基于CS5451A的三相多功能電表設(shè)計(jì)

1、基于CS5451A的三相多功能電表設(shè)計(jì)基于CS5451A的三相多功能電表設(shè)計(jì)隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電能表的集成度越來(lái)越高，在三相多功能電表市場(chǎng)上，主要有兩種架構(gòu)：1、電能計(jì)量芯片加微控制器。2、A/D轉(zhuǎn)換芯片加微處理器。第一種方案成本比較低，功能主要取決于電能芯片,微控制器不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，所以不具有諧波分析功能。第二種方案可以通過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)非常多的功能。本文主要介紹基于CS5451A+TMS320C2801的三相多功能電表設(shè)計(jì)。芯片介紹：CS5451A是CirrusLogic公司為能源測(cè)量工業(yè)設(shè)計(jì)的高度集成的Delta-Sigma模擬至數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器。CS5451A在

2、一個(gè)芯片上結(jié)合了6個(gè)Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器、濾波器和一個(gè)與微控制器或DSP相聯(lián)接的串行接口。CS5451A與一個(gè)變流器或可測(cè)量電流的分流器和電阻分割器或測(cè)量用變壓器直接連接。同時(shí)該產(chǎn)品已被初始化和功能完全設(shè)置，并包括一個(gè)電壓參考?？驁D如下。VREFENVRErOUTVIN1-VINZ*VIN2-VIN3*VIN3-JthOrd&rMModulftorDeimati口nFillert4l*iOrderModulatorDecimationFill日L4*1Order、二MixiulatarDecunationFilter*t4lhOrder吃LfodulatorDEcimstionFi

3、ll&r4111OrdsrModulatorDECimstionFibert申hOrdeTT.37F|D&FTCEU盟0皿】GaDT?awLa血Wdmm回iasmvnnvnti.+EEFETrGHLFC52H(WETT;W2ure+UN和VIH2-ViH3-V&E+DN3-VA-DHHgV&lj.VREFOUTVM1+VREFSTDWRS瑋SFTEACH呦維CFDFSOSDDVtiD5E1K104、TMS320F2801有兩個(gè)SPI接口，一個(gè)作為從SPI接收CS5451A數(shù)據(jù)，另一個(gè)作為從SPI與MCU通訊。24C04用來(lái)保存設(shè)置數(shù)據(jù)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計(jì)：軟設(shè)計(jì)分兩大部份，TMS320F280

4、1的軟件和MCU軟件。MCU軟件主要是從TMS320F2801種讀取數(shù)據(jù)、顯示和與PC機(jī)通訊，本文不作介紹。TMS320F2801的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)CS5451A的數(shù)據(jù)采集、電量計(jì)算、諧波分析、與89C52通訊、脈沖輸出。軟件主流程圖如下：初始化系統(tǒng)配置寄存器,包括系統(tǒng)頻率設(shè)置、Flash寄存器初始化，SPIA和SPIB的使能。SPIA用來(lái)接收CS5451A的數(shù)據(jù)，SPIB用于89C52通訊。外部中斷用來(lái)捕捉CS5451A的同步信號(hào)，在捕捉到同步信號(hào)以后，初始化并啟動(dòng)SPIA模塊，SPIA模塊在接收到12個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)以后產(chǎn)生中斷，把數(shù)據(jù)保存到緩存中。流程圖如下：諧波分析方法：由于電網(wǎng)頻率是變化的，采樣

5、頻率是固定的，所以每個(gè)周波采集到的瞬時(shí)值個(gè)數(shù)是不固定的。要進(jìn)行64點(diǎn)FFT計(jì)算，必須把采集到的瞬時(shí)值轉(zhuǎn)化成64點(diǎn)瞬時(shí)值，轉(zhuǎn)化方法有多種，本設(shè)計(jì)采用的是拉格朗日二次差值法，精度比線(xiàn)性差值法高，計(jì)算量也可以達(dá)到要求。/*拉格朗日定理(lagrange):若函數(shù)f(x)滿(mǎn)足：(l)f(x)在閉區(qū)間a,b上連續(xù);(2)f(x)在開(kāi)區(qū)間(a,b)可導(dǎo)；則在開(kāi)區(qū)間(a,b)必存在S,使得f(b)-f(a)二f(s)(b-a).拉格朗日二次插值公式:已知曲線(xiàn)上三點(diǎn)(x0,y0),(xl,yl),(x2,y2);則該二次曲線(xiàn)為：L(x)=(x-x1)(x-x2)f(x0)/(x0-x1)(x0-x2)+(x-

6、x0)(x-x2)f(x1)/(x1-x0)(x1-x2)+(x-x0)(x-x1)f(x2)/(x2-x0)(x2-x1);*/Ta是周期值/Points是要抽取的點(diǎn)數(shù)，本系統(tǒng)進(jìn)行64點(diǎn)FFT計(jì)算，Points取64floatfft_buf128;/保存CS5451A采集的128點(diǎn)數(shù)據(jù)floatdataR128;/保存抽出來(lái)的64點(diǎn)數(shù)據(jù)voidDataChange(floatTa,intPoints)inti,j,k;intindex;/offset;floatp=1.0;/初始化pfloatc=1.0;floatyE=0;floatm;intT0=25;/To單位為10us.for(i=0

7、;iPoints;i+)/找到所需的三個(gè)點(diǎn)的第一個(gè)點(diǎn).整除的狀況要考慮.index=(floor(i*Ta*100)/(Points*T0);/若所求的點(diǎn)為已知點(diǎn)則跳過(guò).if(i*Ta*100)/(Points*T0)-floor(i*Ta*100)/(Points*T0)=0)dataRi=fft_bufindex;continue;/用lagrange計(jì)算出所求的點(diǎn)for(j=0;j3;j+)p=1;c=1;for(k=0;k3;k+)if(k=j)continue;/判斷是否為同一個(gè)數(shù)m=index+k;m=m*T0*Points;p=p*(Ta*i*100-m);p=p/Points;c=c*(index+j)*T0-(index+