ZHCU663A April   2019  – February 2021

 

  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
      1. 1.1.1 电表
    2. 1.2 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 重点产品
      1. 2.2.1 ADS131M04
      2. 2.2.2 TPS7A78
      3. 2.2.3 MSP432P4111
      4. 2.2.4 TPS3840
      5. 2.2.5 THVD1500
      6. 2.2.6 ISO7731B
      7. 2.2.7 TRS3232E
      8. 2.2.8 TPS709
      9. 2.2.9 ISO7720
    3. 2.3 设计注意事项
      1. 2.3.1 设计硬件实现
        1. 2.3.1.1 TPS7A78 电容压降式电源
        2. 2.3.1.2 TPS3840 SVS
        3. 2.3.1.3 模拟输入
          1. 2.3.1.3.1 电压测量模拟前端
          2. 2.3.1.3.2 电流测量模拟前端
      2. 2.3.2 电流检测模式
        1. 2.3.2.1 ADS131M04 电流检测程序
        2. 2.3.2.2 使用 MCU 触发电流检测模式
          1. 2.3.2.2.1 使用计时器定期触发电流检测模式
          2. 2.3.2.2.2 MCU 进入和退出电流检测模式的流程
        3. 2.3.2.3 如何实现计量测试软件
          1. 2.3.2.3.1 设置
            1. 2.3.2.3.1.1 时钟
            2. 2.3.2.3.1.2 端口映射
            3. 2.3.2.3.1.3 用于 GUI 通信的 UART 设置
            4. 2.3.2.3.1.4 实时时钟 (RTC)
            5. 2.3.2.3.1.5 LCD 控制器
            6. 2.3.2.3.1.6 直接存储器存取 (DMA)
            7. 2.3.2.3.1.7 ADC 设置
          2. 2.3.2.3.2 前台进程
            1. 2.3.2.3.2.1 公式
          3. 2.3.2.3.3 后台进程
            1. 2.3.2.3.3.1 per_sample_dsp()
              1. 2.3.2.3.3.1.1 电压和电流信号
              2. 2.3.2.3.3.1.2 频率测量和周期跟踪
            2. 2.3.2.3.3.2 LED 脉冲生成
            3. 2.3.2.3.3.3 相位补偿
    4. 2.4 硬件、软件、测试要求和测试结果
      1. 2.4.1 所需的硬件和软件
        1. 2.4.1.1 注意事项和警告
        2. 2.4.1.2 硬件
          1. 2.4.1.2.1 与测试设置的连接
          2. 2.4.1.2.2 电源选项和跳线设置
        3. 2.4.1.3 软件
      2. 2.4.2 测试和结果
        1. 2.4.2.1 测试设置
          1. 2.4.2.1.1 SVS 和电容压降功能测试
          2. 2.4.2.1.2 电表计量精度测试
          3. 2.4.2.1.3 电流检测模式测试
          4. 2.4.2.1.4 查看计量读数和校准
            1. 2.4.2.1.4.1 从 LCD 中查看结果
            2. 2.4.2.1.4.2 从 PC 校准和查看结果
              1. 2.4.2.1.4.2.1 查看结果
              2. 2.4.2.1.4.2.2 校准
                1. 2.4.2.1.4.2.2.1 增益校准
                  1. 4.2.1.4.2.2.1.1 电压和电流增益校准
                  2. 4.2.1.4.2.2.1.2 有源功率增益校准
                2. 2.4.2.1.4.2.2.2 偏移校准
                3. 2.4.2.1.4.2.2.3 相位校准
        2. 2.4.2.2 测试结果
          1. 2.4.2.2.1 SVS 和 TPS7A78 功能测试结果
          2. 2.4.2.2.2 电表计量精度结果
          3. 2.4.2.2.3 电流检测模式结果
  9. 3设计文件
    1. 3.1 原理图
    2. 3.2 物料清单
    3. 3.3 PCB 布局建议
      1. 3.3.1 布局图
    4. 3.4 Altium 工程
    5. 3.5 Gerber 文件
    6. 3.6 装配图
  10. 4相关文档
    1. 4.1 商标
  11. 5作者简介
  12. 6修订历史记录
2.3.2.3.2 前台进程

