用51兼容芯片PL32OO設(shè)計(jì)直序擴(kuò)頻平臺(tái)

1、用51兼容芯片pl32oo設(shè)計(jì)直序擴(kuò)頻平臺(tái)擴(kuò)頻通信就是待傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)被偽隨機(jī)碼調(diào)制實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸，接收端采納同樣的偽隨機(jī)碼舉行解調(diào)及相關(guān)處理，復(fù)原原始數(shù)據(jù)。這種通信方式與普通頻繁的窄帶通信方式不同，是擴(kuò)展頻譜后舉行寬帶，信，再在接收端舉行相關(guān)處理，復(fù)原成窄帶后解調(diào)據(jù)。擴(kuò)頻通信具有強(qiáng)抗干擾性、抗噪聲、抗多徑衰落可碼分復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，是比較先進(jìn)的通信技術(shù)。電力線載波通信是指用電力線路作為通信媒體舉行通信，目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、家用電器系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)終端接口等場(chǎng)合。它利用現(xiàn)成的電力線路來傳送數(shù)據(jù)，無需另外架設(shè)通信線路，也不占用現(xiàn)有的通信頻率資源，特殊適用于組建小型局域網(wǎng)和

2、實(shí)現(xiàn)大樓內(nèi)的自動(dòng)控制。但在電力線上舉行信號(hào)傳輸，工作環(huán)境惡劣，線路阻抗小、干擾大且時(shí)變性大，溝通噪聲對(duì)數(shù)據(jù)的影響及信號(hào)的衰減也都很大。擴(kuò)頻通信方式因其擴(kuò)頻載波信號(hào)的帶寬通常較大，而受干擾的頻率范圍所占比例相對(duì)減小，因此可以較好的排解電力線上的隨機(jī)干擾。目前，電力線載波通信正朝著用法擴(kuò)頻通信技術(shù)的方向進(jìn)展。pl32oo是具有電力線載波通信功能的內(nèi)嵌8o51增加型高速微處理器的新型產(chǎn)品。該芯片采納新型的數(shù)?；旌瞎に噭?chuàng)造，具有成本低、性能高、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，能夠很便利的應(yīng)用于電力線通信領(lǐng)域。1 pl32oo的主要特點(diǎn)pl32oo是內(nèi)嵌了8o5l命令的高速微處理器芯片，其軟件易于開發(fā)，具有816位雙模

3、式alu，能夠8倍速于標(biāo)準(zhǔn)8o51處理器，運(yùn)行速度快，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。圖1為pl32oo的基本功能結(jié)構(gòu)框圖。pl32oo芯片采納o 35m超大規(guī)模數(shù)?；旌蟘mos創(chuàng)造工藝，是擁有多項(xiàng)學(xué)問產(chǎn)權(quán)的soc(system on chip)設(shè)計(jì)。該芯片內(nèi)置高精度數(shù)字多功能電能計(jì)量，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)徹低符合國(guó)際gbt 17883和gb/t 172l5；通道內(nèi)置可程序設(shè)定增益(pga)；內(nèi)置了雙通道電流采樣、正負(fù)功指示數(shù)字規(guī)律電路；內(nèi)置擴(kuò)頻通信調(diào)制解調(diào)電路；內(nèi)置4%26;215;32段顯示控制驅(qū)動(dòng)電路或8%26;215;8段顯示控制驅(qū)動(dòng)電路；內(nèi)置可數(shù)字頻率校正的實(shí)時(shí)鐘；內(nèi)置可對(duì)電能計(jì)量精度和實(shí)時(shí)鐘精度舉行溫度分段線

4、性補(bǔ)償?shù)臏囟?；?nèi)置2.5v%26;177;8源基準(zhǔn)；內(nèi)置串行程序存儲(chǔ)器編程接口，支持在系統(tǒng)編程(isp)；采納5v單電源供電；內(nèi)置完美的電源電壓監(jiān)測(cè)電路。2 內(nèi)嵌微處理器部分功能概述pl32oo內(nèi)嵌的增加型8o51兼容微處理器，配置了8/16位alu、256b+1024b sram以及16kb e2prom、3個(gè)8l 6位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，1個(gè)定時(shí)器以及3個(gè)外部中斷，為用戶提供豐盛的資源和抱負(fù)的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)。其增加型805 1兼容微處理器，采納超級(jí)命令流水線架構(gòu)，同等主頻狀況下，8倍速于標(biāo)準(zhǔn)8051微處理器。另外，該芯片還具有兩個(gè)全雙工uart(通用異步)，一個(gè)可配置為38khz的通信模式，另一個(gè)

