一种应用于自动控制系统中调制器设计

1、 学毕业设计(论文)题目: 一种应用于自动控制系统中的调制器的设计作 者 任 桂 届 别 2015届 院 别 机械工程学院 专 业 机械电子工程 指导教师 李 徽 职 称 教 授 完成时间 2015年5月4日 湖南理工学院毕业设计(论文) 摘 要 本文采用感应无限技术，以LM1893为核心，以AY89C2501单片机为主控单元，建立系统通信，实现数据通信和实时控制。本位主要研究解决数字信号的调制问题。为保证通信的准确性，此时还需要用上锁相环。由于应用于LM1893的芯片是属于半双工工作方式的FSK调制的芯片，无法同时进行数据的接受和发送，因此需要两块LM1893芯片来

2、实现实验电路在线路两端的全部功能。实现电路的一端通过MAX2332芯片连接，另一端与PC机的RS232通信口相接，保护调制模块的安全性，借用感应无线实现两台或以上的PC机通过无线技术进行通讯。关键词：感应无线；数据通信；IR-MODEM；RS232/RS485；FSK；数据调制；编码扁平电缆I Abstract 【小三号字体，加粗，居中上下空一行】 【正文小四号字体，行距为固定值20磅】The this paper, the sensing line technology, the core of the LM1893, AT89C2501 micro-controller as the ma

3、in control unit, to establish a communication system, data communication. The communication system design data modulation, so the focus of this study is to solve the problem of the digital signal modulation. In order to ensure communication Quincunxial also need access to the phase-locked loop. As a

4、pplied to the LM1893 chips are in half duplex mode FSK modulation chip, can not at the same time to receive and send data, requiring two LM1893 chips to achieve the full functionality of the experimental circuit in both ends of the line. One end of the experimental circuit through the MAX2332 chip c

5、onnected to the other end in contact with RS232 communication port of the PC unit, to protect thr security module of the modulation, borrow induction wireless communication through wireless technology to achieve two or more PC machine. Keywords:induction wireless data communication IR-MODEM RS232/RS

6、485 FSK data modulation and coding flat cable【英文摘要和关键词应该是中文摘要和关键词的翻译，英文摘要和关键词占一页，且关键词和正文空一行】 目 录 三级目录标题采用5号宋体 目录部分排版行距采用固定值20磅】摘 要 IAbstract II第1章 绪 论 1第2 章 通信系统 12.1 通信系统简介.12.2 模拟通信.32.3 数字通信.4 第3章 电力线载波通信8 3.1 电力线载波通信的定义8 3.2 电力载波数字通信系统模型83.3 LM1893芯片在电力线载波通信技术中调制解调器应用9 第4章 LM1893芯片的应用.114.1 LM18

7、39在调制解调器的应用和调制器的设计.114.2 LM1893内部单元功能电路原理的介绍.12第五章 锁相电路及其应用.155.1 锁相环定义.155.2 锁相环路的基本特性.165.3 锁相环在调制解调技术中的应用.16第六章 设计系统的应届电路.186.1 LM1893主电路原理图及其原理.186.2 LM1893外围电路图.196.3 微控制器AT89C2051.206.4 PC与单片机接口设计.206.5 电力线接口设计.216.6 LM1893基本应用电路的软件设计和原理图.22结束语.24参考文献25致谢.26. 第1章 绪 论 【每一章开始要另起一页】 摘要 感应无线通信及位置检

8、测技术是七十年代开始发涨起来的一项新的应用技术。随着工业自动化技术的快速发展,该技术在工业控制领域得到了广泛应用。 感应无线数据通信既不是靠电(光)缆直接连通,也不用远距离天线发射、接收,而是通过安装在移动机车上的天线与敷设在地面轨道旁的编码电缆进行电磁耦合来传递信息,而调制解调器是感应无线技术的重要部分,直接决定了感应无线系统的性能。调制解调器在机械测试、电子技术、工业自动化、通信技术的各个领域中有着广泛的应 用。早期的设计由于计算机条件的限制，多数采用硬件系统，浪费了大量的人力、物力。本设计利用感应无线技术，依照传统的调制解调原理，实现了信号的处理。由于传统硬件仪器信号的生成、调制相对困难

