CS5460基本电路原理图
毕业设计(论文)--基于cs5460单相电度表的测量的设计[管理资料]
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毕业设计（论文）--基于CS5460单相电度表的测量的设计基于CS5460单相电度表的测量的设计摘要随着城农网改造的逐步深入，各种各样的计量工具不断出现在市场上。
各种不同的计量工具所使用的计量方法也不一样。
该系统由前端电路调理模块，电能表芯片CS5460模块，单片机STC89C52模块，显示模块，存储模块等组成。
CS5460实现功率测量和用STC89C52单片机实现电能计量的方法是当下比较成熟的计算方法。
CS5460是一种带有串行接口的单向双向功率电能集成电路芯片，用它可以方便的组成多功能电子式电度表和分布式电能计量管理系统。
其中使用CS5460芯片设计的简单单相电度表可以用于工业现场的电量数据采集和简单的功率计算，使用CS5460芯片设计的数字电表适用于住宅用电计量的最精确，并具成本效益的电表方案，打开了电表设计的新领域，是下一代民用电表的理想产品和最好的工业解决方案。
目前我国高校学生公寓普遍采用限电措施来控制学校电能利用,公寓管理社会化后,限制学生用电将改为鼓励学生安全用电,从而将采用限制安全功率、限制基本电费、超量收费的形式。
关键词：CS5460芯片;STC89C52单片机；液晶显示模块；C51程序CS5460 single-phase meter based on the design of the measurement AbstractWith the gradual deepening of rural power grids city, a variety ofmeasurement tools continue to emerge on the market. A variety of different measurement tools are not the same measurement method used. The system consists of front-end circuit conditioning module, CS5460 chip energy meter module, microcontroller STC89C52 modules, display modules, memory modules and other components. CS5460 power measurement and the realization of single chip with STC89C52 energy measurement method is to present a more mature method. CS5460 is a single bi-directional serial interface with power power integrated circuit chip, it can be easily formed with multi-function electronic power meter and distributed energy metering management system. CS5460 chip design which uses a simple single-phase watt-hour meter can be used to power industrial field data collection and simple power calculation, using the CS5460 digital chip design for residential electricity meter measures the most accurate and cost-effective meter Program, designed to open new areas of the meter, the meter is ideal for the next generation of civilian products and the best industrial solutions. At present, China University Student Apartment commonly used power rationing measures to control energy use of schools, apartment management outsourcing, the restrictions on students use of electricity will be changed to encourage students to safe use of electricity, which will use the safe power limit, restrict basic electricity, excess charges Form.Key words：CS5460 chips； STC89C52 SCM； LCD Module；C51 Program目录引言 (1)电度表的作用 (1)电度表的发展 (1) (1)二．