5、可配置為rs485通信模式，提供了多種便利的數(shù)據(jù)傳輸方式。3 載波通信模塊的原理及功能設(shè)置pl3200芯片內(nèi)集成的載波通信單元采納qpsk調(diào)制方式，并擁有可變偽隨機(jī)碼速率(帶寬)的多地址通信技術(shù)。載波通信單元采納挺直序列擴(kuò)頻方式。在擴(kuò)頻接收的過程中主要包括載波信號(hào)的捕捉和同步。捕捉是接收模塊在擴(kuò)頻序列精確同步前，搜尋接啦信號(hào)，使接收信號(hào)的擴(kuò)頻序列與本地?cái)U(kuò)頻序列在相位上進(jìn)入可同步保持的范圍之內(nèi)，即二者的相位在一個(gè)擴(kuò)頻序列碼元之內(nèi)。因?yàn)檩d波通信單元所選用的擴(kuò)頻偽碼舅有很強(qiáng)的自相關(guān)性，所以通過比較本地偽碼和接收序只之間的相關(guān)性與設(shè)定閾值的凹凸，就能在捕捉過程中勢(shì)定是否停止偽碼的滑動(dòng)，以完成捕捉。捕捉

6、完成后進(jìn)a跟蹤階段，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)本地偽碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘速率，懂本地偽碼能夠自動(dòng)地和接收到信號(hào)的偽隨機(jī)碼保持精確目步。擴(kuò)頻序列的跟蹤電路采納全數(shù)字基帶延遲鎖定環(huán)(delay locked loop)電路。在載波通信單元每次置為發(fā)送態(tài)后，硬件會(huì)首先發(fā)送40個(gè)偽碼周期的全“1”序列，用于使接收端與發(fā)送端的偽隨機(jī)碼同步和用于識(shí)別幀頭的8個(gè)偽碼周期的幀頭序列，軟件不需要舉行相應(yīng)的處理。在載波通信單元置為接收態(tài)后，硬件會(huì)在每次偽隨n碼l司步后，開頭從數(shù)據(jù)流中搜索幀頭序列。當(dāng)檢出幀*序列后，才真正開頭接收數(shù)據(jù)，并以字節(jié)的方式送到ssc_buf寄存器中。在載波通信單元，每處理一個(gè)字節(jié)；的數(shù)據(jù)，都是通過ssc_bu

7、f寄存器與cpu之間舉行數(shù)i镕交互實(shí)現(xiàn)的。pl3200對(duì)擴(kuò)頻數(shù)據(jù)采納qpsk調(diào)制方式，其載波中0頻率為120khz，偽隨機(jī)碼速率可達(dá)到30kbps和15kbps。按照偽隨機(jī)碼的速率不同，數(shù)據(jù)速率可達(dá)到1 kbp s和500bps。因?yàn)樵撔酒杉{了63位的goldkasami序列，從而實(shí)現(xiàn)了碼分多址，其地址數(shù)目最多可達(dá)40個(gè)，其中32個(gè)gold序列，8個(gè)kasami序列，因?yàn)橛梅藬U(kuò)頻技術(shù)，可使各地址之間的干擾減到最小。載波通信單元每次由收態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)態(tài)后，cpu應(yīng)在4ms內(nèi)將新的待發(fā)數(shù)據(jù)填人到ssc_buf寄存器中，否則硬件將會(huì)在4m s后，自動(dòng)由發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)為收態(tài)。載波通信單元處于發(fā)態(tài)時(shí)，應(yīng)當(dāng)在每次發(fā)

