TI超低功耗防窃电三相电能表解决方案

中心议题：
    *  MSP430F471xx系列单片机的主要性能
解决方案：
    *  基于MSP430F471xx系列单片机的三相防窃电电能表设计

德州仪器（TI）的MSP430单片机系列集成了ACD，LCD液晶驱动和Flash Memory等，相当于是集合了电能计量芯片和MCU。这一系列芯片最突出的特点是高性能、低功耗，并且能简化PCB板线路。MSP430F471xx系列是超低功耗微控制器，有6或7个16位sigma-delta A/D转换器，主要用于多相电表设计。每路可作为差分输入对和有可编程输入增益。此外还集成了两个16位计时器,四个通用串行通信接(USCI)，DMA，68个I/O引脚和具有对比度控制的LCD驱动器。

MSP430F471xx的工作电压为1.8V-3.6V，工作模式在1MHz 2.2V时的电流为350uA，待机模式电流为1.1uA，有5种降功耗模式。本文介绍了MSP430F471xx系列的主要特性，各个端口的输入/输出带施密特触发器，采用MSP430F471xx的三相电度表，电压输入和电流输入的模拟前端，基于变压器的电表电源和采用单电容的电表电源以及电表电路图。

MSP430F471xx主要特性:

电压范围： 1.8 V ~3.6 V
超低功耗
工作模式：350 µA at 1 MHz, 2.2 V
静止模式：1.1 µA
关机模式 (RAM 保持)：0.2 μA
5种节电模式
低于6s静止状态唤醒时间
16B RISC 构架， 62.5纳秒指令时间周期
3通道内部DMA
6或者7个16通道Σ-Δ模拟到数字转化器 (A/D)
差分PGA输入转化器
16位B时钟器，具有3个影子寄存器捕获/比较器
16位3寄存器比较功能A 时钟
片上比较器
4个通用串行通信接口 (USCI) 模块
USCI_A0 和 USCI_A1
增强型 UART 支持
自动波特率监测
IrDA 编/解码器
同步SPI
USCI_B0 和 USCI_B1
I2C
LCD 驱动
实时时钟功能基本定时器
32位硬件乘法器
掉电监测
电源电压监控器/可编程水平监测
板载串行编程, 无需外部编程电压
代码保护功能
引导载入程序
片上仿真模块

MSP430F471xx 应用信息

图1.端口P1, P1.0 到P1.5, 输入/输出带施密特触发器

图2.端口P1, P1.6和P1.7, 输入/输出带施密特触发器

图3.端口P2, P2.0 到P2.5, 输入/输出带施密特触发器

图4.端口P2, P2.6和P2.7, 输入/输出带施密特触发器

图5.端口P3, P3.0 到P3.3, 输入/输出带施密特触发器

图6.端口P3, P3.4 输入/输出带施密特触发器

图7.端口P3, P3.5 到P3.7, 输入/输出带施密特触发器

图8.端口P4, P4.0 和P4.1, 输入/输出带施密特触发器

图9.端口P4, P4.2 到P4.7 输入/输出带施密特触发器

图10.端口P5, P5.0, 输入/输出带施密特触发器

图11.端口P5, P5.1到P5.7, 输入/输出带施密特触发器

图12.端口P7到P10, 输入/输出带施密特触发器

采用MSP430F471xx的三相电度表设计

下文图示了如何用 MSP430F471xx 实现3相电表设计方案。本报告包括计量软件所需的资料、硬件以及校准程序设定。

图13.采用MSP430F47197的三相四线星形连接图

图14.电压输入的模拟前端

图15.电流输入的模拟前端

图16.MSP430电表的单电容电源

图17.MSP430电表的基于变压器的电源


图18.MSP430F47197电表电路图