ZHCUB46 june   2023 ADS131M08 , MSPM0G1507

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 终端设备
    2. 1.2 电表
    3. 1.3 电能质量监测仪，电能质量分析仪
    4. 1.4 关键系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 外部采用 TPS3840 电源电压监控器 (SVS)
      2. 2.2.2 使用 TMAG5273 线性 3D 霍尔效应传感器进行磁篡改检测
      3. 2.2.3 模拟输入
        1. 2.2.3.1 电压测量模拟前端
        2. 2.2.3.2 电流测量模拟前端
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1  ADS131M08
      2. 2.3.2  MSPM0G3507
      3. 2.3.3  用于驱动分段式 LCD 显示屏的 MSP430FR4131
      4. 2.3.4  TPS3840
      5. 2.3.5  THVD1400
      6. 2.3.6  ISO6731
      7. 2.3.7  ISO6720
      8. 2.3.8  TRS3232E
      9. 2.3.9  TPS709
      10. 2.3.10 TMAG5273
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1  如何实现计量测试软件
    2. 3.2  计时系统
    3. 3.3  用于 GUI 通信的 UART 设置
    4. 3.4  实时时钟 (RTC)
    5. 3.5  MSP430FR4131 中的 LCD 控制器
    6. 3.6  直接存储器访问 (DMA)
    7. 3.7  ADC 设置
    8. 3.8  前台进程
      1. 3.8.1 公式
    9. 3.9  后台进程
    10. 3.10 软件函数 per_sample_dsp()
      1. 3.10.1 电压和电流信号
      2. 3.10.2 频率测量和周期跟踪
    11. 3.11 LED 脉冲生成
    12. 3.12 相位补偿
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 所需的硬件和软件
      1. 4.1.1 硬件
      2. 4.1.2 注意事项和警告
    2. 4.2 测试设置
      1. 4.2.1  将 TIDA-010243 连接到计量测试设备
      2. 4.2.2  电源选项和跳线设置
      3. 4.2.3  电表计量精度测试
      4. 4.2.4  查看计量读数和校准
        1. 4.2.4.1 从 LCD 中查看结果
        2. 4.2.4.2 从 PC 校准和查看结果
      5. 4.2.5  MSPM0+ MCU 的校准和闪存设置
      6. 4.2.6  增益校准
      7. 4.2.7  电压和电流增益校准
      8. 4.2.8  有源功率增益校准
      9. 4.2.9  偏移校准
      10. 4.2.10 相位校准
      11. 4.2.11 软件代码示例
    3. 4.3 测试结果
      1. 4.3.1 SVS 功能测试
      2. 4.3.2 电表计量精度结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB 布局建议
      4. 5.1.4 布局图
      5. 5.1.5 Gerber文件
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6关于作者

3.7 ADC 设置

ADS131M08 寄存器必须进行初始化，以便传输来自所有 7 个通道的测量数据（第 8 个通道未使用，但仍需要通过 SPI 读出）。当 MSPM0G3507 MCU 复位后首次设置 ADS131M08 以及每次执行校准时均遵循此流程。

GUID-20230518-SS0I-DFHS-LCVW-WFX5MP93XNB0-low.svg图 3-1 ADC 初始化和同步过程

MSPM0+ MCU 的 SPI 模块配置为与 ADS131M08 器件进行通信，作为使用 4 线制模式的控制器器件（SPI 硬件模块自动将片选信号置为高电平或低电平），并具有 19.87MHz SPI 时钟，该时钟由 MCU MCLK 时钟进行 4 分频后得出。设置 SPI 后，所有中断均被禁用，并且复位命令通过 SPI 从 MSPM0+ MCU 发送到 ADS131M08。然后重新启用中断，MSPM0+ MCU 向 ADS131M08 发送命令以配置寄存器。

通过向 ADS131M08 寄存器发送写入命令，可完成以下配置：

  • MODE 寄存器设置：使用 16 位 CCITT CRC，ADS131M08 数据包中每个字的长度为 24 位，在启用最滞后的通道上置位 DRDY 信号，当转换值不可用时 DRDY 置位为高电平，当转换值准备就绪时 DRDY 置位为低电平
  • GAIN1 寄存器设置：所有四个 ADC 通道均使用 PGA 增益 1
  • CFG 寄存器设置：禁用电流检测模式
  • CHx_CNG 寄存器设置（其中，x 为通道编号）
    • 三相模式：所有七个 ADC 通道输入都连接到外部 ADC 引脚，且每个通道的通道相位延迟都设为 0（注意使用软件相位补偿而不是 ADS131M08 硬件相位补偿）。
  • CLOCK 寄存器设置：512 OSR，所有通道均已启用，高分辨率调制器功率模式

ADS131M08 寄存器正确初始化后，MSPM0+ MCU 配置为在 DRDY 引脚上出现下降沿（这表明 ADS131M08 有新测量样本可用）时生成端口中断。

ADS131M08 调制器时钟源自馈送到 CLKIN 引脚的时钟，MSPM0+ MCU 的 CLK_OUT 输出会输出该馈送时钟。馈送到 ADS131M08 器件 CLKIN 引脚的时钟在内部进行二分频后，即可生成 ADS131M08 调制器时钟。因此，ADS131M08 的采样频率如方程式 3 所示。

方程式 3. fS=fMOSR=fCLKIN2xOSR

其中

  • ƒS 是采样率
  • ƒM 是调制器时钟频率
  • ƒCLKIN 是馈送到 ADS131M08 CLKIN 引脚的时钟
  • OSR 是所选的过采样率

在此设计中，馈送到 ADS131M08 CLKIN 引脚的 MSPM0+ MCU 的 CLK_OUT 信号频率为 8.192MHz。在适当的寄存器设置下，过采样率选择为 512。因此，ADS131M08 调制器时钟设置为 4.096 MHz，采样率设置为 8000 个样本/秒。

对于测量每个相电压的三相系统，至少需要六个 ADC 通道来独立测量三个电压和三个电流。在此设计中，软件中使用了以下 ADS131M08 通道映射进行三相配置：

  • AIN0P 和 AIN0N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电压 V1（A 相相电压）
  • AIN1P 和 AIN1N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电压 V2（B 相相电压）
  • AIN2P 和 AIN2N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电压 V3（C 相相电压）
  • AIN3P 和 AIN3N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电流 I1（A 相电流）
  • AIN4P 和 AIN4N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电流 I2（B 相电流）
  • AIN5P 和 AIN5N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电流 I3（C 相电流）
  • AIN6P 和 AIN6N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 电流 N（中线电流）
  • AIN7P 和 AIN7N ADS131M08 ADC 通道引脚 → 未连接，当 ADS131M08 为 24 位模式且通道 7 禁用时，通道 7 数据始终通过 SPI 报告为 0x00 00 00