【正文】 18）次分頻?？刂萍拇嫫?BTCTL 中的 FREQ1 和 FREQO 選定 LCD 的驅(qū)動頻率 。lcdf控制寄存器 BTCTL 中的 HOLD 可以停止計數(shù)操作。八位定時器/計數(shù)器八位定時器/計數(shù)器，主要包含以下模塊：? 8 位帶預(yù)置數(shù)寄存器的增計數(shù)器：? 8 位控制寄存器：? 輸入時鐘選擇器：? 沿檢測電路(如檢測異步通信的起始位)? 由 8 位計數(shù)器的進(jìn)位信號觸發(fā)的輸入輸出數(shù)據(jù)鎖存器3 個主要功能是? 串行通信或數(shù)據(jù)交換：? 脈沖計數(shù)或脈沖累加：? 定時器。由于在 MSP430C323 單片機(jī)中沒有硬件串口通信功能，利用 8 位定時器/計數(shù)器的實現(xiàn)軟件串口通信功能。在這種應(yīng)用中將定時器/計數(shù)器用作波特率發(fā)生器，將 和 分別用作異步串行通信的 RXD 和 TXD 引腳。在該模塊的控制寄存器中的最低 2 位用于通信，其中 RXD 是一個只讀位，它在計數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位時將 引腳上的數(shù)據(jù)予以鎖存：而 TXD 的數(shù)據(jù)由軟件寫入，而在計數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位時將這個數(shù)據(jù)送到 引腳。 通用定時器/口通用定時器/口模塊具有 2 個八位計數(shù)器 TPCNT 1 和 TPCNT2，一個用于觸發(fā)TPCNT1 的輸入引腳 CIN和 6 個 3 態(tài)數(shù)字輸出 。兩個計數(shù)器的時鐘都可以在外部信號和內(nèi)部時鐘(ACLK 和 MCLK)中進(jìn)行選擇。兩個計數(shù)器可串接為一個16 位計數(shù)器。兩個計數(shù)器共用一個中斷矢量，中斷可由門控信號或計數(shù)器的溢出產(chǎn)生。 該模塊的控制結(jié)構(gòu)擁有 5 個寄存器，除了 2 個 8 位計數(shù)器外，控制寄存器TPCTL、數(shù)據(jù)寄存器 TPD 和允許寄存器 TPE 用于對模塊進(jìn)行設(shè)置。 定時器/口模塊很容易實現(xiàn)脈沖(包括 PWM)波形的輸出，例如產(chǎn)生紅外通信所需的 的載波。 通用口 PO通用口 PO 包含 8 個通用 I/0 引腳，這 8 個引腳均可以單獨(dú)控制并具有中斷能力。PO 通過 8 位存儲器數(shù)據(jù)總線和存儲器地址總線與處理器的核連接。PO 具有自己的 6 個寄存器：輸入寄存器 POIN、輸出寄存器 POOUT、方向寄存器 PODIR、中斷標(biāo)志寄存器 POIFG、中斷標(biāo)志寄存器 P01ES 和中斷運(yùn)行寄存器 POIE，這些寄存器為 PO 的輸入輸出的配置提供了最大的靈活性。與系統(tǒng)的中斷標(biāo)志寄存器 IFG 1和中斷允許寄存器 1E1 一起合作進(jìn)行配置和控制。PO 的 8 個引腳除均可以單獨(dú)控制并具有中斷能力外，其中還有 3 個引腳具有一定的特殊性； —～ 為通用 I/O — 的結(jié)構(gòu)與 略有不同，其輸出可由 確定，或者在 8 位定時器/計數(shù)器的輸出控制寄存器中的 TXE 位置 1 時，輸出 UART 的 TXD信號； — 也具有單獨(dú)的中斷矢量，其中斷源可以是引腳上的電平，也可以是 8 位定時器/計數(shù)器的進(jìn)位信號。一旦 8 位定時器/計數(shù)器中的控制寄存器TCCTL 中的中斷源控制位 ISCTL 被置位， 的中斷源就被切換到 8 位定時器/計數(shù)器的進(jìn)位信號，這一性能使得 能被用作 DART 的 RXD 信號輸入： — 具有單獨(dú)的中斷矢量。 中斷和部分資源的綜合運(yùn)用中斷和定時器資源的應(yīng)用設(shè)計中考慮了如下的因素：? 在任何長期運(yùn)行的實用儀表中，看門狗的使用是必須的：? 在儀表的設(shè)計中考慮采用電池供電，因此要充分利用低功耗方式：? 