系统的总体设计思路 (2)三．系统硬件组成及介绍 (3)CS5460简介 (3)CS5460引脚分配及功能 (5)CS5460的功能 (6)CS5460寄存器配置 (8)CS5460的工作过程 (10)四．硬件电路设计 (11)前端电路调理模块 (13) (14) (15) (17)五．程序设计 (19)单片机C51程序设计的优点 (11)程序设计思路 (12)CS5460驱动程序 (13)CS5460的设置和启动 (15)读写CS5460 (16)结果显示程序 (17)六总结 (23)谢辞参看文献附录一．引言电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。
带有串行接口的功率电能计量芯片CS5460及其应用
带有串行接口的功率/电能计量芯片CS5460及其应用摘要：CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片，该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755更容易实现与微处理器的连接。
用CS5460可以方便的组成多功能电子式电度表和分布电度表和分布式电能计量管理系统。
本文详细地介绍了CS5460的功能和使用方法。
关键词：CS5460；串行接口；功率/电能；计量；应用1.概述CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片。
与目前在电子式电度表应用中广泛使用的AD7750和AD7755（见《国外电子元器件》1999年第3期文章）相比较，CS5460增加了以下功能：·具有片内看门狗定时器（Watch Dog Timer）与内部电源监视器；·具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及电能计量功能；·提供了外部复位引脚；·双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接；·外部时钟最高频率可达20MHz；·具有功率方向输出指示。
这些增加的功能更加便于与微处理器（MPU）接口，并能方便地实现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。
2. 基本结构与技术指标2.1内部结构CS5460内部集成了两个△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,其内部结构框图如图1所示。
2.2引脚排列及功能CS5460的引脚排列如图2所示。
各引脚的功能如下：1脚XOUT：晶体振荡器输出；2脚CPUCLK：CPU时钟输出；3脚VD+：数字电路电源正极；4脚DGND：数字地；5脚SCLK：串行时钟输入；6脚SDO：串行数据输出；7脚：片选；8脚NC：空脚；9脚VIN+：差分电压正输入端；10脚VIN-：差分电压负输入端；11脚VREFOUT：参考电压输出；12脚VREFIN：参考电压输入；13脚VA-：模拟地；14脚VA+：模拟电源正极；15脚IIN-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚；19脚：复位输入；20脚：中断输出；21脚：电能脉冲输出；22脚：功率方向指示输出；脚SDI：串行数据输入；24脚XIN：晶体振荡器输入。
CS5460
VIN+ VIN-
x10
2nd Order ∆Σ Modulator
Digital Filter
VREFIN
x1
VREFOUT
Voltage Reference
Power Monitor
System Clock
/K
Clock Generator
Calibration SRAM
VA-
PFMON
XIN
XOUT CPUCLK
CS5460 Single Phase Bi-Directional Power/Energy IC
Features
l Energy
Description
The CS5460 is a highly integrated ∆Σ Analog-to-Digital Converter (ADC) which combines two ∆Σ ADCs, high speed power calculation functions, and a serial interface on a single chip. It is designed to accurately measure and calculate: Energy, Instantaneous Power, IRMS, and VRMS for single phase 2 or 3-wire power meter applications. The CS5460 interfaces to a low cost shunt or transformer to measure current, and resistive divider or transformer to measure voltage. The CS5460 features a bi-directional serial interface for communication with a micro-controller and a fixed-width programmable frequency output that is proportional to energy. The product is initialized and fully functional upon power-up, and includes facilities for system-level calibration under control of the user program.
