【導(dǎo)讀】導(dǎo)致電能的供應(yīng)與使用之間產(chǎn)生矛盾。為了解決這一矛盾，電能計(jì)量的分時(shí)計(jì)費(fèi)方。但是傳統(tǒng)的機(jī)電式電能表無(wú)法執(zhí)行分時(shí)計(jì)量和分時(shí)計(jì)費(fèi)的功能，因此?；趩纹瑱C(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)的新型數(shù)字電表是實(shí)現(xiàn)新型電能管理方式的前提。了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了電能表技術(shù)發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。點(diǎn)，確定本課題中電能表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。針對(duì)功能的需要，選用了TI公司。計(jì)，提升了系統(tǒng)的處理能力：數(shù)據(jù)采集部分采用二相電能計(jì)量專用芯片ADE77_58，棧，實(shí)現(xiàn)電能量參數(shù)的遠(yuǎn)程傳輸：對(duì)網(wǎng)絡(luò)電能表進(jìn)行校準(zhǔn)，確保了電能表的精度。

　　

【正文】 通過(guò)對(duì)這些狀態(tài)位的控制 ， 可實(shí)現(xiàn)如下 6種工作方式 ： 1. 活動(dòng)方式 (AM)： SCG1=0， SCGO=0， OscOff=0， CPUOff =0： 2. 低功率方式 0 ( LPMO )： SCG1=0， SCGO=0}， OscOff=0， CPUOff =1： 3. 低功率方式 1( LPM1) ： SCG1=0 ， SCGO=1 ， OscOff=0 ， CPUOff =1 4. 低功率方式 2(LPM2)： SCG1=1， SCGO=0， OscOff=0， CPUOff =1 5. 低功率方式 3 (LPM3 ) ： SCG1=1， SCGO=1， OscOff=0， CPUOff =1 6. 低 功 率 方 式 4( LPM4 ) ： SCG1=X. SCGO=X ， OscOff=1 ， CPUOff =1 由此可見(jiàn)在低功率方式下 ， CPU 均停止了工作 。 MSP430 系列在電源為 5V 時(shí)活動(dòng)方式下的工作電流大約為 ， 而在 LPM3 下 則可低到 2uA， 僅相當(dāng)于電池的自放電電流 。 在任何低功率方式下均支持中斷操作 ， 一旦中斷發(fā)生即可將系統(tǒng)從當(dāng)前工作方式中喚醒進(jìn)入活動(dòng)方式 ， 而且可在中斷處理結(jié)束后返回原先的低功率方式 。 在 LPM3 方式下 ， RAM ， 32768Hz 晶振、 ACLK， 8 位定時(shí)器、基本定時(shí)器、復(fù)位邏輯和部分選定的外設(shè)保持工作 ， 本設(shè)計(jì)利用這種方式來(lái)降低電池的消耗 。MSP430 系列的低功耗方式在其它過(guò)程智能儀表中也大有可為 。 MSP430X32X 中的各個(gè)模塊 ， 這 些模塊包括 ADC、 EPROM、晶振緩沖器、系統(tǒng)時(shí)鐘、定時(shí)器 /口、八位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、基本定時(shí)器、 LCD 驅(qū)動(dòng)器、 PO 口和特殊 功能 24 寄存器等 ， 這些模塊統(tǒng)稱為外圍 (Peripheral)， 創(chuàng)門(mén)的編程和應(yīng)用要用到一些特定的存儲(chǔ)單元 (寄存器 )， 這些單元占有相應(yīng)的地址 。 MSP434X32X 的存儲(chǔ)空間分配 中斷與部分資源的應(yīng)用設(shè)計(jì) MSP430 的中斷系統(tǒng) MSP430C32X 的各中斷矢量和加電時(shí)起始地址位于 OFFFFhOFFEOh 的 ROM 中 ，中斷矢量包含一個(gè)相應(yīng)的中斷處理指令序列的 16 位地址 。 在 16 級(jí)中斷中 ， 某些級(jí)別是為 MSP430C32X 不具有的模塊提供的 。 為中斷系統(tǒng)服務(wù)的 4 個(gè)寄存器 ： 中斷允許寄存器 IE1 和 IE2， 中斷標(biāo)志寄存器IFG1 和 IFG2 屬于 特殊功能寄存器模塊 。 定時(shí)器的應(yīng)用 MSP430C32X 具有看門(mén)狗定時(shí)器 (WDT)、基本定時(shí)器 I(Basic Timer I) ， 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (8bit Timers/Counter)等定時(shí)器模塊 ， 在電能表的設(shè)計(jì)可根據(jù)需要加以運(yùn)用 。 