CS5460及其應(yīng)用

1、5國外電子元器件6年第期年月帶有串行接口的功率電能計(jì)量芯片£³”及其應(yīng)用長春水利電力高等專科學(xué)校賈振國許琳徐惠基CS5460P o we r/Ene r gy Me asurem ent IC wi th SP I and I ts A pp l ica t ionªÉÁºÈÅÎÇÕϸÕÌÉθըÕÉÊÉ摘要£³”是£

2、78;¹³´¡¬公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率電能計(jì)量集成電路芯片該芯片比目前比較流行的電子電度表芯片如¡¤!¡¤更容易實(shí)現(xiàn)與微處理器的連接"用£³”可以方便的組成多功能電子式電度表和分布式電能計(jì)量管理系統(tǒng)"本文詳細(xì)地介紹了£³”的功能和使用方法"關(guān)鍵詞£³”串行接口功率電能計(jì)量應(yīng)用分類號(hào)´-“”文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼¢文章編號(hào)“概述£³”是£²¹&

3、#179;´¡¬公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率電能計(jì)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¡¤和¡¤見5國外電子元器件6年第“期文章相比較£³”增加了以下功能p 具有片內(nèi)看門狗定時(shí)器·ÁÔÃȤÏÇ´ÉÍÅÒ與內(nèi)部電源監(jiān)視器p 具有瞬時(shí)電流!瞬時(shí)電壓!瞬時(shí)功率!電流有效值!電壓有效值!功率有效值測量及電能計(jì)量功能p 提供了外部復(fù)位引腳p 雙向串

4、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 p 外部時(shí)鐘最高頻率可達(dá)-¨Úp 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-°µ接口并能方便地實(shí)現(xiàn)電壓!電流!功率的測量和用電量累積等功能"基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)£³”內(nèi)部集成了兩個(gè)$E ¡¤轉(zhuǎn)換器!高!低通數(shù)字濾波器!能量計(jì)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(shí)器等模擬!數(shù)字信號(hào)處理單元其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示"引腳排列及功能£³”的引腳排列如圖所示"各引腳的功能如下腳&

5、#184;¯µ´晶體振蕩器輸出腳£°µ£¬«£°µ時(shí)鐘輸出“腳¶¤數(shù)字電路電源正極”腳¤§®¤數(shù)字地腳³£¬«串行時(shí)鐘輸入腳³¤¯串行數(shù)據(jù)輸出腳£³片選p 新特器件應(yīng)用圖£³”內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 腳®£空腳腳¶©®差分電壓正輸入端腳¶©®

6、;差分電壓負(fù)輸入端腳¶²¥¦¯µ´參考電壓輸出腳¶²¥¦©®參考電壓輸入“腳¶¡模擬地”腳¶¡模擬電源正極腳©©®差分電流負(fù)輸入端腳©©®差分電流正輸入端腳°¦-¯®電源掉電監(jiān)視輸出腳®£空腳腳復(fù)位輸入腳©®´中斷輸出腳¥¯µ´電能脈沖輸出

7、腳¥¤©²功率方向指示輸出“腳³¤©串行數(shù)據(jù)輸入”腳¸©®晶體振蕩器輸入"“主要技術(shù)指標(biāo)p 差分電壓輸入范圍Ͷp 溫度系數(shù)ÐÐÍe p 功率消耗Í· p 電能計(jì)量精度在“B 動(dòng)態(tài)范圍以上每秒讀取p 電壓測量精度讀數(shù)的p 電流測量精度讀數(shù)的p 瞬時(shí)功率測量精度讀數(shù)的"“串行接口及其操作“串行接口£³”的串行口包括”條控制線£³!³¤©!&

8、#179;¤¯!³£¬«如果片選直接與邏輯相連接則只需要“條線就可以完成串行口的操作通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)如果將串行數(shù)據(jù)輸入³¤©和串行數(shù)據(jù)輸出³¤¯連在一起同樣可以進(jìn)行串行通訊而且僅需要兩條接口線這對(duì)于使用¡´£和¡´£的系統(tǒng)是極為有利的"一個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸總是從向串行接口的³¤©發(fā)送位命令開始的當(dāng)命令中包括一個(gè)寫入操作時(shí)在其后的”個(gè)³£¬«周期內(nèi)

