MZ系列單片機(jī)為國網(wǎng)電表提供完備芯片方案(飛思卡爾)

智能電網(wǎng)作為下一代電網(wǎng)的發(fā)展模式而倍受關(guān)注，中國國家電網(wǎng)公司（“中國國網(wǎng)”）也對智能電網(wǎng)進(jìn)行了全新的規(guī)劃。在剛剛結(jié)束的飛思卡爾技術(shù)論壇（FTF）上，除主題演講外，還就智能電網(wǎng)改造的話題進(jìn)行了專家討論會，探討行業(yè)的最新動態(tài)和趨勢。飛思卡爾也展示了為中國國網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)而特別研發(fā)的、專供中國國網(wǎng)應(yīng)用的新一代智能微控制器（MCU）MZ系列。

飛思卡爾MZ系列是智能電表用MCU，有8位和32位兩種，分別基于S08內(nèi)核和ColdFire內(nèi)核。兩者均支持新國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)基本計量功能增加，費控功能復(fù)雜，具備多種抄表通訊模式，以及電子線路布局布線位置相對固定等特點。

MZ系列最主要的特點是所有芯片都可以實現(xiàn)64引腳芯片完全兼容，工程師在更改設(shè)計時可以無需修改PCB布線，從而可以直接進(jìn)行產(chǎn)品升級。此外，該系列產(chǎn)品采用的是同一套開發(fā)工具，軟件和模塊移植性強(qiáng)，大大減少開發(fā)時間。外置LCD驅(qū)動，可以讓客戶把LCD驅(qū)動和LCD放在一起，減少布線，提高方案抗干擾能力。

飛思卡爾技術(shù)銷售經(jīng)理張明峰介紹說，以8位的MZ60為例，其64引腳封裝包括55個IO端口；2路硬件異步串口；3個16位定時計數(shù)器，總計支持多達(dá)10路引腳通道時間控制，其中任意一路均可以通過軟件配置成輸入脈沖沿捕捉、定時比較電平輸出或PWM脈寬調(diào)制；帶總共16路輸入的8位ADC；另外硬件SPI和I2C模塊各一個；還有一個8位的實時計數(shù)器可以在芯片休眠時維持定時計數(shù)并喚醒MCU。“芯片附帶的豐富接口，很容易滿足設(shè)計者外設(shè)需求。以下面的設(shè)計為例，芯片提供的各引腳能夠最大程度的滿足硬件需求，無需外借端口，在滿足整體設(shè)計指標(biāo)的情況下，降低系統(tǒng)成本。”

圖1，MZ系列一站式解決方案硬件框圖

上圖以64K字節(jié)EEPROM為主，附設(shè)2M字節(jié)串行Flash 擴(kuò)充。MCU工作于內(nèi)部時鐘，無需片外晶體振蕩，可通過運(yùn)行過程中的動態(tài)標(biāo)定來保證時鐘精度。2路硬件串口被用來進(jìn)行485抄表和電力線載波通訊，引腳通道實現(xiàn)脈沖輸入捕捉檢測電量脈沖和軟件配合模擬實現(xiàn)相對低速的異步串行通訊。ADC模塊則直接用于監(jiān)測電池電壓和交流供電狀態(tài)檢測，硬件SPI模塊用于和前端計量芯片通訊，節(jié)約軟件開銷。

人們經(jīng)常聽見的分段計價以及掉電計數(shù)等功能則是通過圖中所示的定時器以及實時計數(shù)器完成。其中，16位的定時器及其所附的引腳通道用以產(chǎn)生一個1ms間隔的系統(tǒng)時間節(jié)拍，幫助軟件任務(wù)進(jìn)行定時控制，如定時抄表，波峰波谷電價計費等功能。8位的實時計數(shù)器則是在交流掉電后幫助芯片在進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)時維持工作，用來周期性地喚醒MCU，定時檢測并記錄開蓋、按鍵、電池電壓和交流恢復(fù)等狀態(tài)。

設(shè)計要點：

• 電源設(shè)計方面，MCU主板和前端計量板直接共地，交流供電和電池供電通過簡單的二極管通路切換，交流供電及電池電壓可以直接送片上ADC進(jìn)行掉電檢測，可省去一般設(shè)計用于掉電檢測和電池檢測的電壓比較器；
• 實時時鐘方面，外置RTC芯片和MCU通過I2C總線控制，讀取時鐘參數(shù)，可實現(xiàn)單片機(jī)自身內(nèi)部時鐘的頻率校準(zhǔn)；
• 計量部分，采用外置計量芯片，MCU通過SPI總線對芯片進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)讀取，MCU軟件配合來實現(xiàn)軟件校表，實現(xiàn)電流和電壓的零偏校準(zhǔn)。
• 數(shù)據(jù)通訊方面，RS485通訊支持最高速率19200bps，而紅外抄表通訊可支持1200/2400bps，載波通訊基于片上硬件SCI模塊可實現(xiàn)MCU和載波模塊之間的9600bps串行通信。
• 數(shù)據(jù)保護(hù)方面，交流掉電后MCU進(jìn)入電池供電的低功耗休眠模式。通過內(nèi)部實時計數(shù)器定時喚醒，整個系統(tǒng)功耗可低于7uA。

張明峰介紹，除了MCU，飛思卡爾還提供一些智能電表設(shè)計配套芯片，用來配合實現(xiàn)一些關(guān)鍵功能，一站式幫助開發(fā)者提供即插即用完整解決方案。