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美國德州儀器新推出了一款專用單片機MSP430FE42x。這款單片機將電能計量模塊直接嵌入在MSP430十六位單片機內部,相當于把一個電能計量芯片與一個MCU相結合,它使得單相電表的設計進一步簡化,成本也得到進一步降低。 MSP430FE42x不是將電能計量模塊與MSP430的CPU簡單結合,它還提供了對內部模塊的控制。如果用在單相電表的設計,我們可以直接啟動內部電能計量模塊ESP430;如果用于一些其它需要16位A/D的產品時,可以禁止ESP430模塊,直接對前置可變增益放大器和A/D轉換器控制,因而這款單片機在產品設計中有很大的靈活性。 MSP42x具有三個通道A/D轉換器,三個通道A/D轉換都是彼此獨立,并非如通常單片機那樣采用模擬開關切換分別進行轉換的方法。 1 MSP430FE42x的三個型號 目前MSP430FE42x系列單片機有三種型號,這三種型號的單片機采用QFP64封裝,引腳完全兼容,內部功能模塊完全相同,只是Flash程序存儲器和RAM存儲器有差別,程序移植性很好, 很適合不同產品對不同容量的要求。表1列出了各單片機的內部資源。 表1 
2 MSP430FE42x的特性 MSP430FE42x有許多比較優秀的特性,這些特性給產品設計帶來了很大的方便。 ◇ 供電電壓范圍：2.7~3.6V。 ◇ 超低功耗： 活動模式 400μA（3.0V,1MHz）; 保持模式 1.1μA; 關斷模式 0.1μA。 ◇ 5種省電模式; ◇ 從保持模式喚醒僅用6μs。 ◇ 16位單片機,125ns指令周期。 ◇ 電源電壓檢測。 ◇ 串行在線編程。 ◇ 熔絲代碼保護。 3 電能參數的處理功能 MSP430FE42x是一款雙CPU的單片機,內嵌的電能處理模塊是一個具有單片機內核的模塊,具有獨立管理功能,自動完成對模擬數據的采集并計算出電能參數,下面列出了它能完成的主要功能。 ◇ 3個獨立的16位 ∑-△模擬轉換器 ◇ 3個可變增益放大器（1、2、4、8、16、32位數 可調） ◇ 內部溫度傳感器和參考電壓源 ◇ 內部較零 ◇ 有功能量 ◇ 無功能量 ◇ 視在能量 ◇ 功率因素 ◇ 負載性質（感性、容性） ◇ 電流、電壓有效值 ◇ 負電量指示 ◇ 電流回路失衡指示 ◇ 失壓指示 4 功能框圖 功能框圖如圖1,展示了設計中可以利用資源的框圖,包括具有FLL+的晶振電路,Flash存儲器、RAM存存儲器、I/O口、USART通訊模塊、WDT+看門狗、ESP430處理模塊、定時器A、基本定時器 1、LCD驅動等。MSP430FE42x系列單片機內部的數據總線和地址總線是純粹16位,存取16位的字數據與存取8位的字節數據速度一樣快。
圖1 5 ESP430模塊原理框圖 圖2是ESP430處理模塊部分的框圖。 MSP430FE42x具有3個通道的模擬信號處理通道。輸入的差分輸入信號經過增益可調的放大器進行放大。放大器的增益可以在1、2、4、8、16、 32倍數變化,根據輸入信號的強弱和大小選取放大倍數。 放大后的數據送入對應的16位∑-△A/D轉換輸入通道,轉換成數字信號。
圖2 ESP430嵌入式信號處理器是一個具有微處理器內核的模塊,在整個電量處理過程中,它運行內部的ROM程序,處理MSP430 CPU發出的命令,完成電量測量中所需的各個過程的控制,并最終完成計算。MSP430 CPU發給ESP430的命令包括復位、初始化、測量、校驗。ESP430在處理完畢后回到空閑方式,等待MSP430讀取數據和發出新的命令。 輸入通道不僅具有測量輸入的模擬信號,測量內置的溫度傳感器,還具有對輸入進行短路測量。測量得到的數據保存在內存中,以便對正常測量的模擬數據進行補償,這就是自動校零功能。 內部的參考電壓也比較方便使用,它既是轉換的參考電壓,也是電壓輸入信號的偏置電壓,對輸入的交流電壓進行疊加,轉換成正的輸入電壓。 6 典型的應用框圖 圖3所示是典型的應用連接,外部器件比較少,主要有LCD顯示和兩路電流檢測輸入（分別是電流互感器采樣和電阻電流采樣）。電壓輸入采用電阻分壓的方法。其它功能全部由軟件完成,整個單相電表電路比較精煉。
圖3 7 總結 MSP430FE42x系列單片機是一款比較有前途的新型單片機,被許多設計人員看好,它一定會在單相電表和其它計量儀表中得到廣泛的應用。 作 者：杭州利爾達單片機技術有限公司 梁源 段煥春 來 源：單片機與嵌入式系統應用2003（11） |
