智能MCU为智能计量提供强大的技术支持

文章摘要： 智能计量产品实现了电力公司和消费者的双向通信，可消除浪费、优化电力，并鼓励减少耗能；各国均已开始着手改革过时的电网并建立智能电网，飞思卡尔半导体（Freescale）于今年年初面向中国国家电网对智能电表的标准推出了MZ60系列MCU。日前，为满足市场需求，飞思卡尔继续扩大其新一代智能MCU阵容，推出定位全球计量市场的高度集成的单芯片方案，包括适用于单相电表和流量表应用的低功耗、经济高效的8位MCU—MC9S08GW64，和面向计量应用的超低功耗LCD MCU—MC9S08LH64/36，同时大举提高针对智能计量表市场的MCF51EM 32位ColdFire V1系列产量，为迅速开发出符

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    智能计量产品实现了电力公司和消费者的双向通信，可消除浪费、优化电力，并鼓励减少耗能；各国均已开始着手改革过时的电网并建立智能电网，飞思卡尔半导体（Freescale）于今年年初面向中国国家电网对智能电表的标准推出了MZ60系列MCU。日前，为满足市场需求，飞思卡尔继续扩大其新一代智能MCU阵容，推出定位全球计量市场的高度集成的单芯片方案，包括适用于单相电表和流量表应用的低功耗、经济高效的8位MCU—MC9S08GW64，和面向计量应用的超低功耗LCD MCU—MC9S08LH64/36，同时大举提高针对智能计量表市场的MCF51EM 32位ColdFire V1系列产量，为迅速开发出符合不同要求的智能电表产品提供强大的专业技术支持。

　　市场与技术需求

　　智能计量继续表现出强劲的增长态势。智能电网的普及为相关产业带来巨大的发展机遇，智能电表受到产业拉动；但伴随着对电表功能和性能需求的提高，成本压力也逐渐增大。

　　飞思卡尔半导体微控制器事业部亚太区市场部总监曾劲涛介绍说，目前多相电表与单相电表的市场占有率比例大约为3:1，前者主要用于工业，而后者多用于家庭。从市场需求看，智能电表方案面临的最大挑战是成本，同时成本也是整个智能电网概念的最核心驱动力，其牵动了从电厂、传输到最终端家庭用户的所有环节，因此也牵动了为这些环节提供方案的半导体厂商。再看技术层面，除低成本外，客户对智能电表的需求还体现在低能耗、数据存储、与传感器的接口、安全的现场升级功能等；此外在亚洲地区，还有对EMI/EMC和防盗电等方面的要求。

　　产品特色

　　飞思卡尔最新的MC9S08LH64系列，是性能卓越的低功耗绿色解决方案，它具备延长电池寿命、提高测量精度和简化开发过程三大突出特点。其中低功耗性能能为便携式LCD应用提供更长的电池寿命，以及能使关键LCD段在不唤醒控制器的情况下进行闪烁的低功耗闪烁模式。此外，16位集成模数转换器可以帮助实现快速采样和精确测量，并且由于不需要增加额外的板卡，飞思卡尔的Tower系统和集成LCD驱动能有效降低开发成本以及最终的系统成本。

　　基于经过验证的S08内核的飞思卡尔8位MC9S08GW系列是计量专用的LCD MCU，适用于单相电表和流量表（如煤气表、水表和热表等）的应用。两个独立16位SAR（逐次逼近）架构ADC（含可编程延迟块），以及可对煤气和水流量进行传感器自动解码的位置计数器，使该系列适合各种表类的应用（图1）。

图1  用于单相电表和流量表的MC9S08GW64结构框图。

　　创新技术带来独特设计

　　飞思卡尔的先进器件将多项重要功能汇聚在一个芯片上。曾劲涛表示，借助飞思卡尔计量解决方案上的实时时钟（RTC），电力公司能够根据一天中的时段、最大需求和负荷可用性等实施不同的费率。此外，盗电是令电力公司十分头疼的问题，印度大约40%的电力都被非法盗取。飞思卡尔的片上RTC包含篡改检测机制，出现偷电行为时可向电力公司发送触发或错误通知。如果发生主电源故障，它还能够用其自有电池电源独立运行，进一步增加了安全性，以防止断电时发生篡改情况。值得指出的是，片上RTC也同时为客户节省了相关成本。方案还将闪存空间分为两个独立模块。这样操作员在升级电表时，可在保留旧有程序的同时将新的程序写入，然后重启电表；如果写入失败，电表仍可由旧程序启动而不影响使用。在ADC的选用方面，常见的构架有SAR和Delta-Sigma两种。前者一般功耗较低，精度也较低，约为8~16位；后者则与之相对，可实现更高的精度。而飞思卡尔的SAR架构ADC则可达到16位精度，同时发挥了SAR架构低功耗的优势。

　　“同时，开发工程师们更青睐于一站式交钥匙解决方案。MCF51EM256系列针对计量应用进行了全面优化，包括为计量表提供保护的篡改检测功能，有助于可靠实现现场更新的强健固件，进一步降低系统成本的集成式LCD控制器，和提供针对计量的片上16位ADC和可编程延迟块”，曾劲涛说，“为了给工程师创造更理想的开发环境，飞思卡尔配合这一优化的智能计量解决方案，提供一整套软件和硬件支持，包括免费赠送的实时操作系统MQX RTOS、CodeWarrior和Processor Expert，以及DEMOEM开发板，让开发过程更简单轻松”。