MSP430 的復(fù)位電路可產(chǎn)生兩種內(nèi)部復(fù)位信號(hào) ， 一個(gè)是 POR ( Poweron Reset )，一 個(gè)是 PUC (Powerup Clear)。 前者是器件復(fù)位 ， 由上電過(guò)程或 (設(shè)置為復(fù)位方式的 )復(fù)位引腳上的低電平信號(hào)引起 ： 而后者則有如下三種產(chǎn)生途徑 ： POR、 WDT 溢出、WDT 編程安全碼出錯(cuò)和 (設(shè)置為復(fù)位方式的 )復(fù)位引腳上的低電平信號(hào) 。 POR 信號(hào)必然產(chǎn)生 PUC 信號(hào) ， 而 PUC 則不會(huì)產(chǎn)生 POR 信號(hào) 。 上電 (POR/PUC 組合 )后的初始狀態(tài)如下 ： ? 所有的 1/O 引腳處于輸入方式 ： ? 狀態(tài)寄存器復(fù)位 ： ? 程序計(jì)數(shù)器從 OFFFEH 單元取得地址 ， 并從該地址執(zhí)行程序 ： ? 所有的 I/O標(biāo)志清零和各外圍模塊及其寄存器的初始化 則各有特點(diǎn) ， 用戶程序可對(duì)各種標(biāo)志進(jìn)行分析以確定復(fù)位的來(lái)源并采取相應(yīng)的措施 。 看門(mén)狗定時(shí)器 (WDT)其主要功能是當(dāng)程序發(fā)生故障時(shí) ， 能夠在一定時(shí)間內(nèi)使失 25 控系統(tǒng)恢復(fù)正常 。 其中有一個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器 WDTCNT， 用于確定一個(gè)定時(shí)時(shí)間 ， 如果在該定時(shí)時(shí)間內(nèi)不對(duì)其進(jìn)行清零的話 ， 則將發(fā)生 PUC 信號(hào) 。 WDT 具有 2 種工作模式 ， 既可作看門(mén)狗也可作定時(shí)器 。 如果應(yīng)用中不需要看門(mén)狗功能 ， 則可以把它當(dāng)作定時(shí)器用 ， 當(dāng)選定的時(shí)間到了后會(huì)產(chǎn)生中斷 。 定時(shí)器模式用 WDTCTL 的 TMSEL 位置位來(lái)選擇 。 這一模式產(chǎn)生選定時(shí)間的周期性中斷 ， 定時(shí)時(shí)間可以通過(guò)軟件對(duì) WDTCTL 寄存器的 CNTCL 位置位來(lái) 開(kāi)始 。 對(duì)看門(mén)狗控制寄存器 WDTCTL 寫(xiě)入需要 口令才 可執(zhí)行 ， 即控制字的高字節(jié)必須為 O5Ah， 否則會(huì) PUC： 上電或系統(tǒng)復(fù)位后 ， 看門(mén)狗定時(shí)器自動(dòng)進(jìn)入看門(mén)狗模式 。 此時(shí) ， 在看門(mén)狗控制寄存器 WDTCTL 中各位和看門(mén)狗計(jì)數(shù)器 WDTCNT 中各位復(fù)位 。 WDTCTL 寄存器中的初始狀態(tài)的定時(shí)時(shí)間是 32ms(在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為 時(shí) )。 由于系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器 中的數(shù)字控制振蕩器 DCO 置為以最低頻率工作 ， 軟件有大約 32600 個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間來(lái)改變這一設(shè)置 ， 這些設(shè)置涉及對(duì)看門(mén)狗控制器 WDTCTL 的下列操作 ： 1. 通過(guò) SSEL， IS 1和 ISO三位可選擇 8種不同的定時(shí)時(shí)間 ， 在 ACLK為 32768Hz MCLK 為 時(shí) ， 最短為 64s， 最長(zhǎng)為 1s： 2. 在 WDTCTL 的 CNTCL 為寫(xiě)“ 1”來(lái)使 WDTCNT 清零 ， 以防止選定的定時(shí)時(shí)間超過(guò)而產(chǎn)生并不期望的復(fù)位 ： 3. 通過(guò) TMSEL 位選擇看門(mén)狗方式或定時(shí)器方式 ： 4. 通過(guò)對(duì) NMIES 和 NMI 的編程選擇 RSTINMI 引腳的作用是產(chǎn)生復(fù)位還是產(chǎn)生非屏蔽中斷 ： 5. 通過(guò) HOLD 暫停計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù) 。 