飞思卡尔MZ系列单片机为国网电表提供完备芯片方案

智能电网作为下一代电网的发展模式而倍受关注，中国国家电网公司（“中国国网”）也对智能电网进行了全新的规划。在刚刚结束的飞思卡尔技术论坛（FTF）上，除主题演讲外，还就智能电网改造的话题进行了专家讨论会，探讨行业的最新动态和趋势。飞思卡尔也展示了为中国国网新标准而特别研发的、专供中国国网应用的新一代智能微控制器（MCU）MZ系列。
飞思卡尔MZ系列是智能电表用MCU，有8位和32位两种，分别基于S08内核和ColdFire内核。两者均支持新国网标准有关基本计量功能增加，费控功能复杂，具备多种抄表通讯模式，以及电子线路布局布线位置相对固定等特点。
MZ系列最主要的特点是所有芯片都可以实现64引脚芯片完全兼容，工程师在更改设计时可以无需修改PCB布线，从而可以直接进行产品升级。此外，该系列产品采用的是同一套开发工具，软件和模块移植性强，大大减少开发时间。外置LCD驱动，可以让客户把LCD驱动和LCD放在一起，减少布线，提高方案抗干扰能力。
飞思卡尔技术销售经理张明峰介绍说，以8位的MZ60为例，其64引脚封装包括55个IO端口；2路硬件异步串口；3个16位定时计数器，总计支持多达10路引脚通道时间控制，其中任意一路均可以通过软件配置成输入脉冲沿捕捉、定时比较电平输出或PWM脉宽调制；带总共16路输入的8位ADC；另外硬件SPI和I2C模块各一个；还有一个8位的实时计数器可以在芯片休眠时维持定时计数并唤醒MCU。“芯片附带的丰富接口，很容易满足设计者外设需求。以下面的设计为例，芯片提供的各引脚能够最大程度的满足硬件需求，无需外借端口，在满足整体设计指标的情况下，降低系统成本。”
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图1，MZ系列一站式解决方案硬件框图
上图以64K字节EEPROM为主，附设2M字节串行Flash 扩充。MCU工作于内部时钟，无需片外晶体振荡，可通过运行过程中的动态标定来保证时钟精度。2路硬件串口被用来进行485抄表和电力线载波通讯，引脚通道实现脉冲输入捕捉检测电量脉冲和软件配合模拟实现相对低速的异步串行通讯。ADC模块则直接用于监测电池电压和交流供电状态检测，硬件SPI模块用于和前端计量芯片通讯，节约软件开销。
人们经常听见的分段计价以及掉电计数等功能则是通过图中所示的定时器以及实时计数器完成。其中，16位的定时器及其所附的引脚通道用以产生一个1ms间隔的系统时间节拍，帮助软件任务进行定时控制，如定时抄表，波峰波谷电价计费等功能。8位的实时计数器则是在交流掉电后帮助芯片在进入低功耗休眠状态时维持工作，用来周期性地唤醒MCU，定时检测并记录开盖、按键、电池电压和交流恢复等状态。
设计要点：
l 电源设计方面，MCU主板和前端计量板直接共地，交流供电和电池供电通过简单的二极管通路切换，交流供电及电池电压可以直接送片上ADC进行掉电检测，可省去一般设计用于掉电检测和电池检测的电压比较器；
l 实时时钟方面，外置RTC芯片和MCU通过I2C总线控制，读取时钟参数，可实现单片机自身内部时钟的频率校准；
l 计量部分，采用外置计量芯片，MCU通过SPI总线对芯片进行配置和数据读取，MCU软件配合来实现软件校表，实现电流和电压的零偏校准。
l 数据通讯方面，RS485通讯支持最高速率19200bps，而红外抄表通讯可支持1200/2400bps，载波通讯基于片上硬件SCI模块可实现MCU和载波模块之间的9600bps串行通信。
l 数据保护方面，交流掉电后MCU进入电池供电的低功耗休眠模式。通过内部实时计数器定时唤醒，整个系统功耗可低于7uA。
张明峰介绍，除了MCU，飞思卡尔还提供一些智能电表设计配套芯片，用来配合实现一些关键功能，一站式帮助开发者提供即插即用完整解决方案。 0 0