8、送緩沖標(biāo)記為空時(shí)，立刻將新的待發(fā)數(shù)據(jù)填入ssc_buf寄存器中。當(dāng)最后一字節(jié)待發(fā)數(shù)據(jù)向ssc_buf寄存器填入完畢后，cpu舉行的數(shù)據(jù)交換過程結(jié)束。載波通信單元在所有數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，會(huì)自動(dòng)由發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)為收態(tài)(強(qiáng)制的由發(fā)態(tài)置為收態(tài)可能會(huì)導(dǎo)致最后一字節(jié)數(shù)據(jù)走失)。在接收端，每次通信數(shù)據(jù)包正常接收完畢后，軟件可以通過對(duì)載波通信狀態(tài)寄存器(00h)的寫操作，來強(qiáng)制通知接收規(guī)律重新開頭新的數(shù)據(jù)幀搜尋。pl3200載波通信單元的詳細(xì)設(shè)定，是通過對(duì)載波通信寄存器組(sscregister。bank)不同地址的寄存器，寫入對(duì)應(yīng)的控制字來實(shí)現(xiàn)的。設(shè)定功能時(shí)，先向載波通信控制字地址挑選寄存器(ssc_adr)中寫入選

9、中的載波通信寄存器組的地址，再向載波通信控制字?jǐn)?shù)據(jù)寄存器(ssc_dat)寫入設(shè)定的控制字。載波通信寄存器組(sscregiste rbank)各地址對(duì)應(yīng)的寄存器如表1所列。在pl3200的載波通信寄存器組中，對(duì)地址為02h(載波通信控制寄存器1)、04h(偽隨機(jī)碼捕捉門限寄存器)和05h(偽隨機(jī)碼精同步門限寄存器)舉行寫操作時(shí)，要取消寫庇護(hù)，才可以將數(shù)據(jù)寫入對(duì)應(yīng)的寄存器中。若對(duì)寄存器不再舉行寫操作時(shí)，應(yīng)將寫庇護(hù)使能。取消寫庇護(hù)的辦法是，用程序向ssc_adr寄存器寫入ffh，選中寫庇護(hù)寄存器的地址，再向ssc_dat寄存器寫入ffh，即可取消寫庇護(hù)，并由程序向相應(yīng)的寄存器舉行寫操作。在對(duì)相應(yīng)

10、的寄存器舉行完寫操作后，由程序向ssc_adr寄存器寫入ffh，再向ssc_dat寄存器中寫入一非ffh的數(shù)據(jù)，寫庇護(hù)將會(huì)被使能。在載波通信寄存器組中，00h的寄存器用來指示載波通信單元處于收態(tài)還是發(fā)態(tài)，以及數(shù)據(jù)和幀頭的接收發(fā)送標(biāo)記；02h的寄存器可設(shè)置挑選偽碼的種類(kasami碼或是gold碼)、偽隨機(jī)碼的地址挑選位(kasami碼可選8個(gè)地址，gold碼可選32個(gè)地址)以及偽隨機(jī)碼的速率(30k碼速率或l 5k碼速率)及由此確定的數(shù)據(jù)速率(1kbps或500bps)；03h的寄存器用來設(shè)置偽隨機(jī)碼捕捉的門限閩值，在載波通信單元為接收態(tài)時(shí)，設(shè)定本地與接收到的偽隨機(jī)碼序列相位同步的捕捉門限值

11、，硬件會(huì)按每個(gè)偽碼周期對(duì)本地產(chǎn)生的偽碼與接收到的偽碼舉行計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果與門限值比較，若小于門限值將舉行一次相位調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅度為半個(gè)偽碼碼元寬度， 直到高于設(shè)定的捕捉門限值時(shí)， 才不再作調(diào)節(jié)，普通若偽碼碼率為30k時(shí)，捕捉門限值將調(diào)節(jié)至40h左右；05h的寄存器用于設(shè)定在接收狀態(tài)時(shí)，本地與發(fā)送端偽隨機(jī)碼序列相位同步的糟同步門限值，當(dāng)高于偽碼捕捉門限值時(shí)， 將舉行精同步調(diào)節(jié)，硬件可以識(shí)別本地偽碼和接收到的偽碼相位是超前還是滯后，從而舉行向前或向后的相位調(diào)節(jié)。 當(dāng)小于設(shè)定的門限值時(shí)，認(rèn)為精同步已經(jīng)同步， 將不再舉行調(diào)節(jié)。4 應(yīng)用于擴(kuò)頻載波通信的設(shè)計(jì)應(yīng)用pl3200的擴(kuò)頻載波通信功能，設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)收