9、，信号处理精度相对较低，本设计克服了该缺点。设计调制解调器需要掌握两方面知识：一方面要理解调制解调器的功能和工作原理，并拥有一个功能强大的开发平台。另一方面必须掌握信号处理方面的基本理论。本文讲述了调制解调器设计过程当中涉及到的知识，为设计方案打下基础。我们这次设计的重点就在于系统怎样实现的调制，问题的关键就是如何将芯片运用于mondem中。我们先熟悉理解通信以及数据调制的重要理论，另外还有电力线载波技术通信的应用，并重点进行电力线载波集成芯片LM1893的研究和设计，对其工作原理进行分析，同时要与实验电路的调制解调过程结合，最后给出原理图，从而更好的完成本次设计。第2章 通信系统 2.1 通

10、信系统简介 通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。通信系统的作用就是将信息源发送到一个或多个目的地。如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的，首先要把消息转换成电信号，经过发送设备，将信号送入信道，对应于使用的接收装置，在接收器中接收到的信号，发送到信宿，然后转成原始消息，这个过程，可用于根据通信系统的一般模型来概括。其通信的基本模型如图下所示信源发送变换器接收变换器信道信宿噪声信息信号信号信息 图1 通信基本模型 1.信号源信号源（简称信源）就是起到将不同类型的消

11、息转换成原始电信号作用。信源根据消息的种类不同可分为模拟信号与数字信号源。模拟信号源输出连续的模拟信号，如麦克风声音、相机影像、数字信号源的输出为离散的数字信号，如电传打字机，计算机和其他数字终端。而且，处理后的信号被数字化，模拟信号源供给也可以发送数字信号。2.发送设备发送设备的功能是产生适用于在通道中传输的信号，其发送的信号与信道特性的特征相匹配，并具有抗信道干扰的能力，而且具有足够的功率来满足远距离传输。因此，其包含由许多设备发送的内容，可能包含变换，放大，滤波，编码，调制处理。在多通道的传输系统中，发送装置还包括一个多路转换器。 3. 信道 信道是物理介质，用于信号从发送装置传输到接收

12、端的无线电信道，该信道 可以是自由空间、电线，电缆，电缆信道，它可以是光钎。有线信道与无线信道有多种物理介质。通道的信号路径中，信号会产生各种各样的干扰和噪声。引入的干扰和噪声与信道的固有特性和通信质量有直接关系。上图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统及其他各处的噪声的集中表示。噪声通常是随机的，形式多样的，它的出现干扰了正常信号的传输。4. 接收设备接受装置的功能是对信号进行放大，逆转变（列如，解码，调剂等，）其目的是为了正确地将那些有减损的信号恢复到原来的电信号。对于复用的信号接受装置，还包括多路转换器的去除，以达到正确的分路功能。此外，它也有可能，以减少在传输过程中的噪声和干扰的影

13、响。5.受信者受信者是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。上图概括的描述了一个通信系统的组成。根据我们研究的对象以及所关注的问题不同，因而相应有不同形式的、更具体的通信模型。通常按照信道中传输的信号，相应的分为模拟和数字通信系统两类。2.2模拟通信 模拟通信是一种以模拟信号传输信息的通信方式。非电的信号（如声、光等）输入到变换器（如送话器、光电管），使其输出连续的电信号，使电信号的频率或振幅等随输入的非电信号而变化。普通电话所传输的信号为模拟信号。电话通信是最常用的一种模拟通信。模拟通信系统主要由用户设备、终端设备和传输设备等部分组成。其工作过程是：

14、在发送端，先由用户设备将用户送出的非电信号转换成模拟电信号，再经终端设备将它调制成适合信道传输的模拟电信号，然后送往信道传输。到了接收端，经终端设备解调，然后由用户设备将模拟电信号还原成非电信号，送至用户。模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在以下几个缺点：1. 保密性较差。2. 抗干扰能力较弱。3. 设备不易大规模集成化。4. 不适于飞速发展的计算机通信要求。信源调制器信道解调器信宿噪声源（发送端）（接收端）图2 模拟系统系统模型2.3数字通信用数字形式传输消息或用数字形式对载波信号进行调制后再传输的通信方式。常规的电话和电视都属于模拟通信。电话和电视模拟信号经数字化后，再进行数字信号的调制