要提供輸入和輸出數(shù)據(jù)的手段，以便實現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)(儀表系數(shù)，實時時刻，分時計費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等)的輸入和使用數(shù)據(jù)(己用電能、電費(fèi)等)的輸出：? 在電能測量中要提供高速的數(shù)據(jù)采樣和快速的電能計算。 為此，本設(shè)計對中斷和定時器資源的應(yīng)用有如下的設(shè)想： 1)看門狗設(shè)置每秒種動作一次并導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位并執(zhí)行主程序，在完成一次電能計量和實時時鐘更新后進(jìn)入 LPM3 方式，等待下一秒種的看門狗復(fù)位： 2)基本定時器的 BTCNTI 提供 LCD 的驅(qū)動脈沖，BTCNT2 產(chǎn)生高速定時中斷，對電壓和電流進(jìn)行采樣： 3)八位定時/計數(shù)器和 與 協(xié)同用于采用紅外的異步串行通信。4) 與 用于模擬 I2C 接口。3. 4 ADC14 的原理與電壓電流輸入通道的設(shè)計 MSP430 的 ADC14 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 在電能表設(shè)計中，A/D 的選擇十分重要，它直接影響了電能表的準(zhǔn)確度。而正確選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵是合理選擇 A/D 的字長(位數(shù))和轉(zhuǎn)換速率。 AID 轉(zhuǎn)換器位數(shù)決定了其分辨率，n 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率為 1/2n。在儀表設(shè)計中，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等級。電能表在一般測試系統(tǒng)中要求的最高精度為一級(1%)，14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率在理論上可以達(dá)到 ，可見 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器完全可以滿足測量精度的要求。MSP430X32X 系列單片機(jī)采用的 14 位數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 ADC 14 有以下特點(diǎn)：? AOAS 為 6 路 AID 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入引腳，然而這 6 個引腳也可以作為數(shù)字量的輸入口：? 有 4 路模擬輸入端用于可編程電流源：? 內(nèi)建采樣/保持電路：? 在轉(zhuǎn)換結(jié)束時提供中斷信號，同時有轉(zhuǎn)換結(jié)果暫存器用于暫存結(jié)果，直到下次轉(zhuǎn)換開始：? 低功耗，可將模塊的供電開啟或關(guān)閉：? 4 個內(nèi)部通道，可用于溫度、AVcc 及外部參考電平的采樣：? 整個轉(zhuǎn)換過程由模塊獨(dú)立完成，不需要 CPU 的額外開銷：? 可選 12 位或 14 位分辨率，且有較快的轉(zhuǎn)換速度。 ADC 14 的基本原理可通過其控制寄存器 ACTL 來加以描述。ACTL 是對 ADC 進(jìn)行編程的主要寄存器ACTL 中各位意義如下： 1)啟動轉(zhuǎn)換(SOC) 該只寫位啟動由 ACTL 寄存器其它各位所定義的轉(zhuǎn)換，其讀出總是 O。 2)電壓基準(zhǔn)位(VREF )該位決定采用外部的或是內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)換。VREF=0 時使用外部基準(zhǔn)，基準(zhǔn)電壓輸入端 SVcc 上外接可提供 80A 電流的基準(zhǔn)電壓：VREF=1 時采用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，此時在 AVcc 和 SVcc 之間的一個晶體管導(dǎo)通，這時 SVcc 輸出端子直接連接到 AVcc 上，SVcc 上無須外接基準(zhǔn)電壓。