【正文】 為了解決電平匹配問。 SIG 起到監(jiān)視 ATT7022B 運(yùn)行狀況的作用， RESET 起到復(fù)位 ATT7022B的作用 [13]。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 微處理器與 ATT7022B 之間的數(shù)據(jù)交換 ATT7022B 的接口電路 微處理器 MSP430F149與 ATT7022B的連接接口包括 SPI通信接口， SIG、 RESET。 ATT7022B 電源正常時(shí)， VDD 為 。 （ 2） SEL 腳接高電平選擇三相四線接線方式，合相電能累加方式默認(rèn)為絕對(duì)值和。 圖 A 相電壓采集電路圖 圖 A 相電流采集電路圖 圖 給出了計(jì)量芯片 ATT7022B 的應(yīng)用電路， V2P 和 V2N、 V4P 和 V4N、 V6P和 V6N 分別為計(jì)量芯片 A、 B、 C 相電壓采集引腳； V1P 和 V1N、 V3P 和 V3N、 V5P和 V5N 分別為計(jì)量芯片 A、 B、 C 相電流采集引腳； REFO 是計(jì)量芯片的 參考電壓輸出，為相電壓、電流采集電路提供直流偏置。 圖 給出了 A 相電壓采集電路， 和 接電網(wǎng) A 相電壓端口， V2P 和 V2N 接計(jì)量芯片 A 相電壓采集引腳， REFO 為計(jì)量芯片的 參考電壓輸出； 圖 給出了 A 相電流采集電路， V1P 和 V1N 接計(jì)量芯片 A 相電流采集引腳，REFO 為計(jì)量芯片的 參考電壓輸出。電參數(shù)計(jì)量框圖如下圖 所示。 電參數(shù)計(jì)量的設(shè)計(jì) ATT7022B 外圍硬件設(shè)計(jì) ATT7022B 是 一款 高精度 三相電 能專業(yè) 計(jì)量芯 片，集 成了 6 路二階SIGMADELTA A/D、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)出來電路，能夠測(cè)量各相和合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無 功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，支持全數(shù)字域的增益、相位校正，即純軟件校表。如圖 所示，微處理器的 即 43 引腳每隔 1s 向 MAX706S 的 WD1 輸入喂狗信號(hào)，當(dāng)程序跑飛時(shí)，由于不能按時(shí)喂狗， MAX706S 的 輸出低電平，使 變成低電平，輸出低電平，使微處理器復(fù)位。 硬件復(fù)位和軟件監(jiān)視 硬件復(fù)位由按鍵實(shí)現(xiàn)，當(dāng)按鍵下按時(shí)， 輸出低電平，是微處理器復(fù)位。 上電復(fù)位和電源電壓監(jiān)視 MAX706S 具 有監(jiān)視 V33 電壓的功能，當(dāng) V33 的電壓值低于 時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生低電平，使微處理器復(fù)位。 WDO：看門狗電路輸出端。 RESET：低電平復(fù)位輸出端。當(dāng) WDI 端信號(hào)維持高電平或低電平的時(shí)間超過 s時(shí)，看門狗定時(shí)器溢出， WDO 端輸出低電平。當(dāng) PFI 端電壓低于比較器門限電 壓 V 時(shí)， PFO 為低電平，否則為高電平。 PFI 端不用時(shí)可與 GND 端相連。 PFI：門限檢測(cè)器輸入端。當(dāng) Vcc 低于復(fù)位門限電壓時(shí)，輸出有效的復(fù)位信號(hào)，并且當(dāng) Vcc 上升至復(fù)位門限電壓后，復(fù)位脈沖維持 200 ms。當(dāng)輸入電壓低于 V 時(shí)，復(fù)位比較器輸出有效的復(fù)位信號(hào)。 MAX706S 的引腳介紹。 DSP 系統(tǒng)中主要工作電壓為 V，復(fù)位信號(hào)為低電平有效。 MAX706S 可實(shí)現(xiàn) 4 種功能：上電復(fù)位、電源電壓監(jiān)視、按鍵復(fù)位微處理器和軟件運(yùn)行情況監(jiān)視。 圖 中的 VDD5 經(jīng)過圖 的穩(wěn)壓管 SPX29302 輸出 4V，作為 GPRS 模塊GTM900 的工作電源。 性能： ,無交流諧波分量 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 ,抑制能力強(qiáng) PL1085ADJ 是一款輸出電壓可調(diào)的輸入輸出壓差低的三端穩(wěn)壓模塊，壓差最小達(dá)到 ，輸出端口 Vout 兩端的電壓 U 計(jì)算公式為： （ 31） 式中 典型值為 ， 典型值為 ，應(yīng)用中 ， 為 100 ， （ 32） 微處理器工作電源 微處理器工作電源電路如下圖 所示： 圖 微處理器工作電源電路 蓄電池電壓 48V 經(jīng) DCDC 模塊 T2 變換為 后給三端穩(wěn)壓模塊 PL1085ADJ供電，輸出 5V 直流電壓供給三端穩(wěn)壓模塊 AS1111733,AS111733 穩(wěn)壓輸出 作為微處理器 MSP430F149 的工作電源。 計(jì)量工作電源 計(jì) 量工作電源電路如下圖 所示 圖 計(jì)量工作電源電路 蓄電池電壓 48V 經(jīng) DCDC 模塊 T1 變換為 后給三端穩(wěn)壓模塊 PL1085ADJ供電，輸出 5V 直流電壓供給計(jì)量芯片 ATT7022B。 