通俗解释树莓派烧录原理与基本操作方法
2026/1/17 4:34:46
我们用“脉搏图”和“能量分析”的比喻来彻底讲清这四种基本码型。我会分三步：① 直观理解码型本身；② 理解功率谱分析的思路；③ 逐个击破它们的谱特征。
第一步：先看懂这四种“心跳图”
我们把传输二进制数据1和0， 想象成画一个周期的“心跳脉冲”。
单极性 vs 双极性： 关键看用不用负电平。
单极性： 只用正电平（如+3V）和零电平。
1=+V，0=0V。双极性： 正负电平都用。
1=+V，0=-V（或反过来）。
归零 vs 不归零： 关键看脉冲在一个周期内是否回零。
不归零（NRZ）： 脉冲占满整个时钟周期，中间不回零。
归零（RZ）： 脉冲只占周期的一部分（如一半），然后提前回到零电平。
“四兄弟”的直观波形图：
假设数据是： 1 0 1 1 0 单极性不归零（单NRZ）： 高电平常驻， 0是长低电平。 1: |¯¯¯| |¯¯¯|¯¯¯| 0: |____| |____| 电： +V 0V +V +V 0V 单极性归零（单RZ）： 高电平“闪一下”就归零。 1: |¯|_ |¯|_|¯|_ 0: |__| |__| 电： +V 0V +V +V 0V ... (每个1中间都回0) 双极性不归零（双NRZ）： 正负电平常驻。 1: |¯¯¯| |¯¯¯|¯¯¯| 0: |¯¯¯| |¯¯¯| (但电平是-V) 电： +V -V +V +V -V 双极性归零（双RZ）： 正负脉冲都“闪一下”归零。 1: |¯|_ |¯|_|¯|_ 0: |¯|_ |¯|_ (但脉冲是-V) 电： +V 0V -V 0V +V 0V +V 0V -V 0V
第二步：功率谱分析的核心思路（侦探破案法）
分析功率谱，就是当一个码型在无限长地随机发送时，我们用数学“频谱分析仪”去侦测它的能量分布规律。我们关心四个关键线索：
连续谱： 由于数据随机（有时发1有时发0），产生的不确定的、变化的部分能量。它像一片连续的背景噪声基底，总是存在。它决定了信号的主要带宽。
离散谱（线谱）： 由于码型中存在固定的周期成分（比如固定的脉冲形状、固定的直流电平），产生的确定性的、单一频率的能量尖峰。它像背景上的几根明显的光谱线。
直流分量： 信号中“长时间的平均电平”是否为零。如果平均下来电平偏向正或负的一边，就有直流分量。直流分量对应离散谱中
f=0Hz的那根谱线。定时分量： 信号中是否包含码元时钟频率（
f = 1/T， T是码元周期）的能量。接收机如果能提取出这个频率，就能精准地对每个码元进行采样判决。定时分量对应离散谱中f = 1/T的那根谱线。
第三步：逐个侦破“四兄弟”的谱特征
我们用上面的思路，像侦探一样给每个码型“画像”。
1. 单极性不归零码
波形感觉： 长亮（1）或长暗（0），很平稳。
侦探分析：
直流分量？有！因为只要数据中有1，平均电平就是正的。所以有直流。
定时分量？没有！因为无论连续发
1（持续高电平）还是连续发0（持续低电平），波形都没有任何变化，根本找不到时钟跳变的规律。所以离散谱中不含f=1/T。结论： 功率谱 =连续谱+ 在
f=0处的一根离散谱线（直流）。
缺点： 无法直接从信号中提取时钟，需要另传时钟信号；有直流，不利于通过变压器或电容耦合的信道。
2. 单极性归零码
波形感觉： 每来一个1就“闪一下”，很有节奏感。
侦探分析：
直流分量？有！因为“闪”的是正脉冲，平均电平仍是正的。所以有直流。
定时分量？有！而且是大概率有！因为每个“1”码都产生一个归零脉冲，即使是随机的
1和0，归零动作本身会带来丰富的跳变。更重要的是，当1和0等概出现时，数学上可以证明其功率谱在f=1/T，2/T等处存在显著的离散谱线。接收机用一个窄带滤波器就能把时钟频率1/T抽出来。所以有丰富的定时信息。结论： 功率谱 =连续谱+ 在
f=0处的离散谱线（直流） +在f=1/T, 2/T...等处的离散谱线（定时分量及相关谐波）。
