【導讀】研究工作及取得的研究成果；包含為獲得其他教育機構(gòu)的學位而使用過的材料；的信道建設(shè)費用，是目前唯一不需線路建設(shè)投資的有線通信方式。本課題研制一個低壓電力線載波通信系統(tǒng)。要求：通信速率不低于400kBPS，主要應(yīng)用。第一周至第三周：查閱資料、撰寫文獻綜述和開題報告；第四周至第六周：總體方案的確定；第七周至第九周：主電路設(shè)計與控制電路設(shè)計；第十周至十二周：參數(shù)計算、元器件的選擇；第十三周至第十五周：撰寫設(shè)計說明書；

　　

【正文】 家庭內(nèi)部自動化而設(shè)計，因此在國內(nèi)適應(yīng)都難盡人意。 SC1128 MODEN 芯片是面向國內(nèi)電力線載波通信市場而開發(fā)研制的專用擴頻調(diào)制解調(diào)電路。由于采取了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128 芯片內(nèi)部集成了擴頻 /解擴、調(diào)制 /解調(diào)、 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動、輸出信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機 (MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。 SC1128 芯片采用 CMOS 技術(shù)設(shè)計的數(shù)?；旌想娐贰Ｆ涔δ芴攸c： （ 1） 直接序列 擴頻技術(shù)，抗干擾能力強； 相位檢測 帶通 濾波器 VOC 符號 檢測器 tB i?cos 取樣脈沖 帶通 輸出 a b c )(cos tAB ? 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 20 （ 2） 發(fā)射信號分為兩種形式輸出：一種是經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器后正弦緩沖器輸出，諧波成分少 ；另一種以高壓開漏緩沖器輸出，應(yīng)用成本低； （ 3） 輸出信號放大器，對輸入信號進行前置放大； （ 4） 內(nèi)置看門狗電路，監(jiān)視系統(tǒng)程序工作狀態(tài)； （ 5） 內(nèi)置電壓檢測器，監(jiān)視電源電壓的變化，并及時向向系統(tǒng)發(fā)出報警信號； （ 6） 內(nèi)置電子表電路（ 24 小時制），滿足對不同時間段計費率的要求（支持掉電工作）； （ 7） 內(nèi)置串行半雙工同步傳輸通信接口，方便與 MCU 之間的控制命令和 數(shù)據(jù)交換； （ 8） 內(nèi)置 864? SRAM 存儲器（支持掉電工作），為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)暫存； （ 9） 提供 QFP44 線封裝形式（ LQFP44PIN）； （ 10） 單 +5 伏電壓工作； SC1128 芯片的邏輯框圖和主要引腳說明 SC1128 的內(nèi)部邏輯如圖 41 所示 圖 41 SC1128 的內(nèi)部邏輯框圖 其電特性指標（ VDD=5V, AT =工作環(huán)境溫度）如表 41 所示，主要管腳說明低壓電力線載波通信系統(tǒng) 21 如 表 42 所示 表 41 SC1128 電特性指標 名稱 符號 條件 （ CTA ???? 8520 ） 規(guī)范值 單位 最小 最大 輸出高電平 OHV AIOH ?20?? VVIH ? VVIL ? V mAIOH ?? VVIH ? VVIL ? 輸出低電平 OLV AIOH ?20? VVIH ? VVIL ? mAIOH ? VVIH ? VVIL ? 輸入高電平 IHV VVOUT ? 或 輸入低電平 ILV VVOUT ? 或 輸入漏電流 I DOI VV ? 或 GND 177。 A? 靜態(tài)電源電流 2 DOTI 電子表工作電流 5 50 輸出驅(qū)動電流 DRVI SINOUT 輸出端 5 15 MA 靜態(tài)電源電流 1 DOI DOI VV ? 或 GND AIo ?10? 3 10 輸入電容 DIC CTA ??25 10 PA 輸出電容 DOC 10 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 22 工作頻率 ?F 外接晶體 8 36 MHz 表 42 主要管腳說明 序號 符號 簡單說明 1 CP32 內(nèi)置電子表晶體振蕩器輸入端（ 32768HZ） 6 GND 數(shù)據(jù)地 10 GNDA 模擬地 12 ?V 一級放大器輸入 ?V 端 13 ?V 一級放大器輸入 ?V 端 14 VOUT 一級放大器 VOUT 輸出端 15 1iV 二級放大器輸入端 16 01V 二級放大器輸出端 17 2iV 三級放大器輸入端 18 02V 三級放大輸出端 20 FIROU 濾波輸出 21 VDDA 模擬電源 24 SEND 發(fā)射輸出（數(shù)字）。高壓開漏輸出。 