電能計量芯片CS5460及其應(yīng)用演示教學(xué)

1、精品文檔電能計量芯片CS5460及其應(yīng)用1. 概述CS5460是CRYSTA公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計量集成電路芯片。與目前在電子式電度表應(yīng)用中廣泛使用的AD7750和AD7755（見國外電子元器件1999年第3期文章）相比較，CS546at曾加了以下功能：具有片內(nèi)看門狗定時器（WatchDogTimer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器；具有瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測量及電能計量功能；提供了外部復(fù)位引腳；雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；外部時鐘最高頻率可達(dá)20MH；z具有功率方向輸出指示。這些增加的功能更加便于與微處理器（

2、MPU接口，并能方便地實現(xiàn)電壓、電流、功率的測量和用電量累積等功能。IE5ET3獸tT千1川廣營可認(rèn)西|I恥，h+ hr i工審手VMIVLT«4就中%啤單I制1軸1 中電 ffiKEIQYI 膽時事("電電更/粗直科mi 電次*也仆i*»C n J B|tai%U nr rmr &CTletpfuiu、甫wncnn(IMiXUH內(nèi)里MT*般2.基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)CS5460內(nèi)部集成了兩個-萬A/D轉(zhuǎn)換器、高、低通數(shù)字濾波器、能量計算單元、串行接口、數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換器、寄存器陣列和看門狗定時器等模擬、數(shù)字信號處理單元，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示

3、。2.2 引腳排列及功能CS5460的弓I腳排歹妝口圖2所示。各引腳的功能如下：1腳XOUT晶體振蕩器輸出；2腳CPUCLKCPU寸鐘輸出；3腳VD+數(shù)字電路電源正極；4腳DGND數(shù)字地；5腳SCLK串行時鐘輸入；6腳SDO串行數(shù)據(jù)輸出；7腳CS片選；8腳NC空腳；9腳VIN+:差分電壓正輸入端；10腳VIN-:差分電壓負(fù)輸入端；精品文檔精品文檔11腳VREFOUT參考電壓輸出;12腳VREFIN參考電壓輸入;13腳VA-:模擬地；14腳VA七模擬電源正極；15腳IIN-:差分電流負(fù)輸入端;16腳IIN+:差分電流正輸入端;17腳PFMON電源掉電監(jiān)視輸出;18腳NC空腳；19腳RESET復(fù)位

4、輸入；20腳INT:中斷輸出；21腳EOUT電能脈沖輸出;22腳EDIR功率方向指示輸出;23腳SDI:串行數(shù)據(jù)輸入；24腳XIN:晶體振蕩器輸入JI相、 , GTI rr a wt SHFT3 k pro*3 ih* a ii t-席 1 41 Mil HR2.3 主要技術(shù)指標(biāo)差分電壓輸入范圍：150mV 溫度系數(shù)：60ppm/C 功率消耗：10mW/ 電能計量精度：在300：動態(tài)范圍以上每秒讀取0.1%; 電壓測量精度：讀數(shù)的0.1%; 電流測量精度：讀數(shù)的0.1%; 瞬時功率測量精度：讀數(shù)的0.1%。ri-i ru Ills- Vllh*-早將邛 x如1M寓W PE, 1E3E7sen

5、mEPI I麗CtT葉 iei內(nèi)吟1茶工作修19時臚陽3.串行接口及其操作3.1 串行接口CS5460的串行口包括4條控制線：CSSDI、SDOSCLK如果片選CS直接與邏輯0相連接，則只需要3條線就可以完成串行口的操作，通過實驗還發(fā)現(xiàn)，如果將串行數(shù)據(jù)輸入SDI和串行數(shù)據(jù)輸出SDOS在一起，同樣可以進行串行通讀，而且僅需要兩條接口線，這對于使用AT89C105儕口AT89C2051的系統(tǒng)是極為有利的。一個數(shù)據(jù)的傳輸總是從向串行接口的SDI發(fā)送8位命令開始的，當(dāng)命令中包括一個寫入振作時，在其后的24個SCLKW期內(nèi)，串口將持續(xù)從SDI引腳讀入串行數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)出一個讀取命令時，串口將根據(jù)發(fā)出的命令，

