德州儀器（TI）超低功耗防竊電三相電能表解決方案

中心議題：

*  MSP430F471xx系列單片機的主要性能

解決方案：

*  基于MSP430F471xx系列單片機的三相防竊電電能表設(shè)計

德州儀器（TI）的MSP430單片機系列集成了ACD，LCD液晶驅(qū)動和Flash Memory等，相當(dāng)于是集合了電能計量芯片和MCU。這一系列芯片最突出的特點是高性能、低功耗，并且能簡化PCB板線路。MSP430F471xx系列是超低功耗微控制器，有6或7個16位sigma-delta A/D轉(zhuǎn)換器，主要用于多相電表設(shè)計。每路可作為差分輸入對和有可編程輸入增益。此外還集成了兩個16位計時器,四個通用串行通信接(USCI)，DMA，68個I/O引腳和具有對比度控制的LCD驅(qū)動器。

MSP430F471xx的工作電壓為1.8V-3.6V，工作模式在1MHz 2.2V時的電流為350uA，待機模式電流為1.1uA，有5種降功耗模式。本文介紹了MSP430F471xx系列的主要特性，各個端口的輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器，采用MSP430F471xx的三相電度表，電壓輸入和電流輸入的模擬前端，基于變壓器的電表電源和采用單電容的電表電源以及電表電路圖。

MSP430F471xx主要特性:

電壓范圍： 1.8 V ~3.6 V

超低功耗

工作模式：350 µA at 1 MHz, 2.2 V

靜止模式：1.1 µA

關(guān)機模式 (RAM 保持)：0.2 μA

5種節(jié)電模式

低于6s靜止?fàn)顟B(tài)喚醒時間

16B RISC 構(gòu)架， 62.5納秒指令時間周期

3通道內(nèi)部DMA

6或者7個16通道Σ-Δ模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)化器 (A/D)

差分PGA輸入轉(zhuǎn)化器

16位B時鐘器，具有3個影子寄存器捕獲/比較器

16位3寄存器比較功能A 時鐘

片上比較器

4個通用串行通信接口 (USCI) 模塊

USCI_A0 和 USCI_A1

增強型 UART 支持

自動波特率監(jiān)測

IrDA 編/解碼器

同步SPI

USCI_B0 和 USCI_B1

I2C

LCD 驅(qū)動

實時時鐘功能基本定時器

32位硬件乘法器

掉電監(jiān)測

電源電壓監(jiān)控器/可編程水平監(jiān)測

板載串行編程, 無需外部編程電壓

代碼保護功能

引導(dǎo)載入程序

片上仿真模塊

MSP430F471xx 應(yīng)用信息

圖1.端口P1, P1.0 到P1.5, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖2.端口P1, P1.6和P1.7, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖3.端口P2, P2.0 到P2.5, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖4.端口P2, P2.6和P2.7, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖5.端口P3, P3.0 到P3.3, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖6.端口P3, P3.4 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖7.端口P3, P3.5 到P3.7, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖8.端口P4, P4.0 和P4.1, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖9.端口P4, P4.2 到P4.7 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖10.端口P5, P5.0, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖11.端口P5, P5.1到P5.7, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

圖12.端口P7到P10, 輸入/輸出帶施密特觸發(fā)器

采用MSP430F471xx的三相電度表設(shè)計

下文圖示了如何用 MSP430F471xx 實現(xiàn)3相電表設(shè)計方案。本報告包括計量軟件所需的資料、硬件以及校準(zhǔn)程序設(shè)定。

圖13.采用MSP430F47197的三相四線星形連接圖

圖14.電壓輸入的模擬前端

圖15.電流輸入的模擬前端

圖16.MSP430電表的單電容電源

圖17.MSP430電表的基于變壓器的電源

圖18.MSP430F47197電表電路圖

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