基于AMBE2000和SC1128的电力线载波对讲机设计毕业论文

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1、基于AMBE2000和SC1128的电力线载波对讲机设计中文摘要随着社会的发展，通信技术也随之在生活中有了大的发展，其中语音信号的电力线载波传输就是其中之一，但大都以模拟方式传输信号，质量差，抗干扰力小。以新型的语音压缩编解码解调器AMBE2000和电力载波扩频调制解调芯片SC1128为基础的语音通信设计，就能克服恶劣电力环境并能把电力载波技术得到充分应用。结合单片机的电路控制，从而实现电力线载波的对讲。关键词：A/D转换、语音压缩、电力载波、单片机、对讲机Based on power line carrier of AMBE2000 and SC1128 radio designEnglis

2、h Abstractwith the development of society, the communication technology and then in the big in life development, the speech signal transmission of electricity lines carrier is one of them, but mostly to simulation signal transmission way, poor quality, anti-interference force is small. With the new

3、voice compression codec modem AMBE2000 and power carrier spread spectrum demodulation chip SC1128 based voice communication design, can overcome the bad environment and electric power can carrier technology application fully. Combined with the single chip microcomputer control circuits, so as to rea

4、lize the power line carrier-current intercom.Key words: A/D conversion、 Speech compression、 Power carrier、Single chip microcomputer、nterphone中文摘要2English Abstract3第 1 章 绪论51.1对讲机前景51.2 概述5第2章 总体设计及原理62.1 系统总体论证62.3 工作原理8第3章 AMBE2000 功能概述及压缩包读写原理93.1 AMBE-2000概述93. 2 语音压缩包数据组成及传输原理113.3 语音压缩包的发送和接收原理

5、12第4章 SC1128扩频通信芯片134.1 SC1128芯片的工作原理和封装说明144.1.1 SC1128的内部逻辑框图144.1.2 SC1128芯片引脚图：154.1.3 SC1128的电特性指标(VDD=5V，TA=工作环境温度)154.1.4 SC1128管脚说明164.2 SC1128芯片参数的设置174.2.1 MCU对电路的设置（读或写）：174.2.2 MCU对SRAM的读写：184.2.3 MCU对工作状态寄存器读写：184.2.4 MCU对内置电子表的读写：204.3 SC1128工作时序204.3.1 MCU对电路设置的时序示意图204.3.2 发射和接收时序：21

6、4.4 SC1128的检测功能224.4.1 系统监测（看门狗）：224.4.2 电源监测: 相关引脚 POWIN和POWALM23第5章 电力线接口电路的设计24第6章 通信协议256. 1 硬件协议256.2 软件协议25第 7章 系统控制及软件设计26结 论28致 谢29参考文献30第 1 章 绪论1.1对讲机前景在手机非常普及的今天，为什么人们还会选择对讲机呢？存在必合理！与手机相比，对讲机不受网络的限制，在网络不能覆盖的地方，对讲机可以让你轻松的沟通；另外对讲机提供了一对一，一对多的通话方式，一按就说，操作十分简单，令沟通更自由，尤其在紧急调度和集体协作工作的情况下，这些特点是非常重

7、要的。与手机相比，对讲机通话成本低。这样的特点，让对讲机广泛应用在很多领域。主要应用在公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等行业，用于团体成员间的联络和指挥调度，以提高沟通效率和提高处理突发事件的快速反应能力。随着对讲机进入民用市场，人们外出旅游、购物也开始越来越多地使用对讲机。尤其在网络无法覆盖的地方，无线对讲机成为了人们喜爱的通讯工具。 在对讲机技术发展的30多年历史中，模拟技术应用已经非常成熟，关键器件已很可靠，早在20年前，国外就有人将数字技术引入对讲机行业，数字对讲机不仅能实现模拟对讲机基本业务：单呼、组呼等功能，还具有调度台核查呼叫、区域选择、接入优先、优先呼叫、迟后进入

8、、侦听、动态重组、监听等补充业务。也就是说，数字集群对讲机可提供更丰富的业务种类、更好的业务质量、更好的保密特性、更好的连接性和更高的频谱效率。对讲机的主要包括家庭无线服务(FRS)对讲机，个人移动无线(PMR)对讲机以及陆基移动无线(LMR)对讲机。目前，各厂家已经很努力地想办法提高产品通讯质量，降低干扰，开发多功能产品，如：防水、防震功能，集成收音机和GPS功能等等。摩托罗拉公司的GP2000采用了符合人体工程学原理的设计，具有很高的性能价格比；有可编程键和容易使用的浏览键；具备降噪增音的功能；99个信道；平均电池寿命为8小时，从国内外研究局势看出，对讲机已从单一的通话功能，变成了能和手机

