基于STM32F的曼徹斯特電壓/電流編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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?,F(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(dòng)同步的編碼方式即時(shí)鐘同步信號(hào)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(hào),又作為數(shù)據(jù)信號(hào)。每個(gè)碼元均用兩個(gè)不同相位的電平信號(hào)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(hào)為"1"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?0",曼徹斯特由低電平跳變?yōu)楦唠娖?,在一個(gè)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
2 STM32F103RET6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ARM Cortex-M3內(nèi)核,采用高效的哈佛結(jié)構(gòu)三級(jí)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:72 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、512 KB閃存程序存儲(chǔ)器、64 KBSRAM、8個(gè)定時(shí)器、3個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、1個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)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(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(gè)定時(shí)器,每個(gè)定時(shí)器由一個(gè)可編程預(yù)分頻的1 6位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成,計(jì)數(shù)頻率高達(dá)72 MHz,它適用于多種場合包括輸入信號(hào)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(chǔ)器之間或者存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)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(dòng)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(duì)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)。
評(píng)論