SVcc。端上的電壓是所有 ADC 的基準(zhǔn)，代表 (16384)。1423)轉(zhuǎn)換輸入選擇(AD Input Select) BS=1 時不選擇任何 ADC 通道：BS=0 時，B2B4 選擇 AOA7 等 8 個輸入端之一(MSP430X32X 系列無 A6， A7 輸入端)。 4)電流源輸出選擇(Current Source ) 選擇 AOA3 中的某一個作為電流源的輸出。 5)量程選擇(Range Select) 定義模擬量的輸入范圍如表 38 所示。整個模塊可以設(shè)置為兩種工作模式：12 位模式和 14（12+2)位模式。轉(zhuǎn)換模式由 ACTL 寄存器中的第 11 位的狀態(tài)決定。在 14 位模式下，輸入信號將被采樣兩次：一次是確定電壓范圍的高 2 位，后一次是 12 位精度轉(zhuǎn)換，這樣轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是 14 (12+2)位結(jié)果。對于 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。在兩種模式下，當(dāng)一個轉(zhuǎn)換完成時，都將自動給出中斷標(biāo)志 EOC=1，表示完成了一次轉(zhuǎn)換。 6)掉電位(Power DownPD) PD=1 時關(guān)掉比較器、SVcc 開關(guān)和電流源等，使 ADC 功耗最少。 7)時鐘頻率選擇(Clock Frequency Select) 和 用于選擇 A/D 轉(zhuǎn)換的時鐘頻率 ADCLK 為 MCLK 除以1， 2， 3 或 4。14 位 ADC 完成一次轉(zhuǎn)換總共需要 132 個 ADCLK 周期。若 MCLK 為 32768 ?32=1048576Hz，并且選定 ADCLK 等 MCLK，則每次 A/D 轉(zhuǎn)換所需的時間為：132/1048576Hz= 。s?在電能表的設(shè)計中需要通過定時器中斷來穩(wěn)定采樣頻率，定時中斷的間隔必須大于 。sADC 14 模塊除了輸入端口外，還有 RC 型模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制電路及時序電路等。通過設(shè)置模塊中的轉(zhuǎn)換控制寄存器(ACTL )、輸入允許寄存器(AEN)和數(shù)據(jù)寄存器(ADAT)的各位實現(xiàn)對 ADC 14 的控制。A/D 轉(zhuǎn)換模塊的供電可以控制，當(dāng)關(guān)閉模塊的供電時，模塊將停止電流的消耗，以節(jié)省系統(tǒng)能耗。供電信號可以將模塊激活，但不能馬上就轉(zhuǎn)換，它需要 6的準(zhǔn)備時間。s? 電壓電流輸入通道的設(shè)計本選題的設(shè)計是面向戶用型電能計量的，其成本的控制是能否進(jìn)入市場的關(guān)鍵。為此采用如下具有特色的輸入通道設(shè)計，即摒棄傳統(tǒng)電能表的雙線圈感應(yīng)盤結(jié)構(gòu)，也不采用昂貴的電壓和電流互感器，而是直接采用電阻獲取電壓和電流信號，這一設(shè)計雖然沒有儀表與被測電路的隔離，但是可以大大降低儀表的成本。電壓、電流采集通道實現(xiàn)將交流高電平信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠處理的低電平信號。 DVC1I+23456/REF(O): ux_*圖 43 電壓電流采集電路 交流被測電壓經(jīng)電阻分壓器分壓后連接單片機(jī)的 AID 轉(zhuǎn)換輸入 A1， AS，注意其中 AS 接入的是單相電壓的中線電平。交流被測電流經(jīng)與中線連接并與負(fù)載串聯(lián)的采樣電阻 Rs（其大小取決于電表的最大負(fù)載電流)轉(zhuǎn)換為電壓，然后接入 MSP430C323 的 A0、A5。本設(shè)計在采集通道的設(shè)計中注意到以下問題，并采取了針對性的特殊措施。 AO，A 1 相對于 A5(即中線電平)的兩個低電平電壓信號代表電流和電壓，相對于 A5 是交變信號。因為單片機(jī)的 ADC 模塊只能進(jìn)行單方向電平的轉(zhuǎn)換，因此CPU 的電源需采用所謂分解電源（Split Power Supply)的由兩個串聯(lián)的 電源組成的雙電源設(shè)計。