9、媲美的产品，而人们追求个性化的影子已在对讲机上演。1.2 概述在当今信息技术高度发展的时代，多媒体信息已经成为人们表达消息的主要手段，其中数字音频的产生、存储和传输更是一种普遍采用的方式，伴随而来的对讲系统更是应用广泛。为了能够将实时性强、数据容量大的数字语音可靠、有效地传递到千家万户，信道的选择又是一个非常重要的环节。在各种通信信道中，由电力线组成的电力网是一个近乎天然、入户准确率极高的物理网络。语音信号的低压电力线载波传输已经有了广泛的应用，但均是以模拟方式来传输信号的，其通信质量不高，抗干扰能力差。然而以数字方式来传输语音信号，则对语音编码的波特率有着较高的要求，因为当前电力载波芯片的波

10、特率均在几kbps 左右，因此常规的语音编码都不能满足其要求,故只能采用先进的语音压缩编码以降低数字语音的波特率，才能实现以数字的方式来对语音信号进行电力线载波传输。目前高压缩率的语音编码有各种形式,其波特率在2kbps32 kbps 之间，采用线性预测编码(LPC) 可以实现2. 0kbps,其语音质量的MOS值大约为2. 5 (标准PCM 为4. 3)。电力载波芯片的波特率一般都比较低,目前较高的电力载波芯片，采用了先进的数字信号处理技术和扩频通信技术，其可靠工作的数据波特率可以在2. 09. 6kbps 之间由用户设定。在整个系统的设计当中，最重要的环节就是数字语音信号的电力线载波传输部

11、分，其性能的好坏直接决定了对讲机通信的可实现与否。在实现的过程中，需要对两个重要的问题加以解决，其一：语音信号必须有较低的波特率，并且可以打包发送和接受。其目的是可以满足电力线带宽小，传输芯片低波特率的要求，还可以利用时分复用原理实现全双工对讲通信；其二：选择具有较高波特率、内置了信号处理电路、采用扩频通信技术以及可以进行半双工通信的电力线载波芯片。其目的是在电力线信道强噪声的影响下还可以保障数据传输的可靠性和有效性。本设计将介绍一种由语音压缩编解码芯片AMBE2000 和专用的低压电力线载波芯片SC1128 为主要部分所构成的点对点语音对讲系统。该系统具有模拟输入输出、数字扩频调制传输、电力

12、线半双工传输、直接电力线连接等特点，可以很方便地在各类数字语音通信系统中加以使用。第2章 总体设计及原理 2.1 系统总体论证 在本次设计过程中，主要设计电力载波数字对讲系统，基于恶劣电力网环境的低压电力载波技术得到充分的应用，同时应用单片机进行人机交互的控制。通过加以技术改进实现广播通信、远程调度等应用。首先在进行点对点半双工通信和广播通信时，通过麦克风输入语音信号，而在此过程中首先经过RC滤波电路，经过滤波以后，送入AD73311芯片，而此芯片集抽样、量化、编码于一身，将模拟信号转换成二进制数字编码，由于二进制数字编码位数较多，其必须进行压缩，则此过程最理想的电路结构就是采用新型语音压缩编

13、解码器，既AMBE2000。而由AMBE2000和AD73311构成的语音采样，压缩，解压缩实用电路是整个设计方案中最佳的组合。其中AD73311是ADI公司的一种声码器芯片，将A/D转换和D/A转换集于一身，而用AD73311来构成电路设计的采样和模数转换及数模转换，而它的采样速率可以达到32KHZ。16位采样数据，且具有较好的声音质量，再配合AMBE2000使用过程中可取得良好的效果，还可以通过软件对AMBE2000和AD73311进行重新设置，因此在本设计中使用AMBE2000和AD73311的结合，将使语音采样.压缩.解压缩的过程十分方便，使用十分灵活。在完成对模拟信号的采样.压缩.解

14、压缩的过程以后，AMBE2000将数据送到单片机8051中。单片机控制2单片机控制1 电力线调制解调压缩包存储语音压缩解压缩A/D和D/A转换模拟语音发送与接受电力线接口 电力线2-1 系统组成但在上述设计过程中对提出的两种方案进行比较分析，其主要区别在于A/D转换和D/A转换及片外数据存储器的不同。就其分析结果如下：在方案一中对语音转换采用A/D转换芯片，同时对对方送来的数字信号进行D/A转换芯片，采用两块芯片。在将信号转换完成后，通过芯片AMBE2000的压缩及解压缩送入单片机AT89C51，在经片外数据存储器的暂时存放，等待下一级AT89C51的响应，当AT89C51响应后，将数据从片外

