差分曼彻斯特编码用法介绍(曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码)

一、什么是差分曼彻斯特编码

差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding）是一种基于曼彻斯特编码的数字信号编码方式。曼彻斯特编码在数据传输时要求每个比特周期被分为两个等长的时隙，信号的码型由中间的跳变来表示，如高电平跳变为低电平表示1，低电平跳变为高电平表示0。

与此不同的是，差分曼彻斯特编码要求一个比特周期被分为两个等长的时隙，信号的码型由时隙中间的跳变或未跳变来表示。当上一个比特周期的码型为0时，中间进行跳变表示1；当上一个比特周期的码型为1时，则中间不进行跳变，表示0。因此，差分曼彻斯特编码相当于每个比特周期增加了一比特的数据量。

int encode_dm(int *data, int len, int *codedData) {
    int i, j;

    for (i = 0, j = 0; i < len; i++) {
        if (i == 0) {
            if (data[i] == 0) {
                codedData[j] = -1;
                codedData[j+1] = 1;
            } else {
                codedData[j] = 1;
                codedData[j+1] = -1;
            }
            j += 2;
        } else {
            if (data[i] == 0) {
                if (codedData[j-1] == -1) {
                    codedData[j] = 1;
                    codedData[j+1] = -1;
                } else {
                    codedData[j] = -1;
                    codedData[j+1] = 1;
                }
            } else {
                if (codedData[j-1] == -1) {
                    codedData[j] = -1;
                    codedData[j+1] = 1;
                } else {
                    codedData[j] = 1;
                    codedData[j+1] = -1;
                }
            }
            j += 2;
        }
    }
    return j;
}

二、差分曼彻斯特编码的优缺点

差分曼彻斯特编码的主要优点在于其具有自同步性，即在数据传输中，即使数据中间有某些位传输失败，接收端还是可以通过已经传输成功的其他数据位来恢复数据中丢失的位。此外，差分曼彻斯特编码还具有数据频谱低的优点，系统抗干扰能力强。

然而，差分曼彻斯特编码也存在一些缺点。首先，其传输的速率较为缓慢，因为它的数据在传输时每个比特周期需要两个时隙，所以它的传输速率只有曼彻斯特编码的一半。其次，由于需要预测下一时间片的电平变化，差分曼彻斯特编码的解码器需要在传输中比曼彻斯特编码的解码器更复杂。

三、差分曼彻斯特编码的应用

差分曼彻斯特编码在数字通信领域有着广泛的应用，例如在以太网、USB、RS-485、SPI总线等多种通讯方式中都有着应用。

以USB接口为例，USB协议要求数据传输时使用差分曼彻斯特编码，这是因为数据传输过程中需要保障数据的准确性和系统的抗干扰能力。USB 3.0标准中除使用差分曼彻斯特编码外，还使用了8b/10b编码和4b/5b编码。而USB 4.0标准则采用了更高级别的编码方式，如128b/132b和256b/257b等编码方式，以求得更高的传输速率和数据安全性。

四、差分曼彻斯特编码的实现

下面是一个实现差分曼彻斯特编码的C语言代码。

int encode_dm(int *data, int len, int *codedData) {
    int i, j;

    for (i = 0, j = 0; i < len; i++) {
        if (i == 0) {
            if (data[i] == 0) {
                codedData[j] = -1;
                codedData[j+1] = 1;
            } else {
                codedData[j] = 1;
                codedData[j+1] = -1;
            }
            j += 2;
        } else {
            if (data[i] == 0) {
                if (codedData[j-1] == -1) {
                    codedData[j] = 1;
                    codedData[j+1] = -1;
                } else {
                    codedData[j] = -1;
                    codedData[j+1] = 1;
                }
            } else {
                if (codedData[j-1] == -1) {
                    codedData[j] = -1;
                    codedData[j+1] = 1;
                } else {
                    codedData[j] = 1;
                    codedData[j+1] = -1;
                }
            }
            j += 2;
        }
    }
    return j;
}

五、总结

本文从差分曼彻斯特编码的定义、优缺点、应用和实现等多个方面进行了详细的阐述。差分曼彻斯特编码相比曼彻斯特编码具有自同步性和系统抗干扰能力强的优点，但传输速率相对较慢，解码器复杂度高，需要根据具体情况选用。差分曼彻斯特编码在数字通信领域有着广泛的应用，特别是在USB、以太网、RS-485、SPI总线等通讯方式中广泛应用。