IPC内嵌TMS320F206电表校验的接口实现

Microchip Technology的MCP3909电能计量IC是一款△-∑器件，特别针对符合以上条件的电能计量应用而设计，它包含有灵活的数字模块和通信通路。该IC的两个板载16位模数转换器的信噪失真比（SINAD）为82 dB，支持远超出IEC要求的动态范围测量。该IC的板载PGA（增益可达32 V/V）支持如下面所示的信号大小和测量误差精度。此外，器件还允许设计师控制ADC和乘法器输出，以及滤波器输入。

　　图2 灵活的通信支持高精度、模块化的电表设计

该器件可以与MCU配合使用，也可以用作独立的计量解决方案。在某些情况下，电表设计并不完全需要采用双芯片方案。在这些情况下，保留电表IC中的功率计算功能就足够了。执行有功功率计算，并产生脉冲输出来驱动机械计数器，具有这种固定功能的DSP模块在行业中已取得了很大的成功。目前，这种脉冲输出计算模块已经成为了业界的标准，MCP3909 IC中正包含了这种模块。数以百万计的电表采用了这种单芯片方案，该方案只需要单点校准。在分立式和基于MCU的电表中都可以使用此类设计，这种灵活性可以极大地帮助电表制造商进行设备认证和测试。

此外，使单个电表IC适用于多种电表设计可以让电表设计师和制造商受益，并最终让寻求可靠解决方案的电力公司受益。MCP3909器件的双功能使它非常灵活，可适用于一系列广泛的电表设计。

双功能电能计量IC

这种设计概念通过双功能引脚实现，双功能引脚使设计师可以直接访问△-∑ ADC和乘法器输出。这种方案为电能计量IC和闪存MCU之间的交互带来很大的灵活性。由于可以直接访问电压、电流和功率ADC输出，数字计算功能现在可以转移到闪存MCU中，闪存MCU可以同时用作计算引擎和中央处理器。

设计示例：三相电表设计

图3显示了一个三相电表参考设计示例，它使用了Microchip的MCP3909和PIC18F系列高端8位单片机（MCP3909-3PH18F-RD1）。该示例将可直接访问的△-∑电能计量IC与低成本闪存电表计算引擎相结合，从而节省元件成本并简化电表校准与设计。配置寄存器、功率与电能寄存器，以及RMS电流与电压寄存器位于闪存MCU上。所有寄存器都可以通过串行接口访问，就如它们在标准的基于ROM的电表计量IC中一样。

　　图3 闪存中的电能输出和校准寄存器

该设计的独特之处在于，进行电表校准之后，可串行访问的寄存器中包含以精确功率单位表示的数值。寄存器的十进制值表示功率量的十进制值。对于功率，可用的寄存器位宽最高为48位；对于电能，可用的寄存器位宽最高为64位。例如，名称以"W"结尾的寄存器对应于所测量的瓦特值。以"VA"结尾的寄存器包含给定相的伏安值--"I"表示所测量的RMS电流，"V"表示所测量的RMS电压。

LSB校正这一概念让设计师可以通过自动校准软件设置寄存器的分辨率。寄存器分别表示功率（千瓦）、电压（伏特）、电流（安培）和电能（千瓦时）的LSB量。例如，给定输出寄存器中的数值为1234时，表示1234瓦特或1.234千瓦。与其他计量器系统、模块或输出显示器（例如LCD）接口时，可以极大地简化电表固件的设计。

小数点位置（即功率量的分辨率）由在该设计的校准软件的电表设计部分输入的值决定。在通过软件自动对电表进行校准的步骤中，将会计算出正确的LSB校正因数，以确保最低有效位表示给定量的最低有效数字。

软件中的电表设计对话框允许用户输入具体的电表参数。对于任意给定的电表生产批次，可以在生产时进行自定义，为RMS或有功功率计算增大ADC量程。其他电表常量（例如空载阈值限制）也可以在生产电表时通过软件/闪存接口简便地更改。

USB电表数据读取/校准

对于高级电表设计，电表所需的校正因数不仅在生产时在电表外部计算，而且还通过软件和校准设备在校准期间进行计算。通过USB与电表校准软件进行通信更符合实际需求，因为现在的许多PC已经没有曾经普遍使用的RS-232串行端口。RS-232仅支持每次与连接到总线上的一个设备进行通信。进行电表校准时，通常要控制10至50个电表的校准电压和电流。使用RS-232时，通过单个控制校准的PC无法与多个电表进行通信。

电表的USB监视与校准软件具有一些优于传统串行与并行软件解决方案的优点。这些优点包括：连接能力提高、通信带宽更宽，以及可为多个电表供电。此外，使用USB还可以快速地从多个电表收集数据。

图4显示的是利用Microchip公司免费的USB电表软件通过前面介绍的闪存PIC18F和MCP3909电能计量IC示例进行电表校准和数据读取。对于两种方案，软件的接口均支持RS-232/485和USB。

　　图4 MCP3909三相电表校准软件

该开源USB软