前台进程包括 MSP432 硬件和软件的初始设置，以及器件复位后立即进行的 ADS131M04 寄存器设置。图 2-14 显示了此进程的流程图。

TIDA-010036 前台进程图 2-14 前台进程

初始化例程涉及以下方面的设置：MSP432 通用输入/输出 (GPIO) 端口引脚和相关的端口映射控制器、MSP432 时钟系统、MSP432 USCI_A0（用于 UART 功能）、MSP432 RTC 模块（用于时钟功能）、MSP432 LCD、MSP432 DMA、ADS131M04 寄存器以及 MSP432 计量变量。

硬件设置完成后，从 GUI 接收到的任何帧都会被处理。如果选择了 RS-485 与 PC GUI 进行通信，THVD1500 器件必须驱动 RE 和 DE 引脚信号，在适当的时间启用接收器和驱动器，以接收来自 PC GUI 的数据包并将响应发送回 GUI。任何数据包从 MSP432 MCU 发送到 PC GUI 后，前台进程负责在数据包完全从 MSP432 MCU 发出之后、GUI 发送下一数据包之前，将 RE 和 DE 引脚置为有效。

随后，前台进程检查后台进程是否已通知其以计算新的计量参数。该通知是在存在可处理的数据帧时通过使“PHASE_STATUS_NEW_LOG”状态标志有效来完成的。数据帧包含在后台进程中处理后累积约一秒的点积。这相当于累积了与输入电压信号同步的 50 或 60 个数据周期。此外，采样计数器会跟踪在此帧周期内累积的样本数。此计数会随着软件与传入的市电频率同步而变化。

处理的点积包括 VRMS、IRMS、有功功率和无功功率。前台进程使用这些点积来计算以实际单位表示的相应计量读数。经过处理的电压点积、电流点积、有功电能点积和无功电能点积累积在单独的 64 位寄存器中，供进一步处理和获取 RMS 与平均值。使用前台进程的有功功率和无功功率计算值，可计算出视在功率。还可使用节 2.3.2.3.2.1中的公式，根据由后台进程计算出的参数值，计算出频率 (Hz) 和功率因数。

前台进程也会更新 LCD。LCD 显示项每两秒钟更改一次。有关 LCD 上不同显示项的详细信息，请参阅节 2.4.2.1.4.1。

前台进程同样负责触发 MSP432 MCU 控制 ADS131M04 器件进入或退出电流检测模式。在本设计中，标有 LED1 的 LED 用于显示系统在特定时间段内是否曾检测到篡改行为，该时间段是从 TPS7A78 器件发出电源故障指示开始，到其再次发出电源正常指示为止。此外，还有一个变量用于记录在同一时间内，ADS131M04 器件因检测到篡改事件而向 MSP432 发出告警的次数。

如果 MSP432 根据来自 TPS7A78 器件的电源故障指示而收到进入电流检测模式的触发信号，则篡改计数变量会被清零，使其仅统计自上一次电源故障以来检测到的篡改次数，而不是自 MSP432 MCU 上次复位以来检测到的篡改总次数。在清除篡改计数变量后，如果篡改 LED 此前已被点亮，则系统会将其关闭。随后，系统进入电流检测模式。

如果 MSP432 根据来自 TPS7A78 器件发出的电源正常信号而收到退出电流检测模式的触发信号，系统会检查篡改计数变量，以判断 ADS131M04 器件是否检测到超过两次的篡改事件。如果 ADS131M04 检测到两次以上的篡改事件，篡改 LED 将被点亮，用以指示系统已检测到篡改行为。之所以将“篡改事件”定义为 ADS131M04 检测到超过两次的篡改事件，是为了避免系统在以下两种情况下误报篡改：(1) 首次断电时，尽管系统已收到电源故障信号，但由于电流尚未降到电流检测模式阈值以下，系统仍会触发进入电流检测模式；(2) 当电表正在恢复电源时，检测到的电流已经高于电流检测模式的阈值，而系统尚未来得及退出电流检测模式，因此会被误判为篡改事件。

在确认篡改计数变量是否大于 2 并在条件成立时点亮篡改 LED 后，系统将退出电流检测模式。然后，返回前台循环的起始处，再次检查来自 PC GUI 的新消息。