15、数据存储器中取出，再送给输出通道。而在方案二中，重点克服了方案一的缺陷，采用了比较好的芯片，尤其在A/D和 D/A转换过程中，采用了一个芯片AD73311，AD73311最大的优点在于将A/D、D/A转换集于一身，使其在实际中对硬件电路的要求降低了，而且也在成本上有很大的优势，所以在A/D、D/A的转换过程中系统设计采用芯片AD73311。对于方案一中采用两块片外数据存储器，其带来的后果与采用A/D.D/A两块芯片是一样的。所以方案二也采用一块芯片，双口RAM，这样不但给硬件部分带来很多方便，而且给软件方面尤其是单片机识别地址过程中更是方便。这样通过对上述两种方案的论证分析，采用第二种方案是最

16、佳的。2.3 工作原理模拟的语音信号经过A/D转换后变成数字信号，经AD73311送到AMBE2000。而AMBE2000将送过来的二进制数字信号经过采样、压缩成数据包的形式后，送8051P2.2口同时由十六分频器分频后将CLK信号送向RXD端，当单片机1接收到信号后，通过软件识别。并由双口RAM将其数据存储后等待下单片机2的响应，在完成这些后，采用异步串行通信方式3与扩频通信芯片SC1128进行半双工通信，再送到电力接口电路，经过耦合、放大、滤波送至低压电力线上，而在此耦合过程中，发送和接收共用一个耦合变压器。由于AMBE2000每20ms产生一个数据包，用1ms发,9ms收。其对方也是一样

17、，所以在下一个数据包产生的过程中将会实现一次半双工通信。再经上述的相反过程经AMBE2000的解码，还原出二进制数字信号，再经AD73311的数模转换并将转换成模拟的语音信号，通过放大后经扬声器播出。既可实现所有用户的点对点的通信和广播通信。第3章 AMBE2000 功能概述及压缩包读写原理3.1 AMBE-2000概述AMBE-2000是DVSI（Digital Voice System Inc.）公司推出的单片声码器芯片，该芯片采用改进的多带激励（MBE）算法，能实现可变速率低比特率、高语音音质的语音压缩编码。本设计基于AMBE-2000,设计并实现了一种基于AMBE-2000的语音系统，

18、本语音系统的主要作用是实现数字话音与模拟话音的相互转换并处理话音数据的编解码，降低话音数据的传输速率，提高系统的频率资源利用率，此外须满足信息系统的接口要求，整个语音系统的原理框图见下图。 利用该芯片能进行全双工的压缩和解压,且压缩率可在2kbps9. 6kbps 范围内调节,同时具有FEC (前向纠错) 、VAD(语音激活检测) 和DTMF 信号检测等功能,从而可实现以极高的压缩率提供高品质的语音质量其可广泛应用于卫星通信、短波、微波通信和保密通信等场合,具有很高的实用价值， AMBE-2000的功能与特点如下。（1）速率多，语音音质高：具有2.0k、2.4k、3.6k、4.0k、4.8k、

19、6.4k、8.0k和9.6kbps八种压缩速率。当速率在4.0kbps以上时，可得到接近长途电话的话音质量；当速率为2.0kbps时，仍然具有较高的可懂度和自然度。 （2）可变速的FEC功能：可根据信道情况，灵活地选择FEC的速率。语音和FEC的速率选择既可以通过硬件管脚设置，也可通过软件方式设置。 （3）芯片内集成卷积编码器和Viterbi译码器。 （4）低功耗、低复杂度。 （5）能产生和识别双音多频（DTMF）信号。 （6）具有语音激活检测（Voice Activity Detection）功能、回波抵消（Echo Cancelling）功能和舒适噪声（Comfortable Noise）

20、产生功能等。 （7）串行信道接口可设置为主动和被动方式，传输数据可设置成帧结构或非帧结构。 在简易模型中，AMBE-2000被看作两个分离原件，编码器和解码器。编码器接收语音量化信息并以所期望的速率将压缩数据流输出信道。相反地，解码器接收信道压缩数据流，合成语音量化信息。对AMBE-2000编/解码器接口的时间控制是完全异步的。通常语音接口所接的是A/D、D/A芯片。输入输出语音数据流必须是相同的。格式（16-bit线性、8-bit A律，或8-bit律）。本系统采用AMBE-2000并且A/D-D/A芯片采用16-bit线性采样的AD73311就是为了与原先设计的一套基于AMBE-1000的

