基于PL2101的單片機低壓電力線載波通信接口擴展

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復(fù)雜、抗干擾能力差，且多為國外產(chǎn)品，性價比低，因此，單片機系統(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，使得單片機系統(tǒng)采用低壓電力線載波通信變得簡單易用。

PL2101簡介
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，與單片機的接口簡單，外圍模擬發(fā)射/接收電路也較簡單，工作時無需外接模擬混頻器。PL2101內(nèi)置有5種實用的功能電路：時鐘電路、32 Bytes SRAM、電壓監(jiān)測、看門狗定時器及復(fù)位電路。其中，時鐘與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擴展單片機低壓電力線載波通信接口
硬件電路設(shè)計
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、DSP處理器收發(fā)數(shù)據(jù)，實現(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引腳組成進行操作；另外，PL2101的 WDI(看門狗計數(shù)器清零輸入端)、 RESET(上電及看門狗計數(shù)器溢出復(fù)位輸出端)和PFo(電源掉電指示端)用于單片機對PL2101的工作狀態(tài)監(jiān)測。
采用PL2101為MSP430單片機擴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的典型電路。使用MSP430F149的P1口與PL2101的8個引腳連接。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，需要進行電平轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設(shè)計
MSP430F149只需對P1口操作就可以通過PL2101進行數(shù)據(jù)收發(fā)，實現(xiàn)與其它單片機的低壓電力線載波通信。
單片機對PL2101的發(fā)送/接收數(shù)據(jù)工作時序如圖2所示。當(dāng)PL2101相對單片機處于發(fā)射態(tài)時，PL2101由 HEAD的上升沿對內(nèi)部解調(diào)的數(shù)據(jù)進行鎖存輸出，外部單片機可在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，PL2101在 HEAD的上升沿對RXD_TXD的數(shù)據(jù)進行鎖存，可讓外部單片機在 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)計比較簡單。
PL2101配置及監(jiān)控軟件設(shè)計
PL2101的配置通過對其內(nèi)部寄存器的操作來實現(xiàn)。PL2101上電復(fù)位后，除寫保護寄存器外，其它寄存器均處于寫保護狀態(tài)。單片機系統(tǒng)對PL2101上電復(fù)位后，應(yīng)先向PL2101的寫保護寄存器寫1xxx xxxx B以打開寫保護，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。
外部單片機讀寫PL2101內(nèi)部寄存器時，先產(chǎn)生起始位啟動I2C總線，根據(jù)芯片要求，外部單片機須發(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，PL2101將發(fā)出第1個確認位，外部單片機讀出后再發(fā)出讀寫地址，然后外部單片機等待PL2101發(fā)送第2個確認位。
外部單片機讀出PL2101發(fā)出的第2個確認位后，如果要向PL2101內(nèi)部寄存器寫一個字節(jié)時，則可直接發(fā)出數(shù)據(jù)，當(dāng)PL2101接收完發(fā)出第3個確認位后，外部單片機則應(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總線時序請參考有關(guān)資料，本文不作討論。
外部單片機讀出PL2101發(fā)出的第2個確認位后,若要讀PL2101內(nèi)部寄存器的一個字節(jié)，必須再次發(fā)出一個總線起始位、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個確認位后接著發(fā)送8位數(shù)據(jù)，由外部單片機接收。外部單片機接收完后，可發(fā)出一個不確認位和結(jié)束位結(jié)束讀操作；如果外部單片機發(fā)出確認位，則PL2101將發(fā)送下一個地址的寄存器數(shù)據(jù)，直至外部單片機發(fā)出一個不確認位和結(jié)束位結(jié)束讀操作。
PL2101監(jiān)控部分的軟件設(shè)計比較簡單，只需定時清PL2101的WDI引腳和掃描PFo引腳就可實現(xiàn)，對RST操作可使PL2101恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

結(jié)語
對于單片機系統(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不錯的選擇。■

參考文獻
1魏小龍.MSP430系列單片機接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計實例.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.