TI MSP430F6736超低功耗SoC单相电表设计方案

作者：angelazhang时间：2015-10-06

TI公司的MSP430F6736微控制器是最新的计量系统芯片(SoC),是功能强大的16位MSP430F6xxx平台,具有16位RISC CPU,16位寄存器,以及常数发生器,以便于获得最大编码效率,支持单相,两相和三相电表方案,可用于单相电子式电度表,能量监控和公用事业仪表计量.本文介绍了MSP430F673xA 和 MSP430F672xA特性,框图,以及基于 MSP430F6736 器件的单相电表评估板EVM430-F6736主要特性,框图和电路图.

德州仪器 (TI) 的 MSP430 超低功率微控制器家族包含有多种器件，这些器件针对多种应用提供了不同的外设集合。此架构，与多种低功耗模式配合使用，是在便携式测量应用中实现延长电池寿命的最优选择。该器件具有一个强大的 16 位 RISC CPU，16 位寄存器，以及常数发生器，以便于获得最大编码效率。此数控振荡器 (DCO) 可在 3 µs（典型值）内实现从低功率模式唤醒至激活模式。

MSP430F673xA 和 MSP430F672xA 微控制器配有以下外设：3 个高性能 24 位 Σ-Δ ADC、1 个 10 位 ADC，4 个eUSCI（3 个eUSCI_A 模块和 1 个eUSCI_B 模块）、4 个 16 位定时器、1 个硬件乘法器、1 个 DMA 模块、1 个具有报警功能的 RTC 模块、1 个具有集成对比度控制的 LCD 驱动器以及 1 个辅助电源系统；100 引脚封装器件的 I/O 引脚多达 72 个，而 80 引脚封装器件的 I/O 引脚多达 52 个。

MSP430F673xA 和 MSP430F672xA特性:

低电源电压范围：
3.6V 到低至 1.8V
超低功耗
激活模式 (AM)：
所有系统时钟激活
在 8MHz、3.0V 且闪存程序执行时为 265µA/MHz（典型值）
在 8MHz、3.0V 且 RAM 程序执行时为 140µA/MHz（典型值）
待机模式 (LPM3)：
实时时钟（采用晶振）、看门狗和电源监控器工作，完全 RAM 保持，快速唤醒：
3.0V 时为 1.7µA，3.0V 时为 2.5µA（典型值）
关闭模式 (LPM4)：
完全 RAM 保持，电源监控器工作，快速唤醒：
3.0V 时为 1.6µA（典型值）
关断 RTC 模式 (LPM3.5)：
关断模式，RTC（采用晶振）工作：
3.0V 时为 1.24µA（典型值）
关断模式 (LPM4.5)：
3.0V 时为 0.78µA（典型值）
在 3µs（典型值）内从待机模式唤醒
16 位精简指令集 (RISC) 架构、扩展内存、高达 25MHz 系统时钟
灵活的电源管理系统
可设定经稳压内核电源电压的完全集成低压降稳压器 (LDO)
电源电压监视、监控、和临时限电
由多达 2 个辅助电源供电的系统运行
单一时钟系统
针对频率稳定的锁相环 (FLL) 控制环路
低功耗低频内部时钟源 (VLO)
低频修整内部基准源 (REFO)
32kHz 晶体 (XT1)
一个具有 3 个捕捉/比较寄存器的 16 位定时器
3 个 16 位定时器，每个定时器具有 2 个捕捉/比较寄存器
增强型通用串行通信接口 (eUSCI)
eUSCI_A0、eUSCI_A1 和 eUSCI_A2
增强型通用异步收发器 (UART) 支持自动波特率检测
IrDA 编码器和解码器
同步串行外设接口 (SPI)
eUSCI_B0
支持多个从器件寻址的 I²C
同步串行外设接口 (SPI)
具有晶振偏移校准和温度补偿功能的受密码保护的 RTC
用于备用子系统的独立电压电源
32kHz 低频振荡器 (XT1)
实时时钟
备用存储器（4 × 16 位）
三个具有差分可编程增益放大器 (PGA) 输入的 24 位 Σ-Δ 模数转换器 (ADC)
具有 8 路复用模式下高达 320 段对比度控制的集成 LCD 驱动器
硬件乘法器支持 32 位运算
10位 200ksps ADC
内部基准
采样和保持、自动扫描特性
多达 6 个外部通道和 2 个内部通道，包括温度传感器
3 通道内部直接内存访问 (DMA)
串行板上编程，无需外部编程电压
汇总了可用的系列产品成员
采用 100 引脚和 80 引脚薄型方形扁平 (LQFP) 封装
要获得完整的模块说明，请参阅 (文献号：SLAU208)
MSP430F673xA 和 MSP430F672xA应用范围:
单相电子式电度表
能量监控
公用事业仪表计量

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图1. MSP430F673xAIPZ 和MSP430F672xAIPZ功能框图

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图2. MSP430F673xAIPN 和MSP430F672xAIPN功能框图

The MSP430F6736(A) device is the latest metering system-on-chip (SoC), that belongs to the MSP430F67xx family of devices. This family of devices belongs to the powerful 16-bit MSP430F6xxx platform and includes new features and flexibility to support robust 1-phase, 2-phase, and 3-phase metrology solutions. This application report, however, discusses the implementation of a 1-phase solution only. These devices find their application in energy measurement and have the necessary architecture to support them.

The F6736(A) has a powerful 25-MHz CPU with MSP430CPUX architecture. The analog front end consists of up to three 24-bit ΣΔ analog-to-digital converters (ADC) based on a second-order sigma-delta architecture that supports differential inputs. The sigma-delta ADCs (ΣΔ24) operate independently and can output 24-bit results. They can be grouped together for simultaneous sampling of voltage and currents on the same trigger. In addition, the ADCs have an integrated gain stage that supports gains up to 128 for amplification of low-output sensors. A 32-bit x 32-bit hardware multiplier on this chip can be used to further accelerate math-intensive operations during energy computation. The software supports calculation of various parameters for 1-phase energy measurement. The key parameters calculated during energy measurements are: RMS current and voltage, active and reactive power, active and reactive energy, power factor, and frequency.

EVM430-F6736 是一款基于 MSP430F6736 器件的单相电表评估板。该电表不仅可连接至主电力线，而且还具备电压和电流输入，以及可用于防篡改设置的第三连接系统。其使客户能够测试全新的 MSP430F673x/F672x 系列和查看高准确度结果，同时还具有非常宽泛的动态范围及易于校准等优势。该能源库具有卓越的易用性，能够为支持快速启动功能的计量软件提供 EVM。此外，该软件还具备可编程功能，能充分满足用户需求。

EVM430-F6736特性:

可运行实时电量测量应用
可连接到任何测试系统或交流电压
多种电源选项
可方便地查看结果并进行校准
提供计量软件