21、话音系统保持兼容性。基于AMBE-1000旧式语音系统使用了体积过大，功耗较高的16-bit线性的A/D、D/A芯片TI32044,并且采用了一系列同样缺点的外围芯片，不适用于低功耗，小体积的发展趋势。管 脚功 能RATE_SEL40用于选择编码速率和FEC速率CHANN_SEL10选择信道接口方式（主动、被动、帧结构、非帧结构等）CHAN_RX_DATA,CHAN_TX_DATA,CHAN_RX_CLK,CHAN_TX_CLK,CHAN_RX_STRB,CHAN_TX_STRB串行信道接口引脚，分别为信道接收和发送数据、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步脉冲CODEC_SEL10A/D接口

22、方式选择（如16its线性量化、A率或率量化等）CODEC_RX_DATA，CODEC_TX_DATA，CODEC_RX_CLK，CODEC_TX_CLK，CODEC_RX_STRB，CODEC_TX_STRB与A/D芯片的接口引脚，分别是数据接收和数据发送、接收时钟和发送时钟、接收和发送帧同步信号EPR在芯片复位后，该引脚有一个跳沿产生，表示第1个编码帧已准备好，一帧将在20ms后产生ECHOCAN_EN回波抵消使能，高电平有效VAD_ENVAD使能，高电平有效SLEEP_EN标准睡眠方式使能，高电平有效X2/CLKIN时钟输入（16.384MHz）RESETN复位，低电平有效图2-1 AM

23、BE-2000主要管脚功能3. 2 语音压缩包数据组成及传输原理AMBE2000 每20ms 所产生的24 个字的压缩数据包由两部分组成。第一部分是格式字,共有12 个字,即192bit 数据,当压缩率等其他设置确定以后,在收发端编解码的格式字是相同的;第二部分是数据字,共有12 个字,也即192bit 数据,压缩率不同其中的有效数据位是不同的,当选择最低语音速率2. 0kbps时,真正的有效数据位只有后40 位,其余均为0码；因此,在实际通信过程中只需传输有效数据位,在接收端解压缩时,用单片机补齐与发送端相同的格式字剩余的全0 数据位,然后再将所组成的24 个字送入AMBE2000 解码端,

24、即可正常解压缩。这样可以节省系统带宽,尤其在电力线信道传输时,其作用更是明显。具体传输原理如图3 所示。输入AMBE2000的语音压缩包（12个格式字）AMBE2000输出的语音压缩包（12个格式字）存储语音数据字，添加格式字信道传输语音数据字存储语音压缩包，分离数据字图3 -2 语音压缩包传输原理3.3 语音压缩包的发送和接收原理 发送过程:来自麦克风的模拟语音信号,经过放大、滤波之后送入AD73311 芯片（连接如图4）转换成16 32kbps的数字语音信号,然后送入AMBE2000 芯片进行压缩打包,每20ms 产生一个由12 个格式字和12 个数据字所组成的压缩语音数据包,此24 个字

25、的数据包由单片机（1） 的RXD 口以同步串行方式高速读出并送入DS1609 双口RAM的发送区加以存储。为保障信号传输的实时性和系统的可开发性,压缩语音数据包向电力载波芯片的传输用另一块单片机完成。用单片机( 2) 控制半双工电力载波芯片处于发送状态,同时通过并行I/O 口对双口RAM中的数据进行串行低速读出,此时只读有效数据字,并把读出数据送入SC1128 芯片的数据收发端加以扩频调制,已调信号再经过电力线接口耦合至低压电力线上,当数据发送完毕之后,再由单片机( 2) 将电力载波芯片切换到接收状态,从而完成了整个语音信号的发送过程。接收过程:来自电力线的已调信号,经过电力线接口电路的耦合之

26、后送入SC1128 芯片的解调信号输入端加以解调,输出的压缩语音数据字由单片机( 2) 的并行I/O 口串行读入DS1609 双口RAM 的接收区加以存储,同时再潍其添加12 个格式字和剩余的数据字从而组成一个完整的压缩数据包,然后由单片机( 1) 将棋从RXD 口读出并送入AMBE2000 进行解压缩,得到的标准数字语音再送入AD73311 的解码输入端进行数模转换,最后再将模拟语音信号送入接收通道,经扬声器转换成声波信号输出,从而完成了整个语音信号的接收过程。压缩语音数据包存取过程如图3 在信号的发送和接收过程中,最重要的应该是压缩数据包的传输时间要求。为了实现时分双工(TDD) 和正确的

