一种基于占空比调制的通信编解码方法与流程

本发明涉及数据通信技术领域，具体是一种基于占空比调制的通信编解码方法。

背景技术：

串行通信可分为同步通信和异步通信，同步通信的发送方除了发送数据，还要传输同步时钟信号，信息传输双方共用同一个时钟信号以确定传输过程中数据的位置，并且其传送数据一次可以有几十到几千个字节(Byte)，通信效率较高；但由于需要在通信中保持精确的同步时钟，所以同步通信的成本很高，发送方和接收方的构成也比较复杂。

与同步通信相比，异步通信在进行数据传输时，只发送数据帧，不传输时钟，无需保证发送和接收双方的完全同步，因此异步通信的硬件成本远远低于同步通信，并且简单可靠，容易实现，发送与接收双方时钟可允许一定误差。目前异步通信已经广泛地应用于各种微型机系统中。

传统异步通信的传输单元为位(bit)，传输效率较低。在异步通信方式中，发送方只发送数据帧，不传输时钟，因此发送和接收双方必须约定相同的传输率(每秒传输多少位)，在通信速率比较高的情况下，若发送与接收方的传输率误差达到一定的程度，将会造成通信出错。另外，若接收方无法正确识别接收起始位或终止位数据时，将导致无法识别接收正确的有效数据。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于占空比调制的通信编解码方法，在保证数据传输准确性的前提下，不依赖时钟信号对传输数据进行定位，提高通信的传输效率，并能有效的校正脉宽失真，还原真实有效数据。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于占空比调制的通信编解码方法，其特征在于：发送方将需要传输的数据进行编码处理后，传输给接收方；接收方对所接受到的信号进行解码处理，还原真实有效数据；

所述编码处理包括如下步骤：

步骤1.1：数据转换

将需要传输的数据转换为以字节为单元的数据；

步骤1.2：数据编码

将以字节为单元的数据编码成对应的占空百分比数值；

步骤1.3：占空比调制

将各编码调制成对应的占空比单元，同时将预先设定的起始位数据编码和终止位数据编码分别调制成对应的占空比单元；

步骤1.4：信号发送

将各占空比单元调制成占空比信号并发送；

所述解码处理包括如下步骤：

步骤2.1：识别数据

对接收的占空比信号进行识别，从中识别出起始位、有效数据和终止位分别对应的占空比单元，并且识别出脉宽失真的误差；

步骤2.2：还原数据

将识别数据过程中识别出的有效数据所对应的占空比信号数值还原成对应的有效数据，并保存还原出的有效数据；

步骤2.3：校正数据

根据识别脉宽失真得到的误差，对还原数据过程中保存的有效数据进行校正。

优选地，传输数据的帧格式依次为起始位、有效数据、CRC校验位和终止位。

优选地，所述信号发送过程中，设A％和D％分别是预先设定的起始位和终止位对应的占空比数值，B％～C％为有效数据对应的占空比数值范围，即被传输的有效数据的每一字节都能对应到B％～C％范围中的某一个占空比数值，且满足0％＜A％＜(B％-10％)＜(C％+10％)＜D％＜100％；

在识别数据过程中，设接收方首先接收到占空比信号数值L1％，先识别L1％对应数据是起始位还是有效数据，具体识别逻辑为：

1)若|L1％-A％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，则判断L1％对应数据为起始位，记L1％-A％＝Δe，Δe即为脉宽失真误差，则可识别之后接收的占空比信号数值对应为有效数据；

2)若|L1％-B％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，且应满足L1％-B％＝Δe±1％，则判断L1％对应数据为有效数据，则应识别之后接收的占空比信号数值对应的是有效数据还是终止位；

在识别L1％完成后，再对之后接收的占空比信号数值进行识别，假定接收到一个占空比信号数值Ln％，具体识别逻辑为：

1)若|Ln％-C％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，且应满足Ln％-C％＝Δe±1％，则判断Ln％对应数据为有效数据，则应识别之后接收的占空比信号数值对应的是有效数据还是终止位；

2)若|Ln％-D％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，且应满足Ln％-C％＝Δe±1％，则判断Ln％对应数据为终止位。

更优选地，所述还原数据为：对识别数据过程中识别出的有效数据所对应的占空比信号数值进行还原，即将该占空比单元信号还原成对应的有效数据，并将该有效数据保存下来；

所述校正数据为：根据识别数据过程中得到的脉宽失真误差Δe，对还原数据过程中保存的有效数据进行校正；校正数据的时间预留在占空比信号数值为0％～A％以及D％～100％两个时间段内。