25 VDDP 發(fā)射輸出驅(qū)動器電源 26 FIRIN 濾波輸入 29 VDD 數(shù)字電源 34 DOGOU 看門狗輸出端 ，與 SPLDOG 端輸入配合，正常時，輸出為低電平。否則 35 POWAL 電源報警輸出端。當電源監(jiān)測輸入端測到的電源信號低于監(jiān)測值時 36 SR 發(fā)射 /接收控制端。 0 為接收， 1 為發(fā)射。 37 SYN 發(fā)射 /接收同步端。發(fā)射或接收同步后產(chǎn)生同步脈沖 38 TX 發(fā)射 /接收數(shù)據(jù)端（雙向端口） 39 LINE 設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入 /輸出端（雙向端口） 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 23 40 SETCL 同步設(shè)置時鐘輸入端（ MCU 對本電路設(shè)置） 41 CS 設(shè)置片選輸入端（ MCU 對本電路設(shè)置） 42 NC 無連接。在使用中要保持浮空 狀態(tài)。 43 VDDT 內(nèi)置電子表電源輸入端 44 CP320 內(nèi)置電子表晶體振蕩器輸出端（ 32768HZ） SC1128 芯片參數(shù)的設(shè)置 （ 1） MCU(Microcontroller——單片機 )對芯片的設(shè)置（讀 /寫） MCU 對 SC1128 芯片的設(shè)置是通過 CS， SETCLK 和 LINE 三端進行的。其中 CS 為片選輸入端， SETCLK 為設(shè)置時鐘輸入端， LINE 為串行數(shù)據(jù)輸入或輸出端（雙向端口）。 MCU 對 SC1128 芯片的設(shè)置（讀或?qū)懀┯薪y(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式即每次讀或?qū)懚际怯蓛蓚€字節(jié)（控制字和數(shù)據(jù)位）完 成的，其格式說明如圖 42： A5 A4 A3 A2 A1 AC R/W NOP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 圖 42 MCU 電路的設(shè)置示意圖 MCU 對電路設(shè)置（讀或?qū)懀r要向電路的 CS 端給出低電壓，再向電路發(fā)出同步脈沖 SETCLK，在同步脈沖的控制下首先向 LINK 端串行給出 8 位位控制字，即先由高到低分別給出六位（ A5～ A0）地址，再給出讀 /寫控制位（第七位）和空操作（第八位 ）；然后給出 8 位數(shù)據(jù) 。 特別要注意的是 LINE 端為雙向端口，當 MCU 給出的 8 位控制字中的第七位（讀 /寫控制位）為 0（讀操作）時，電路將在 SETCLK 的第七個脈沖的下跳沿把 LINE 端由輸入狀態(tài)變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，因此MCU 在對電路進行讀操作時一定要在 SETCLK 的第七個脈沖的下跳沿之前將MCU 端的輸出（與電路的 LINE 相對應(yīng)的端子）狀態(tài)改為輸入狀態(tài)。 （ 2） MCU 對 SRAM 的讀 /寫 由于控制字的地址為 A5～ A0 只有六位，因此可尋址范圍是 6426? 。電路內(nèi)部實際上只有 608 位 SRAM，其地址范圍為 000000～ 空操作 數(shù)據(jù) D7D0 讀（ 0） /寫 (1) 地址 50 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 24 是保留寄存器、工作寄存器、內(nèi)部電子表的低八位和高八位。因此，對電路內(nèi)部608 位 SRAM 的讀寫操作同樣是按圖 42 的格式先給出地址再給出讀或?qū)懖僮魑缓涂詹僮?，最后給出寫入 SRAM 的數(shù)據(jù)或讀出 SRAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)。 SRAM 支持掉電工作方式，若系統(tǒng)出現(xiàn)掉電情況則在 VDDT 電源端（ 43 腳）的維持下可以保持 SRAM 內(nèi)的數(shù)據(jù)不丟失。因此可為小型應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)暫存避免系統(tǒng)突然掉電而丟失一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。 （ 3） MCU 對工作狀態(tài)寄存器讀 /寫 工作狀態(tài)寄存器（地址： 111101）的每一位分別控制真電路不同的工作狀態(tài)，具體格式如圖 43： —— S1 S0 D4 D3 D2 D1 D0 圖 43 工作狀態(tài)寄存器示意圖 對工作狀態(tài)寄存器的設(shè)置可以得到多種工作狀態(tài)。如通信速率快慢和捕獲門限的大小。工作狀態(tài)寄存器的 S1 和 S0 是控制通信速率快慢的，由這兩位可以選擇三種通信速率值。 