基于PL2101的單片機(jī)低壓電力線載波通信接口擴(kuò)展

摘    要：本文介紹了低壓電力線通信接口芯片PL2101與MSP430F149的接口。
關(guān)鍵詞:低壓電力線載波通信；擴(kuò)頻通信;PL2101;MSP430F149

早期的低壓電力線載波通信芯片的接口電路相對(duì)復(fù)雜、抗干擾能力差，且多為國(guó)外產(chǎn)品，性價(jià)比低，因此，單片機(jī)系統(tǒng)較少采用低壓電力線載波通信。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，新型低壓電力線載波通信接口芯片解決了以上缺點(diǎn)，使得單片機(jī)系統(tǒng)采用低壓電力線載波通信變得簡(jiǎn)單易用。

PL2101簡(jiǎn)介
PL2101采用二相相移鍵控，載波頻率120KHz，帶寬15KHz，傳輸速率500bps。它由單一的+5V電源供電，與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，外圍模擬發(fā)射/接收電路也較簡(jiǎn)單，工作時(shí)無需外接模擬混頻器。PL2101內(nèi)置有5種實(shí)用的功能電路：時(shí)鐘電路、32 Bytes SRAM、電壓監(jiān)測(cè)、看門狗定時(shí)器及復(fù)位電路。其中，時(shí)鐘與SRAM在主電源掉電后可由3V備用電池供電繼續(xù)工作。

采用PL2101擴(kuò)展單片機(jī)低壓電力線載波通信接口
硬件電路設(shè)計(jì)
PL2101的半雙工收發(fā)控制端、HEAD(數(shù)據(jù)同步端)、RXD_TXD (半雙工數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)輸入/輸出端)引腳用于與單片機(jī)、DSP處理器收發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)低壓電力線載波通信功能；PL2101內(nèi)部的寄存器采用標(biāo)準(zhǔn)I2C接口(由SCL、SDA引腳組成進(jìn)行操作；另外，PL2101的 WDI(看門狗計(jì)數(shù)器清零輸入端)、 RESET(上電及看門狗計(jì)數(shù)器溢出復(fù)位輸出端)和PFo(電源掉電指示端)用于單片機(jī)對(duì)PL2101的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
采用PL2101為MSP430單片機(jī)擴(kuò)展低壓電力線載波通信接口的原理如圖1所示。圖中只畫出了PL2101和MSP430F149的接口部分，PL2101的外圍模擬發(fā)射/接收電路可參考芯片手冊(cè)的典型電路。使用MSP430F149的P1口與PL2101的8個(gè)引腳連接。使用MSP430F149具有中斷功能的 P1口的引腳P1.6連接HEAD，以實(shí)現(xiàn)在中斷方式下發(fā)送/接收PL2101的數(shù)據(jù)；由于MSP430F149未集成I2C總線接口，因此，MSP430F149通過P1.2、P1.3引腳軟件模擬I2C時(shí)序來訪問PL2101的內(nèi)部寄存器；另外，由于MSP430F149采用3.3V邏輯電平，PL2101采用5V COMS邏輯電平，因此不能直接連接引腳，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設(shè)計(jì)
MSP430F149只需對(duì)P1口操作就可以通過PL2101進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)，實(shí)現(xiàn)與其它單片機(jī)的低壓電力線載波通信。
單片機(jī)對(duì)PL2101的發(fā)送/接收數(shù)據(jù)工作時(shí)序如圖2所示。當(dāng)PL2101相對(duì)單片機(jī)處于發(fā)射態(tài)時(shí)，PL2101由 HEAD的上升沿對(duì)內(nèi)部解調(diào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存輸出，外部單片機(jī)可在HEAD的下降沿后讀取PL2101從電力線接收到的數(shù)據(jù)。而當(dāng)PL2101處于接收態(tài)時(shí)，PL2101在 HEAD的上升沿對(duì)RXD_TXD的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，可讓外部單片機(jī)在 HEAD的下降沿后將數(shù)據(jù)置于RXD_TXD引腳，由PL2101發(fā)送到電力線上。
MSP430F149接收數(shù)據(jù)流程如圖3所示。程序采用子程序形式，采用中斷方式接收數(shù)據(jù)。MSP430F149發(fā)送數(shù)據(jù)流程與接收流程相似，可以看出，通過PL2101發(fā)送/接收數(shù)據(jù)的軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。
PL2101配置及監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)
PL2101的配置通過對(duì)其內(nèi)部寄存器的操作來實(shí)現(xiàn)。PL2101上電復(fù)位后，除寫保護(hù)寄存器外，其它寄存器均處于寫保護(hù)狀態(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)PL2101上電復(fù)位后，應(yīng)先向PL2101的寫保護(hù)寄存器寫1xxx xxxx B以打開寫保護(hù)，再按電網(wǎng)特性向捕獲門限寄存器寫入相關(guān)數(shù)據(jù)來配置PL2101。
外部單片機(jī)讀寫PL2101內(nèi)部寄存器時(shí)，先產(chǎn)生起始位啟動(dòng)I2C總線，根據(jù)芯片要求，外部單片機(jī)須發(fā)出器件代碼(1011000，高7位)和讀寫控制位(0，表示寫，最低位)，當(dāng)數(shù)據(jù)正確時(shí)，PL2101將發(fā)出第1個(gè)確認(rèn)位，外部單片機(jī)讀出后再發(fā)出讀寫地址，然后外部單片機(jī)等待PL2101發(fā)送第2個(gè)確認(rèn)位。
外部單片機(jī)讀出PL2101發(fā)出的第2個(gè)確認(rèn)位后，如果要向PL2101內(nèi)部寄存器寫一個(gè)字節(jié)時(shí)，則可直接發(fā)出數(shù)據(jù)，當(dāng)PL2101接收完發(fā)出第3個(gè)確認(rèn)位后，外部單片機(jī)則應(yīng)發(fā)出停止位結(jié)束寫操作。
MSP430F149寫PL2101內(nèi)部寄存器操作流程如圖4所示。也采用子程序形式。I2C總線時(shí)序請(qǐng)參考有關(guān)資料，本文不作討論。
外部單片機(jī)讀出PL2101發(fā)出的第2個(gè)確認(rèn)位后,若要讀PL2101內(nèi)部寄存器的一個(gè)字節(jié)，必須再次發(fā)出一個(gè)總線起始位、發(fā)出一次器件代碼和讀寫控制位(1表示讀)，PL2101收到后將在發(fā)出第3個(gè)確認(rèn)位后接著發(fā)送8位數(shù)據(jù)，由外部單片機(jī)接收。外部單片機(jī)接收完后，可發(fā)出一個(gè)不確認(rèn)位和結(jié)束位結(jié)束讀操作；如果外部單片機(jī)發(fā)出確認(rèn)位，則PL2101將發(fā)送下一個(gè)地址的寄存器數(shù)據(jù)，直至外部單片機(jī)發(fā)出一個(gè)不確認(rèn)位和結(jié)束位結(jié)束讀操作。
PL2101監(jiān)控部分的軟件設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只需定時(shí)清PL2101的WDI引腳和掃描PFo引腳就可實(shí)現(xiàn)，對(duì)RST操作可使PL2101恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

結(jié)語
對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)的通信，除廣泛應(yīng)用的RS-232、485等方式外，采用基于新型接口芯片的低壓電力線載波通信也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇?！?/P>

參考文獻(xiàn)
1魏小龍.MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.
2 北京福星曉程電子科技股份有限公司.PL2101芯片手冊(cè).