15、和传输，便称为数字电话和数字电视。以计算机为终端机的相互间的数据通信，因信号本身就是数字形式，而属于数字通信。卫星通信中采用时分或码分的多路通信也属于数字通信。数字通信系统的优点：1. 抗干扰能力强由于在数字通信时，传输出来的信号幅度是离散的，像二进制一样，信号的取值只会有两个，这样的接收端只需要判别两种状态。信号传输过程中受到了噪声的干扰，必定会使得波形失真，接收端会对其进行抽样判决，来辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以对判决的正确性产生影响，就能够正确接收（再生）。而在模拟通信时，传输的信号幅度会连续变化，一旦噪声叠加，即便噪声很小，也难以消除它。数字通信抗噪声性能好，还表现在

16、微波中继通信时，它能够很好的消除噪声积累。这是因为数字信号只要在每次再生后不发生错码，它仍可以像信源中发出的信号一样，不会有噪声叠加在上面。即使中继站再多，数字通信仍然具有很好的通信质量。而模拟通信中继时，只能够增加信号能量（对信号放大），噪声不能够被消除。2. 差错可控数字信号在传输过程出现错误（差错）时，能够通过纠错编码技术来控制，以增强传输的可靠性。3. 易于与现代技术相结合由于计算机技术、数字交换技术、数字存贮技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口都是采用数字信号，因此容易与数字通信系统相连接。4. 易加密数字信号与模拟信号相比，数字信号更容易加密和解密。因此，数字

17、通信保密性好。数字通信系统的缺点：1. 频带利用率不高系统的频带利用率，可以用系统允许的最大传输带宽（信道的带宽）与每路信号的有效带宽之比来表示，数字信号所占用的频带宽，以电话为例，一路模拟电话一般只占据 4kHz 带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 20 60kHz 的带宽。因此，在系统传输带宽一定的情况下，模拟电话的频带利用率要高出数字电话的 5 15 倍。2.在比较复杂的系统设备数字通信中，要准确地恢复信号，接收端必须要严格同步系统，以保持接收端和发送端严格的节拍一致、编组一致。因此，数字通信系统及设备通常都比较复杂，体积较大。 信源信源编码信道编码调制器信道解调器信道译码

18、信源译码信宿噪声图3 数字通信模型数字通信系统各部分作用：1、信源:把原始信息变换成原始电信号。2、信源编码：实现模拟信号的数字化传输即完成A/D变化。提高信号传输的有效性。即在保证一定传输质量的情况下，用竟可能少的数字脉冲来表示信源产生的信息。信源编码也称作频带压缩编码或数据压缩编码。3、信道编码：信源编码的目的： 信道编码主要解决数字通信的可靠性问题。信道编码的原理：对传输的信息码元按一定的规则加入一些冗余码（监督码），形成新的码字，接收端按照约定好的规律进行检错甚至纠错。信道编码又可以称为差错控制编码、抗干扰编码、纠错编码 。4、数字调制数字调制技术的概念：把数字基带信号的频谱搬移到高频

19、处，形成合适的频带信号在信道中传输。数字调制的主要作用：提高信号在信道上传输的效率，使信号能够远距离传输。基本的数字调制方式：振幅键控ASK，这种调控方式是根据信号的不同调节正弦波波幅度。频移键控FSK，即用数字信号去调节载波频率。相移键控PSK，载波相位受数字基带信号控制，如基带信号为1时相位为，基带信号为0时相位为0.3。5、同步同步是使收发两端的信号在时间上保持一致，是保证数字通信系统有序/准确/可靠工作的前提条件。6、信道：信道是通信传输信号的通道，是通信系统的重要组成部分。其基本特点是发送信号随机的受到各种肯能机理的恶化。7、噪声源：通信系统中各种设备以及信道中所固有的，为了分析方便

20、，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。第3章 电力线载波系统3.1 电力线载波通信的定义 电力线载波通信（power line carrier communication）以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。由于输电线路具备十分牢固的支撑结构，并架设 三条以上的导体（一般有三相良导体及一或两根架空地线），所以输电线输送工频电流的同时，用之传送载波信号，既经济又十分可靠。综合利用这些通信方式一直是世界上所有的电力部门具体的通信手段的使用优先手段3.2 电力载波数字通信系统模型本电力线载波通信节点模块主要包括以下几个部分：微控制器部分、信号处理部分、电源电路部分和电力线接口部