电子式电能表专用芯片CS5460及其在电测仪表中的应用
屏 蔽 时 ），所 以 若 让 电 压 、电 流 、功 率 的 瞬 时 值 数 据 每 应 的 1 、2 、3 个 空 操 作（ NOP ）命 令 字 节（ 0 XFE ）。
更 新 一 次 就 产 生 一 个 中 断 请 求 ，需 将 循 环 计 数 寄 存 器
图 2 是 笔 者 在 课 题 中 使 用 的 CS 5460 与 MCS 51 系
和 50 可 选 ·一 个 电 压 通 道 固 定 增 益 放 大 器 ， 其 增 益 为 10 ·两 个 同 时 采 样 的 # - $ 模 / 数 转 换 器 ·两 个 高 速 数 字 滤 波 器 ·两 个 可 选 用 的 高 通 滤 波 器 ·一 个 功 率 计 算 引 擎 ·一 个 2 . 5 V 片 内 电 压 基 准 ·一 个 可 以 检 测 电 力 不 足 或 电 源 故 障 的 电 源 监 视 器 · 一个持续监视串口通讯的看门狗 · 一 个 2 . 5 MHZ ~ 20 MHZ 可 选 的 内 部 时 钟 发 生 器 · 一个双向串行接口 · 一个电能 / 脉冲变换器 · 一 个 校 准 用 SRAM
P1.0 P1.1 P 1 . 2 MCS 51 P 1 . 3 MCU
INT 1
和 50 ， 分 别 对 应 于 最 大 有 效 值 为 150 mV 和 30 mV 的
图 2 CS 5460 与 MCS 51 系 列 单 片 机 接 口 原 理 图
交流信号输入；电压通道的最大有效值输入为 150 mV 。 由 于 CS 5460 的 ! - " 型 模 / 数 转 换 器 采 用 过 采 样 原 理 ，对 高 频 噪 声 有 较 强 的 抑 制 作 用 ，因 而 对 输 入 信 号 无 需 进 行 复 杂 的 滤 波 处 理（ 引 入 阻 容 滤 波 电 路 反 而 容 易 引 起 相 移 ）。
CS5460中文
CS5460C单相功率/电能IC特性电能数据线性度：在1000 ：1 动态范围内线性度为 ±0.1%片内功能：——可以测量瞬时电压,电流和功率；IRMS和 VRMS, 视在功率,有功功率；——具有电能-脉冲转换功能——具有系统校准和相位补偿——具有温度传感器符合IEC, ANSI, JIS工业标准功耗：21mW（VA = +5 V，VD = +5 V）； 12mW（VA = +5 V，VD = +3.3 V）优化的分流器接口单电源地参考信号片内2.5V 参考电压（最大温漂25ppm/℃）内带电源监视器简单的三线数字串行接口可以从串行EEPROM 智能“自引导”，不需要微控制器电源配置VA+ = +5 V; AGND = 0 V; VD+ = +3.3V～+5 V概述CS5460C 是一个包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、功率计算功能、电能到频率转换器和一个串行接口的完整的功率测量芯片。
它可以精确测量瞬时电压,电流和计算I RMS、V RMS、瞬时功率、有功功率、无功功率，用于研制开发单相、2线或3线电表。
CS5460C可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。
CS5460C具有与微控制器通讯的双向串口，可编程的电能-脉冲输出功能。
CS5460C还具有方便的片上系统校准功能。
具有温度传感器，电压下降检测，相位补偿功能。
-40℃～＋85℃ 24引脚SSOP1 工作原理CS5460C 是具有功率计算引擎和电能-脉冲转换功能双声道ADC。
电压和电流通道测量与功率计算方法的数据流程是在 Figure3 和 Figure4描述。
电压通道输入引脚VIN±两端输入一电压信号波，经10倍增益放大器放大，再通过 2nd ΔΣ调制器来数字化。
同时，电流通道输入引脚IIN±两端输入一电压信号波，为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量程可选择为±250mVrms 或±50mVrms 。
基于电能计量芯片CS5460的电子式电能表
场 形 成 力 的原 理 制 成 的 。感 应 系 脉 冲 电能 表 仍 采 用
感 应 系 电 能 表 的测 量 机 构 作 为 工 作 元 件 ， 由光 电传
感 器 完 成 电能 脉 冲 转 换 ， 后 经 电 子 电路 对 脉 冲 进 然
的原 理 是 采 用 电子 电路 来 实 现 电 能 计 量 ， 以 电 子 所 式 电 能 表 的 共 同特 点 是 采 用 乘 法 器 ， 据 所 依 托 的 根 乘 法 器 为 模 拟 的还 是 数 字 的分 为 模 拟 乘 法 器 型 电子
