基于PSoC3 UDB的曼彻斯特编码及应用

摘要：本文介绍使用Cypress的PSoC3 UDB实现曼彻斯特编码，并基于该编码与LED 恒流驱动芯片TLS3001通信实现对LED系列的控制。
关键字：PSoC3, UDB, 曼彻斯特编码

1, 概述
        在曼彻斯特（Manchester）编码中，每个二进制位（码元）的中间都有电压跳变。用电压的正跳变表示“0”，电压的负跳变表示“1”。由于跳变都发生在每一个码元的中间位置（半个周期），接收端就可以方便地利用它作为同步时钟，因此这种曼彻斯特编码又称为自同步曼彻斯特编码。如图1所示。


 
                                        图1，曼彻斯特编码与逻辑电平对应关系

        从图1可以看出曼彻斯特编码本身并不复杂，在有些应用中可以采用单片机软件编程实现编码。但若应用系统要求较高的数据传输速率，比如本文后面介绍的LED控制中要求数据传送速率范围在100KHz～2MHz时，用软件实现曼彻斯特编码可能达不到速率要求。本文将采用PSoC3 UDB实现曼彻斯特编码，即用Datapath实际基本控制逻辑，用PLD实现状态机，由于其采用硬件实现故能达到速率要求。

        Cypress PSoC3使用基于单循环流水线的高性能8051内核 (67MHz/33MIPS)，提供业界广泛采用的5.5V至0.5V电压范围和低至200nA的休眠电流，可以满足极低功耗的应用场合。PSoC3的高性能模拟子系统和数字系统都拥有可编程通路，允许将任何模拟或数字信号（包括可编程时钟）分配到任何通用I/O引脚，这为使用者提供了真正的“系统级”可编程能力。

        UDB（Universal Digital Blocks）是PSoC3可编程数字系统的核心功能，由PLD和Data path组成，可以创建各种通用外设和定制化功能。PSoC3的数字逻辑部分由多个UDB通过矩阵和可编程互联组成，PSoC3、UDB和Datapath的关系如下图2所示。

 

                                              图2，PSoC3、UDB和Datapath关系示意图

2，曼彻斯特模块设计
        采用PSoC3的UDB 实现曼彻斯特编码，就是用Datapath实现简单的控制逻辑，在PLD中用Verilog语言描述曼彻斯特模块功能的过程。在PSoC Creator中设计的曼彻斯特模块如下所示：
        

         该模块只有一个时钟输入和一个曼彻斯特编码输出，要编码的数据是通过Datapath的FIFO输入的。Datapath的配置可采用Cypress提供的“Datapaht Configuation Tool”工具实现，如图3所示：

 

                                         图3，Datapath Configuration Tool

         基于Datapath设计曼彻斯特模块的步骤如下：
1），寄存器规划
        A0，用做移位寄存器
        F0，用做暂存下一个数据的FIFO，当A0为空时从F0中load 数据到A0
2），状态机
        状态机是曼彻斯特模块功能的具体实现，通过Verilog语言描述在PLD中运行，如图4所示：
 


                                            图4，曼彻斯特模块状态机