27、解压缩,从AMBE2000 输出的压缩数据包传递到对方AMBE2000 的整个时间不能超过10ms ,因而,对两个单片机的两次数据的存取都有严格的时间要求,即通信波特率不能太小,应该尽量让单片机(1)能在最短的时间取出压缩语音数据包,这样就可以保证单片机( 2) 在剩余时间传输压缩包所需的通信波特率能满足电力载波芯片的要求。对SC1128 芯片的接收和发送转换也要两端能分时交替,否则会发生信道中信号的碰撞,造成通信失败,这一点由控制电路通过软件来实现。另外AM2BE2000 的工作时序由四位二进制同步计数器分频得到,压缩包的存取时序由单片机( 1) 的同步串行口TXD 端得到。 第4章 SC1

28、128扩频通信芯片SC1128芯片是面向电力线载波通信市场而开发研制的专用扩频调制解调器电路。由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，因此该电路应用在电力线通信方面具有较强的抗干扰及抗衰减性能。SC1128芯片内部集成了扩频解扩、调制解调、D/A和A/D转换、内置电子表、输出驱动、输入信号放大、看门狗、工作电压检测以及与单片机(MCU)串口通信等功能。该芯片在小型多功能应用系统中可以起到降低系统成本并提高系统功能的作用。SC1128芯片是采用CMOS技术设计的数模混合电路。其功能特点：l 直接序列扩频技术，抗干扰能力强； l 发射信号分为两种形式输出：一种是经D/A转换

29、器后正弦缓冲器输出，谐波成份少；另一种以高压开漏缓冲器输出，应用成本低；l 输入信号放大器，对输入信号进行前置放大；l 内置看门狗电路，监视系统程序的工作状态；l 内置电压监测器，监视电源电压的变化，并及时向系统发出报警信号；l 内置电子表电路（24小时制），满足对不同时间段记费率的要求（支持掉电工作）；l 内置串行半双工同步传输通信接口,方便与MCU之间的控制命令和数据交换；l 63位扩频码, 数据速率典型值为5.75Kbps；l 捕获门限值从2006290由软件设定；l 内置64 X 8 SRAM存储器（支持掉电工作），为系统提供数据暂存；l 提供QFP-44线封装形式（LQFP-44PI

30、N）；l 单+5伏电压工作；4.1 SC1128芯片的工作原理和封装说明4.1.1 SC1128的内部逻辑框图图41 SC1128的内部逻辑框图4.1.2 SC1128芯片引脚图：图42 SC1128芯片引脚图4.1.3 SC1128的电特性指标(VDD=5V，TA=工作环境温度)名称符号条 件-20TA85)规范值单 位最小最大V输出高电平VOHIOH=-20AVIH =3.15 VIL=0.8V4.8-IOH=-4.0mAVIH =3.15 VIL=0.8V4.2-输出低电平VOLIOH=20AVIH =3.15 VIL=0.8V-0.2IOH=4.0mAVIH =3.15 VIL=0.8

31、V-0.45输入高电平VIHVOUT=0.45V或4.2V3.15-输入低电平VILVOUT=0.45V或4.2V-0.8输入漏电流IIVI=VDD或GND-2.0A静态电源电流2IDDT电子表工作电流550输出驱动电流IDRVSINOUT输出端515MA静态电源电流1IDDVI=VDD或GND，IO10A310输入电容CI1)TA =25-10PF输出电容CO1)-10工作频率FT外接晶体836MHz4.1.4 SC1128管脚说明序 号符 号简 单 说 明1CP32内置电子表晶体振荡器输入端（32768HZ）25NC无连接。在使用中要保持浮空状态。6GND数据地79NC无连接。在使用中要保

32、持浮空状态。10GNDA模拟地11CAP模拟滤波电容12V+一级放大器输入V+端13V-一级放大器输入V-端14VOUT一级放大器VOUT输出端15Vi1二级放大器输入端16VO1二级放大器输出端17Vi2三级放大器输入端18VO2三级放大器输出端19VCMPIN过零比较输入端20FIROUT滤波输出21VDDA模拟电源22GNDP发射输出驱动器地23SINOUT发射输出（正弦）24SEND发射输出（数字）。高压开漏输出。25VDDP发射输出驱动器电源26FIRIN滤波输入27CP6M1/4工作主时钟输出28CP12M1/2工作主时钟输出29VDD数字电源30CPOUT电路工作主时钟晶体振荡器

33、输出端31CP电路工作主时钟晶体振荡器输入端32POWIN电源监测输入端。33SPLDOG看门狗输入端。当大于768mS此端无高低变化输入，则DOGOUT端输出1/3占空比的复位脉冲（256mS高， 768mS低）。出1/3占空比的复位脉冲（256mS高， 768mS低）。34DOGOUT看门狗输出端，与SPLDOG端输入配合，正常时，输出为低电平。否则，输出1/3占空比的复位脉冲。35POWALM电源报警输出端。当电源监测输入端监测到的电源信号低于监测值时，输出为低电平。当电源监测输入端监测到的电源信号高于监测值时，输出为高电平。36SR发射接收控制端。0为接收，1为发射。37SYN发射接收

