【正文】 能表為對(duì)象，重點(diǎn)探討了基于低功耗單片機(jī)的低功耗儀表的基本原理和設(shè)計(jì)技術(shù)，探索了利用MSP430C323的有限硬件資源與軟件的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘、I2C和串行通信等接口的設(shè)計(jì)方法。李老師不僅在學(xué)術(shù)上給予了嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)細(xì)致而富有遠(yuǎn)見(jiàn)的指導(dǎo)和熱情的鼓舞，而且在治學(xué)態(tài)度、科學(xué)觀點(diǎn)與方法論方面也給我以深刻地影響，他淵博的理論知識(shí)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作精神、謙虛和藹的為人、坦蕩的胸襟將使我終身受益。當(dāng)抄表器收到電能表發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)后，首先判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確，如果正確則將數(shù)據(jù)填入接收緩沖區(qū)，如果不正確，將重新發(fā)送。MSP430中含液晶控制寄存器、液晶顯示緩存器、段輸出控制、公共端輸出控制、液晶模擬電壓多路器及時(shí)序發(fā)生器等，其程序流程圖10。 （2）基于平均功率的計(jì)量方法 考慮到電能表負(fù)載具有如下的特點(diǎn)：負(fù)載的平均功率是比較平穩(wěn)的；平均功率的變化較少緩慢的過(guò)渡過(guò)程，由設(shè)備的投入或切出所導(dǎo)致的功率的變動(dòng)在瞬間完成；瞬時(shí)功率具有周期性(100Hz )，因此可以利用這一特點(diǎn)快速求得平均功率。把解調(diào)得到的數(shù)據(jù)送到串行數(shù)據(jù)接收引腳RXD()由串行口進(jìn)行處理。因此需要將數(shù)據(jù)“載”在頻率較高的載波信號(hào)上進(jìn)行調(diào)制。在發(fā)射端，對(duì)發(fā)送的數(shù)字信號(hào)經(jīng)適當(dāng)?shù)木幋a和調(diào)制后，送入電光變換電路，驅(qū)動(dòng)紅外二極管發(fā)射紅外光脈沖，在接收端，紅外接收器對(duì)收到的紅外信號(hào)進(jìn)行光電變換，并進(jìn)行解調(diào)和譯碼后，恢復(fù)出原信號(hào)。本設(shè)計(jì)中選擇FM24C16來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。若MCLK為32768*32=1048576Hz，并且選定ADCLK等于MCLK，則每次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間為：132/1048576Hz=。 整個(gè)模塊可以設(shè)置為兩種工作模式：12位模式和14 (12+2)位模式。 表1 ACTL中各位意義 15141312111098765432100ADCLKPD量程電流源AD輸入選擇VREFSOC 1) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換(SOC) 該只寫(xiě)位啟動(dòng)由ACTL寄存器其它各位所定義的轉(zhuǎn)換，其讀出總是0。在該模塊的控制寄存器中的最低2位用于通信，其中RXD是一個(gè)只讀位，而TXD的數(shù)據(jù)由軟件寫(xiě)入。MSP430系列單片機(jī)是以超低功耗為主要特色的16位單片機(jī)，其中MSP430X3XX系列屬于外圍較為豐富且支持LCD的中檔產(chǎn)品。主要用來(lái)存儲(chǔ)各個(gè)時(shí)段的用電量、電能表常數(shù)、時(shí)間參數(shù)。 多費(fèi)率電能表的原理 多費(fèi)率電能表由電能測(cè)量單元和具有分時(shí)計(jì)量功能的電路組成[9]，對(duì)電子式電能表而言，測(cè)量為了實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)量，電表設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、時(shí)段誤差和日誤差小、接通/切換準(zhǔn)確的時(shí)鐘和時(shí)控電路，多費(fèi)率電能表原理如圖2。電源信號(hào)MSP430電壓圖象電流圖象脈 沖存儲(chǔ)器LCD通 信時(shí) 鐘 圖1 電能表的結(jié)構(gòu)原理圖 單相多功能電表由輸入轉(zhuǎn)換部分、單片機(jī)部分、通信部分和輸出部分組成。 