用51兼容芯片PL3200設(shè)計直序擴頻平臺

摘 要：pl3200芯片是一種兼容8051指令的soc芯片，它包含多個功能擴展模塊，具有電能測量、載波擴頻等強大的功能。本文介紹pl3200的主要特點及其載波通信功能模塊，并針對該芯片提出一種電力線載波通信的實現(xiàn)方案。


關(guān)鍵詞：pl3200 直接序列擴頻 載波通信 8051


引 言：

　　擴頻通信就是待傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)被偽隨機碼調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸，接收端采用同樣的偽隨機碼進行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。這種通信方式與一般常見的窄帶通信方式不同，是擴展頻譜后進行寬帶通信，再在接收端進行相關(guān)處理，恢復(fù)成窄帶后解調(diào)數(shù)據(jù)。擴頻通信具有強抗干擾性、抗噪聲、抗多徑衰落、可碼分復(fù)用等優(yōu)點，是比較先進的通信技術(shù)。

　　電力線載波通信是指用電力線路作為通信媒體進行通信，目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動控制系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、家用電器系統(tǒng)及計算機終端接口等場合。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，特別適用于組建小型局域網(wǎng)和實現(xiàn)大樓內(nèi)的自動控制。但在電力線上進行信號傳輸，工作環(huán)境惡劣，線路阻抗小、干擾大且時變性大，交流噪聲對數(shù)據(jù)的影響及信號的衰減也都很大。擴頻通信方式因其擴頻載波信號的帶寬通常較大，而受干擾的頻率范圍所占比例相對減小，因此可以較好的排除電力線上的隨機干擾。目前，電力線載波通信正朝著使用擴頻通信技術(shù)的方向發(fā)展。

　　pl3200是具有電力線載波通信功能的內(nèi)嵌8051增強型高速微處理器的新型soc產(chǎn)品。該芯片采用新型的cmos數(shù)/模混合工藝制造，具有成本低、性能高、功能強大等特點，能夠很方便的應(yīng)用于電力線通信領(lǐng)域。

1 pl3200的主要特點

　　pl3200是內(nèi)嵌了8051指令的高速微處理器芯片，其軟件易于開發(fā)，具有8/16位雙模式alu，能夠8倍速于標準8051處理器，運行速度快，數(shù)據(jù)處理能力強。圖1為pl3200的基本功能結(jié)構(gòu)框圖。
　　　　　　　
　　pl3200芯片采用0.35μm超大規(guī)模數(shù)/?；旌蟘mos制造工藝，是擁有多項知識產(chǎn)權(quán)的soc(system on chip)設(shè)計。該芯片內(nèi)置高精度數(shù)字多功能電能計量電路，計量標準完全符合國際gb/t 17883和gb/t 17215；電流通道內(nèi)置可程序設(shè)定增益放大器(pga)；內(nèi)置了雙通道電流采樣、正/負功指示數(shù)字邏輯電路；內(nèi)置擴頻通信調(diào)制/解調(diào)電路；內(nèi)置4×32段lcd顯示控制/驅(qū)動電路或8×8段led顯示控制/驅(qū)動電路；內(nèi)置可數(shù)字頻率校正的實時鐘；內(nèi)置可對電能計量精度和實時鐘精度進行溫度分段線性補償?shù)臏囟葌鞲衅?；?nèi)置2.5v±8%電壓源基準；內(nèi)置串行程序存儲器編程接口，支持在系統(tǒng)編程(isp)；采用5v單電源供電；內(nèi)置完善的電源電壓監(jiān)測電路。

2 內(nèi)嵌微處理器部分功能概述

　　pl3200內(nèi)嵌的增強型8051兼容微處理器，配置了8/16位alu、256b+1024b sram以及16kb e2prom、3個8/16位定時器/計數(shù)器，1個看門狗定時器以及3個外部中斷，為用戶提供豐富的嵌入式資源和理想的應(yīng)用開發(fā)平臺。其增強型8051兼容微處理器，采用超級指令流水線架構(gòu)，同等主頻情況下，8倍速于標準8051微處理器。另外，該芯片還具有兩個全雙工uart(通用異步收發(fā)器)，一個可配置為38khz的紅外通信模式，另一個可配置為rs485通信模式，提供了多種方便的數(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用qpsk調(diào)制方式，并擁有可變偽隨機碼速率(帶寬)的多地址通信技術(shù)。載波通信單元采用直接序列擴頻方式。在擴頻接收的過程中主要包括載波信號的捕獲和同步。

　　捕獲是接收模塊在擴頻序列精確同步前，搜索接收信號，使接收信號的擴頻序列與本地擴頻序列在相位上進入可同步保持的范圍之內(nèi)，即二者的相位在一個擴頻序列碼元之內(nèi)。由于載波通信單元所選用的擴頻偽碼具有很強的自相關(guān)性，所以通過比較本地偽碼和接收序列之間的相關(guān)性與設(shè)定閾值的高低，就能在捕獲過程中判定是否停止偽碼的滑動，以完成捕獲。捕獲完成后進入跟蹤階段，動態(tài)地調(diào)整本地偽碼產(chǎn)生器的時鐘速率，使本地偽碼能夠自動地和接收到信號的偽隨機碼保持精確同步。擴頻序列的跟蹤電路采用全數(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，硬件會首先發(fā)送40個偽碼周期的全“1”序列，用于使接收端與發(fā)送端的偽隨機碼同步和用于識別幀頭的8個偽碼周期的幀頭序列，軟件不需要進行相應(yīng)的處理。在載波通信單元置為接收態(tài)后，硬件會在每次偽隨機碼同步后，開始從數(shù)據(jù)流中搜尋幀頭序列。當檢出幀頭序列后，才真正開始接收數(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，每處理一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，都是通過ssc_buf寄存器與cpu之間進行數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)的。

　　pl3200對擴頻數(shù)據(jù)采用qpsk調(diào)制方式