34、同步端。发射或接收同步后产生同步脉冲。38TX发射接收数据端（双向端口）39LINE设置数据及状态的输入输出端（双向端口）40SETCLK同步设置时钟输入端（MCU对本电路设置）41CS设置片选输入端（MCU对本电路设置）42NC无连接。在使用中要保持浮空状态。43VDDT内置电子表电源输入端44CP32OUT内置电子表晶体振荡器输出端（32768HZ）4.2 SC1128芯片参数的设置4.2.1 MCU对电路的设置（读或写）：MCU对SC1128芯片的设置是通过CS,SETCLK和LINE三端进行的。其中CS为片选输入端，SETCLK为设置时钟输入端，LINE为串行数据输入或输出端（双向端口

35、）。MCU对SC1128芯片的设置（读或写）是统一的数据格式即每次读或写都是由两个字节（控制字和数据位）完成的，其格式说明如图13：图43 MCU电路的设置示意图 MCU对电路设置（读或写）时要向电路的CS端给出低电平，再向电路发出同步脉冲SETCLK，在同步脉冲的控制下首先向LINE端串行给出8位控制字，即先由高到底分别给出六位（A5A0）地址，再给出读写控制位（第七位）和空操作位（第八位）；然后再给出8位数据。特别要注意的是LINE端为双向端口，当MCU给出的8位控制字中的第七位（读写控制位）为0（读操作）时，电路将在SETCLK的第七个脉冲的下跳沿把LINE端由输入状态变为输出状态，因此

36、MCU在对电路进行读操作时一定要在SETCLK的第七个脉冲的下跳沿之前将MCU端的输出（与电路的LINE相对应的端子）状态改为输入状态。4.2.2 MCU对SRAM的读写：由于控制字的地址A5A0只有六位，因此可寻址范围是64。电路内部实际上只有60X8位SRAM，其地址范围000000111011。另四个字节分别是保留寄存器、工作状态寄存器、内部电子表的低八位和高八位。因此，对电路内部60X8位SRAM的读写操作同样是按照图的格式先给出地址再给出读或写操作位和空操作，最后给出写入SRAM的数据或读出SRAM内的数据。SRAM支持掉电工作方式，若系统出现掉电情况则在VDDT电源端的维持下可以保

37、持SRAM内的数据不丢失。因此可为小型应用系统提供数据暂存避免系统突然掉电而丢失一些关键数据。4.2.3 MCU对工作状态寄存器读写：工作状态寄存器（地址：111101）的每一位分别控制着电路不同的工作状态，具体格式如图14：S1S0D4D3D2D1D0保留位捕获门限值设置周波选择周波选择图44工作状态寄存器示意图对工作状态寄存器的设置可以得到多种工作状态。如通信速率快慢和捕获门限的大小。工作状态寄存器的S1和S0是控制通信速率快慢的，由这两位可以选择三种通信速率值。见下表2：表2通信速率的设置S1S0通信速率(PN码63位)周波006K单周波013K双周波101.5K四周波工作状态寄存器的D

38、4D0是控制捕获门限设置值的。在使用中可根据通信环境的实际情况来选择不同的捕获门限值以达到比较好的通信效果。在设置捕获门限值时要特别注意与通信速率值的配合，否则将因为设置的捕获门限值过大而出现无法同步的结果。捕获门限值共有32个基本数值可以选择，捕获门限设置值与捕获门限的具体对应的数值见下表：表3捕获门限设置值（D4D0）设置值（D4D0）门限数值（十进制）设置值（D4D0）门限数值（十进制）00000 (00H)20010000 (10H)45000001 (01H)25610001 (11H)55000010 (02H)29010010 (12H)66000011 (03H)3601001

39、1 (13H)75000100 (04H)39610100 (14H)89000101 (05H)49610101 (15H)112800110 (06H)59610110 (16H)130000111 (07H)71010111 (17H)149001000 (08H)79311000 (18H)178001001 (09H)99211001 (19H)218001010 (0AH)119011010 (1AH)268001011 (0BH)140011011 (1BH)310001100 (0CH)158011100 (1CH)371001101 (0DH)198011101 (1DH)4

40、51001110 (0EH)238011110 (1EH)532001111 (0FH)285011111 (1FH)6290表4 内部寄存器地址表（A5A0）地址（A5A0）说明000000111011SRAM 160 字节111100保留位111101状态寄存器111110电子表低八位111111电子表高八位4.2.4 MCU对内置电子表的读写：内置电子表分为低八位和高八位（地址：111110和111111），电子表是24小时制式。MCU可以分别对电子表的高八位和低八位进行读写。特别需要注意的是写入电子表的数值是以两秒为增量值计时的。写入电子表的最大数值是24小时，换算成秒就是24小时 =

