【文章內容簡介】 直序擴頻技術 在直序擴頻技術中，偽隨機代碼是直接被載入到載波機調制器上的數(shù)據中去的。調制器具有相對較大的比特率，其速率的大小由偽隨機碼的碼片的速率決定。用這種碼序列調制射頻載波，會產生一個中心在載波頻率和頻譜 ((sin x)/x)2 的秩序擴展頻率之間的頻譜。頻譜的主瓣帶寬是調制碼的時鐘速率的 2 倍，旁瓣帶寬即調制碼的時鐘速率。圖 25 所示的是直序擴頻信號的典型范例。實際情況下采用的載波和數(shù)字調制決 定著直序擴頻頻譜形狀的變化。下圖所示的 是一個二相移鍵 控制 信號， 在直序擴頻系統(tǒng)中常常使用這種調用類型。 原理圖如圖 25 所示 [3]。 圖 25 直序擴頻系統(tǒng)原理圖 跳頻擴頻技術 所謂調頻擴頻技術即是在按照隨機碼在一個很寬的頻帶上對載波進行定義，使其能夠進行頻率的跳變。跳頻擴頻技術和前面介紹的直序擴頻技術相比，存在很大的區(qū)別。在跳頻過程中，原始信息的傳輸速率決定了頻率的跳變速率，除此以外，波形也有很大的區(qū)別，跳頻在整個頻帶上是平坦的波形，而不是（ (sin 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 9 頁 共 35 頁 x)/x） /2 的正弦波形。跳頻信號帶寬與 頻率間隙之間滿足下面的關系： Q=W*N，其中 Q表示跳頻信號帶寬， W 表示傳輸頻率的間隙， N 表示跳變信道的帶寬。 3 ST7540 擴頻通信芯片 引腳特性及應用簡介 圖 31 ST7540 的引腳圖 序號 名稱 類型 描述 1 CD_PD 數(shù)字輸出 載波信號 偵頭檢測輸出、 1 沒有載波信號或者偵頭檢測輸出 0 有載波信號或者偵頭檢測輸出 2 REG_DATA 內部斷開下的數(shù)字輸入 1 為控制寄存器 0 為主控制器 3 GND 供給 數(shù)字接地 4 RxD 數(shù)字輸出 RX 數(shù)據輸出 5 RxTx 內部打開時的數(shù)字輸出 1 為 RX session 0DX session 6 TX 內部斷開下的數(shù)字輸入 TX 數(shù)據輸出 7 BU/THERM 數(shù)字輸出 1 為信號編程 0 在 TX 模式下沒有信號編程 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 10 頁 共 35 頁 8 CLR/T 數(shù)字輸出 同步主存取時鐘或者控制寄存器時鐘 9 VDD 電源供給 數(shù)字供給電壓或者 3。 3V電壓控制輸出 10 MCLK 數(shù)字輸出 主時鐘輸出 11 RSTO 數(shù)字輸出 電壓打開或者 檢測器復位輸出 12 UART/SPI 內部斷 開下的數(shù)字輸入 接口類型 串行外圍接口 0 通用異步接收器 /發(fā)送器 接口 13 WD 內部斷開下的數(shù)字輸入 檢測器輸入。內部檢測計數(shù)器在下界電壓線是清零 14 PAIN 模擬輸入 電力線放大器反相輸出 15 PAOUT 電壓輸出 電力線放大器輸出 16 VSS 供給 電壓模擬接地 17 VCC 供給 電壓源 18 PA_IN 模擬輸入 電力線放大器無反相輸出 19 TX_OUT 模擬輸出 小信號模擬傳送輸出 20 SVSS 模擬輸出 模擬信號接地 21 X1 模擬輸出 晶體震蕩器輸出 22 X2 模擬輸入 晶體震蕩器輸入或者內部時鐘輸入 23 VSENSE 24 模擬輸入 電流限制反饋在 CL 和 SV之間的電阻來設置當前的電流值在這個引腳上為綜合 80pf 濾波輸入電容 25 RX_IN 模擬輸入 模擬輸入接收端 26 VDC 電壓 5V電壓調節(jié)器 27 TEST1 內部中斷 測試投入時必須接地 28 TEST2 模擬輸入 測試投入時必須接 SV端 ST7540應用情況簡述 ST7540 是電力線載波通信網絡的實際應用，它具有半雙工同步 /異步 FSK 調制解調的功能 。芯片內部的數(shù)字電路的電源為 5V 和 兩種，由單一電壓源提供工作電壓，繼承了電路驅動和穩(wěn)壓器，具有低功耗的特點。