及 功 率 由三 线 双 向 串 行 接 口传 送 给 Ｃ Ｕ， Ｐ Ｐ Ｃ Ｕ根 据
维普资讯
自动 化 与 仪 器仪 表 Ｚ ＤＯＮＧ Ａ ＹＵ Ｙ ＱＩＹ Ｂ ＡＯ Ｉ ＨＵ Ｉ Ｉ Ｉ 文 章 编 号 ：０ １ ２ ７ ２ ０ ）５—０ ３ １０ —９ ２ （０ ２ ０ ０ ８—０ ３ ２０ ０ ２年 第 ５期 （ 第 １３期 ） 总 ０
Ｔｅ ｔｒｓ ｌ ｎ ｃ ｔ ｈ ｔｉ ｉ ｉｈ — ａ ｃ ｒ ｔ ｔ ｓ ｅ ｕ ｔ ｉ ｄｉａｅ ｔ ａ ｔ ｓ ａ ｈ ｇ ｓ ｃ ｕ ａｅ ｗａｔ— ｈ ｕ ｅｅ ｉ ｈ ｃ ｒ ｎ ｔｏ ｙ ｍｅ ｓ ｒ ｒ ｅ ｒｏ ａ ｏ ｒｍ ｔｒ ｗｈ ｃ ａｌ ｏ ｎｌ ａ ｕ ｅ ｔｕ ｏ ｔｍｅ ｎ ＿ ｓ ｕａ ｅ ｏ ｏ ｔｇ ｃ ｒｅ ｔａ ｄ ｅ ｅ ｇ ｂ ｔａ ｓ ｃ ｉ ｖ ｄｅ ｎｅｇ ｎａ ｅ ｅ ａ ｉｙ． ｑ ｒ ｆｖ ｌａ ｅ、 ｕ ｒ ｎ ｎ ｎ ｒｙ， ｕ ｌｏ ａ ｈ ｅ ｅ ｍｏ ｍ ｅ ｒ ｙ ｍａ ｇ ｍ ｎｔｅ ｓｌ
CS5460笔记
4、有功功率及有效值计算：3讲到了瞬态电流和电压，每对采样的瞬态电流和电压相乘，得到瞬时有功功率(Real Energy)的采样值，每个A/D采样周期后，新的瞬态功率采样值存入瞬时功率寄存器，可被用户读出。N个瞬时功率采样值作为一组/*N值放在周期计数寄存器中Default=4000*/，Thecumulative sumof each successive set of N instantaneous power is used to compute the result stored in theEnergy Register,which will be proportional to the amount of real energy registered by the device during the most recent N A/D conversion cycles.从图可以看出但前的瞬时功率累加和右移了12位(相当于除以4096)，以避免能量寄存器产生溢出(如果不除以4096的话，24位的寄存器存不下这么多的数值)。RMS值同样采用最近的N个瞬态电压/电流采样值计算。这些值可以从Irms和Vrms寄存器里读出。即：首先测量瞬态电流和瞬态电压，由此计算相应的瞬时功率，由N个瞬时功率有功功率的周期计算值；N个瞬态电流和瞬态电压有效电流和有效电压的周期计算值。也就是说Vrms和Irms还有电能计算(有功功率[Active (real) Power])没N次转换更新一次
10、CRCY在每次A/D转换后置位，DRDY在每次计算周期结束后置位，置位后必须子下次置位之前对其清零，以使其能够在INT引脚上发新的中断事件。
_ADCCS5460在压实度检测仪中的应用_段鸿杰
度，对传感器进行标定。标定时获得的传感器输出信号测量值,
作为运算系数,保存在内存和 E2PROM 中,如图 3 所示。
图 3 传感器标定流程 采取以上措施和算法后，能保证仪器获得满意的测量精 度，保证仪器的精度满足 2.5%的最低要求。 所采用两点校准和线性插值运算的方法，达到了对仪器和 传感器进行较高精度匹配。在仪器进行在线测量工作时，根据 现场测量值，对标定值进行线性内插运算，得到更为准确的结 果。这种方法，是依靠传感器、信号调理电路，以及 ADC 芯片在 特定频率范围内的线性度保证的。 试验测试数据如表 1。指示值，是指仪表的示值。
Abstract: CS5460 is an Δ-Σ ADC IC, which is commonly used in the measurement of AC OR DC electricity power . This IC is
newly used in the testing of road base compression degree in highway construction. The advantage of cs5460 is beyond the integration
技 of DSP functions, so much as its mode of serial interface, as the testing of vibration and the calibration of sensor becomes very sim-
cs5460使用说明
CS5460A 使用说明CS5460A 的使用说明CS5460A 提供 SPI 串行通信接口和一系列寄存器，MCU 可以通过 SPI 接口读写这些寄存器，以实现 对 CS5460A 的控制和从 CS5460A 读取指定的数据。
CS5460A 的寄存器主要分为三类：控制寄存器、数 据寄存器和校准寄存器，这些寄存器的说明请参见 CS5460A 的数据手册。
以下将说明怎样读写这些寄存 器来完成对 CS5460A 的控制和读写操作。
一、 CS5460A 的控制命令字和控制寄存器1、控制命令字CS5460A 包含一系列控制命令，对 CS5460A 写入指定的控制字，即可完成相应的操作。
