基于MSP430與ATT7022B的四遙測量模塊

1、前言

所謂四遙D 是“遙測、遙信、遙控、遙調(diào)”技術(shù)的簡稱，“遙測”是指利用電子技術(shù)遠(yuǎn)方測量集中顯示諸如電流、電壓、功率、電能等物理量的系統(tǒng)技術(shù)。該電力“四遙”測量模塊采用16位的430單片機(jī)與集成電能芯片ATT7022B，具有準(zhǔn)確度高，誤差曲線平直，性能穩(wěn)定可靠，自身損耗低，而且功能容易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)．該電能芯片具有SPI接口, 外部微處理器可通過此接口讀取原始值，再根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，最后得到各項(xiàng)電力參數(shù)的測量值。
2、系統(tǒng)介紹

遙測模塊，也可以作為普通電子式電能表使用，其采樣方式及采用什么MCU有多種方案，不少已經(jīng)投入實(shí)際使用。但是基于MSP430 單片機(jī)，采用高度集成的采集芯片ATT7022B進(jìn)行電流和電壓采樣的模塊還沒有廣泛投產(chǎn)使用。盡管TI公司提供了多種采樣方案，但是其采樣電路比較復(fù)雜，難于調(diào)試，更沒有采用專用的電能表的采用芯片。

圖1是遙測模塊的硬件組成，合理的把TI 的MSP430F449單片機(jī)和珠海炬力的ATT7022B電能采集芯片集合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，避開復(fù)雜的采樣電路的設(shè)計(jì)。

2.1、硬件部分：

MSP430F449單片機(jī)

T1公司的MSP430系列單片機(jī)是一種具有超低功耗的功能強(qiáng)大的16位單片機(jī)。新開發(fā)的F系列具有Flash存儲(chǔ)器，如F449就具有60KB的Flash，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上比其他MCU都有比較明顯的優(yōu)勢。

（1）、超低功耗

MSP430F系列運(yùn)行在1MHZ時(shí)鐘的條件下時(shí)，工作模式不同為0.1~400uA,工作電壓為1.8~3.6V。

（2）、超強(qiáng)處理能力

8MIPS的CPU內(nèi)核，16位×16位的硬件乘法器。

（3）、靈活的配置方法

MSP430 F系列具有豐富的尋址方式，只需要27條指令；片內(nèi)寄存器數(shù)多，可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)算；有高效的查表處理方法。這一切保證了可以編譯出高效的程序。許多中斷，可以嵌套，使用方便。

（4）、片上集成外圍功能模塊

MSP430 F系列集成了較多的片上外圍設(shè)備。這些外圍設(shè)備功能相當(dāng)強(qiáng)大：12位A/D，精密模擬比較器，硬件乘法器，2組頻率可以達(dá)到8MHZ的時(shí)鐘模塊，2個(gè)帶有許多捕獲比較的16位定時(shí)器，看門狗功能，2個(gè)可實(shí)現(xiàn)異步和同步及多址訪問的串行通信接口，數(shù)十個(gè)可實(shí)現(xiàn)方向的設(shè)置及中斷功能的并行輸入，輸出端口，擁有SPI和UASRT通訊端口。

（5）、 高效的開發(fā)方式

MSP430FX系列具有FLASH存儲(chǔ)器，這一特點(diǎn)使得它的開發(fā)工具相當(dāng)簡便。利用單片機(jī)自身帶有的JTAG接口或片內(nèi)BOOT ROM內(nèi)固化的默認(rèn)的加載程序載入器Bootstrap可以進(jìn)行串口或并口，通過UART將程序代碼裝入Flash 存貯器中。 可以在一臺(tái)PC及一個(gè)小JATAG控制器的幫助下實(shí)現(xiàn)程序的下載，方便的完成在線程序調(diào)試。

ATT7022B電能芯片

ATT7022B是珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司生產(chǎn)的一款高精度三相電能計(jì)量芯片，該芯片對有功、無功功率的測量精度分別達(dá)到0.2s和0.5s，所能測量的電參數(shù)包括有功、無功、視在功率、雙向有功和四角限無功電能；電壓和電流有效值；相位、頻率等。ATT7022B具有計(jì)量參數(shù)齊全、校表功率完善等優(yōu)點(diǎn)，簡化了軟件設(shè)計(jì)，縮短了軟件開發(fā)周期。特別是AT7022B可支持全數(shù)字校表，即軟件校表。軟件校表可提高校表精度、簡化硬件設(shè)計(jì)、降低設(shè)計(jì)成本，為三相多功能計(jì)量裝置提供了功能更加齊全、設(shè)計(jì)更加簡單的應(yīng)用方案。

（1）工作原理

ATT7022B首先通過6通道16位∑-Δ的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來對輸入電流和電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量再經(jīng)過24位DSP數(shù)字信號(hào)處理以完成全部三相電能參數(shù)的運(yùn)算，同時(shí)將結(jié)果保存在相應(yīng)的寄存器中并通過SPI口與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，DSP模塊同時(shí)還生成有功/無功電能脈沖輸出CF1/CF2，可用于現(xiàn)場校表。ATT7022在設(shè)計(jì)中已考慮到校表的方便性，采用全數(shù)字校表，只需適當(dāng)修改校表寄存器即可實(shí)現(xiàn)校表功能。

(2) 串行SPI接口