這種新型的電力線載波傳輸芯片 ST7540 由意法半導體研發(fā)生產，支持多種調制解調技術和通信協(xié)議，其中包括 EHS 和 KONNEX( EN50090)，它搭載于廣泛的電力網，為人們的信號傳輸帶來很大的方便。如今在家庭和工業(yè)等領域得到了廣泛的運用，芯二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 11 頁 共 35 頁 片內部集成了電流電壓控制電路，看門口計時器， FSK 調制解調，濾波電路等等。保證了信號穩(wěn)定準確的傳輸 [4]。 接受和傳送模式 接收模 式 當 ST7540 芯片處在接收狀態(tài)的時候，控制端口 RXTX=” 1”并且 REG_DATA=”0”。信號經過濾波后從 RX_IN 端口被讀入 ,可以保證輸入信號在信噪比較低的情況下，仍然有很寬的動態(tài)范圍。這個模塊中需要設置一個中心頻率按照選中的信道頻率設定的窄帶濾波器對輸入信號進行濾波。 FSK解調過程中，在對信號進行解調之前需要把輸入的信號個芯片內置的正弦波發(fā)生器產生的正弦波形的頻率進行混合，變換信號的頻率，然后再一次把信號送入濾波器進行濾波，最后進行解調。整個過程共進行了三次濾波，為的是更好的減小噪聲的干擾。這款 芯片還有一點優(yōu)勢在于，當芯片開始接受數(shù)據時，此時 RXTX=1,芯片內信號發(fā)送模塊的電路全部關閉，這有利于避免電能的浪費。 圖 32 接收路徑圖 傳送模式 當 ST7540芯片處于發(fā)送狀態(tài)時， RXTX=“ 0”， REGDATA=“ 0”。與接收模式一樣，此時 RXTX=“ 0”，芯片內的接受模塊的電路包括其外界電路都處于關閉狀態(tài)，而芯片內部 FSK調制部分電路進入工作狀態(tài)。芯片內由開關控制可選擇有兩種信號的發(fā)送有兩種傳輸模式： 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 12 頁 共 35 頁 圖 32 發(fā)送路徑圖 同步傳輸，在 CLR/T的時鐘信號處于上升沿時， TXD端口讀入數(shù)據送至 FSK調制器，與此同時芯片內部根據波特率發(fā)送時序控制。 異步傳輸 TXD引腳直接將數(shù)據發(fā)送到 FSK調制器。并且在傳輸時頻率精度與外部的晶體頻率是保持相同的，由主機來管理發(fā)送時序，此時 CLK/T端的時序信號被忽略。 內部模塊功能 圖 33 內部功能模塊圖 ST7540芯片的內部結構如圖 33所示，芯片內部集成了電壓電流控制模塊，串行接口模塊，濾波，調制解調模塊，振蕩器模塊以及自動電平控制模塊。它采用單電源（ ~）供電，電流可以達到 50mA,內部還集成了驅動器和電源控二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 13 頁 共 35 頁 制器。通過 RXD引腳對芯片能的發(fā)送電路和接收電路進行相關的控制，具有低功耗的優(yōu)點。同以往舊版的載波芯片不同之處在于， ST7540內部有兩個線性電源可供選擇（ 5V或 ） ,可以對信號的傳輸進行實時控制。引腳個數(shù)也減少為28個，給使用帶來了方便。內部集成濾波電路，對信號進行多次濾波，最大限度的排除了噪聲的干擾。輸入驅動能力也被大大的提升。為了排除外界對信號輸出的干擾， ST7540設置了對信號幅度的凍結功能，來避免外界對信號幅度造成影響。 與 ST7538芯片相比， ST757540輸出信號從原本的查分信號轉變?yōu)閱?端信號，其自動增益相同。使它的接受靈敏度可以達到 ； ST7540在發(fā)送狀態(tài)時，對溫度太高有監(jiān)控功能：增加的一個 UART端口，集成了一個 48bit s的可編程控制寄存器。 ST7540多了報頭檢測和幀長度識別的功能，不需要在外圍另外實現(xiàn)。相對于 ST7548芯片， ST7540也減少了一部分功能，如內部集成運放、零檢測等等等。因此 ST7540的引腳和內部結構相比之前的載波通信芯片都大大的做到的了簡化，被稱為件裝備的載波芯片 [5]。 