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高性能MCU及参考设计为国网电表量身定做(图)

刘洋?? EDN China技术编辑?? 2010年02月28日 ?? 收藏0

  电表位于从发电到用电整个流程的终端,是未来更高效的智能电网建设的重要环节之一。作为全球规模领先的电力公司,中国国家电网(State Grid)公司对智能电网进行了全新的规划。随着2009年10月电表新标准的推出,飞思卡尔半导体(Freescale)因应市场需求推出专供国家电网应用的新一代智能微控制器MZ系列。

  采用S08内核的MZ系列MCU具备低成本和价格竞争力,其中9S08MZ60、9S08MZ96、9S08MZ128、51MZ256可实现灵活解决方案,非常适用于单项电表。

  飞思卡尔半导体微控制器事业部亚太区市场部总监曾劲涛介绍道,中国国网新标准为单相电表设计提出的一系列要求使其方案具备一些独特的特点,例如:基本计量功能增加、费控功能复杂、具备多种抄表通讯模式,以及外壳模具统一、电子线路布局布线位置相对固定等。

飞思卡尔半导体微控制器事业部亚太区市场部总监 曾劲涛

图1,飞思卡尔半导体微控制器事业部亚太区市场部总监曾劲涛

  “在充分研究新标准有关电表设计要求的基础上,飞思卡尔推出MZ系列MCU和完整的电表参考设计,为中国国网电表量身定做”,曾劲涛说,该系列8位处理器芯片集成60KB、96KB或128KB闪存,提供64引脚LQFP封装。MZ系列微控制器还提供32位处理器芯片,集成256KB闪存。MZ系列中的所有芯片都可以实现64引脚芯片完全兼容,用户无需修改PCB布线就能进行产品升级。所提供的一站式参考设计包含必要的硬件和软件,完全符合国网新标准,可大大简化智能电表开发,加快产品上市速度。

  在实时时钟方面,产品外置RTC芯片和MCU通过I2C总线控制,读取时钟参数,可实现单片机自身内部时钟的频率校准;在计量部分,采用外置计量芯片。MCU通过SPI总线对芯片进行配置和数据读取,并与软件配合来实现软件校表,实现电流和电压的零偏校准。此外,在数据通讯方面,RS485通讯支持最高速率19200bps,而红外抄表通讯可支持1200/2400bps,载波通讯基于片上硬件SCI模块可实现MCU和载波模块之间的9600bps串行通信。交流掉电后MCU进入电池供电的低功耗休眠模式。通过内部实时计数器定时唤醒,整个系统功耗可低于7μA。

  专为国家电网设计的MZ系列MCU在芯片设计上有很多独到之处,曾劲涛举例说,多种Flash容量可供不同需求的客户选择,不同产品间的引脚兼容性让客户的软件设计更加灵活。分立的LCD及其驱动芯片的优势十分明显,如选择带片上LCD的MCU,会造成MCU上带有太多的LCD引脚连接,印版布线非常麻烦;不合理的布局布线又往往容易造成整体EMC和ESD性能降低,且缺乏后续系统扩充或移植的灵活性。科学的布线使ESD降到最低;采用5V供电虽然高于低电压3V的水平,但由于计量芯片、载波模块都要求5V电压,因此避免了内部的电压转换(Level-Shift),在保证低成本的前提下使稳定性大幅提高,大大方便系统设计。

  飞思卡尔参考设计采用64K字节EEPROM为主,附设2M字节串行Flash扩充,满足需要增强外围设备、提高性能、增加存储容量和改进系统安全的应用需要;在电源设计方面,MCU主板和前端计量板直接共地,交流供电和电池供电通过简单的二极管通路切换,交流供电及电池电压可以直接送片上ADC进行掉电检测,可省去一般设计用于掉电检测和电池检测的电压比较器。曾劲涛还表示,MZ系列的多处创新设计可充分降低功耗和资源占用。例如抄表的动作需要占用较多的资源,有时甚至需要1KB的存储。如果这1KB永远被系统占用,则造成很大的浪费。飞思卡尔采用"事件驱动"的方式,即系统会感知抄表的具体动作;而只有在动作发生后,相应的RAM等才会发生分配,可使资源实现优化,降低成本。


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