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
2.3.2.2.2 MCU 进入和退出电流检测模式的流程

图 2-10 展示了主机 MCU 触发 ADS131M04 进入电流检测模式的示例流程。可以选择 ADS131M04 器件进入电流检测模式的一个示例场景是：有早期迹象表明电源的输入电压下降，这可能表示电表中发生断电或零线被移除。在此设计中，使用 TPS7A78 器件上的电源故障指示触发该模式。

TIDA-010036 进入电流检测模式的示例过程图 2-10 进入电流检测模式的示例过程

在该示例过程中，与 ADS131M04 DRDY 引脚置位相关的端口中断被禁用以正确配置器件，而无需触发软件来读取 ADC 样本。禁用端口中断后，主机 MCU 可以修改某个 ADS131M04 寄存器，禁用在电流检测模式下不应进行比较的所有通道。也就是说，会禁用所有电压通道，可能还会禁用两个电流通道中的一个。随后，主机 MCU 应向 ADS131M04 发送一条命令以使其进入待机模式。发送命令以进入待机模式后，可以使用端口映射控制器将连接到 ADS131M04 器件 SYNC/RESET 引脚的 MCU 引脚配置为计时器输出，而不是常规 GPIO 引脚。禁用从 MCU 到 ADS131M04 器件 CLKIN 引脚的时钟以减少电流消耗，因为在待机模式或电流检测模式下不需要该外部时钟。此外，在用于生成 SYNC/RESET 脉冲的计时器上初始化计数器，以便在 MSP432 MCU 首先向 ADS131M04 提供脉冲以进入电流检测模式之前不会有长时间的等待。初始化计时器计数后，启动计时器，从而在 ADS131M04 SYNC/RESET 引脚上按固定间隔提供脉冲，以启动电流检测模式，如前一节所述。此时，只要 DRDY 置位为低电平，则表示已检测到篡改电流，因此会重新启用 DRDY 端口中断以捕获此情况。然后可以将主机 MCU 置于低功耗模式（在本设计中，MCU 并未进入低功耗模式）。如果检测到篡改电流，DRDY 置为低电平会导致 MCU 中断，如果 MCU 处于低功耗模式，则会将 MCU 唤醒。

图 2-11 展示了退出电流检测模式的示例流程。一个触发此情况的示例是断电结束后电力恢复到电表。在本设计中，该事件由被置为有效的 TPS7A78 器件的电源正常信号触发。

TIDA-010036 退出电流检测模式的示例过程图 2-11 退出电流检测模式的示例过程

退出电流检测模式的这个示例过程首先是 MCU 退出器件在断电期间可能已进入的任何低功耗模式。接下来，禁用 SYNC/RESET 引脚上用于提供脉冲的计时器。可将连接到 ADS131M04 SYNC/RESET 引脚的 MCU GPIO 引脚重新配置为 GPIO 操作，以防稍后需要手动复位 ADS131M04。接下来，再次启用从 MCU 到 ADS131M04 器件 CLKIN 引脚的时钟。启用时钟后，唤醒命令会从主机 MCU 发送到 ADS131M04 器件，使其退出待机模式并返回连续转换模式。此时，器件正在转换，因此 DRDY 引脚会按常规速率被置为有效。此时不会读取样本，因为在进入电流检测模式之前，某些通道可能已禁用。与 DRDY 相关的端口中断被专门禁用，因此不会读取样本。接下来，修改其中一个 ADS131M04 寄存器，以便再次启用所有 ADC 通道。启用所有通道后，将再次启用端口中断，以便开始再次读取 ADC 值。此时，将恢复进入电流检测模式之前的正常采样流程。