21、分。通信设备（主）微控制器调制解调电力线接口通信设备（从）微控制器调制解调电力线接口电源模块电源模块RS232TXRXSP1SP1电力线图4 电力线载波通信节点模块1 微控制器的选择：微控制器是将微型计算机的主要部分集成在 一个芯片上的单芯片微型计算机。系统的控制核心就是微控制器，它的功能是负黄整个系统中任务的协调与调度。2 调制解调芯片的选择：电力线载波芯片主要完成信号调制解调和自适应均衡信号放大、滤波功能和微控制器通信。电力线接口则发功能的耦合，隔离，过滤和保护。3.3 LM1893芯片在电力线载波通信技术中调制解调器应用LM1893芯片是电力载波通信专用的高性能芯片，该芯片的优点在于价格

22、低廉，易于使用，精度高，具有良好的性能口 它包含接收和接送数据的全部功熊，可以完成所有编码方式的数字序列半双工通信，完整的电力线载波系统只需控制器及一些外围元件便可以构成：其特点主要有以下几点：(1)FSK抗噪声的调制技术：(2)可选的噪音过滤脉冲发生器： (3)数据传输速率4. 8Kb：（4）正弦波的载波频率可以减少无线电频率的干扰；（5）RF功率，可以提高10倍；（6）载波频率可以选择在50300KHZ之间；(7）与TTL和MOS逻辑电平兼容；（8）功率电平的电压可以调整；（9）可以驱动各种现有的电力线；LM1893为美国国家半导体公司生产的专用于电力线上传输数据的MODEM芯片，实数据通

23、信形式为半双工。数据发送时，基带数据载波使用FSK调制，调制过的载波信号被加到电力线中；当接收数据时，为了使接收信号能够达到很宽的动态范围，极高的灵敏度，我们在采用锁相环解调器的基础上，选择脉冲噪声滤波器设计。其引脚图如上图所示。5脚（发送接收控制端）、10脚（载波信号收发端）、12脚（解调数据输出端）和17脚（调制数据输入端）。由发送电路和接收电路两部分组成。第5脚TX / RX 是控制收发状态脚：高电平时是发射状态，低电平时是接收状态。开始发射时，启动第17脚入代发数据，用于控制LM1893内部的流控振荡器，产生约为160KHZ的中心频率FSK信号，第10脚输出放大后的信号。当接收到由电力

24、线传来FSK信号时，经过高通滤波环路之后，再由LC并联谐振回路选频，由LM1893的第10脚输入，经过内部的锁相、滤波，把数据装换成：“1”、“0”数据，由第12脚输出。第12脚设计集成电极开路，可与TTL、CMOS电路接口直接相连。通过5K可调电阻的调节，使得LM1893的中心频率可以选择50-300KHz范围之中。第4章 LM1893芯片的应用4.1 LM1839在调制解调器的应用和调制器的设计1.系统信号传送链路及信号调制解调原理数据通信链路原理图由PC机通过实时控制中心发出处指令，将计划指令发送到地面局获悉，该局为调制解调器（IR-MODEM）(LM1839芯片和外围电路)，通过通讯模

25、块CP压缩编码调制放大命令，通过感应无线扁平电缆发送出去。这种调制技术是频率制(FM)技术来实现的，由于本场合的数据传输属于低速数据传输系统中要求在同一时间传输信道的衰减，所以使用FSK(移频键控)技术。要完成系统中要求的信号传输过程中具有稳定性，在同一时间，适用于恶劣环境的现场中，还要求它的光谱特性和功率谱密度，, 便于分析和解释，因此使用相连续FSK信号的调制信号。接近传感器，编码的扁平电缆信号传到差分技术双天线(这样做可以消除各种外部干扰差), 天线信号将弱的红外调制解调器信号解调还原后压缩编码指令，然后由车载PLC解释形成的相关功能所的Q单元输出信号控制控制子系统(子系统包括的机车经营

26、车载显示屏显示信息，语音信息等)的操作指令。同样，运作机车条件，按照该图的下部的箭头的方向最终上传到计划记录机，形成生产记录，工况动态显示同时发送到实时动画机完成。2. LM1839应用于调制模块的设计经过MODEM其他电路处理的信号 传入LM1893. LM1893 和相应的外设件 构成信号的调制片内, 片内的功能主要由片内的MOD功能块产生控制电流 信号, 再由电流信号控制振荡器模块 (ICO) 产 生 工 作 频 率 , ICO输出的信号经正弦 波发生电路控制载波频 率, 载波正弦波信号经 自动电平控制(ALC)和 片内的功率放大模块后 输出片内调制信号. 其 具体的片内流程如图输入调制

