高性能MCU及參考設(shè)計為國網(wǎng)電表量身定做

　電表位于從發(fā)電到用電整個流程的終端，是未來更高效的智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一。作為全球規(guī)模領(lǐng)先的電力公司，中國國家電網(wǎng)（State Grid）公司對智能電網(wǎng)進行了全新的規(guī)劃。隨著2009年10月電表新標準的推出，飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale）因應(yīng)市場需求推出專供國家電網(wǎng)應(yīng)用的新一代智能微控制器MZ系列。

　　采用S08內(nèi)核的MZ系列MCU具備低成本和價格競爭力，其中9S08MZ60、9S08MZ96、9S08MZ128、51MZ256可實現(xiàn)靈活解決方案，非常適用于單項電表。

　　飛思卡爾半導(dǎo)體微控制器事業(yè)部亞太區(qū)市場部總監(jiān)曾勁濤介紹道，中國國網(wǎng)新標準為單相電表設(shè)計提出的一系列要求使其方案具備一些獨特的特點，例如：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，以及外殼模具統(tǒng)一、電子線路布局布線位置相對固定等。

　　“在充分研究新標準有關(guān)電表設(shè)計要求的基礎(chǔ)上，飛思卡爾推出MZ系列MCU和完整的電表參考設(shè)計，為中國國網(wǎng)電表量身定做”，曾勁濤說，該系列8位處理器芯片集成60KB、96KB或128KB閃存，提供64引腳LQFP封裝。MZ系列微控制器還提供32位處理器芯片，集成256KB閃存。MZ系列中的所有芯片都可以實現(xiàn)64引腳芯片完全兼容，用戶無需修改PCB布線就能進行產(chǎn)品升級。所提供的一站式參考設(shè)計包含必要的硬件和軟件，完全符合國網(wǎng)新標準，可大大簡化智能電表開發(fā)，加快產(chǎn)品上市速度。

　　在實時時鐘方面，產(chǎn)品外置RTC芯片和MCU通過I2C總線控制，讀取時鐘參數(shù)，可實現(xiàn)單片機自身內(nèi)部時鐘的頻率校準；在計量部分，采用外置計量芯片。MCU通過SPI總線對芯片進行配置和數(shù)據(jù)讀取，并與軟件配合來實現(xiàn)軟件校表，實現(xiàn)電流和電壓的零偏校準。此外，在數(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。交流掉電后MCU進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7μA。

　　專為國家電網(wǎng)設(shè)計的MZ系列MCU在芯片設(shè)計上有很多獨到之處，曾勁濤舉例說，多種Flash容量可供不同需求的客戶選擇，不同產(chǎn)品間的引腳兼容性讓客戶的軟件設(shè)計更加靈活。分立的LCD及其驅(qū)動芯片的優(yōu)勢十分明顯，如選擇帶片上LCD的MCU，會造成MCU上帶有太多的LCD引腳連接，印版布線非常麻煩；不合理的布局布線又往往容易造成整體EMC和ESD性能降低，且缺乏后續(xù)系統(tǒng)擴充或移植的靈活性。科學(xué)的布線使ESD降到最低；采用5V供電雖然高于低電壓3V的水平，但由于計量芯片、載波模塊都要求5V電壓，因此避免了內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換（Level-Shift），在保證低成本的前提下使穩(wěn)定性大幅提高，大大方便系統(tǒng)設(shè)計。

　　飛思卡爾參考設(shè)計采用64K字節(jié)EEPROM為主，附設(shè)2M字節(jié)串行Flash擴充，滿足需要增強外圍設(shè)備、提高性能、增加存儲容量和改進系統(tǒng)安全的應(yīng)用需要；在電源設(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。曾勁濤還表示，MZ系列的多處創(chuàng)新設(shè)計可充分降低功耗和資源占用。例如抄表的動作需要占用較多的資源，有時甚至需要1KB的存儲。如果這1KB永遠被系統(tǒng)占用，則造成很大的浪費。飛思卡爾采用"事件驅(qū)動"的方式，即系統(tǒng)會感知抄表的具體動作；而只有在動作發(fā)生后，相應(yīng)的RAM等才會發(fā)生分配，可使資源實現(xiàn)優(yōu)化，降低成本。