Application of the LM1893 in the Power Line Carrier communication system
Abstract: The LM1893 is a kind of Carrier-Current Transceiver with high performance and low price. In this paper the main features of LM1893 have been introduced. The connection between LM1893 and MCS-51 single-chip processor has been given at the same time.
Key word: Power Line Carrier communication; LM1893; MCS-51   
摘要：LM1893是一种性能好，价格低的电力线载波通信器件。本文给出了LM1893的主要性能指标，并介绍了它与MCS-51系列单片机的软硬件接口。
关键词：电力线载波通信；LM1893；MCS-51

0 引言
低压电力线（220V或380V交流供电线路）随处可见，利用现成的低压电力线来传输信号具有有线通信的优点，而又无需再另行架杆、拉线、凿墙，可以充分利用已有的线路资源，降低通信成本。电力线载波通信技术可广泛应用于工业自动控制系统，电能管理系统，家用电器控制系统，防火报警系统及计算机终端接口等场合。本文要介绍的LM1893就是一种能够直接驱动常规电力线的集成芯片。
1 LM1893的功能特点
LM1893芯片是美国国家半导体公司生产的专用电力载波通信芯片，该芯片价格低廉，使用方便，精度高，可靠性好，可以实现任意编码方式的数字序列的半双工通信，其特性如下：
（1） 抑制噪声的FSK调制方式
（2） 传输速率最高达4.8KBaud
（3） 载波频率在50kHz至300kHz之间可选择
（4） 在数据中允许存在“0”、“1”串
（5） TTL和MOS数字电平兼容
（6） 能驱动常规电力线
（7） 接收灵敏度2mV
 

2 LM1893的内部结构及工作原理
LM1893的内部结构如图１所示。
LM1893分为发送和接收两部分。数据的发送部分由FSK调制器、电流控制振荡器、正弦波发生器、输出放大器及自动电平控制电路（ALC）构成。接收部分由限幅放大器、锁相环信号解调器、低通滤波器、直流消除电路及噪声滤波电路构成。电路的发送与接收工作状态由芯片引脚TX/ 控制端切换。当TX/ 为高电平时，LM1893工作于发送模式下，要发送的数据送入芯片内的FSK调制器，产生开关控制电流，驱动电流控制振荡器产生 2.2%频偏的三角波，三角波经过正弦波发生器形成已调正弦波信号，经由输出放大器驱动后输出到线路耦合电路，再发送到电力线上。电力线路上的负载情况复杂，当某种原因促使输出幅度超过额定电平时，ＡＬＣ电路能够有效地控制输出放大器的输出幅度，使其输出电平保持在稳定范围之内。当TX/ 为低电平时，LM1893工作于接收模式，经线路耦合电路送来的已调载波信号送入芯片的Ｉ／Ｏ端口，由平衡限幅器放大，取出信号中的直流分量并对耦合进来的工频信号衰减，送入差分锁相环路，解调出数据信号。其中包含有载波的高次谐波、噪声及直流分量，经三级ＲＣ滤波后取出其中的高频分量，再经直流消除电路去除信号中的直流分量，送入比较器整形，经脉冲噪声滤波电路滤除脉冲噪声干扰，从数据输出端输出解调后的数据信号。
3 LM1893的应用及其与MCS-51系列单片机的接口
3、１　硬件接口
ＬM1893的硬件接口电路图如图１所示，其载波频率F0由1、2脚之间的电容C0来确定，具体关系如图２所示。此外，接入10脚的电位器对载波频率有一定的微调作用。图１中的耦合变压器T1的设计是一个关键的环节，首先，变压器的初级线圈与其并联的电容一起构成选频网络,其中心频率与载波频率一致，电容值应为 。其次，变压器的匝数比应能实现负载阻抗匹配。阻抗匹配可以向负载传输最大功率，提高了效率，避免负载阻抗降低而出现功率不足的情况，使选频网络发挥其最佳性能，改善信号传输的噪声系数。LM1893与MCS-51系列单片机的连接非常简单，将单片机的串行输出端ＴＸ、串行输入端ＲＸ、一条Ｉ／Ｏ口线（图１为Ｐ１.0）分别与LM1893的数据输入端（引脚１７），数据输出端（引脚１２）、发送接收控制端（引脚５）相连即可。