可以采用停止模式來(lái)支持器件的超低功耗特性 。 基本定時(shí)器 1 基本定時(shí)器 (Basic timerl)有兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器 (BTCNTI 與 BTCNT2)和一個(gè)控制寄 (BTCTL)。 它可以工作在 2 個(gè)獨(dú)立的 8位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器或 1 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 (BTCTL)。 它可以工作在 2 個(gè)獨(dú)立的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器或 1 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 BTCNT 1 的時(shí)鐘由 ACLK 提供 ， 通常用于向其它外圍模塊提供低頻控制信號(hào) ，如電能表液晶顯示模塊的時(shí)鐘信號(hào) lcdf 。 控制寄存器中的 SSEL 和 DIV 控制 BTCNT2 的時(shí)鐘源在 ACLK， MCLK 和 BTCNT 1 26 的最高位輸出即 ACLK/256 中進(jìn)行選擇 。 如果選擇后者作為時(shí)鐘源 ， 則即是運(yùn)行于16 位模式 。 控制寄存器 BTCTL 中的低 3 位 IP2IPO 決定一個(gè)定時(shí)中斷的時(shí)間間隔 ， 即是建立中斷請(qǐng)求標(biāo)志 BTIFG 的間隔時(shí)間 。 由圖 34 可知 ， 一個(gè)定時(shí)器中斷頻率可設(shè)置為BTCNT2 的輸入時(shí)鐘的 2n （ n=18） 次分頻 。 控制寄存器 BTCTL 中的 FREQ1 和 FREQO 選定 LCD 的驅(qū)動(dòng)頻率 lcdf 。 控制寄存器 BTCTL 中的 HOLD 可以停止計(jì)數(shù)操作 。 八位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 八 位定時(shí)器 /計(jì)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(jì)數(shù)器 ： ? 8位控制寄存器 ： ? 輸入時(shí)鐘選擇器 ： ? 沿檢測(cè)電路 (如檢測(cè)異步通信的起始位 ) ? 由 8位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)觸發(fā)的輸入輸出數(shù)據(jù)鎖存器 3 個(gè)主要功能是 ? 串行通信或數(shù)據(jù)交換 ： ? 脈沖計(jì)數(shù)或脈沖累加 ： ? 定時(shí)器 。 由于在 MSP430C323 單片機(jī)中沒(méi)有硬件串口通信功能 ， 利用 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)軟件串口通信功能 。 在這種應(yīng)用中將定時(shí)器 /計(jì)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(gè)只讀位 ， 它在計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)將 引腳上的數(shù)據(jù)予以鎖存 ： 而 TXD 的數(shù)據(jù)由軟件寫(xiě)入 ， 而在計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)將這個(gè)數(shù)據(jù)送到 引腳 。 通用定時(shí)器 /口 通用定時(shí)器 /口模塊具有 2 個(gè)八位計(jì)數(shù)器 TPCNT 1 和 TPCNT2， 一個(gè)用于觸發(fā)TPCNT1的輸入引腳 CIN和 6個(gè) 3 態(tài)數(shù)字輸出 。 兩個(gè)計(jì)數(shù)器 的時(shí)鐘都可 以在外部信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘 (ACLK 和 MCLK)中進(jìn)行選擇 。 兩個(gè)計(jì)數(shù)器可串接為一個(gè) 16 27 位計(jì)數(shù)器 。 兩個(gè)計(jì)數(shù)器共用一個(gè)中斷矢量 ， 中斷可由門(mén)控信號(hào)或計(jì)數(shù)器的溢出產(chǎn)生 。 該模塊的控制結(jié)構(gòu)擁有 5個(gè)寄存器 ， 除了 2個(gè) 8位計(jì)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(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置 。 