摘 要：介绍16位risc信号处理芯片msp430的管脚功能、内部功能框图、测量原理和以msp430c32x设计的电子电能表。
关键词：电能表；微控制器；测量
msp430是美国ti公司最近正在推广的16位超低功耗微控制器。它采用精简指令集(risc)结构。这种结构与分时复用数据线和指令线的集中指令集(cisc)结构不同，它将数据线和指令线分离，使得取指令和取数据可同时进行，执行速度很快；因这种微控制器的指令多为单字节指令，故程序存储器的空间利用率也很高。msp430有基于闪存的f1××系列、基于闪存且带有lcd驱动器的f4××系列、带有lcd驱动器但基于rom/otp的×3××系列等产品。管脚从20～100条，以ssop、qfp、plcc、jlcc和soic等形式封装。本讲介绍msp430c32x和它在电能表中的应用。
1msp430c32x管脚功能
msp430c32x有64条(或68条)引脚，以qfp等形式封装。管脚排列如图1所示。p1 avcc，正模拟电源电压，2.5～5v；p63 avss，模拟电路参考地；p2 dvcc，正数字电源电压，2.5～5v；p64 dvss，数字电路参考地；p61 a0，ad转换器输入口0或数字输入口0；p62 a1，ad转换器输入口1或数字输入口1；p5～p8 a2～a5，ad转换器输入口2～5或数字输入口2～5；p3 svcc，接avcc到ad转换器；p4 rext，内部电流源的编程电阻输入端；p9 xin，晶振输入端；p10 xout/tclk，晶振输出端或测试时钟输入；p11 cin，允许计数器tpcnt1(timer/port)的输入；p12～p16 tp0.0～tp0.4，通用3态数字输入口，timer/port位0～4；p17 tp0.5，通用数字输入/输出口，timer/port位5；p18 p0.0，通用数字i/o；p19 p0.1/rxd，通用数字i/o，接收数字式输入口；p20 p0.2/txd，通用数字i/o，发送数据输出口；p21～p25 p0.3～p0.7，5位通用数字i/o，位3～位7；p26 r33，第一级正模拟lcd电平(v1)的输出；p27～p29 r23、r13、r03，第二级、第三级、第四级正模拟lcd电平(v2、v3、v4)的输入；p30～p31 s0、s1，lcd段线s0、s1；p32～p35 s2～s5/o2～o5，lcd段线s2～s5或数字输出口o2～o5；p36～p39 s6～s9/o6～o9，lcd段线s6～s9或数字输出口o6～o9；p40～p43 s10～s13/o10～o13，lcd段线s10～s13或数字输出口o10～o13；p44～p47 s14～s17/o14～o17，lcd段线s14～s17或数字输出口o14～o17；p48～p49 s18～s19/o18～o19，lcd段线s18、s19或数字输出口o18、o19；p50 s20/o20/cmp1，lcd段线s20或比较器输入口cmp1(timer/port)等；p51～p54 com0～3，lcd公共电极的输出；p55 tdo/tdi，数据输出或编程期间的数据端；p56 tdi/vpp，数据输入或编程电压输入端；p57 tms，测试模式选择；p58 tck，器件编程和测试的时钟输入端；p59 rst/nmi，复位输入或非屏蔽中断输入端；p60 xbuf，系统时钟mclk或晶振时钟aclk输出端。
2msp430c32x内部功能框图和测量原理
msp430c32x的内部功能框图如图2所示。它由采用risc结构的16位cpu、6个模拟输入通道公用的14位a/d转换器、8/16kb rom、256/512b ram、84段lcd驱动器、看门狗定时器、fll时钟系统(片内dco+晶振电路)、具有中断能力的i/o口和多个定时器等组成。这种微控制器的核心指令27条，源操作数的寻址模式7种，目的操作数的寻址模式4种，且具有丰富的中断能力。被测的模拟信号从a0～a5输入，片内a/d转换器将它们转换成对应的数字式数据，处理后驱动lcd显示器显示或经串口传送给主机。
msp430c32x以简化扫描原理(reduced scan principle)测量和计算负载消耗的电能。被测电压和被测电流(已转换成对应adc量程的电压)接a0～a5，msp430在软件程序的控制之下用14位a/d转换器交替地测量这些值。每个采样值都使用两次，分别与前面的采样值、后面的采样值相乘，然后累加。为了减少乘法次数，可先求前后两次电压采样值的和，然后相乘。图3是单相电能表的一种测量时序。被测电能e为
此结果意味着每个以rsp采得的电能采样值的误差都为恒定值e。这个固有误差仅与电流和电压采样值之间的固有相移α有关，与被测电压和电流之间的相位差φ及测量正弦波的采样点无关。因此，对所有采样值都能使用相同的校正值进行校正。实际运行期间，累加的电能乘以校正因子c(=1／cos(2πfδt))就能消除这种误差。
使用rsp测量的优点是很明显的，使用1个a/d转换器就能测量几个模拟量。对msp430c32x而言，使用1个14位adc最多能测量6个模拟量。
3以msp430设计的电能表
msp430能以两种不同的角色在电子电能表中使用(图4)。图4(a)中，msp430的前端接外部模数转换器，用其测量电能，输出与负载消耗的电能相对应的脉冲。msp430接收这些数字量和对其进行处理。而图4(b)中，msp430利用自身所带的a/d转换器测量负载电流、电压，和对其进行处理。很明显，后者成本比较低，电路也比较简单。
图5、图6是以