9、串口將持續(xù)從³¤©引腳讀入串行數(shù)據(jù)"當(dāng)發(fā)出一個(gè)讀取命令時(shí)串口將根據(jù)發(fā)出的命令在其后的!”個(gè)³£¬«周期從³¤¯引腳上串行輸出寄存器內(nèi)容"圖“所示為讀寄存器的時(shí)序"“內(nèi)部寄存器分配£³”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)寄存器等個(gè)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(gè)命令解釋狀態(tài)機(jī)這些寄存器用來完成對(duì)£³”的設(shè)置!采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和串行輸入輸出的控制£³”內(nèi)部寄存器分配圖

10、如圖”所示"圖引腳排列圖圖”£³”內(nèi)部寄存器分配圖帶有串行接口的功率電能計(jì)量芯片£³”及其應(yīng)用圖“讀周期時(shí)序圖圖 £³”典型應(yīng)用電路簡圖在系統(tǒng)初始化或復(fù)位后£³”內(nèi)部寄存器初始化為以下狀態(tài)配置寄存器¸偏置寄存器¸增益寄存器¸”脈沖速率寄存器¸¦¡周期計(jì)數(shù)寄存器¸¦¡時(shí)基寄存器¸狀態(tài)寄存器¸屏蔽寄存器¸有符號(hào)寄存器¸無符號(hào)寄存器¸“命令解釋及操作對(duì)£³

11、;”的操作是通過向其傳輸命令字來實(shí)現(xiàn)的£³”提供了寄存器的讀寫和校準(zhǔn)控制等在內(nèi)的個(gè)操作命令所有的命令長度均為個(gè)字節(jié)位"命令狀態(tài)機(jī)在³£¬«的上升沿解釋位命令字它將命令字解釋為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)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(qǐng)參考£³”用戶手冊(cè)"寄存器讀寫命令這個(gè)命令通知狀態(tài)機(jī)需要對(duì)寄存器進(jìn)行訪問在個(gè)³£¬«時(shí)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”個(gè)³£¬«時(shí)寫入數(shù)

12、據(jù)被傳輸?shù)捷斎刖彌_區(qū)"其中·²寫入讀取控制讀取寄存器寫入寄存器²¡*²¡”寄存器地址位”£³”的應(yīng)用”電度表£³”可以用來測量瞬時(shí)電流!瞬時(shí)電壓!瞬時(shí)功率!電能以及電壓和電流的有效值測量結(jié)果將以”位有符號(hào)或無符號(hào)形式存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中另外£³”還提供了電能計(jì)量脈沖輸出端口¥¯µ´和功率方向端口¥¤©²因而可以方便的與步進(jìn)電機(jī)計(jì)數(shù)器連接構(gòu)成簡單的電度表"當(dāng)晶振的頻率為”-

13、8;Ú分頻比為且兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的直流輸入皆為最大值時(shí)輸出脈沖的頻率與脈沖速度寄存器的頻率相同"圖所示為一個(gè)典型的電度表電路它的基本電流有效值©Â¡相線電壓有效值¶¶¨Ú計(jì)量常數(shù)«ÉÍÐË·È假定最大電流有效值為©ÍÁØ¡最大電壓有效值為¶ÍÁØ“¶根據(jù)£³”的差分電壓輸入和差分電流輸入最大值為Ͷ的技術(shù)

14、指標(biāo)則電流和電壓通道互感器的變比«É!«Ö分別為和"當(dāng)選取電流互感器二次側(cè)最大電流為Í¡時(shí)二次側(cè)取樣電阻²的值應(yīng)為8"”由£³”構(gòu)成的分布式電能計(jì)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(huì)化后限制學(xué)生用電將改為鼓勵(lì)學(xué)生安全用電從而將采用限制安全功率!限制基本電費(fèi)!超量收費(fèi)的形式"為了適應(yīng)市場的需要我們采用£³”設(shè)計(jì)了分布式電能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公寓用電管理的分散控制和集中管理"圖是由£³”構(gòu)成的分