6、在其后的8、16、24個SCL領(lǐng)期從SDBI腳上串行輸出寄存器內(nèi)容。圖3所示為讀寄的時序。3.2 內(nèi)部寄存器分配CS5460內(nèi)部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脈沖速率寄存器和參數(shù)寄存器等16個寄存器，還集成了串行口發(fā)送寄存器、串行口接收寄存器和一個命令解釋狀態(tài)機，這些寄存器用來完成對CS5460的設(shè)置、采集數(shù)據(jù)的存儲和串行輸入輸出的控制，CS5460內(nèi)部寄存器分配圖如圖4所示。在系統(tǒng)初始化或復(fù)位后，CS5460內(nèi)部寄存器初始化為以下狀態(tài)：配置寄存器：0X000001偏置寄存器：0X000000增益寄存器：0X400000脈沖速率寄存器：0X0FA000周期計數(shù)寄存器：0X000FA0時基寄

7、存器：0X800000狀態(tài)寄存器：0X000001屏蔽寄存器：0X000000有符號寄存器：0X000000無符號寄存器：0X000000_r叫 nnnnnftn巾L f /4#內(nèi)小丑修作制薜3.3 命令解釋及操作對CS5460的操作是通過向其傳輸命令字來實現(xiàn)的，CS5460提供了寄存器的讀/寫和校準(zhǔn)控制等在內(nèi)的7個操作命令，所有的命令長度均為1個字節(jié)（8位）。命令狀態(tài)機在SCLK的上升沿解釋8位命令字，它將命令字解釋為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，同時為數(shù)據(jù)的傳輸作好準(zhǔn)備。本文僅以寄存器讀/寫命令為例加以簡要說明，詳細(xì)內(nèi)容請參考CS5460用戶手冊。寄存器讀/寫命令：這個命令通知狀態(tài)機需要對寄存器進行訪問，在

8、8個SCLK時鐘周期內(nèi)，地址寄存器的讀取被加載到輸出緩沖區(qū)，在第24個SCLK寸,寫人數(shù)據(jù)被傳輸?shù)捷斎刖彌_區(qū)。其中：W/R寫入/讀取控0=讀取寄存器1=寫入寄存器RAMRA4:寄存器地址位若力# !<青寺。r 一 ,*-*、匕巾k間"III映懵制舞4.CS5460的應(yīng)用4.1 電度表CS5460可以用來測量瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電能以及電壓和電流的有效值，測量結(jié)果將以24位有符號或無符號形式存儲在內(nèi)部寄存器中，另外，CS5460還提供了電能計量脈沖輸出端口EOU平口功率方向端口EDIR因而可以方便的與步進電機計數(shù)器連接構(gòu)成簡單的電度表。當(dāng)晶振的頻率為4.096MHz,分

9、頻比為1,且兩個轉(zhuǎn)換器的直流輸入皆為最大值時，輸出脈沖的頻率與脈沖速度寄存器的頻率相同。圖5所示為一個典型的電度表電路，它的基本電流有效值Ib=20A,相線電壓有效值V=220V(50Hz),計量常數(shù)K=500imp/kWhi假定量大電流有效值為Imax=100A最大電壓有效值為Vmax=300V根據(jù)CS5460的差分電壓輸入和差分電流輸入最大值為150mV勺技術(shù)指標(biāo)，則電流和電壓通道互器的變比Ki、Kv分別1/10000和1/20000當(dāng)選取電流互感器二次側(cè)最大電流為10mA時，二次側(cè)取樣電阻R1的值應(yīng)為15Q。4.2 由CS5460t勾成的分布式電能計量控制系統(tǒng)目前我國高校學(xué)生公寓普遍采用限電措施來控制學(xué)校電能利用，公寓管理社會化后，限制學(xué)生用電凈改為鼓勵學(xué)生安全用電，從而將采用限制安全功率、限制基本電費、超量收費的形式。為了適應(yīng)市場的需要，我們采用CS5460設(shè)計了分布式電能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了公寓用電管理的分散控制和集中管理。圖6是由CS5460構(gòu)成的分布式電能計量控制系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)的特點