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計

德州儀器（TI）的MSP430單片機系列集成了ACD，LCD液晶驅動和Flash Memory等，相當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轉換器，主要用于多相電表設計。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 micro;A at 1 MHz, 2.2 V

靜止模式：1.1 micro;A

關機模式 (RAM 保持)：0.2 μA

5種節電模式

低于6s靜止狀態喚醒時間

16B RISC 構架， 62.5納秒指令時間周期

3通道內部DMA

6或者7個16通道Σ-Δ模擬到數字轉化器 (A/D)

差分PGA輸入轉化器

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

自動波特率監測

IrDA 編/解碼器

同步SPI

USCI_B0 和 USCI_B1

I2C

LCD 驅動

實時時鐘功能基本定時器

32位硬件乘法器

掉電監測

電源電壓監控器/可編程水平監測

板載串行編程, 無需外部編程電壓

代碼保護功能

引導載入程序

片上仿真模塊

MSP430F471xx 應用信息

圖1.端口P1, P1.0 到P1.5, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖2.端口P1, P1.6和P1.7, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖3.端口P2, P2.0 到P2.5, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖4.端口P2, P2.6和P2.7, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖5.端口P3, P3.0 到P3.3, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖6.端口P3, P3.4 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖7.端口P3, P3.5 到P3.7, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖8.端口P4, P4.0 和P4.1, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖9.端口P4, P4.2 到P4.7 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖10.端口P5, P5.0, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖11.端口P5, P5.1到P5.7, 輸入/輸出帶施密特觸發器

圖12.端口P7到P10, 輸入/輸出帶施密特觸發器

采用MSP430F471xx的三相電度表設計

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

圖13.采用MSP430F47197的三相四線星形連接圖