JAJU896 June   2023 ADS131M08 , MSPM0G1507

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 最終製品
    2. 1.2 電気メータ
    3. 1.3 電力品質メータ、電力品質アナライザ
    4. 1.4 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
      1. 2.2.1 TPS3840 を使用する外部電源電圧スーパーバイザ (SVS)
      2. 2.2.2 TMAG5273 リニア 3D ホール効果センサによる磁気改ざん検出
      3. 2.2.3 アナログ入力
        1. 2.2.3.1 電圧測定のアナログ・フロント・エンド
        2. 2.2.3.2 電流測定のアナログ・フロント・エンド
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1  ADS131M08
      2. 2.3.2  MSPM0G3507
      3. 2.3.3  セグメント LCD ディスプレイ駆動用の MSP430FR4131
      4. 2.3.4  TPS3840
      5. 2.3.5  THVD1400
      6. 2.3.6  ISO6731
      7. 2.3.7  ISO6720
      8. 2.3.8  TRS3232E
      9. 2.3.9  TPS709
      10. 2.3.10 TMAG5273
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1  計測テスト用のソフトウェアを実装する方法
    2. 3.2  クロック供給システム
    3. 3.3  GUI 通信用の UART のセットアップ
    4. 3.4  リアルタイム・クロック (RTC)
    5. 3.5  MSP430FR4131 の LCD コントローラ
    6. 3.6  ダイレクト・メモリ・アクセス (DMA)
    7. 3.7  ADC のセットアップ
    8. 3.8  フォアグラウンド・プロセス
      1. 3.8.1 数式
    9. 3.9  バックグラウンド・プロセス
    10. 3.10 ソフトウェア関数 per_sample_dsp()
      1. 3.10.1 電圧と電流の信号
      2. 3.10.2 周波数測定とサイクル・トラッキング
    11. 3.11 LED パルスの生成
    12. 3.12 位相補償
  10. 4ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 4.1 必要なハードウェアとソフトウェア
      1. 4.1.1 ハードウェア
      2. 4.1.2 注意および警告
    2. 4.2 テスト構成
      1. 4.2.1  TIDA-010243 を計量テスト機器に接続する
      2. 4.2.2  電源オプションとジャンパ設定
      3. 4.2.3  電気メータの計測精度のテスト
      4. 4.2.4  計測読み取り値の表示とキャリブレーション
        1. 4.2.4.1 LCD から結果を表示する
        2. 4.2.4.2 PC からのキャリブレーションと結果の表示
      5. 4.2.5  MSPM0+ MCU のキャリブレーションとフラッシュの設定
      6. 4.2.6  ゲインのキャリブレーション
      7. 4.2.7  電圧および電流ゲインのキャリブレーション
      8. 4.2.8  有効電力ゲインのキャリブレーション
      9. 4.2.9  オフセット・キャリブレーション
      10. 4.2.10 位相キャリブレーション
      11. 4.2.11 ソフトウェア・コードの例
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 SVS 機能テスト
      2. 4.3.2 電気メータの計測精度の結果
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 設計ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
      4. 5.1.4 レイアウトのプリント
      5. 5.1.5 ガーバー・ファイル
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について

3.7 ADC のセットアップ

ADS131M08 のレジスタは、7 つのチャネルすべてから測定データを供給するために初期化する必要があります (8 番目のチャネルは未使用ですが、同様に SPI 経由で読み出す必要があります)。MSPM0G3507 MCU がリセットされた後で ADS131M08 が最初にセットアップされるとき、このプロセスは行われ、それ以外にもキャリブレーションの実行ごとに行われます。

GUID-20230518-SS0I-DFHS-LCVW-WFX5MP93XNB0-low.svg図 3-1 ADC の初期化と同期のプロセス

MSPM0+ MCU の SPI モジュールは、4 線式モードを使用するコントローラ・デバイスとして ADS131M08 デバイスと通信するように構成されています (チップ・セレクト信号は、SPI ハードウェア・モジュールによって自動的に High および Low にアサートされます)。また、19.87MHz の SPI クロック (MCU MCLK クロックを 4 分周したもの) を使用します。SPI のセットアップ後、すべての割り込みがディセーブルされ、リセット・コマンドが MSPM0+ MCU から SPI 経由で ADS131M08 に送信されます。その後で割り込みが再度イネーブルされ、MSPM0+ MCU は ADS131M08 にコマンドを送信してレジスタを構成します。

