摘 要：本文介绍了低压电力线通信接口芯片pl2101与msp430f149的接口。
关键词:低压电力线载波通信；扩频通信;pl2101;msp430f149

早期的低压电力线载波通信芯片的接口电路相对复杂、抗干扰能力差，且多为国外产品，性价比低，因此，单片机系统较少采用低压电力线载波通信。随着通信技术的发展，新型低压电力线载波通信接口芯片解决了以上缺点，使得单片机系统采用低压电力线载波通信变得简单易用。

pl2101简介
pl2101采用二相相移键控，载波频率120khz，带宽15khz，传输速率500bps。它由单一的+5v电源供电，与单片机的接口简单，外围模拟发射/接收电路也较简单，工作时无需外接模拟混频器。pl2101内置有5种实用的功能电路：时钟电路、32 bytes sram、电压监测、看门狗定时器及复位电路。其中，时钟与sram在主电源掉电后可由3v备用电池供电继续工作。

采用pl2101扩展单片机低压电力线载波通信接口
硬件电路设计
pl2101的半双工收发控制端、head(数据同步端)、rxd_txd (半双工数据收发、数据输入/输出端)引脚用于与单片机、dsp处理器收发数据，实现低压电力线载波通信功能；pl2101内部的寄存器采用标准i2c接口(由scl、sda引脚组成进行操作；另外，pl2101的 wdi(看门狗计数器清零输入端)、 reset(上电及看门狗计数器溢出复位输出端)和pfo(电源掉电指示端)用于单片机对pl2101的工作状态监测。
采用pl2101为msp430单片机扩展低压电力线载波通信接口的原理如图1所示。图中只画出了pl2101和msp430f149的接口部分，pl2101的外围模拟发射/接收电路可参考芯片手册的典型电路。使用msp430f149的p1口与pl2101的8个引脚连接。使用msp430f149具有中断功能的 p1口的引脚p1.6连接head，以实现在中断方式下发送/接收pl2101的数据；由于msp430f149未集成i2c总线接口，因此，msp430f149通过p1.2、p1.3引脚软件模拟i2c时序来访问pl2101的内部寄存器；另外，由于msp430f149采用3.3v逻辑电平，pl2101采用5v coms逻辑电平，因此不能直接连接引脚，需要进行电平转换。
数据收发软件设计
msp430f149只需对p1口操作就可以通过pl2101进行数据收发，实现与其它单片机的低压电力线载波通信。
单片机对pl2101的发送/接收数据工作时序如图2所示。当pl2101相对单片机处于发射态时，pl2101由 head的上升沿对内部解调的数据进行锁存输出，外部单片机可在head的下降沿后读取pl2101从电力线接收到的数据。而当pl2101处于接收态时，pl2101在 head的上升沿对rxd_txd的数据进行锁存，可让外部单片机在 head的下降沿后将数据置于rxd_txd引脚，由pl2101发送到电力线上。
msp430f149接收数据流程如图3所示。程序采用子程序形式，采用中断方式接收数据。msp430f149发送数据流程与接收流程相似，可以看出，通过pl2101发送/接收数据的软件设计比较简单。
pl2101配置及监控软件设计
pl2101的配置通过对其内部寄存器的操作来实现。pl2101上电复位后，除写保护寄存器外，其它寄存器均处于写保护状态。单片机系统对pl2101上电复位后，应先向pl2101的写保护寄存器写1xxx xxxx b以打开写保护，再按电网特性向捕获门限寄存器写入相关数据来配置pl2101。
外部单片机读写pl2101内部寄存器时，先产生起始位启动i2c总线，根据芯片要求，外部单片机须发出器件代码(1011000，高7位)和读写控制位(0，表示写，最低位)，当数据正确时，pl2101将发出第1个确认位，外部单片机读出后再发出读写地址，然后外部单片机等待pl2101发送第2个确认位。
外部单片机读出pl2101发出的第2个确认位后，如果要向pl2101内部寄存器写一个字节时，则可直接发出数据，当pl2101接收完发出第3个确认位后，外部单片机则应发出停止位结束写操作。
msp430f149写pl2101内部寄存器操作流程如图4所示。也采用子程序形式。i2c总线时序请参考有关资料，本文不作讨论。
外部单片机读出pl2101发出的第2个确认位后,若要读pl2101内部寄存器的一个字节，必须再次发出一个总线起始位、发出一次器件代码和读写控制位(1表示读)，pl2101收到后将在发出第3个确认位后接着发送8位数据，由外部单片机接收。外部单片机接收完后，可发出一个不确认位和结束位结束读操作；如果外部单片机发出确认位，则pl2101将发送下一个地址的寄存器数据，直至外部单片机发出一个不确认位和结束位结束读操作。
pl2101监控部分的软件设计比较简单，只需定时清pl2101的wdi引脚和扫描pfo引脚就可实现，对rst操作可使pl2101恢复正常工作状态。

结语
对于单片机系统的通信，除广泛应用的rs-232、485等方式外，采用基于新型接口芯片的低压电力线载波通信也是一个不错的选择。■

参考文献
1魏小龙.msp430系列单片机接口技术及系统设计实例.北京:北京航空航天大学出版社,2002.
2 北京福星晓程电子科技股份有限公司.pl2101芯片手册.