41、 86400秒，86400秒 / 2 = 43200就是写入电子表的最大数值（在电子表内43200代表24小时）。例如要给电子表设置时间为一小时十分，必须先将一小时十分换算为秒即1：10 = 4200秒然后将4200秒除2得到2100数值，再将2100换成二进制：00001000（高八位）和00110100（低八位），最后由MCU分别将其写入电子表。从电子表内读出的数值也要经过反向计算得到实际的时间值。例如从电子表内读出的数值是10101000（高八位）和10111111（低八位），换算成十进制等于43199，再将43199乘2得到86398，再将86398换算成24小时制就得到23小时59分

42、58秒。需要注意的是写入电子表的数值不能大于24小时即43200（十进制）或A8C0（十六进制）或10101000（高八位）和11000000（低八位），当写入的数值大于24小时电路内部将把此无效值作为零来处理，即电子表将从零点时刻开始走时。4.3 SC1128工作时序4.3.1 MCU对电路设置的时序示意图MCU对电路的设置是通过CS，SETCLK和LINE三端进行的。其中CS为片选输入端，SETCLK为设置同步时钟输入端，LINE为串行数据输入或输出端（双向端口）。MCU对电路的读写时序如图15：图45 MCU对电路的写时序（波形图）图46 MCU对电路的读时序（波形图）注释1：电路的LI

43、NE端为双向端口，当MCU给出的8位控制字中的第七位（读写控制位）为0（读操作）时，电路在SETCLK的第七位下跳沿将把LINE端由输入状态变为输出状态，因此在MCU对电路进行读操作时一定要在第七位的下跳沿之前将MCU输出端（对应电路的LINE端子）改为输入状态，否则将出现MCU与LINE端输出冲突。注释2： 当MCU对电路进行输入操作（写入控制字或写入数据）时，MCU对电路的LINE端给出的数据是在SETCLK的下跳沿变化，电路在SETCLK的上跳沿将数据读入并锁存，具体时序见图4中MCU对电路的写时序波形图。而当MCU对电路进行读操作（读出数据）时，电路在SETCLK的上跳沿将数据输出到L

44、INE端，MCU应在SETCLK的下跳沿将读取数据。具体时序见图4中MCU对电路的读时序波形图。4.3.2 发射和接收时序：发射或接收数据是通过SR（发射接收控制端第36脚）、TX（发射接收数据端第38脚）和SYN（发射接收同步脉冲端第37脚）三个端进行的。SR=0电路处与接收状态， SR=1电路处与发射状态。发射状态：当SR=1，发射接收同步脉冲端SYN(第37脚)输出同步脉冲。当电路处于发射状态时，电路内部在SYN的上跳沿对TX(第38脚)端输入的数据进行锁存，所以外部MCU应当在SYN的上跳沿保持TX端的数据不变化而在SYN的下跳沿可以给出发射的数据。具体时序见下图17：图47接收状态：

45、当SR=0，电路处于接收态， SYN(第37脚)端不会立刻输出同步脉冲，只有当电路接收到的数据与本电路“同步”之后，SYN端才能输出同步脉冲。SYN端输出上跳沿时接收数据从TX(第38脚)端锁存输出，并一直保持到下一个上跳沿，因此MCU应在SYN同步脉冲的下跳沿之后从TX端读出数据。具体时序见图18。在图18中，当SR刚为低电平时，SYN输出为低电平。图484.4 SC1128的检测功能4.4.1 系统监测（看门狗）：相关引脚 SPLDOG(第33脚)和DOGOUT(第34脚)。SC1128系统监测部分由看门狗电路所组成。与这个部分有直接关系的电路输入端是SPLDOG（看门狗输入端）和DOGO

46、UT（看门狗输出端）。当出现系统程序不正常时，看门狗输入端SPLDOG长时间没有输入高、低电平变化（时间大于768mS），DOGOUT将输出1/3占空比的（256mS高电平、768mS低电平）报警波形。4.4.2 电源监测: 相关引脚 POWIN和POWALMSC1128电源监测部分是由电压监测器电路组成。当系统开始加电时本电路的POWIN(第32脚)端接到被监测的电源端（例如将POWIN端接到本电路的工作电源端VDD上），被监测的电源电压逐渐上升到超过4.6V时POWALM(第35脚)输出高电平，表示系统电压正常。在系统工作中，若被监测的电源电压下降到低于4.2V时POWALM输出低电平，向