電源模塊設(shè)計(jì) 終端內(nèi) ATT7022B 的工作電壓為 5V， MSP430F149 的工作電壓為 ， GTM900的工作電壓為 4V，存在 3 個(gè)不同等級(jí)的工作電源，故電源設(shè)計(jì)非常重要。 FM24C512 保存打包的實(shí)時(shí)電參數(shù)和故障診斷數(shù)據(jù)?？傮w硬件框圖如圖 所示。 LED 顯示燈顯示工作的正常與否。數(shù)據(jù)采集模塊采用 ATT7022B 三相專用電能計(jì)量芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)電壓電流電功率等采集。 圖 28 ATT7022B 的應(yīng)用示意圖石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 3 章 硬件部分 本章主要介紹硬件部分的各個(gè)模塊，這些模塊包括電源模塊及復(fù)位模塊， GPRS模塊的 GTM900， MSP430F149 單片機(jī)控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，報(bào)警模塊， LED 顯示模塊。外接 10uF 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 40REVP 輸出，當(dāng)檢測(cè)到任意一相的有功功率為負(fù)時(shí)，輸出高電平；當(dāng)檢測(cè)到各相有功功率都為正時(shí)，該引腳的輸出又將復(fù)位到低電平 41VCC 電源，數(shù)字電源引腳；正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。外接 10F 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 34VCC 電源，數(shù)字電源引腳；正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。 CF4 也可配置為 PQS 視在電能脈沖輸出。內(nèi)有 47K 下拉電阻 25NC 不連接 26 SEL 輸入三相三線低電平，三相四線高電平選擇。,兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 ESD 保護(hù)電路 ,最大承受電壓為 177。 6V 21， 22 V7P/V7N 輸入，第七路 ADC 的正、負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸 入方式正常工作最大輸入 Vpp 為 177。 6V 18AVC 電源，該引腳提供 ATT7022B 模擬電路的電源，正常工作電源電壓應(yīng)保持在 5V177。完全差動(dòng)輸入方式，正常工作最大輸入 Vpp 為 177。 ，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 ESD 保護(hù)電路 ,最大承受電壓 為177。 5%，為使電源的紋波和噪聲減小至最低程度，該引腳應(yīng)使用 10uF 電容并聯(lián) 電容進(jìn)行去耦 13,14 V2P/V2N 輸入， A 相電壓信道的正、負(fù)模擬輸入引腳。 ，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 ESD 保護(hù)電路 ,最大承受電壓為 177。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 6V 8 AGND 電源， 模擬電路 (即 ADC 和基準(zhǔn)源 )的接地參考點(diǎn) 9,10 V5P/V5N 輸入， C 相電流信道正，負(fù)模擬輸入引腳。完全差動(dòng)輸入方式，正常工作最大輸入 Vpp 為 177。 ，兩個(gè)引腳內(nèi)部都有 ESD 保護(hù)電路 ,最大承受電壓為 177。當(dāng)外部 MCU 通過 SPI 寫入較表數(shù)據(jù)后， SIG 將立即變?yōu)楦唠娖? 3,4 V1P/V1N 輸入， A 相電流信道正，負(fù)模擬輸入引腳。 芯片特性 [9] ?高精度在輸入動(dòng)態(tài)工作范圍 (1000:1),內(nèi)非線性測(cè)量誤差小于 % ?有功測(cè)量滿足 、 ，支持 IEC 6205322， GB/T 178831998 ?無功測(cè)量滿足 2 級(jí)、 3 級(jí)，支持 IEC 6205323， GB/T 178821999 ?提供基波、諧波電能以及總電能測(cè)量功能 ?提供視在電能測(cè)量功能 ?提供正向和反向有功 /無功電能數(shù)據(jù) ?提供有功、無功、視在功率參數(shù) ?提供功率因數(shù)、相角、線頻率參數(shù) ?提供電壓和電流有效值參數(shù) ,有效值精度優(yōu)于 % ?提供電壓相序檢測(cè)功能 ?提供電流相序 檢測(cè)功能 ?提供三相電流矢量和之有效值輸出 ?提供三相電壓矢量和之有效值輸出 ?提供電壓夾角測(cè)量功能 ?提供失壓判斷功能 ?具有反向功率指示 ?提供有功、無功、視在校表脈沖輸出 ?提供基波有功、基波無功校表脈沖輸出 ?合相能量絕對(duì)值相加與代數(shù)相加可選 ?內(nèi)置溫度測(cè)量傳感器 ?電表常數(shù)可調(diào) ?