27、器mode正弦波形式成电路自动电平控制ALC输出功率放大输出电平控制振荡IDC 图7 LM1893的片内调制4.2 LM1893内部单元功能电路原理的介绍 1 . FEK（频移键控）基本概念 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号便是符号“1”对应于载频，而符号“0”对应于载频（与不同的另一载频）的已调波形，而且与之间的改变是瞬间完成的。 从原理上讲，数字调频可用模拟调频法来实现，也可用键控法来实现。2 . FSK基本原理和方法用基带信号f(t)对高频载波的瞬时频率进行控制的调制

28、方式叫做调频，在数字调制系统中则称为频移键控（FSK）。频移键控在数字通信这是使用较早的一种调制方式，这种方式实现起来比较容易，有较强的抗干扰和抗衰弱性能。他的缺点在于占用较宽的频带，频带利用串不够高，因此，频移键控主要传输低、中速的数据、衰落的信号与较宽频带的信道。频移键控是通过变化载波的频率来传输数字信息。在2FSK中，载波频率随二进制基带信号在f(1)和f(2)两个频率点间变化。故其表达式为： 3 FSK信号调制2FSK信号产生的方法主要有两种。一种可以采取模拟电路来实现（即直接调频法）：另一种可以采用键控法来实现。（1）直接调频法原理所谓直接调频法，就是用数字基带信号去控制一个振荡器的

29、某种参数而达到改变振荡频率的目的。如图12所示模 拟调 频 器S（t）S2FSK(t)图8 直接调频法原理框图(2)键控原理该方法就是在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通，使其在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一。其原理如图13所示，他将产生二进制FSK信号。图中，数字信号控制两个独立振荡器。门电路和按数字信号变化规律通段。若门打开，则门输出为f1，反之则输出f2。这种方法的特点是转换速度快、波形好，而且频率稳定度可以做的很高。频率键控法还可以借助数字电路来实现。 基带信号输入倒相f1f2门电路2门电路1相加图9 键控法原理框图以上两种FSK信号的调

30、制方法的差异在于：由直接调频法产生的2FSK信号在相邻元之间的相位是连续变化的。而键控法产生的2FSK信号，是由电子开关在两个独立的频率源之间转换形成，故相邻码元之间的相位不一定连续。我们选择采用键控法来产生FSK信号，主要基于以下2个原因; 1; 直接调频法是用数字基带信号 直接控制载波振荡器的振荡频率。虽然方法简单，但频率稳定度不高，同时转移速度不能太高。 2：频率键控法则不同，它有两个独立的振荡器，数字基带信号控制开关，选择不同频率 的高频振荡信号，从而实现 FSK 调制。 2FSK 是利用载频频率的变化来传输数字信息的。 数字载频信号有相位离散和相位连续两 种情形。如果两个振荡频率分别

31、由不相同的独立振荡器来提供，它们之间的相位互不相关，这就叫相位离散的数字调频信号；若两个振荡频率由同一振荡信号源提供，是对其中一个载频进行 分频，这样产生的两个载波就是相位连续的数字调频信号。第五章 锁相电路及其应用5.1 锁相环定义 能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定关系的闭环电子电路。锁相环的基本结构如图10， uC作用于压控振荡器的结果是把它的输出振荡频率f0拉向环路输入信号频率fi,当二者相等时，环路立即被锁定，称为入锁。由鉴相器来提供维持锁定的直流控制电压，因此鉴相器的两个输入信号之间留有一定的相位差。环路闭合之后能自动进入锁定状态的输入信号频率最大变化范围的二分之一称为

32、捕捉带。环路能保持锁定状态的输入信号频率最大变化范围的二分之一称为同步带。捕捉带通常小于同步带，在极限情况下二者相等。捕捉带与同步带是锁相环的重要参数，前者影响入锁的可靠性，后者决定入锁后相位误差的大小，因而实用的锁相环应具有足够大的捕捉带与同步带。锁相环最初用于改善电视接收机的行同步和帧同步，以提高抗干扰能力。后来，锁相环用于彩色电视机，使彩色副载波振荡器与输入信号同步，用来恢复彩色信号。50年代后期随着空间技术的发展，锁相环用于对宇宙飞行目标的跟踪、遥测和遥控。60年代初随着数字通信系统的发展，锁相环应用愈广，例如为相干解调提取参考载波、建立位同步等。具有门限扩展能力的调频信号锁相鉴频器也