定時(shí)器 /口模塊很容易實(shí)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(gè)通用 I/0 引腳 ， 這 8 個(gè)引腳均可以單獨(dú)控制并具有中斷能力 。 PO 通過(guò) 8 位存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)總線和存儲(chǔ)器地址總線與處理器的核連接 。 PO 具有自己的 6個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 的輸出控制寄存器中的 TXE 位置 1 時(shí) ， 輸出 UART 的 TXD 信號(hào) ； — 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(shí)器 /計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào) 。 一旦 8 位定時(shí)器 /計(jì)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào) ， 這一性能使得 能被用作 DART 的 RXD 信號(hào)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(shí)器資源的應(yīng)用設(shè)計(jì)中考慮了如下的因素 ： ? 在任何長(zhǎng)期運(yùn)行的實(shí)用 儀表中 ， 看門(mén)狗的使用是必須的 ： 28 ? 在儀表的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù) (儀表系數(shù) ， 實(shí)時(shí)時(shí)刻 ，分時(shí)計(jì)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(cè)量中要提供高速的數(shù)據(jù)采樣和快速的電能計(jì)算 。 為此 ， 本設(shè)計(jì)對(duì)中斷和定時(shí)器資源的應(yīng)用有如下的設(shè)想 ： 1)看門(mén)狗設(shè)置每秒種動(dòng)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(jì)量和實(shí)時(shí)時(shí)鐘更新后進(jìn)入 LPM3 方式 ， 等待下一秒種的看門(mén)狗復(fù)位 ： 2)基本定時(shí)器的 BTCNTI 提供 LCD 的驅(qū)動(dòng)脈沖 ， BTCNT2 產(chǎn)生高速定時(shí)中斷 ， 對(duì)電壓和電流進(jìn)行采樣 ： 3)八位定時(shí) /計(jì)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(jì) MSP430 的 ADC14 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 在電能表設(shè)計(jì)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(zhǎng) (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(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) 。 電能表在一般測(cè)試系統(tǒng)中要求的最高精度為一級(jí) (1%)， 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率在理論上可以達(dá)到 ， 可見(jiàn) 14 位 A/D轉(zhuǎn)換器完全可以滿足測(cè)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(gè)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(shí)提供中斷信號(hào) ， 同時(shí)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(kāi)始 ： ? 低功耗 ， 可將模塊的供電開(kāi)啟或關(guān)閉 ： 29 ? 4個(gè)內(nèi)部通道 ， 可用于溫度、 AVcc 及外部參考電平的采樣 ： ? 整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程由模塊獨(dú)立完成 ， 不需要 CPU 的額外開(kāi)銷(xiāo) ：