必須先對 ST7540芯片中的控制寄存器和芯片內的載波頻率，波特率等等的一些性質進行設置，才可以使用 ST7540執(zhí)行發(fā)送和接收操作。一般通過對控制寄存器進行寫操作來配置控制寄存器，對控制寄存器設置完畢好后，就可以通過讀控制寄存器的操作來檢驗配置正確與否。當引腳 RXTX等于“ 0”并且REG_DATA等于“ 0”時，載波芯片處在發(fā)送模式。發(fā)送模式下，芯片將從主機接受來的數(shù)字信號從 TXD輸入，再經過 FSK調制，轉化為模擬信號，再通過帶通濾波器，最后在電平控制電路對發(fā)送電路電壓和電流的控制下經 PA_OUT進行功率放大后發(fā)送到電力線上傳輸。當引腳 RXTX等于“ 1”、 REG_DATA等于“ 0”時，芯片處于接受狀態(tài)， RX_IN端口將從電力線上接收到的模擬信號進行濾波操作，再經過 FSK解調操作，將信號轉化為數(shù)字信號，再從 RXD端口把信號發(fā)送到主機 [5]。 主機和 st7540之間的連接 主機通過一系列的接口與 ST7540連接，對芯片進行控制和數(shù)據交換，數(shù)據的發(fā)送通過 REG_DATA和 RXTX兩個端口控制，數(shù)據交換通過 RXD， TXD和始終端口（ CLR/T）進行控制。 異步方式 在異步工作方式下數(shù)據在沒有任何數(shù)據時鐘參考下 交換，該主機控制器已收參考時鐘在接收模式 以下為 4種工 作模式： (1)數(shù)據接收 (2)數(shù)據傳送 (3)控制寄存器讀書 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 14 頁 共 35 頁 (4)控制寄存器寫入 數(shù)據和控制寄存器訪問配置： st7540 和 主機通信接口 的兩種類型 軟件過程改進 通用異步接收 /發(fā)送裝置 可以通過 UART/SPI 拐角作出選擇，如果 UART/SP設為 0，則 SPI接口被選擇工作，如果為 1則 UART接口被選中，接口的類型可通過設置 RxD線的狀態(tài)來影響傳輸，當 st7540處于接 收狀態(tài)時并且在主機上沒有數(shù)據時 UART接口允許被連接到一個 UART兼容設備而 SPI接口也允許被連接到一個 SPI兼容設備，主機 |和芯片主要接口的組合 同步和異步 st7540/主控制器接口如圖所示： 圖 34 同步和異步 st7540/host控制器接口 在同步模式下 st7540始終是通信的主題，并 在 CLR /T線上提供時鐘參考。當時鐘信號處在上升沿時， RXD口上的數(shù)據有效。當 st7540是在傳輸模式時鐘的參考是內部產生的和 TxD 路線是在 CLR /T線上升沿被采樣 。 4 基于 ST7540的載波通信系統(tǒng)硬軟件設計 由電力線接口電路、 ST7540 以及單片機可以組成一個完善電力線載波通信模塊 。 ST7540 相當于電力線接口和微處理器之間的橋梁，對信號進行處理，并根據主機的需要對信號的傳輸進行控制。處于發(fā)送狀態(tài)時，它可以把從主機接收到的數(shù)據進行調制、濾波發(fā)送到電力線進行傳輸。處于接收狀態(tài)時，它也同樣可以把從電力線上接收到的信號進行濾波、解調再傳送給主機。完整的外部模塊包括發(fā)送電路，接收電路、保護電路和功率放大電路等。但應為 ST7540 芯片內部集成了功率放大模塊。所以設計電 力線載波電路時，不需要在外部另加功率放大電路，只需要設計發(fā)送電路、接受電路和保護電路就可以了。利用單片機和 REG_DATA RxTx 數(shù)據傳送 0 0 數(shù)據接收 0 1 控制寄存器讀數(shù) 1 1 控制寄存器寫入 1 0 二零一二屆本科畢業(yè)論文 第 15 頁 共 35 頁 ST7540 芯片組成的基本電力線載波通信模塊如圖 35 通過 UATR 接口， ST7540從電力線上接收模擬信號，再通過芯片內 FSK 調制解調模塊把接收到的模擬信號解調成數(shù)字信號再發(fā)送給單片機。同時也可以把從單片機上接收到的數(shù)字信號進行調