33、是在60年代初发展起来的。在电子仪器方面，锁相环在频率合成器和相位计等仪器中起了重要的作用。鉴相器环路滤波器压控振荡器 uiuducu0图10 锁相环原理图5.2 锁相环路的基本特性 1)良好的窄带特性：锁相环路通过环路滤波的作用，具有窄带滤波器特性，当压控振荡器的输出频率锁定在输入参考频率上时，位于信号频率附近的干扰成分将以低频干扰形式进入环路，绝大部分的干扰会受到环路滤波器低通特性的抑制，从而将混进输入信号的噪声和杂散干扰滤除掉。2)锁定后不会有频差：在环路处于锁定状态时，环路的输出信号和输入信号的频率一致，没有剩余频差，只有剩余相位差。它比AFC系统更好的实现了频率控制，因而在自动频率控

34、制、频率合等技术方面获得了非常广泛的应用。(3)良好的载波跟踪特性： 无论输入锁相环信号时已调制或未调制的，只要信号中包含由载波成分，就可将环路设计成一个窄带跟踪滤波器，跟踪输入信号载波成分的频率和相位变化，环路输出信号就是需要提取的载波信号。载波跟踪特性包含窄带、跟踪和弱输入载波信号的放大三重含意。(4) 低门限特性：锁相环路也是一个非线性器件，用作鉴频器时同样存在门限效应，但锁相环路的门限并不取决于输入信噪化而取决于环路信噪比，由于环路的窄带特性，环路信噪比明显高于输入信噪比，环路能在低输入信噪比条件下工作，即具有门限的优良特性。（5）锁定状态无剩余频差，易于集成化。5.3 锁相环在调制解

35、调技术中的应用（1）锁相调频电路 应用下图所示的锁相环路调频器电路，可以获得载波频率稳定度很高的调频信号。实现PLL调频的条件是，调制信号的频谱要处于环路低通滤波器带通之外，并且调制指数不能太大。这样，锁相环路实际上是载波跟中环，调制信号不能通过低通滤波器，也就不能参与环路的交流反馈，因而调制信号对锁相环路没有影响，压控振荡器的中心频率被锁定在晶体振荡频率上。同时，调制信号加在压控振荡器上，对其中心频率进行调制，因此，输出调频信号的中心频率稳定与晶振频率稳度有相同的数量级，而调频灵敏度则与VCO的电压控制灵敏度相同，克服了直接调频中心频率稳定度不高的缺点。这种电路的缺点是调制频偏较小。为了保证

36、调制器具有优良的低频调整特性，可用锁相环路构成一种所谓两点调制的宽带FM调制器，这种调制器在很宽的调制频率范围内，频偏正比于调制信号。 第六章 设计系统的应届电路6.1 LM1893主电路原理图及其原理LM1893主电路原理图见附录2，其原理为上位机向单片机发送数据时，其数字信号由RS232的TXD端输出，电平转换芯片MAX232将其转换为1-11.电平。传入LM1893的Pin17输入。此时控制LM1893的Pin（TX/ AX）为高电平，芯片处于数据调制状态，将从Pin17输入的数字信号调制为125KHz的正弦模拟信号。经过功率放大从芯片的Pin10（I/O）输出。最后通过信号耦合变压器将

37、此模拟信号耦合到电网上。实现数据的传送。在数据接收端，控制与单片机相连的LM1893芯片的Pin5为高电平，使其发送数据。同时控制与上位机相连的LM1893的Pin5为低电平。解调从电力线传输过来的下位机数据，在从Pin12传入RS232的RXD端。6.2 LM1893外围电路图LM1893外围电路图可见图21图示电路对于各种基于LM1893的电力线载波通信的硬件设计，其中的T1与220V家庭交流可以直接相连。其数据率可以达到4.8KB，通信频率可以达到50KHz至300KHz，并且可以连续调制。如图所示，如果我们在1至4脚设定一个阻容网络，即可锁定载波及选频接受网络，通过5脚即可实现串行数据

38、在12脚输出和17脚输入功能。.6.3 微控制器AT89C2051 AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，可反复擦写的片内2K字节的制度程序存储器和128字节的随机数据存储器，期间采用AMEL公司的高密度、非易失性存储器技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，单片机AT89C2051广发应用于电子产品中。 器主要性能有一下几点：（1）和MCS-51产品兼容；（2）2KB可重编程FLASH存储器；（3）2.7-6V电压范围； （4）全静态工作： 0Hz-24Hz; （5）2级程序存储器保密锁定； （6）128*8位内部RAM； （

