基于MSP430的电机功率因数测量系统

3.2 信号调理电路

电流互感器的输出，经运算放大器和I／V转换器，把电流信号转换成电压信号。电压信号和电流信号转化的电压信号进行放大、施密特整形，把交流信号转化为方波信号，输入到单片机Timer_A的TA1，TA2输入端。这样测信号相移就变成测信号边沿之间的时间宽度问题，MSP430F449单片机很容易实现。

3.3 时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，该系统采用内部时钟模块，外接晶振方式，振荡频率主要由石英晶振的频率决定。单片机内部具有时钟模块，能实现超低功耗应用。振荡器和系统时钟发生器的主要设计目标是廉价和低功耗。为达到系统廉价，外接器件缩减到只有一个普通晶振。在数字系统中，系统功耗与频率成正比，所以使用低频晶体和和含有倍频器的振荡器可以满足时钟系统速度与低功耗这2个要求。该系统的时钟电路是用一频率为32 768 Hz的晶振来固定整个电路的频率来实现。

3.4 显示电路

MSP430F449带有内部LCD驱动模块，直接将液晶显示屏连接在芯片的驱动端口即可，电路结构极为简单。LCD具有功耗低、体积小、质量轻、超薄和可编程驱动等其他显示无法比拟的优点。由点阵液晶显示器件与相应的控制器、驱动器装配成的显示模块的种类较多，其功能、指令、接口定义及引脚并无统一标准，具体使用时应加以选择。

4 软件设计

MSP430F449单片机内部具有多个时钟源，可以灵活地配置给各模块使用以及工作于多种低功耗模式，降低控制电路的功耗提高整体效率，其具有内部自带有高精度12为ADC12、一个集成LCD驱动模块、硬件乘法器以及Timer_A和Timer_B定时器等。

相电压和相电流的相位差Φ测量程序由主程序和中断程序组成。主程序完成各程控器件初始化、清零显示器、设定时钟频率等功能，然后进入低功耗模式，等待相位测量中断。中断服务程序完成频率、相位差的测量。其流程图如图3所示。

此系统的软件是在IAR Embedded Workbench开发环境下采用C语言编写的，采用模块化程序设计。测量功能由中断完成的优点是使单片机绝大部分时间处于低功耗状态，充分发挥了MSP430系列单片机微功耗特点，降低了仪器的功耗。相位的测量需要对输入信号的周期和相位差值分别采样，周期的采样使用CCR0来捕获同一输入信号相邻的2个周期的上升沿，在第一个上升沿到来时触发CCR0中断，清零计数器并开始计数；当第二个上升沿到来时再次触发中断，保存计数值。为了防止中断冲突，提高测量的精度，采用滞后捕获的方法。即电流信号上升沿到来时，禁止CCR0，一直等到CCR2捕获到电流信号的上升沿为止，这时捕获到的2个上升沿不在同一个周期内，由于实测计数值和实际相位差计数值两者之间的差值为整数倍，从而能够得用已测到周期值算出2路信号相位差的实际计数值。为了提高测量的精废要求，可以在程序中使用长度为20的样本循环队列，而每个样本是40次周期采样和60次相位差采样的平均值。

5 结语

经实践证明，采用MsP430单片机技术对电机功率因数进行高精度测量，既可以改变传统的测量方法，同时又能实现电机功率因数的在线检测，对提高电机的运行，改善其性能起到一定的作用。由于采用测量单相电流及电压之间的相位差来得到三相系统的功率因数的检测方法，无需判断相序，可适用于不同的电机接线方法，在实际应用场合工作稳定可靠。MSP430F449单片机超低功耗存储量大，工作电压非常低，只要1.8～3.6 V即可以工作，十分适用于电池供电的工频数字相位测量。该测量系统的相位测量绝对误差≤2°，具有频率测量及数字显示功能；相位差数字显示的相位读数为0°～180.0°，分辨率为0.1°。