12、發(fā)平臺(tái)。數(shù)據(jù)由pc機(jī)a的串口rs232發(fā)出，經(jīng)max232電平轉(zhuǎn)換后，送入芯片pl3200。在芯片中，先由擴(kuò)展串口uart接收數(shù)據(jù)，經(jīng)內(nèi)嵌8051的控制處理，送入載波通信單元，對(duì)數(shù)據(jù)舉行挺直序列擴(kuò)頻，擴(kuò)頻后的信號(hào)經(jīng)120khz的載波頻率調(diào)制后輸出。此信號(hào)經(jīng)功率放大后可由線圈耦合到低壓電力線上， 實(shí)現(xiàn)電力線載波通信。在接收端， 先通過線圈將電力線上的信號(hào)耦合出來， 對(duì)信號(hào)舉行濾波限幅，將限幅后的信號(hào)送入pl3200舉行捕捉、同步及解擴(kuò)處理，經(jīng)由內(nèi)嵌8051的控制，由芯片的uart串口，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，送到pc機(jī)b的rs232接口，進(jìn)入pc機(jī)。反之，b的數(shù)據(jù)按相反的路徑傳送給a。囫圇平臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖2

13、所示。載波通信為方式通信，所以載波單元的常態(tài)必需設(shè)置為接收態(tài)，對(duì)載波模塊可分配不同的通信地址。因?yàn)檩d波通信速率相對(duì)于主頻低無數(shù)，為提高cpu效率，數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送均設(shè)計(jì)為中斷方式處理，每次進(jìn)入中斷，完成對(duì)數(shù)據(jù)接收或發(fā)送的處理操作。根據(jù)數(shù)據(jù)的傳送過程，用編寫芯片的控制程序，設(shè)計(jì)主程序流程3所示。系統(tǒng)在上電后進(jìn)入主程序，在主程序的延時(shí)階段舉行復(fù)位操作，隨后舉行資源初始化操作，對(duì)寄存器作初始化設(shè)置。為了防止程序由于意外緣由而導(dǎo)致死機(jī)，pl3200特地設(shè)計(jì)了一套看門狗電路，當(dāng)程序死機(jī)后，經(jīng)過一段由寄存器控制的定時(shí)時(shí)光后，看門狗電路重新復(fù)位8051。所以，程序在運(yùn)行時(shí)，每隔一段時(shí)光間隔，就要不斷地復(fù)位看

14、門狗電路。將復(fù)位看門狗電路的操作編成中斷子程序，每隔一段時(shí)光后對(duì)變量賦值，復(fù)位看門狗電路，此即喂狗操作。在舉行部分寄存器的初始化重置后，程序依次檢查載波接收中斷和串口接收中斷。如有載波數(shù)據(jù)。則進(jìn)入載波接收中斷，將數(shù)據(jù)送入載波緩存數(shù)組，隨后送串口發(fā)送。如有串口數(shù)據(jù)，則根據(jù)協(xié)議格式將數(shù)據(jù)取出，存入串口數(shù)據(jù)緩存數(shù)組，待數(shù)據(jù)接收完整后，進(jìn)入載波發(fā)送中斷，將緩存中的數(shù)據(jù)送載波發(fā)送，勝利后將標(biāo)記位清除。主程序再次進(jìn)入循環(huán)，檢測(cè)載波中斷或串口中斷。主程序?qū)χ袛嗯e行循環(huán)檢測(cè)，直到有數(shù)據(jù)中斷發(fā)生，進(jìn)入中斷處理程序。當(dāng)載波通信單元中斷使能位有效時(shí)，cpu的中斷2將會(huì)被配置成在載波通信中，用于數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送或接收的中斷。發(fā)生載波中斷時(shí)，程序查詢載波通信寄存器地址00h的bit0位：當(dāng)該位為0時(shí)，進(jìn)入載波接收狀態(tài)；當(dāng)該位為l時(shí)，進(jìn)入載波發(fā)送狀態(tài)。載波接收中斷的流程4所示。在載波接收的過程中，先要查詢載波通信寄存器00h的幀頭標(biāo)記位，如收到幀頭，且芯片處于等待接收狀態(tài)，則接收數(shù)據(jù)的第一字節(jié)；如接收的不是幀頭，則推斷幀頭是否已被接收，而繼續(xù)接收后續(xù)字節(jié)。最后，將接收的數(shù)據(jù)送入載波數(shù)據(jù)緩存數(shù)組，如接收字節(jié)數(shù)超過設(shè)定值，則置接收勝利位給串口， 并清除正在接收狀態(tài)位，結(jié)束載波中斷，進(jìn)入串口發(fā)送中斷。載波發(fā)送中斷的流程5所示。當(dāng)串口接收完