабел. Ограничената честотна лента на кабела CAT5e изисква по-ефективен метод на кодиране за предаване на 100 Mbps с използване на MLT 4b /5b код. Той използва три нива на сигнала (вместо две нива, използвани в Манчестърското кодиране) и следователно 100 Mbps сигнал заема честотна лента от 31 MHz. Gigabit Ethernet използва пет нива и 8b /10b кодиране, за да осигури още по-ефективно използване на ограничената честотна лента чрез предаване на 1 Gbit /s в честотната лента 100 MHz.
Определение на понятието
Когато се предават данни, кодът на Манчестър е форма на цифрово кодиране, в която битовете от данни се представят от преходи от едно логическо състояние към друго. Това се различава от по-често използвания метод, при който битът е представен или от високо състояние, например +5 волта, или от ниско състояние, например 0 волта.
Когато се използва код на Манчестър II, дължината на всеки бит за данни се задава по подразбиране. Това прави сигнала самосинхронизиращ се. Състоянието на битовете се определя в зависимост от посоката на прехода. В някои системи преходът от нисък към висок е логиката 1, а преходът от висок към нисък е логически 0. В други системи преходът от ниско към високо е логиката на нула и единица (като преход от високо към ниско).
Добро, но не съвършено. Плюсове и минуси на технологиите
Основното предимство на Манчестър кодирането е фактът, че сигналът е синхронизиран. Това намалява процента грешки и оптимизира надеждността. Основният недостатък е, че сигналът, кодиран в Манчестър, изисква предаване на повече битове от изходния сигнал. Въпреки непреодолимите предимства на стандартната цифрова комуникация над аналоговата сигнализация, съществуват някои общи ограничения на технологията. Един от тях е проблемът на синхронизацията: приемникът трябва да знае кога точно се предава информацията за избора на входни данни. Моля, обърнете внимание, че тази синхронизация не се изисква за аналогови аудио предавания. Демодулираният аудио сигнал може да бъде доставен на говорителя без изрична интерпретацияданни от страната на приемника. Друг недостатък е необходимостта от DC връзка. Цифровите данни могат да включват дълги непрекъснати последователности от тях, или нули, и по този начин стандартният цифров сигнал, използван за предаване на тези данни, ще остане при същото напрежение за относително дълъг период от време.
Разрешаване на ограниченията
Манчестърското кодиране предлага средство за премахване на тези две ограничения. Това е проста цифрова модулационна схема, която изпълнява две функции:
гарантира, че сигналът никога няма да остане на логическото ниско или високо логическо ниво за дълъг период от време;
преобразува сигналния сигнал за данни и синхронизацията.
Методи за кодиране
В много случаи е напълно приемливо да се използва отделен тактов сигнал, за да се постигне синхронизация между предавателя и приемника. Но понякога този подход е нежелателен, например, когато трябва да се сведе до минимум броят на връзките между частите на системата или когато миниатюризацията изисква микроконтролер с най-малък брой контакти, който по някакъв начин може да осигури необходимата функционалност. В други ситуации един тактов сигнал просто не е опция. Например, би било изключително неефективно да се включат два отделни радиочестотни предавателя и приемника (т.е. един за данни и един за часове) в сложна безжична линия за предаване на данни.
Ограничение на интерфейсите
В случай на UART интерфейс, вместо външния часовник, предаван от предавателя и приемника, можете даизползвайте вътрешни сигнали за синхронизация. Но тази стратегия носи значителни ограничения:
Не е устойчива на честотни промени, които стават по-проблематични, когато предавателят и приемникът са в различни условия.
Няма гъвкавост, тъй като изисква устройствата Tx и Rx да бъдат предварително предварително конфигурирани за една и съща скорост на данни.
Обикновено приемникът се нуждае от вътрешен часовник, който е значително по-висок от скоростта на предаване на данни, и това може да доведе до сериозни ограничения на максималната скорост на данните.
Избягване на постоянен ток
Сложните системи, особено високото напрежение, не винаги са в състояние да осигурят общото напрежение на сигнал, предаван заедно с допустимия обхват на общия режим на приемника. Друг проблем са теченията на щетите. Постоянната връзка не предпазва от опасни дълготрайни токове в резултат на късо съединение. По този начин, AC свързването е лесен начин да се намалят неудобствата и рисковете, свързани с режимите с общ режим и отхвърляне. Технологията за линейно кодиране се използва за стандартни Ethernet мрежи, определени в стандарта IEEE 802.3. Линейното кодиране е процес, чрез който цифровата информация в двоичен поток се преобразува в електрически сигнали за предаване.
Как работи
Двустепенният код използва преход на напрежение в две състояния, за да представлява един бит информация. Binary 0 е представен от преходаот по-високото до по-ниското напрежение по време на времето, определено за предаване на един бит (т.е. едно "бит време"). Двоичен 1 е представен от преход от по-ниско към по-високо. За Ethernet мрежи, високото напрежение обикновено е +85 волта, а ниското напрежение обикновено е -085 волта, което прави всеки преход на напрежение равен на 17 волта.
Положителни аспекти на процеса
Манчестърското кодиране има предимството да позволява предаването на данни без необходимост от допълнителен тактилен сигнал. Това е възможно, защото преходите на напрежение се случват в средата на всеки интервал на предаване на битове, който задава модела на синхронизация. По този начин, промяната на средния обхват позволява на приемащите станции да поддържат подходяща синхронизация помежду си, за да се гарантира целостта на предаването. Поради допълнителния битов преход, който се използва за целите на синхронизацията, кодирането в Манчестър е само 50% ефективно. Например за скорост на предаване на данни от 10 Mbps е необходима широчина на честотната лента от 20 MHz.
Друга версия, наречена диференциално кодиране на Манчестър, е двоичен нулев код чрез преместване на напрежението в началото на битовия интервал и на единичния двоичен код, без да става в началото на битовия интервал. И в двата случая преходът се извършва в средата на интервала за целите на синхронизацията. Диференциално Манчестърско кодиране се използва за мрежи Token Ring IEEE 802.5.