15、布式電能計(jì)量控制系統(tǒng)圖"該系統(tǒng)的特點(diǎn)是p 單線或電力載波傳輸減少了 下轉(zhuǎn)頁圖£³”分布式控制系統(tǒng)圖“¶雙輸出電壓用于系統(tǒng)的°£©槽"當(dāng)°£©槽用于調(diào)制解調(diào)器時(shí)需要用“¶雙電壓"假若系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器接收數(shù)據(jù)時(shí)需要從休止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)到激勵(lì)態(tài)則°£©槽必須使用雙電壓供電因?yàn)檫@時(shí)主電源是關(guān)斷的"不需要雙電源的其他槽而可用控制信號(hào)進(jìn)行配置"“¶雙電壓由-¯³¦¥´開關(guān)管

16、77;“和±”一個(gè)來自“¶主電壓另一個(gè)來自¶待機(jī)電壓產(chǎn)生見圖“"當(dāng)主電源存在時(shí)-¯³¦¥´管±“導(dǎo)通故輸入和輸出連接在一起"當(dāng)主電源不存在時(shí)-¯³¦¥´管±”由²£控制做為一個(gè)線性穩(wěn)壓器從¶待機(jī)電壓中產(chǎn)生“¶穩(wěn)壓電壓"和¶雙電壓一樣-¯³¦¥´管±“必須按圖“所示的那樣連接以免反饋"-¯&

17、#179;¥¦´的狀態(tài)由³¬°³“和°·²¯«信號(hào)線控制"當(dāng)³¬°³“和°·²¯«雙雙有效時(shí)主開關(guān)接通而線性穩(wěn)壓器關(guān)斷"假若任一個(gè)控制信號(hào)線無效則主開關(guān)關(guān)斷而線性穩(wěn)壓器接通"“¶³¤²¡-輸出電壓“¶³¤²¡-輸出電壓用于為³¤²

18、¡-存儲(chǔ)器供電"大多數(shù)系統(tǒng)需用此電源"采用²¡-總線的系統(tǒng)也可以用³¤²¡-電源"“¶³¤²¡-電壓由一個(gè)來自“¶主電源的外部-¯³¦¥´開關(guān)和一個(gè)內(nèi)部來自¶待機(jī)電壓的線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生見圖“和圖"當(dāng)主電源存在時(shí)做為開關(guān)的-¯³¦¥´管±導(dǎo)通導(dǎo)致輸入和輸出連接在一起"當(dāng)主電源不存在時(shí)內(nèi)部線性穩(wěn)壓器導(dǎo)通從

19、¶待機(jī)電壓產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)壓的“¶"與其他雙電壓一樣-¯³¦¥´管±必須按圖“所示的那樣連接以免反饋"外部-¯³¦¥´和內(nèi)部線性穩(wěn)壓器的狀態(tài)由³¬°³“和°·²¯«信號(hào)線及另外的³¬°³信號(hào)線控制"當(dāng)³¬°³無效且外部-¯³¦¥

20、0;和內(nèi)部線性穩(wěn)壓器都關(guān)斷時(shí)在“¶³¤²¡-線上沒有輸出電壓"假若³¬°³信號(hào)線有效則“¶³¤²¡-輸出接通"在此條件下假若³¬°³“或°·²¯«任一信號(hào)線或它們雙雙無效則線性穩(wěn)壓器導(dǎo)通而-¯³¦¥´關(guān)斷"只有當(dāng)³¬°³“和°·²¯«信號(hào)線都有效時(shí)才能使-¯³¦¥´導(dǎo)通而使線性穩(wěn)壓器關(guān)斷"“”¶雙輸出電壓¶雙輸出電壓用來為&#