47、系统发出电源不正常报警信号。如果将SC1128电源监测端POWIN接到其它被监测的电源或直流信号上，该电路就可以对其进行电压监测，但是要注意的是被监测的电源电压一般都要高于+5V，并要在外部接一个分压电阻（电阻数值要根据被监测的电压而确定）。第5章 电力线接口电路的设计其具体电路组成如图6 所示。主要由滤波、功率放大、电压放大、隔离器、耦合变压器等部分组成。输入滤波电路对从高压耦合变压器耦合进来的载波信号进行滤波,放大电路对滤波信号进行前置放大,然后送入SC1128 芯片进行解调。输出功率放大电路把调制好的载波信号进行功率放大,然后通过高压耦合变压器耦合到电力线上,由继电器构成的隔离器将发送电

48、路与接收电路进行了分离,从而减小功率放大电路对输入电路的影响。SC1128 电力SC1128 输出过滤放大电压放大输入滤波收发隔离耦合变压器 图5-1电力线接口电路框图第6章 通信协议6. 1 硬件协议单片机1 与AMBE2000 的通信采用串行口方式0 ,波特率为1Mbps。单片机2 与SC1128 的通信采用外部中断的并行口串行读写方式。单片机晶振为12MHz ,SC1128 晶振为32. 768MHz ,16 位扩频伪码,伪码速率为7. 5Kbps ,捕获阈值为Ox43 ,跟踪阈值为Ox0c , Sync 频率为500Hz , 通信波特率设为5. 0Kbps 。6.2 软件协议如表6-1

49、 所示。发送压缩包存储区0000H发送压缩包读写完毕标志位T说明:1. 为了使两块单片机的收发状态协调统一,需共用一个标志位,分别取发送和接收压缩包存储区的第一个单元;2. 对于发送区,当立即数为01H 时,发送压缩包存储完毕,对应T逻辑置1 ; 当立即数为00H时,发送压缩包被调制发送完毕,对应T 逻辑清零。且写的是全部压缩包,而读的是有效数据字;3. 对于接收区,当立即数为01H 时,接收压缩包存储完毕,对应R逻辑置1 ; 当立即数为00H时,接收压缩包被解压缩接收完毕,对应T 逻辑清零。且写的是有效数据字,而读的是全部压缩。 . . .格式字(12 2 = 24 字节)数据字(0 数据1

50、9 字节)002CH有效数据字(5 字节) ：0030H ：空闲数据区007FH接收压缩包存储区0080H接收压缩包读写完毕标志位R . . .格式字(12 2 = 24 字节)数据字(0 数据19 字节)00ACH有效数据字(5 字节) :00B0H :空闲数据区第 7章 系统控制及软件设计 8051单片机通常有两种封装：一种是双列直插式封装，一种是方型封装。本系统8051单片机采用双列直插式40引脚封装结构，其引脚按功能共可分为端口线、电源线和控制线三类。 （1） 一个8 位的微处理器（CPU）。（2） 片内数据存储器RAM（128B256B），用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最

51、终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。（3） 片内程序存储器ROMEPROM（4KB8KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROMEPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用，读者可查看书的后面部分。（4） 四个8 位并行IO 接口P0P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。（5） 两个定时器计数器，每个定时

52、器计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。（6） 五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。（7） 一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行IO 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。（8） 片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度

53、。 结 论本次设计是在总结了所学专业知识的基础上完成的。设计过程中，通过对以前的所学基础知识的应用和总结以及对新知识的探讨，我对所学的知识有了概括性的认识，同时建立起了一个知识框架结构，又吸取了一些新的内容，学习了一些新的方法，由AMBE2000和SC1128硬件电路组成的对讲系统更加简单，实现更加容易，操作更加方便。提高了综合运用已有知识的能力，掌握了一些基本的科研方法及设计方法，为以后对新课题的研究和开发打下了一个良好的基础。本设计在编写过程中得到了 的悉心指导和热心帮助，在研究课题和撰写论文的同时也得到了设计组成员的帮助，在此谨向他们表示诚挚的谢意！另外还要向其他关心和支持我的老师和同学们表示感谢！参考文献 1 胡航语音信号处理哈尔滨工业大学出版社，1999.9 2 高峰. 低压电力线载波通信中信号传输特性分析J . 电力系统自动化,2000(7) . 3 王赞基. 电力线扩频技术及应用J . 电力系统自动化,2000(2) . 4 胡汉才. 单片机原理及其接口技术M . 北京:清华大学出版社,2001 5 赵又新. 微机原理与接口技术.北京：中国电力出版社，2007.2 6 电力线载波专用芯片sc1128应用手册 7 查光明. 扩频通信.西安电子科技大学出版社，1999.923