曼徹斯特編碼作為低成本數(shù)字數(shù)據傳輸?shù)恼{制方案已獲得廣泛認可。這種形式的二進制相移鍵控是一種簡單的方法，用于編碼任意位模式的數(shù)字串行數(shù)據，沒有任何連續(xù)零或一的長字符串，并將編碼時鐘速率嵌入到傳輸?shù)臄?shù)據中。

曼徹斯特編碼是二進制相移鍵控（BPSK）的一種形式，作為低成本數(shù)字數(shù)據射頻（RF）傳輸?shù)恼{制方案已被廣泛接受。曼徹斯特是一種簡單的方法，用于編碼任意位模式的數(shù)字串行數(shù)據，而無需任何連續(xù)零或一的長字符串，并將編碼時鐘速率嵌入到傳輸?shù)臄?shù)據中。這兩個特性使得能夠構建低成本數(shù)據恢復電路，該電路可以解碼具有不精確、低成本、數(shù)據速率時鐘的發(fā)射器的可變信號強度的傳輸數(shù)據。

曼徹斯特格式的數(shù)字數(shù)據編碼將“1”和“0”的二進制狀態(tài)定義為轉換而不是靜態(tài)值。有兩種可能的定義（如圖1和圖2所示），它們將邏輯電平交替分配給上升沿和下降沿的兩個可能轉換。

圖1.將邏輯二進制數(shù)據定義為邊轉換。

圖2.二進制數(shù)據作為邊緣轉換的替代定義同樣有效。

曼徹斯特編碼數(shù)據中位的定義可能會變得混亂，因為編碼的每個二進制數(shù)據位都會在編碼數(shù)據流中產生兩個明顯的“位”。請記住，編碼數(shù)據位被定義為轉換，很容易看出曼徹斯特數(shù)據流中沒有位。曼徹斯特編碼的數(shù)據流確實需要每個轉換的兩個級別，因為根據定義，信息被編碼為低級到高級轉換或高級到低級轉換。因此，在曼徹斯特對數(shù)據進行編碼需要兩倍的邏輯級狀態(tài)。但是，短語“曼徹斯特位”的使用仍然存在，在使用術語“位”來指定它是串行數(shù)據位還是曼徹斯特編碼位時應小心。術語芯片通常用于描述過渡或邊沿兩側的水平周期。因此，邏輯電平位的每個曼徹斯特數(shù)據編碼都需要兩個芯片。示例串行數(shù)據流如圖3所示。

圖3.使用圖1所示的定義對串行數(shù)據流進行曼徹斯特編碼。

曼徹斯特編碼的一個關鍵優(yōu)點是，平均而言，編碼數(shù)據流的 DC 分量級別為零。無論編碼數(shù)據流的峰峰值幅度如何，轉換始終可以標識為編碼數(shù)據流在中位數(shù)水平（在本例中為零）上轉換的點。低成本數(shù)據解碼器在稱為數(shù)據切片器的簡單轉換檢測器電路中利用這一特性。數(shù)據切片器的簡單實現(xiàn)如圖4所示，它使用簡單的比較器對編碼的數(shù)據流進行解碼或切片。由R1和C1組成的低通濾波器跟蹤輸入串行數(shù)據流的直流平均值，選擇的時間常數(shù)比串行數(shù)據芯片速率長得多。C1上的平均電壓為比較器確定負輸入基準值。串行數(shù)據流也饋送到比較器的正輸入端，因此高于和低于平均值的轉換導致比較器輸出在電源電壓上限和下限之間擺動。

圖5顯示了曼徹斯特編碼的串行輸入數(shù)據流和生成的輸出數(shù)據流的示例。請注意，在本例中，編碼數(shù)據流具有與零電平的直流偏移，這在RF接收器中很常見。數(shù)據切片器有效地將輸入數(shù)據流轉換為在電源軌之間擺動的二進制串行流，這在數(shù)字系統(tǒng)中很常見。這種二進制級恢復使編碼的串行數(shù)據流適合使用標準數(shù)字電路進行進一步解碼和處理。

圖4.用于恢復二進制邏輯電平的簡單數(shù)據切片器電路。

圖5所示的示例電路還包括電阻R2和R3，它們?yōu)楸容^器電路中增加的遲滯形成正反饋。遲滯減少了緩慢變化或嘈雜的輸入信號產生的多個邊沿。

圖5.低電平曼徹斯特數(shù)據流輸入被數(shù)據切片到邏輯電平輸出。

一旦曼徹斯特編碼的數(shù)據被數(shù)據切片成具有恢復邏輯電平電壓的串行數(shù)據流，數(shù)據解碼器用于提取編碼的原始串行數(shù)據信息。通常，數(shù)據解碼器是運行軟件算法的簡單微控制器，該算法識別邏輯電平之間的二進制轉換，為數(shù)據分配二進制“1”或“0”值。在給定的系統(tǒng)中，微控制器軟件可以預測邏輯電平轉換的時序，知道編碼數(shù)據的近似波特率。這利用了曼徹斯特編碼數(shù)據的第二個好處——嵌入式波特率時鐘。在接收到的數(shù)據流接近本底噪聲的情況下（例如，來自遠距離發(fā)射器的低RF信號電平），數(shù)據切片器輸出上的過渡沿可能具有多個轉換?？梢跃帉懳⒖刂破鬈浖惴?，不僅可以預測有效邊沿的時序，還可以抑制在下一個有效邊沿轉換時間之前發(fā)生的進一步邊沿。雖然可以實現(xiàn)數(shù)據解碼器的硬件實現(xiàn)，但電路的復雜性通常與簡單的微控制器相比沒有成本競爭力。此外，微控制器可以執(zhí)行其他功能，例如在接收到某些數(shù)據時激活數(shù)字輸出，例如在解碼正確的識別鑰匙和控制功能時解鎖車門。

圖6.典型RF曼徹斯特數(shù)據接收器系統(tǒng)的基本組件。

曼徹斯特數(shù)據編碼通常被描述為要編碼的串行數(shù)據和用于建立比特率的時鐘的邏輯組合過程。這種電路的示例如圖7所示。像這樣的電路的一個用途可能是對來自微控制器UART輸出的串行數(shù)據進行編碼。所示電路省略了所需的功能，這些功能可防止時鐘和數(shù)據輸入在轉換中間邏輯電平狀態(tài)時產生多個邊沿。

圖7.通過異或結合數(shù)據速率時鐘和串行數(shù)據進行曼徹斯特編碼。

然而，用于數(shù)據編碼的異或定義并不能立即傳達使用微控制器作為圖8所示的發(fā)送器編碼器創(chuàng)建曼徹斯特編碼數(shù)據流的簡單性，并使用軟件進行編碼和串行數(shù)據速率時序。這樣，就沒有必要使用帶有硬件UART和外部電路的微控制器來傳輸曼徹斯特編碼的數(shù)據。微控制器上的內部定時器觸發(fā)子程序，根據正在傳輸?shù)臄?shù)據更新輸出引腳，從而建立數(shù)據速率時間。微控制器的時基不必精確，因為編碼數(shù)據包含有關解碼接收器使用的嵌入數(shù)據和時鐘的所有信息。

圖8.微控制器可以使用軟件創(chuàng)建曼徹斯特編碼。

審核編輯：郭婷