3.2 信號調理電路

電流互感器的輸出，經運算放大器和I／V轉換器，把電流信號轉換成電壓信號。電壓信號和電流信號轉化的電壓信號進行放大、施密特整形，把交流信號轉化為方波信號，輸入到單片機Timer_A的TA1，TA2輸入端。這樣測信號相移就變成測信號邊沿之間的時間寬度問題，MSP430F449單片機很容易實現。

3.3 時鐘電路

時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號，該系統采用內部時鐘模塊，外接晶振方式，振蕩頻率主要由石英晶振的頻率決定。單片機內部具有時鐘模塊，能實現超低功耗應用。振蕩器和系統時鐘發生器的主要設計目標是廉價和低功耗。為達到系統廉價，外接器件縮減到只有一個普通晶振。在數字系統中，系統功耗與頻率成正比，所以使用低頻晶體和和含有倍頻器的振蕩器可以滿足時鐘系統速度與低功耗這2個要求。該系統的時鐘電路是用一頻率為32 768 Hz的晶振來固定整個電路的頻率來實現。

3.4 顯示電路

MSP430F449帶有內部LCD驅動模塊，直接將液晶顯示屏連接在芯片的驅動端口即可，電路結構極為簡單。LCD具有功耗低、體積小、質量輕、超薄和可編程驅動等其他顯示無法比擬的優點。由點陣液晶顯示器件與相應的控制器、驅動器裝配成的顯示模塊的種類較多，其功能、指令、接口定義及引腳并無統一標準，具體使用時應加以選擇。

4 軟件設計

MSP430F449單片機內部具有多個時鐘源，可以靈活地配置給各模塊使用以及工作于多種低功耗模式，降低控制電路的功耗提高整體效率，其具有內部自帶有高精度12為ADC12、一個集成LCD驅動模塊、硬件乘法器以及Timer_A和Timer_B定時器等。

相電壓和相電流的相位差Φ測量程序由主程序和中斷程序組成。主程序完成各程控器件初始化、清零顯示器、設定時鐘頻率等功能，然后進入低功耗模式，等待相位測量中斷。中斷服務程序完成頻率、相位差的測量。其流程圖如圖3所示。

此系統的軟件是在IAR Embedded Workbench開發環境下采用C語言編寫的，采用模塊化程序設計。測量功能由中斷完成的優點是使單片機絕大部分時間處于低功耗狀態，充分發揮了MSP430系列單片機微功耗特點，降低了儀器的功耗。相位的測量需要對輸入信號的周期和相位差值分別采樣，周期的采樣使用CCR0來捕獲同一輸入信號相鄰的2個周期的上升沿，在第一個上升沿到來時觸發CCR0中斷，清零計數器并開始計數；當第二個上升沿到來時再次觸發中斷，保存計數值。為了防止中斷沖突，提高測量的精度，采用滯后捕獲的方法。即電流信號上升沿到來時，禁止CCR0，一直等到CCR2捕獲到電流信號的上升沿為止，這時捕獲到的2個上升沿不在同一個周期內，由于實測計數值和實際相位差計數值兩者之間的差值為整數倍，從而能夠得用已測到周期值算出2路信號相位差的實際計數值。為了提高測量的精廢要求，可以在程序中使用長度為20的樣本循環隊列，而每個樣本是40次周期采樣和60次相位差采樣的平均值。

5 結語

經實踐證明，采用MsP430單片機技術對電機功率因數進行高精度測量，既可以改變傳統的測量方法，同時又能實現電機功率因數的在線檢測，對提高電機的運行，改善其性能起到一定的作用。由于采用測量單相電流及電壓之間的相位差來得到三相系統的功率因數的檢測方法，無需判斷相序，可適用于不同的電機接線方法，在實際應用場合工作穩定可靠。MSP430F449單片機超低功耗存儲量大，工作電壓非常低，只要1.8～3.6 V即可以工作，十分適用于電池供電的工頻數字相位測量。該測量系統的相位測量絕對誤差≤2°，具有頻率測量及數字顯示功能；相位差數字顯示的相位讀數為0°～180.0°，分辨率為0.1°。