3、２　软件接口
图2载波频率F0和电容C0关系图        假定单片机串行通讯口工作于方式3(定时器1工作于方式2)，波特率为2400，晶振频率为6MHz，当电源控制寄存器PCON的SMOD=1时，通过计算可知定时器1的TH1应置为243（0F3H）。假定单片机的R0为发送缓冲区，R1为接收缓冲区，P1.0控制LM1893的发送接收控制端（TX/ ）。部分程序如下：
初始化程序：
      INIT：    MOV TMOD, #20H  ; 选择定时器T1模式2，计时方式
                MOV TH1, #0F3H  ; 置定时器重复装入置
                MOV TL1, #0F3H
    SETB TR1    ; 启动定时器T1
    MOV PCON, #80H  ; SMOD=1
    MOV SCON, #0D0H ; 串行口方式3工作
                …      
发送部分程序：
SEND:   PUSH  PSW    ;保护现场
   PUSH  A
   SETB  P1.0   ;LM1893切换到发送模式
   CLR  TI    ;清发送中断标志
   MOV  A, @R0   ;从发送缓冲区取数据
   MOV  C, P   ;奇偶位送TB8
   MOV  TB8, C   
   MOV  SBUF, A   ;启动发送
   INC  R0    ;发送缓冲区指针加1
   POP  A    ;恢复现场
   POP  PSW
   RETI     ;中断返回
接收部分程序：
RECEIVE: PUSH PSW   ;
   PUSH A
CLR  P1.0    ; LM1893切换到接收模式
      CLR  RI    ; 清中断标志
            MOV  A, SBUF   ; 接收数据
   MOV C, P    
   JNC   L1
   JNB  RB8, ER   ; 奇偶错则转错误处理程序
   AJMP L2    ; 接收数据正确，跳转
L1:   JB   RB8, ER   ; 奇偶错则转错误处理程序
L2:   MOV @R1, A   ; 接收数据送缓冲区
   INC  R1    ; 指针加1
   POP  A    ; 恢复现场
   POP  PSW
   LJMP END
ER:   …      ; 错误处理程序略
END:  RETI     ; 返回
4 结束语
    作者参与设计的基于Atmel AT89c2051单片机的通信系统已在海底清淤船上投入使用一年有余。该通信系统由水上控制单元和水下执行单元组成，水上部分和水下部分由一根电缆连接。在这根电缆上不仅要传输水上控制单元发出的上升、下降、注油、挖掘等控制命令，水下机械手的380V交流电源也同时由这根电缆传输，所以，380V交流负载对水上水下的通信干扰很大。正是因为电力线载波通信器件LM1893和它的外围电路的强抗干扰能力、LM1893的高灵敏度、可靠性才保障了整个系统的可靠运行。

参考文献：
[1] 周庆民 电力线载波通信集成电路LM1893 《电子技术》1996年第8期
[2] 李华 孙晓明等 MCS-51系列单片机实用接口技术[M] 北京 ：北京航空航天大学出版社 1993.8
[3] 李勋 林广艳 卢景山 单片微型计算机[M] 北京：北京航空航天大学出版社 1998.11

作者简介：
朱今祥，男，1979年- 年，汉族，中国海洋大学电子工程系硕士研究生
籍贯：湖南，研究方向：软件无线电
Email: zjx0102@yahoo.com.cn
苗建苏，男，1967年- 年，汉族，中国电波传播研究所高级工程师
籍贯：河南，研究方向：短波超短波通讯
陈奇东，男，1980年- 年，汉族，中国电波传播研究所助理工程师
籍贯：黑龙江，研究方向：短波超短波通讯
联系方式：266071, 山东省青岛市青大一路19 号中国电波传播研究所11楼