与现有技术相比，本发明提供的基于占空比调制的通信编解码方法具有以下有益效果：

1、目前的异步通信以位(bit)为传输单元进行数据传输，本发明则以字节(Byte)作为传输数据的基本单元，可以有效提高数据传输效率；

2、与传统异步通信编码方法采用按位调制脉冲单元不同，本发明的编码方法采用占空比调制方式，直接将传输数据按字节调制成对应的占空比单元，可以保证传输数据的准确性，而且给起始位和终止位数据设定了对应的占空比单元，同时在信号的前端和末端分别预留了数据校正还原时间，尤其在发生信号延迟或者脉宽失真的情况下，依旧可以保证解码时的准确性；

3、由于本发明采用占空调制方式，因此无需保证时钟或是传输率的同步，不依赖时钟信号对传输数据进行定位。

4、本发明的解码方法同时结合起始位、终止位以及有效数据的识别与失真判断，可正确识别传输的有效数据并进行校正。

附图说明

图1为本实施例提供的基于占空比调制的通信编解码方法原理图；

图2为本发明的传输数据的帧格式图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实施例提供的基于占空比调制的通信编解码方法原理图，所述的基于占空比调制的通信编解码方法包括发送方、传输过程和接收方，发送方通过传输过程将数据传输给接收方。编解码过程包含数据转换、数据编码、占空比调制、信号发送、识别数据、还原数据和校正数据，其中，数据转换、数据编码、占空比调制、信号发送等过程由发送方执行，识别数据、还原数据和校正数据等过程由接收方执行。

数据转换：将需要传输的数据转换为以字节(Byte)为单元的数据；

数据编码：将以字节(Byte)为单元的数据编码成对应的占空百分比数值；

占空比调制：将各编码调制成对应的占空比单元，同时将预先设定的起始位数据编码和终止位数据编码分别调制成对应的占空比单元；

信号发送：将各占空比单元调制成占空比信号并发送；如图2所示，其中A％和D％分别是预先设定的起始位和终止位对应的占空比数值，B％～C％为有效数据对应的占空比数值范围，即被传输的有效数据的每一字节都能对应到B％～C％范围中的某一个占空比数值，且满足0％＜A％＜(B％-10％)＜(C％+10％)＜D％＜100％，其中CRC(循环冗余校验码)校验与传统异步通信数据传输时的CRC校验方法一致。

识别数据：对接收的占空比信号进行识别，从中识别出起始位、有效数据和终止位分别对应的占空比单元，并且识别出脉宽失真的误差；

例如，当接收方接收到占空比信号数值L1％，先识别L1％对应数据是起始位还是有效数据，具体识别逻辑为：

1、若|L1％-A％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，则判断L1％对应数据为起始位，记L1％-A％＝Δe，Δe即为脉宽失真误差，则可识别之后接收的占空比信号数值对应为有效数据。

2、若|L1％-B％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，且应满足L1％-B％＝Δe±1％，则判断L1％对应数据为有效数据，则应识别之后接收的占空比信号数值对应的是有效数据还是终止位。

在识别L1％完成后，将对之后接收的L2％～Ln％进行识别，假定接收到一个占空比信号数值Ln％，具体识别逻辑为：

1、若|Ln％-C％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，且应满足Ln％-C％＝Δe±1％，则判断Ln％对应数据为有效数据，则应识别之后接收的占空比信号数值对应的是有效数据还是终止位。

2、若|Ln％-D％|≤Δ，其中Δ为设定的误差值，应满足0％≤Δ≤10％，且应满足Ln％-C％＝Δe±1％，则判断Ln％对应数据为终止位。

还原数据：对识别数据过程中识别出的有效数据所对应的占空比信号数值进行还原，即将该占空比单元信号还原成对应的有效数据，并将该有效数据保存下来。

校正数据：根据识别数据过程中得到的脉宽失真误差Δe，对还原数据过程中保存的有效数据进行校正。校正数据的时间预留在占空比信号数值为0％～A％以及D％～100％两个时间段内。

本实施例中，传输数据时的占空比信号对应时间周期可以为统一固定值，也可以互不相同，只需要保证占空比信号数值正确即可，在单纯周期固定的占空比调制中，脉宽极易发生失真现象，导致数据失真，而在周期互不相同的占空比调制中，一旦占空比数值确定，周期将不易受到失真影响，也就降低了数据失真情况的发生。

试验表明，本实施例方法数据传输准确，传输效率高，能有效地校正脉宽失真，还原真实有效数据。