起動(dòng)電流可調(diào) ?可準(zhǔn)確測(cè)量到含 21 次諧波的有功、無功和視在功率 ?支持增益和相位補(bǔ)償，小電流非線性補(bǔ)償 ?具有 SPI 接口，方便與外部 MCU 通訊 ?適用于三相三線和三相四線模式 ?采用 QFP44 封裝 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 ?單 +5V 供電 內(nèi)部框圖 [10] ATT7022B 內(nèi)部框圖如 26 所示 . 圖 26 ATT7022B 內(nèi)部框圖 引腳描述 [10] ATT7022B 引腳圖如 27 所示。所有計(jì)量參數(shù)都可以通過 SPI 接口讀出 [8]。 ATT7022B 提供一個(gè) SPI 接口，方便與外部 MCU之間進(jìn)行計(jì)量參數(shù)以及校表參數(shù)的傳遞。ATT7022B 可以對(duì)基 波有功、無功功率進(jìn)行測(cè)量，提供脈沖輸出 CF3 和 CF4 提供瞬時(shí)基波有功功率以及基波無功功率信息，可直接用于基波的校正 [7]。有功、無功電能脈沖輸出 CF CF2 提供瞬時(shí)有功、無功功率信息，可以直接接到標(biāo)準(zhǔn)表，進(jìn)行誤差校正。ATT7022B 能夠測(cè)量各相以及合相的有功功率、無功功率、視在功率、有功能量以及無功能量，同時(shí)還能測(cè)量各相電流、電壓有效值、功率因數(shù)、相角、頻率等參數(shù)，充分滿足三相復(fù)費(fèi)率多功能電能表的需求。 MSP430F149 單片機(jī)管腳如圖 25 所示： 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 25 MSP430F149 單片機(jī)管 電壓電流采集系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用 ATT7022B, ATT7022B 是一顆高精度三相電能專用計(jì)量芯片，適用于三相三線和三相四線應(yīng)用。對(duì)于序列通道轉(zhuǎn)換，采樣順序完全由用戶定義。 ADC12 有 4 種工作模式。 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換用到 2 個(gè)參考電平，即 Vr+和 Vr，作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和 0 值。其中有 2 個(gè)中斷向量，便于處理各種定時(shí)中斷。 MSP430F149 的定時(shí)器及轉(zhuǎn)換模塊 [6] 在 MSP430F149 中有一個(gè) 16 位定時(shí)器和一個(gè) 12 位轉(zhuǎn)換模塊 ADC12。 (11)提供 六個(gè)數(shù)據(jù)端口，能為用戶提供更多的處理功能。 (9)片內(nèi)提供模擬信號(hào)比較器、較多的儲(chǔ)存器。 (8)單片機(jī)是 FLASH 型的，可以實(shí)現(xiàn)寫入和擦除，再加上次單片機(jī)提供 JTAG 口，能實(shí)現(xiàn)能很好的在線調(diào)試仿真功能。 (6)具有靈活的時(shí)鐘設(shè)計(jì)。 (5)片內(nèi)有 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供參考電壓。 (4)快速的指令執(zhí)行時(shí)間。就是在 (、 1MHz)條件下電流只有 280uA。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 (2)超低功耗。 一個(gè)硬件乘法器。 2 位 200kbps 的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC12，自帶采樣保持。P P P5 與 P6。 兩個(gè)具有中斷功能的 8 位并行端口 :P1 與 P2。 帶有 3 個(gè)捕獲 /比較寄存器的 16 位定時(shí)器 Timer_A3。 MSP430F149 的組成 基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊 ，包括一個(gè)數(shù)控振蕩器 (DCO)、一個(gè)高速晶體振蕩器 (最高 8MHz)和一個(gè)低速晶體振蕩器 (32768Hz)。 表 24 輸入電源要求 參數(shù) 最小值 典型值 最大值 單位 VBatt+ V 工作電流 GTM900 的工作電流要求如表 25 所示。 表 23 極限應(yīng)用條件 參數(shù) 參數(shù)描述 最小值 最大值 單位 Ts 儲(chǔ)藏溫度 40 +85 ℃ Vi 在任何管腳上輸入 或者輸出信號(hào)電壓 V IIN 輸入電流 100 mA VESD 靜電電壓 177。 (5)電力無線 抄表業(yè)務(wù)應(yīng)用 GTM900 應(yīng)用于無線抄表業(yè)務(wù)時(shí)，通過單片機(jī) CPU 連接控制。 計(jì)算機(jī) 電源 GTM900 SIM 卡 用戶設(shè)備 （如固定臺(tái)，車載臺(tái)，移動(dòng)臺(tái)） 串口 無 線 模 塊 開燈、亮燈控制 IRDA SIM POWER CPU SLIC 電池充放電 及電池管理 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 AUDIO 天 線 UART