基于單片機的數(shù)字電能表設(shè)計-文庫吧資料
2024-08-22 01:44本頁面
【正文】 由于MSP430X3XX的部分廉價型號(如MSP430C323)中沒有專用串行通信接口，需要采用替代的方法形成。MSP430X3XX系列不具有I2C接口，需要利用通用I/O引腳和相應(yīng)的軟件來模擬這種接口的功能。本設(shè)計中選擇FM24C16來實現(xiàn)這種功能。圖4 電壓電流采集電路原理設(shè)計 串行E2PROM接口作為計量的儀表有許多數(shù)據(jù)如電流電壓的系數(shù)、分時計費表、累計電能等是變動的或可以通過正常手段修改的，但是不能因系統(tǒng)中的干擾而改寫，更不能因停電等事件而丟失。交流被測電壓經(jīng)電阻分壓器分壓后連接單片機的A/D轉(zhuǎn)換輸入AA5。 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。若MCLK為32768*32=1048576Hz，并且選定ADCLK等于MCLK，則每次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間為：132/1048576Hz=。7)時鐘頻率選擇(Clock Frequency Select ) 以3或4。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[10]。表2 ACD的量程選擇ACTL11ACTL10ACTL9范圍模擬輸入范圍000A*Vref≤Vin*Vref001B*Vref≤Vin*Vref010C*Vref≤Vin*Vref011D*Vref≤Vin*Vref1xx自動在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。 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。4) 電流源輸出選擇(Current Source ) 選擇A0—A3中的某一個作為電流源的輸出。3) 轉(zhuǎn)換輸入選擇(AD Input Select) B5=1時不選擇任何ADC通道。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80μA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。 表1 ACTL中各位意義 15141312111098765432100ADCLKPD量程電流源AD輸入選擇VREFSOC 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0。ADC 14的基本原理可通過其控制寄存器ACTL來加以描述。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/%，可見14位A/D轉(zhuǎn)換器完全可以滿足測量精度的要求。A/D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。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，而TXD的數(shù)據(jù)由軟件寫入。 由于在MSP430C323單片機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［4］。八位定時器/計數(shù)器：8位定時器/計數(shù)器(8bit Timer/Counter)的原理主要包含以下模塊：(1) 8位帶預(yù)置數(shù)寄存器的增計數(shù)器；(2) 8位控制寄存器；(3) 輸入時鐘選擇器；(4) 沿檢測電路(如檢測異步通信的起始位)；(5) 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。A，5種低功率耗方式；.16位RISC（Reduced Instruction Set Computing,精簡指令集計算機）體系，僅27條核心指令，指令周期300nS； .采用32KHz晶振，； .片內(nèi)LCD驅(qū)動器多達(dá)84段； .片內(nèi)12+2位A/D轉(zhuǎn)換； .靈活強大的處理能力； .看門狗定時器； .定時器/口(具有比較器的2個八位或1個16位定時器，5個輸出一個I/O適于作斜坡A/D轉(zhuǎn)換)； .基本定時器((2個八位或1個16位定時器)； .I/O口0（8個I/O均有中斷能力）。MSP430系列單片機是以超低功耗為主要特色的16位單片機，其中MSP430X3XX系列屬于外圍較為豐富且支持LCD的中檔產(chǎn)品。本選題探索了電池供電方案，并采用下列措施降低電表的功耗[3]：（1）采用低功耗MSP430系列單片機；（2）使用低功耗外圍器件；（3）數(shù)據(jù)的采集和功率的計算按一定周期（如每秒鐘一次）喚醒，電表大部分時間處于休眠狀態(tài)。另一種方案是采用電池供電，這在電表采用低功耗設(shè)計時是可行的，并且?guī)碇T多好處。（6）電源：電源的提供可采取兩種方案，一是市電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓，得到穩(wěn)定的直流低電壓，向表內(nèi)供電。主要用來存儲各個時段的用電量、電能表常數(shù)、時間參數(shù)。（4）串行E2PROM：單片機內(nèi)部RAM掉電時將丟失隨機存取的數(shù)據(jù)。 （2） 單片機：數(shù)據(jù)處理、計算、顯示和通信的控制中心。 電壓TV信號調(diào)理電流TA信號調(diào)理 MSP430X3XX A/D處理復(fù)費率計算單元控量計算檢驗脈沖電源管理串行EEPROMLCD接口紅外接口其他接口 圖3單相電子電能表的結(jié)構(gòu)模塊 圖3中的硬件按功能可分為測量、單片機、顯示器、串行E2PROM存儲、通信和電源等單元。 多費率電能表的原理 多費率電能表由電能測量單元和具有分時計量功能的電路組成[9]，對電子式電能表而言，測量為了實現(xiàn)分時計量，電表設(shè)計的關(guān)鍵是設(shè)有計時準(zhǔn)確、時段誤差和日誤差小、接通/切換準(zhǔn)確的時鐘和時控電路，多費率電能表原理如圖2。 直流電流流過電阻在時間內(nèi)所做的功為
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