關鍵字： 國網電表 單片機 智能電網 智能微控制器 MCU 智能電網作為下一代電網的發(fā)展模式而倍受關注，中國國家電網公司（“中國國網”）也對智能電網進行了全新的規(guī)劃。在剛剛結束的飛思卡爾技術論壇（FTF）上，除主題演講外，還就智能電網改造的話題進行了專家討論會，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新標準而特別研發(fā)的、專供中國國網應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內核和ColdFire內核。兩者均支持新國網標準有關基本計量功能增加，費控功能復雜，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64引腳芯片完全兼容，工程師在更改設計時可以無需修改PCB布線，從而可以直接進行產品升級。此外，該系列產品采用的是同一套開發(fā)工具，軟件和模塊移植性強，大大減少開發(fā)時間。外置LCD驅動，可以讓客戶把LCD驅動和LCD放在一起，減少布線，提高方案抗干擾能力。

飛思卡爾技術銷售經理張明峰介紹說，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位定時計數器，總計支持多達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位的實時計數器可以在芯片休眠時維持定時計數并喚醒MCU。“芯片附帶的豐富接口，很容易滿足設計者外設需求。以下面的設計為例，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，在滿足整體設計指標的情況下，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2M字節(jié)串行Flash 擴充。MCU工作于內部時鐘，無需片外晶體振蕩，可通過運行過程中的動態(tài)標定來保證時鐘精度。2路硬件串口被用來進行485抄表和電力線載波通訊，引腳通道實現脈沖輸入捕捉檢測電量脈沖和軟件配合模擬實現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。

人們經常聽見的分段計價以及掉電計數等功能則是通過圖中所示的定時器以及實時計數器完成。其中，16位的定時器及其所附的引腳通道用以產生一個1ms間隔的系統(tǒng)時間節(jié)拍，幫助軟件任務進行定時控制，如定時抄表，波峰波谷電價計費等功能。8位的實時計數器則是在交流掉電后幫助芯片在進入低功耗休眠狀態(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等狀態(tài)。

設計要點：

電源設計方面，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，可實現單片機自身內部時鐘的頻率校準；

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據讀取，MCU軟件配合來實現軟件校表，實現電流和電壓的零偏校準。

數據通訊方面，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MCU和載波模塊之間的9600bps串行通信。

數據保護方面，交流掉電后MCU進入電池供電的低功耗休眠模式。通過內部實時計數器定時喚醒，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計配套芯片，用來配合實現一些關鍵功能，一站式幫助開發(fā)者提供即插即用完整解決方案。


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