the electrical energy meter as the object, , the basis theory and the design technique of low power loss instrument basing on the low power SingleChip puter has been discussed, the integrated design make the electrical energy meter’s operational reliability to improve greatly, its reference value is useful to design other kind low power loss meter.Key words: Multitariffs electrical energy meter。電能表是當(dāng)前電量計(jì)量和經(jīng)濟(jì)結(jié)算的主要工具。該電能表的主要技術(shù)指標(biāo)如下:（1）電能計(jì)量精度達(dá)到1%；時(shí)鐘記時(shí)誤差；（2）電氣性能: 電子模塊功耗3VA； —； 電池壽命≥8年。（1）測(cè)量：市電經(jīng)過(guò)電壓互感器和電流互感器轉(zhuǎn)換成交流低電平信號(hào)后輸入到采樣電路，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理的數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)。這種方案的缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的電源電路，導(dǎo)致造價(jià)、功耗和停電數(shù)據(jù)保護(hù)和電氣隔離等一系列問(wèn)題。 由此可見(jiàn)它特別適合用于智能儀表、智能化家用電器、電池供電便攜式設(shè)備等產(chǎn)品之中。在儀表設(shè)計(jì)中，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率通常應(yīng)比總精度要求的最低分辨率高一個(gè)等級(jí)。SVcc端上的電壓是所有ADC的基準(zhǔn)，代表214（16384）。對(duì)于12位轉(zhuǎn)換模式，與其它MSP430單片機(jī)12位A/D轉(zhuǎn)換原理一樣，只是需要預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)換電壓范圍。因此直接采用電阻獲取電壓和電流信號(hào)，電壓、電流采集通道實(shí)現(xiàn)將交流高電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的低電平信號(hào)，其原理性設(shè)計(jì)如圖4所示。本設(shè)計(jì)中這部分電路如圖5所示。電能表實(shí)時(shí)從電網(wǎng)中采集、計(jì)算和存儲(chǔ)。圖6 電能表紅外通信接口電路的設(shè)計(jì)紅外發(fā)射是利用串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳TXD()控制驅(qū)動(dòng)三極管BGl進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”和“1”的傳輸，而載波則是利用通用定時(shí)器/。主程序流程圖見(jiàn)圖8，這里需要說(shuō)明的是：（1）主流程由看門狗復(fù)位啟動(dòng)執(zhí)行，在完成所有任務(wù)后轉(zhuǎn)入低功耗模式，等待下一次看門狗復(fù)位喚醒，因此實(shí)現(xiàn)程序的循環(huán)；（2） 串行數(shù)字通信在RXD發(fā)現(xiàn)起始位時(shí)應(yīng)可以將CPU從LPM3模式中喚醒。注意在電能表中得到的A/D值除了電壓電流外。《多功能電能表通信規(guī)約》的實(shí)施，改革了人工抄表，抗干擾能力，從而提高了通信的可靠性。在電能表一側(cè)，首先也需要對(duì)波特率、通信端口、數(shù)據(jù)位等初始化設(shè)置，然后讀取手持抄錄器發(fā)送的地址(表號(hào))，如果地址不符合電能表數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)前記錄中的地址，則向手持抄錄器發(fā)送異常應(yīng)答幀，如果地址符合，則準(zhǔn)備接收手持抄錄器的請(qǐng)求信息，接收到信息后根據(jù)請(qǐng)求的命令進(jìn)行設(shè)置或向手持抄錄器發(fā)送數(shù)據(jù)，隨后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)依次填入發(fā)送緩沖區(qū)，調(diào)用發(fā)送子程序和接收子程序，全部操作完畢后退出通信，流程圖12