优点： 自同步能力强。
缺点： 脉冲窄，带宽比不归零码宽（因为变化快）；仍有直流。
3. 双极性不归零码
波形感觉： 要么正电平，要么负电平，很对称。
侦探分析：
直流分量？无！假设
1和0等概，+V和-V出现的概率相同，长期平均电平正好是0。所以无直流。定时分量？没有！和单极性不归零一样，连续发同种码时波形无变化，无法提供时钟信息。
结论： 功率谱 =只有连续谱（无离散谱线）。能量更集中在低频，但
f=0处为0。
优点： 无直流，可通过交流耦合信道；抗干扰能力比单极性强（因为判决门限是0，对噪声不敏感）。
缺点： 仍无法自同步。
4. 双极性归零码
波形感觉： 最“忙碌”的码型，无论1还是0，每个码元中间都强制归零，跳变最多。
侦探分析：
直流分量？无！正负脉冲对称，长期平均为0。
定时分量？有！而且非常强！每个码元中间必定有一次归零跳变，这提供了最稳定、最丰富的时钟信息。其离散谱线非常明显。
结论： 功率谱 =连续谱+在
f=1/T, 3/T, 5/T...等处的离散谱线（定时分量）。注意，因为波形对称，f=0和偶次谐波处无线谱。
优点：既无直流，又有强定时分量，是理论上的“好学生”。
缺点： 带宽最宽（脉冲最窄）；实现复杂度相对高。
终极总结表（一张图记牢）
| 码型 | 连续谱 | 离散谱 | 直流分量 (f=0) | 定时分量 (f=1/T) | 核心特点与缺陷 |
|---|---|---|---|---|---|
| 单极性不归零 | 有 | 有 (只在f=0) | 有 | 无 | 简单，但有直流，无法自同步 |
| 单极性归零 | 有 | 有 (在f=0及倍频) | 有 | 有 | 可自同步，但有直流，带宽宽 |
| 双极性不归零 | 有 | 无 | 无 | 无 | 无直流，但无法自同步 |
| 双极性归零 | 有 | 有 (在奇次倍频) | 无 | 有 | 无直流且可自同步，带宽最宽 |
理解钥匙：
有无直流→ 看信号长期平均是否为零。单极性通常有，双极性（等概时）无。
有无定时→ 看每个码元内是否有固定的、非数据依赖的波形跳变。归零码有，不归零码无。
框图深度解读与记忆心法
上图清晰地展示了从定义到特性的逻辑链条。为了帮你融会贯通，我们提炼出以下规律：
规律一：定义决定结构（看左侧决策树）
定义问题只需两步：
判极性：看是否用负电平。
判归零：看脉冲是否占满一个码元周期。
这就唯一确定了你讨论的是四兄弟中的哪一位。
规律二：结构决定特性（看右侧对比表）
特性由其结构“编码”而来，遵循以下铁律：
有无直流分量？ → 看“长期平均电平”
单极性必有直流（因电平≥0，平均为正）。
双极性（等概时）无直流（正负抵消，平均为0）。这是双极性码的最大优点之一，适合通过变压器或电容耦合的信道。
有无定时分量？ → 看“码元内是否有固定跳变”
不归零码必无定时分量（连续相同码元时波形无变化，时钟信息“隐藏”了）。
归零码必有定时分量（每个码元中间的归零边沿，提供了稳定的时钟节拍）。这是归零码的核心价值。
功率谱的连续谱与离散谱
连续谱永远存在，由数据的随机性决定，其形状决定了信号带宽。
离散谱是“特性探测器”：
f=0处的谱线 ⇔直流分量。f=1/T处的谱线 ⇔定时分量。因此，看离散谱的位置，就直接读出了码型的优缺点。
规律三：工程选择的权衡
没有完美的码型，只有针对场景的权衡：
追求简单、节省带宽→ 选不归零码（牺牲同步能力）。
追求可靠同步→ 选归零码（牺牲带宽，变复杂）。
信道不允许直流通过→ 必须选双极性码。
既要无直流又要好同步→双极性归零码是理想选择（但带宽最宽，实现复杂）。
教授的一句点睛
这四种码型，本质上是在“功率效率”、“带宽效率”、“同步能力”和“实现复杂度”这个四边形中，做着不同顶点的取舍。理解了这个框架，你不仅能记住它们的特性，更能预测其他编码方式的优缺点。