表 43： 表 43 通信速率的設(shè)置 S1 S0 通信 速率（ PN 碼 63 位） 周波 0 0 6K 單周波 0 1 3K 雙周波 1 0 四周波 工作狀態(tài)寄存器的的。 D4～ D0 是控制捕獲門限設(shè)置 在使用中可根據(jù)通 信環(huán)境的實際情況來選擇不同的捕獲門限值以達到比較好的通信效果。在 設(shè)置捕獲門限值時要特別注意與通信速率值的配合，否則將無法同步的結(jié)果。 捕獲門限值共有 32 個基本數(shù)值可以選擇，捕獲門限值設(shè)置值與捕獲門限的具體對應(yīng)的數(shù)字見表 44，內(nèi)部寄存器地址見表 45. 表 44 捕獲門限值設(shè)置（ D4～ D0） 設(shè)置值（ D4 ～D0） 門限數(shù)值（十進制） 設(shè)置值 （ D4 ～D0） 門限數(shù)值（十進制） 保留位 周波選擇 周波選擇 捕獲門限值設(shè)置 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 25 00000 （ 00H） 200 10000 (10H) 450 00000 (01H) 256 10001 (11H) 550 00010 (02H) 290 10010 (12H) 660 00011 (03H) 360 10011 (13H) 750 00100 (04H) 396 10100 (14H) 890 00101 (05H) 496 10101 (15H) 1128 00110 (06H) 596 10110 (16H) 1300 00111 (07H) 710 10111 (17H) 1490 01000 (08H) 793 11000 (18H) 1780 01001 (09H) 992 11001 (19H) 2180 01010 (0AH) 1190 11010 (1AH) 2680 01011 (0BH) 1400 11100 (1BH) 3100 01100 (0CH) 1580 11100 (1CH) 3710 01101 (0DH) 1980 11101 (1DH) 4510 01110 (0EH) 2380 11110 (1EH) 5320 01111 (0FH) 2850 11111 (1FH) 6290 表 45 內(nèi)部寄存器地址（ A5～ A0） 地址（ A5～ A0） 說明 000000～ 111011 SRAM 1～ 60 字節(jié) 111100 保留位 111101 狀態(tài)寄存器 111110 電子表低八位 111111 電子表高八位 第 5 章 系統(tǒng) 具體 組成 系統(tǒng)設(shè)計及組成 本課題采用 PC 機和 ATMEL 公司的 AT89C2051 單片機作為核心控制器，采用調(diào)制解調(diào)專用芯片 SC1128，實現(xiàn)兩臺 PC 機間的電力線載波通信。系統(tǒng)的設(shè)計構(gòu)成如下所述。 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 26 本系統(tǒng)的硬件部分主要包括 SC1128 收發(fā)電路及外圍電路、由 RS232 相連的PC 機和 AT89C2051 單片機、耦合變壓器、電力線等組成。信號由電力線經(jīng)耦合器、帶通濾波器和前級放大器（可選）進入 SC1128 芯片。經(jīng)過處理后供微處理器處理。數(shù)據(jù)由微處理器發(fā)送至 SC1128 芯片，經(jīng)過處理后通過功率放大器和耦合器發(fā)送至電力線上，完成電力線上的發(fā)送和接收。各部分結(jié)構(gòu)和功能如下所述 ： 系統(tǒng)的控制部分由 PC 機與單片機共同完成，他們之間用 RS232 串口接口，其中單片機采用 ATMEL 公司的 AT89C2051，它是一款帶有 2KB Flash 可編程、可檫除只讀存儲器（ PROME2 ）的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計算機，它采用了 ATMEL 公司的高密度非易失存儲技術(shù)制造，并和工業(yè)標準 MCS51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。它通過 RS232 口與 PC 機相連，其中 PC 機完成總體控制功能，AT89C2051 完成與調(diào)制解調(diào)芯片、 PC 機的接口和數(shù)據(jù)處理功能。系統(tǒng)總體硬件框圖如圖 51 所示： 圖 51 系統(tǒng)硬件框圖 具體 模塊電路 (1)電源模塊 借鑒參考資料里的相關(guān)電路， 電源模塊的組成如圖 52 所示，其中變壓器輸入端金額 220V/50Hz 工頻交流電，經(jīng)過整流橋輸出后經(jīng)由濾波電容濾波。濾波電容的輸出端接 +5V 輸出的三端穩(wěn)壓器，再經(jīng)過濾波電容后可得到單片機和SC1128 所需的工作電源（芯片供電電壓為 5V）。 耦合電路 功率放大器 帶通濾波器 SC1128 前級放大器 微處理器 RS232 PC機 電力線 低壓電力線載波通信系統(tǒng) 27 圖 52 電源模塊 調(diào)制解調(diào)芯片 SC1128 為減少電路