曼彻斯特编码原理.docx

曼彻斯特编码原理网络121 张志强 201200824130数据总线是为不同的系统之间提供数据和信息交换的媒介，这就类似于个人计算机和办公自动化系统之间局域网式的互连，MIL-STD-1553B总线协议是在1978年诞生于美国国防部的，它早前作为的是一种定义了数据总线电气和协议特性的军事标准。一、1553B的历史发展与应用MIL-STD-1553B是一种在航空电子系统中广泛运用的总线协议，它的全称是飞机内部时分命令多路响应数据总线，它的发展可以追溯到1968年。美国政府军事部门经过三年的修订，于1973年8月公布了MIL-STD-1553，这个内部标准的第一个使用者就是F-16战斗机。而美国国防部1975年4月30日所发布的MIL-STD-1553A就是在此基础上不断发展衍变而来，并为F-16战斗机和AH-64AApache直升机所首先运用。在此之后，通过一系列现实操作所积累起来的经验，在1553A的基础上，SAE又加入了许多定义和额外的应用能力于其中，这就是1553B标准协议，它于1978年9月21日由SAE公布，一直沿用至今。不过1553B也在不断进行着一些改动。为了将该标准仅仅应用于空军系统，1980年美国空军曾经对1553B标准的应用选择实施了诸多限制，但是工业界却普遍认为这样的做法大大低估了1553B的应用能力，它应该拥有更广泛的使用权限。现在的MIL-STD-1553B在军用航空电子系统中应用范围非常广泛，比如卫星通信系统、国际空间站的空间地址探寻、大规模交通控制、航空燃料补给等等，甚至包括在了一系列的发射器和服务器中，比如飞行器和发射器的基本接口。除此以外，海军的舰艇、潜水艇、陆军的直升机和坦克，这些都用到了1553B总线协议；对商业领域来说，地铁、产品制造生产线也已运用到了该标准协议。二、1553B数据总线规则1553B总线上的信息是以消息(Message)的形式调制成曼彻斯特码进行传输的。每条消息最长由32个字组成，所有的字分为三类:命令字、数据字和状态字。每类字的长度为20位，有效信息位是16位，每个字的前3位为单字的同步字头，而最后1位是奇偶校验位。有效信息(16位)及奇偶校验位在总线上以曼彻斯特码的形式进行传输，传输一位的时间为1S(即码速率为1MHz)。同步字头占3位，先正后负为命令字和状态字，先负后正为数据字。在这三种类型的字中，命令字位于每条消息的起始部分，其内容规定了该次传输的具体要求。1553B总线曼彻斯特码编码器的主要功能就是把来自外部的并行二进制数据转化为1553B总线上传输的串行信息，并且对这些串行数据进行曼彻斯特码编码，再加上同步头和奇偶校验码，使之成为能够以1553B总线协议所要求的格式在总线中传输的数据。1553B总线能挂31个远置终端，1553B总线采用指令/响应型通信协议，它有三种终端类型：总线控制器（BC）、远程终端（RT）和总线监视器（BM）；信息格式有BC到RT、RT到BC、RT到RT、广播方式和系统控制方式；传输媒介为屏蔽双绞线，1553B总线耦合方式有直接耦合和变压器耦合；1553B总线为多冗余度总线型拓扑结构，具有双向传输特性，其传输速度为1Mbps传输方式为半双工方式，采用曼彻斯特码进行编码传输。采用这种编码方式是因为适用于变压器耦合，由于直接耦合不利于终端故障隔离，会因为一个终端故障而造成整个总线网络的完全瘫痪，所以其协议中明确指出不推荐使用直接耦合方式。状态字只能由RT发出，它的内容代表RT对BC发出的有效命令的反馈。BC可以根据状态字的内容来决定下一步采取什么样的操作。数据字既可以由BC传输到某RT，也可以从某RT传输至BC，或者从某RT传输到另一RT，它的内容代表传输的数据。1553B总线上消息传输的过程是:总线控制器向某一终端发布一个接收/发送指令，终端在给定的响应时间范围内发回一个状态字并执行消息的接收/发送。BC通过验收RT回答的状态字来检验传输是否成功并做后续的操作。消息是构成1553B总线通讯的基本单位，如果需要完成一定的功能，就要将多个消息组织起来，形成一个新的结构叫做帧(Frame)。完成一个消息的时间称为消息时间，两个消息之间的间隔称为消息间隔时间，完成一个帧的时间称为帧时间。在实际应用中这三种时间都是可以通过编程设置的。曼彻斯特编码，也叫做相位编码(PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，即用正的电压跳变表示0，用负的电压跳变表示1。因此，这种编码也称为相应编码。由于跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，这种编码也称为自同步编码。曼彻斯特编码电平跳变的规则是：低电平的中间时刻跳变表示0，用高电平中间时刻的跳变表示1，如下图3.2所示。因而这样防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