ADS131M08 レジスタに書き込みコマンドを送信することで、次の構成が行われます。

  • MODE レジスタの設定：16 ビットの CCITT CRC を使用、ADS131M08 パケットの各ワードは 24 ビット長、イネーブル中で最も遅延しているチャネルで DRDY 信号をアサート、変換値が利用できないとき DRDY を High にアサート、変換値の準備ができたとき DRDY を Low にアサート
  • GAIN1 レジスタの設定：4 つの ADC チャネルすべての PGA ゲインとして 1 を使用
  • CFG レジスタの設定：電流検出モードがディセーブル
  • CHx_CNG レジスタの設定 (x はチャネル番号)
    • 3 相モード：7 つの ADC チャネル入力すべてを外部 ADC ピンに接続し、各チャネルのチャネル位相遅延を 0 に設定 (ADS131M08 ハードウェア位相補償の代わりにソフトウェア位相補償が使用されることに注意)。
  • CLOCK レジスタの設定：512 の OSR、すべてのチャネルがイネーブル、高分解能変調器の電力モード

ADS131M08 レジスタが正しく初期化された後、MSPM0+ MCU は DRDY ピンで立ち下がりエッジが発生するたびにポート割り込みを生成するように設定されます。これは、ADS131M08 で新しい測定サンプルが利用可能なことを示しています。

ADS131M08 変調器のクロックは、CLKIN ピンに供給されるクロックから派生します。CLKIN ピンは、MSPM0+ MCU の CLK_OUT 出力から出力されます。ADS131M08 デバイスの CLKIN ピンに供給されるクロックは内部で 2 分周され、ADS131M08 変調器のクロックを生成します。したがって、ADS131M08 のサンプリング周波数は、式 3 に示すように定義されます。

式 3. fS=fMOSR=fCLKIN2×OSR

ここで

  • fS はサンプリング・レートです
  • fM は変調器のクロック周波数です
  • fCLKIN は、ADS131M08 の CLKIN ピンに供給されるクロックです
  • OSR は選択したオーバーサンプリング比です

この設計では、ADS131M08 の CLKIN ピンに供給される MSPM0+ MCU の CLK_OUT 信号の周波数は 8.192MHz です。オーバーサンプリング比は、適切なレジスタ設定によって 512 に選択されます。その結果、ADS131M08 変調器のクロックは 4.096MHz に設定され、サンプル・レートは毎秒 8000 サンプルに設定されます。

各ラインから中性線までの電圧を測定する 3 相システムでは、3 つの電圧と 3 つの電流を個別に測定するため、少なくとも 6 つの ADC チャネルが必要です。この設計では、3 相構成用のソフトウェアで、以下の ADS131M08 チャネル・マッピングが使用されます。

  • AIN0P および AIN0N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電圧 V1 (位相 A のラインから中性線までの電圧)
  • AIN1P および AIN1N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電圧 V2 (位相 B のラインから中性線までの電圧)
  • AIN2P および AIN2N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電圧 V3 (位相 C のラインから中性線までの電圧)
  • AIN3P および AIN3N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電流 I1 (位相 A 電流)
  • AIN4P および AIN4N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電流 I2 (位相 B 電流)
  • AIN5P および AIN5N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電流 I3 (位相 C 電流)
  • AIN6P および AIN6N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 電流 N (中間電流)
  • AIN7P および AIN7N ADS131M08 ADC チャネル・ピン → 未接続、ADS131M08 が 24 ビット・モードでチャネル 7 がディセーブルのとき、チャネル 7 のデータは常に SPI 経由で 0x00 00 00 として報告されます