39、7） 15条可编程I/O 线 6.4 PC与单片机接口设计因为电力线载波通信集成芯片LM1893的通信速率比较低，一般适用于传输数据量不大的场合，但是随着信息化节奏的加快，处理信息量日益增大，传输速率过低已经跟不上现代工业生产的脚步了。 所以我们将计算机和RS-232接口连接，实现与计算机的通信，单片机AT89C2051则使用串行口直接与PC机通信，其接收到的数据被存入数据存储器。 为了解决PC机在输入输出和单片机AT89C2051相连时产生电平不同的问题，我们将AT89C2051芯片作为中介来连接它们，从而解决TTL电平和计算机RS-232接口之间的电平不同的问题。MAX232分为两路接收器

40、和驱动器的IC芯片两部分，一般在EIA-232C、V.28和V.24的接口使用。此外，MAX232内部的电源电压变换器，能把输入的+5V电压转换成RA-232所需要的10V电压。所以我们仅需在芯片串行口外界加一个+5V电压即可。PC机与单片机和MAX232芯片的接口如下图所示： PC机与单片机接口6.5 电力线接口设计整个载波通信中的关键部分就是电力线接口的设计，也是这个系统设计的难点。电力线接口包括隔离变压器、保护电路、选频耦合电路三部分，器作用是在LM1893与电力线不直接接触的前提下，能够直接在电力线上加载或者获取信号。保护电路是由电阻和二极管组成的限幅电路，它的作用是当系统受到瞬时过电

41、压时避免其受到干扰。瞬时过电压一般指电力线上感应的强雷电脉冲、电力线上面传输过来的电器组成的强尖峰干扰和实验装置在运行过程中产生的峰值电压等等。增大电阻R7限幅效果更好，但是它的弊端是信号会被衰减严重，所以我们使用4.7欧姆，二极管我们使用快速大功率齐纳管。耦合电路的选择是本次设计中一个和年重要的环节，他影响着通信的质量。图15的T1不仅实现了芯片与电力线的隔离，同时T1初级线圈和电容C8构成一个振谐回路，谐振频谱纪委载波频率，能够最大的吧信号耦合在电力线上面，必须呀阻抗匹配，为了实现这样的功能，耦合变压器T1的选择就很关键了。耦合变压器我们使用磁芯为优质高频铁氧体的高频变压器。其中高频铁氧体

42、材料为磁芯的新一代电源转换功率器，它的优点有一下四点：（1）频率高（2）体积小 (3)稳压范围广 （4）电隔离性好6.6 LM1893基本应用电路的软件设计和原理图 1. 模块的引脚连接 2号芯片上的单片机AT89C2051，开始接收数据，最后数据被送到上位机2上，在控制电路中，通过单片机来采集电流信号的发送电力载波数据。 电力线载波发送电路主要由LM1893芯片和电力线接口（PLI）组成，芯片AT89C2051通过串行口与LM1893通信，通信方式为异步通信，数据的传输是通过控制芯片LM1893的收发状态来实现的。系统的波特率发生器选用定时器1，波特率可变工作方式1作为串行口。这种方式也是标

43、准的异步通信方式，格式为10位每帧。微控制器AT89C2051的PD/P3.0和TXD/P3.1口连接至电平芯片MAX232的R1 out和T1 IN口，MAX232与PC机的RS-232串口相接则是通过DB-9插头，用来接受命令控制引脚。芯片AT89C2051的P1.2和P1.3分别和LM1893的17 脚、12脚连接，主要用于控制引脚，LM1893的5脚TX/RX由芯片的P1.0口控制，决定数据的收发状态。高电平时，芯片则是发送状态，芯片的17脚控制单片机采集数据的送入，由FSK调制成150KHz的FSK载波，经过10脚输出载波信号。耦合电路LM1893基本电路AT89C2051基本电路MAX232基本电路RS-232PC机电力接线口电源电路图14 LM1893电路顶层模型图置LM1893发送状态启动A/D转换读入转换数据数据处理载波发送置LM1893接收状态数据发送完否结束初始化NY图15 LM1893软件框图结束语经过几个月的辛苦奋斗，我终于完成了一种应用于自动控制