目前常用的机械结构的电表已经存在了约一个世纪。在此期间，它如实可靠地记录着电能，因此电力公司能够准确地向客户收取费用。这种基于旋转金属圆盘的机械式千瓦-时电表不考虑输入电压或功率因数，只跟踪记录实际的用电量(图1)。

图1. 美国得克萨斯州某住宅使用的一款机械式电表。机械式电表通过旋转的圆盘测量有功功率。机械式显示器指示出电表出厂后的累计用电量。

而能源工业正在发生着变革，使得传统的机械式电表不得不淡出市场。首先，用电量在不同的时段极不均衡，而目前客户在用电高峰时没有节能的动机。因此，电力公司现在认识到必须对其发电设备和配电网络进行工程改进以应对用电高峰，哪怕一天中的大部分时间内都未充分使用其装备容量。其次，当电压和电流同相传送时配电效率是最高的。传输给负载的有功功率为：

preal = v x i x cos

式中 为电压和电流波形之间的相位差。遗憾的是，许多连接到电力线路的设备都表现为较大的感性负载，如感应电动机和荧光灯，这使得电流相位滞后于电压相位。直到现在，电力公司对大多数住宅用户的这种低效情况仍然束手无策。这是因为监测时段、峰值用电量和功率因数并据此进行收费的成本太高了。

多功能、多费率电表改变了这种状况，从而对电能的利用更为有利。利用由微控制器控制的千瓦-时电表，电力公司可以跟踪用户在用电高峰时段的用电量或者超过合同规定的用电量，并据此收取更高的费用。如果用户使用了大的感性负载，电力公司也可以收取更多费用，同时使用该数据有助于修正这些低效情况。 maxq3120微控制器基于maxim/dallas semiconductor的maxq? risc架构，不但可胜任这些任务，还可提供更多功能。本文提出一种基于maxq3120的电表参考设计，并能满足国际电表市场的要求。

maxq3120电表参考设计

maxq3120电表参考设计为全功能、具有用户定制功能的标准电表(图2)。定制范围由设计者根据市场需求而定。

图2. maxq3120电表参考设计可为满足特定需要进行定制。电表底部配有功率、负载、网络和脉冲输出连接点；光通信和可见的电表脉冲led位于lcd上方。

iec 61036是所有电表都必须遵循的主要国际标准。该标准对电气、机械和环境要求做出了规定，并提出两个精度等级：1级精度在几乎整个可用电流范围的标称精度为1%，2级精度的标称精度为2%。表1总结了符合标准的电表的其他关键要求。

iec 61036 (或缩略版本)是公认的电表标准，但多功能电表的要求远没这样普遍。本电表参考设计为1级电表，定制为符合中国多功能电表通信标准(dl/t 645)，但可进行调整以适应任何国家或工业标准。

maxq3120外设

maxq3120的核心是maxq20内核，其工作频率为8mhz，含有32k字节闪存和512字节ram－完成多功能电表的任务绰绰有余。因maxq3120内含两个16位、-模数转换器(adc)，可以精确测量瞬时电压和电流。这两个adc通道每48μs完成1次新的转换，即转换速率为20667采样/秒。这些数据转换器的前端带可编程增益放大器(增益可达16倍)，非常适合监测电压和电流波形。要将原始电压和电流采样值转换成可用的用电量信息，需要强大的数学运算能力。为此，maxq3120集成了1个带40位累加器的16 x 16位乘法器。该乘法器在单个时钟周期内即可完成一次运算，因与cpu内核紧密地集成在一起，所以效率极高。

maxq3120还提供一个坚固的通信模块。包括两路uart，其中一路具有特殊逻辑电路，可轻松实现红外数据传输。另外，maxq3120集成了一个lcd控制器，可驱动的段数高达112段 - 与传统的、常采用机电式计数器的电表相比，性能更好，更经济。如果你需要根据每天的不同时段差异计费，则需要一个精确时钟。maxq3120包含一个电池备份的时钟模块，具有亚秒计数器和报警功能。该时钟具有数字微调功能，时钟精度优于4ppm (每月约10秒)。

通信 - 物理层

中国多功能电表标准规定两种通信类型：一类是住