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單片機與集成電能芯片ATT7022B，具有準確度高，誤差曲線平直，性能穩(wěn)定可靠，自身損耗低，而且功能容易擴展等優(yōu)點．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)相應的計算公式進行計算，最后得到各項電力參數(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)投入實際使用。但是基于MSP430 單片機，采用高度集成的采集芯片ATT7022B進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，避開復雜的采樣電路的設(shè)計。

2.1、硬件部分：

MSP430F449單片機

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

（1）、超低功耗

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

（2）、超強處理能力

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，可以實現(xiàn)多種運算；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)備功能相當強大：12位A/D，精密模擬比較器，硬件乘法器，2組頻率可以達到8MHZ的時鐘模塊，2個帶有許多捕獲比較的16位定時器，看門狗功能，2個可實現(xiàn)異步和同步及多址訪問的串行通信接口，數(shù)十個可實現(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存儲器，這一特點使得它的開發(fā)工具相當簡便。利用單片機自身帶有的JTAG接口或片內(nèi)BOOT ROM內(nèi)固化的默認的加載程序載入器Bootstrap可以進行串口或并口，通過UART將程序代碼裝入Flash 存貯器中。 可以在一臺PC及一個小JATAG控制器的幫助下實現(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)計有限公司生產(chǎn)的一款高精度三相電能計量芯片，該芯片對有功、無功功率的測量精度分別達到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具有計量參數(shù)齊全、校表功率完善等優(yōu)點，簡化了軟件設(shè)計，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、降低設(shè)計成本，為三相多功能計量裝置提供了功能更加齊全、設(shè)計更加簡單的應用方案。

（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進行采樣，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量再經(jīng)過24位DSP數(shù)字信號處理以完成全部三相電能參數(shù)的運算，同時將結(jié)果保存在相應的寄存器中并通過SPI口與MCU進行數(shù)據(jù)交換，DSP模塊同時還生成有功/無功電能脈沖輸出CF1/CF2，可用于現(xiàn)場校表。ATT7022在設(shè)計中已考慮到校表的方便性，采用全數(shù)字校表，只需適當修改校表寄存器即可實現(xiàn)校表功能。

(2) 串行SPI接口