如果把這兩個電源看作士 V 的話，那么+ 接 DVcc和 AVcc， 則接到 DVss 和 AVss，其公共端與 220V 交流輸入的中線連接在一起。這樣上述電壓電流信號雖然相對于 A5 是交變信號，只要其峰值不超過 V 則相對于 DVss 和 AV ss 均是單向信號。這種電源配置同時滿足 5V 的工作電源要求。2. AID 轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓的選取。如前所述，ACTL 寄存器中的電壓基準(zhǔn)位(VREF)決定采用外部的或是內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)用于轉(zhuǎn)換。本設(shè)計采用 VREF= I，即采用內(nèi)部電壓基準(zhǔn)，此時在 AVcc 和SVcc之間的一個晶體管導(dǎo)通，這時 SVcc 輸出端子直接連接到 AVcc 上，S Vcc 上無須外接基準(zhǔn)電壓。這時電壓基準(zhǔn)即是兩個電源電壓之和，以 Vcc 表示。這個 SV 左右的電壓，代表 (16384)。 A/D 轉(zhuǎn)換采用比較高的基準(zhǔn)電壓可望在保證分辨率的同142時減少噪聲的影響。 。無論電能表采用電網(wǎng)供電還是電池供電，以電源電壓 Vcc 作 A/D 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)都是不理想的，因為這個電壓值會隨時間而變化，導(dǎo)致同樣的電壓電流在不同的時刻得到不同的數(shù)值。當(dāng) Vcc 變低，得到的 AID 值會偏大，反之則偏小。因此必須采取必要的修正措施。本設(shè)計中采用了一個集成的微功耗電壓基準(zhǔn) ，該器件最低可僅消耗 20 電流即可提供高穩(wěn)定度的 電壓。把這個電壓通過 A4 輸入，同樣對A?它進(jìn)行 AID 轉(zhuǎn)換。顯然在電源電壓 Vcc 亦即 A/D 轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)變化時，對 LM385 電壓的轉(zhuǎn)換值也是變化的。設(shè) LM385B 的電壓(假定為準(zhǔn)確的 )經(jīng)轉(zhuǎn)換得到 ，285D則有： （式 3VcD/5213385??1）由此可得到一個修正系數(shù)： （式 313852//DVcK?2）則在同樣的 Vcc 下得到的不準(zhǔn)確的電壓電流 A/D 值 Du’和 Di39?？衫?Kc 進(jìn)行修正，得到正確的 A/D 值 Du 和 Di。 （式 339。cu?3） （式 339。KDii4）上述修正過程可消除電源電壓的影響并且無須測量電源電壓的具體數(shù)值，使得不管電源電壓如何變化，相同的電壓電流總是得到相同的轉(zhuǎn)換值。兩個前提之一為 A/D 轉(zhuǎn)換是線性的，二為輸入信號電平不得越出 0Vcc 的范圍。 LCD 接口模塊及其應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示是電能表不可缺少的組成部分，智能儀表最為節(jié)能的顯示器非液晶顯示器(LCD)莫屬。液晶顯示器必須由交流電壓驅(qū)動，而直流電壓加到 LCD 上將導(dǎo)致?lián)p害。因此自行設(shè)計 LCD 的驅(qū)動電路是一件復(fù)雜的工作。如前所述，MSP430 系列圖 34 LDC 接口技術(shù)單片機(jī)特別適用于智能儀表以及電池供電儀表中，它的一大特色就是含有液晶驅(qū)動模塊，可以大大簡化電路的設(shè)計。 液晶的驅(qū)動方式有四種：1. 靜態(tài)：2. MUX 或 1I2 占空比、1/2 偏壓：3. MUX 或 113 占空比、1/3 偏壓：4. MUX 或 114 占空比、1/4 偏壓： MS0430X3XX 單片機(jī)的液晶驅(qū)動模塊段極有 21 個段極(SoSza)、4 個公共極(COMOCOM3)輸出，在 4 路復(fù)用(MUX)的情況下夠驅(qū)動 84 個 LCD 顯示段。作為外圍模塊，LCD 驅(qū)動器占有 16 個 8 位寄存器，其中 1 個(30h)用作 LCD控