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| 技术热点 |
| STM32F103与ADE7880接口设计 |
| (作者：明拓电气) |
摘要：本文简要简要介绍了STM32F103系列微控制器和ADE7880的功能特点，给出了STM32F103和ADE7880接口的硬件、软件设计方案。
0 引言
亚德诺半导体（ADI）的新一代多功能电能计量芯片ADE7880，能够测量多个电量参数，同时还能够输出实时采样数据和实时功率数据。为了有效管理和充分利用ADE7880，本文选用意法半导体（ST）的STM32F103作为主控制器，通过I2C接口访问ADE7880的内部控制寄存器和测量结果寄存器，通过HSDC接口访问ADC输出寄存器。
1 基于ARM Cortex-M3处理器的STM32F103系列微控制器
STM32F103系列微控制器是意法半导体（ST）推出的高性能32位RISC微控制器。它基于工业标准的ARM Cortex-M3处理器，工作频率可高达72MHz，内嵌最多可达128kB的FLASH存储器和最多可达20kB的SRAM存储器，片内集成多种外围设备，如通用定时器、PWM定时器、AD转换器、DA转换器、I2C接口、SPI接口、USB接口、USART接口、CAN接口和外部总线接口等。STM32F103系列微控制器因其高性能、低功耗、低成本及易用性而广泛应用于消费类电子、医疗、工业和仪表等领域。
2 多功能电能计量芯片ADE7878
ADE7880是亚德诺半导体（ADI）生产的高精度三相多功能电能计量芯片，内部集成了7路二阶sigma-delta模数转换器（ADC）、数字积分器、电压基准电路和一个完成各种电量参数算法的专用DSP单元。ADE7880支持EN 50470-1, EN 50470-3, IEC 62053-21, IEC 62053-22, and IEC 62053-23等标准，兼容三相三线/三相四线（星型和三角型）和其它形式的三相系统。
ADE7880能够测量总（基波+谐波）有功/无功/视在功率、基波有功/无功功率和电流/电压真有效值，在1000:1的动态范围内，有功/无功功率误差和电流/电压真有效值误差小于0.1%（25摄氏度）。ADE7878还具有电能质量监测功能，如各相电流/电压分次谐波、短时电压跌落、短时过电压、短时过电流、线频率和相角等。
ADE7880原理框图如图1所示：
3 STM32F103与ADE7880接口硬件设计
ADE7880有三个串行通信接口：SPI接口、I2C接口和HSDC高速数据捕获接口。SPI接口与I2C接口和HSDC接口部分引脚复用，所以ADE7880可以配置为两种通信模式：SPI模式和I2C与HSDC联合模式。本文中采用能够高速访问ADC采样数据的I2C+HSDC模式。硬件连接方式如图2所示。STM32F103的I2C接口配置为主器件（master），访问ADE7880的控制和状态寄存器，SPI接口配置为从模式，接收ADE7880的HSDC接口的数据。
4 STM32F103与ADE7880接口软件设计
STM32F103首先需要通过I2C接口对ADE7880进行初始化，然后使能ADE7880的内部DSP和HSDC接口。工作流程如如3所示。
图3 STM32F103与ADE7880接口工作流程
STM32F103与ADE7880的接口软件由两部组成：作为I2C主器件写ADE7880寄存器程序和作为HSDC从器件接收ADE7880数据程序。I2C接口由GPIO模拟，SPI接口工作于中断模式。ADE7880每个采样周期输出7个32位数据， STM32F103中断处理程序如下：
long SampleData[7][256];
void SPI2_ISR(void)
{
static union
{
long SpiBufL;
unsigned char SpiBufB[4];
}SpiBuf;
static unsigned long ByteCounter = 3;
static unsigned long ChannelCounter = 0;
static unsigned long VectorCounter = 0;
SpiBuf.SpiBufB[ByteCounter] = SPI2->DR;
if(ByteCounter)
{
ByteCounter--;
}
else
{
ByteCounter = 3;
SampleBuf[ChannelCounter][VectorCounter] = SpiBuf.SpiBufL;
ChannelCounter++;
if(7 == ChannelCounter)
{
ChannelCounter = 0;
VectorCounter++;
if(256 == VectorCounter )
{
VectorCounter = 0;
}
}
}
}
5 总结
STM32F103系列微控制器具有单周期的硬件乘法器和除法器，能够提供较强的数据处理能力，片内集成多种外设，可以方便地实现键盘、显示和通信等功能。采用STM32F103作为ADE7880的主控制器，可以充分利用ADE7880提供的各种电量参数测量功能和采样数据输出功能。本方案能够广泛地应用于电能计量、负荷控制、电力监控或数据采集等。
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