这些控 制命令包括： （1）、启动转换命令（Oxe8） 只要对 CS5460A 写 OXE8 控制命令，CS5460A 即开始进行 AD 转换，并输出计算结果，这 个命令一般在 CS5460A 复位操作完成后输入，以使 CS5460A 进入正常工作状态。
（2）、同步命令 0（OXFE）及同步命令 1（OXFF） 这两个命令主要用在一连串的读写命令之前，复位串行通信接口。
（3）Power_up/Halt Control(OXAO) 这个命令主要用在系统校准之前，以中断 CS5460A 正在执行的操作，而执行系统校准命令。
（4）系统校准命令字 1 1 0 V I R G O这个命令完成指定的某项系统校准。
V、I、R、G、O 的说明如下： VI : 00-不允许出现 00 01- 电流通道选择 10-电压通道选择 11-电压电流通道同时选择 R: 0-DC 校准 1-AC 校准 G: 0-正常操作 1-执行增益校准 O: 0-正常操作 1-执行偏置校准2、控制寄存器（1）、Config Register(OX00) Default:=0x000001 PC6 EWA RS PC5 PH1 VHPF PC4 PH0 IHPF PC3 SI1 ICPU PC2 SI0 K31PC1 EOD K2PC0 DL1 K1GI DL0 K0CS5460A 使用说明 指示将主频 MCLK 分频作为 CS5460A 内部时钟 DCLK：有效值分别为 1、2、4。
基于CS5460芯片的便携式数字电能表研制
基于CS5460芯片的便携式数字电能表研制作者：黄丽霞来源：《赤峰学院学报·自然科学版》 2013年第7期黄丽霞（宁德师范学院物理与电气工程系，福建宁德 352100）摘要：提出一种高精度的携带式电能表设计方法.以STC89C52单片机和电能计量芯片CS5460为核心，配合电压电流互感电路，存储电路等实现对电参量进行高精度计量.不仅可以实现电能的测量，还可以对电压、电流有效值，功率等电参量实时测量.实验结果表明：该设计精度可达1%，而且电路结构简洁，具有一定的实用价值.关键词：电能表；CS5460；交流电能参数；单片机中图分类号：TM403 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2013）04-0087-03随着电能开发及利用的加快，对电能管理和电能表性能提出了更高的要求.电力系统的不断扩大以及对电能合理利用的探索，传统的感应式和机械式电能表逐渐暴露出准确度低、适用频率范围窄和功能单一等缺点.感应式电能表由于受其原理和结构等因素的制约，要对它进行较大的改进是很困难的[1,2].目前市场上已经出现了多种型号的电子式电能表，虽然那些电子式电能表发挥了一定的实用价值，但是一方面电子式电能表功能单一、精度不能满足高精度计量场合的要求；另一方面，在一些特殊场合，要求电能表体积要小，便于携带等.为此，文章针对目前现有的电子式电能表不足，提出一种高精度的携带式电能表设计方法.1 交流电能参数算法原理1.1 电压电流的计算对周期为T的工频信号，通过对电压、电流在一周期内均匀采样Ｎ点，得到离散采样序列i(n)、u(n).当满足采样定理时离散采样序列中将包含工频交流信号中有关电参量的信息，由数值积分理论可计算出工频交流电信号的电参量.如果对交流电压信号在一周期内均匀采样Ｎ点，只要N足够大，则可将交流电压有效值公式.1.3 电能计算电量的计算是电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标.根据前面计算得到的有功功率和电压，电流有效值，在一定的时间内就可求出电能了.电能的计算公式为：W=P×T=U×I×T （8）2 系统硬件设计系统以STC89C52单片机[3,4]和电能计量芯片CS5460为控制中心，由电压互感电路、电流互感电路、CS5460与STC单片机接口电路、掉电保护电路、复位电路以及显示电路等电路组成，系统结构框图如图1所示.2.1 电压互感器和电流互感器电路设计系统关键设计部分是取样电路的设计，考虑到测试安全，采用DIDV-001作电压互感器对交流电压进行取样，电压互感器的比例系数是1mA:1mA,其互感电路如图2所示.假设电压最大有效值为Vmax,电压互感器工作电流I，那么限流电阻R0=Vmax/I.其中Vmax= 270V，根据电路的实际情况,相线电压额定有效值V=220V/50Hz，其变化幅度大致为（±20%），所以取Vmax=270V；I=1mA,根据电压互感器的比例系数是1mA:1mA,所以选取I=1mA.假设CS5460的电压差分电压的输入最大值为Umax，电压互感器工作电流I，所以R7=Umax/I，其中Umax=150mV，I=1mA.这样可以安全的得到CS5460电压输入所需要的幅值范围,满足采样所需.2.2 CS5460芯片与单片机接口电路设计2.2.1 CS5460芯片[5,6]CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片，该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755更容易实现与微处理器的连接.用CS5460可以方便的组成多功能电子式电度表和分布电度表和分布式电能计量管理系统.CS5460是带能量计算引擎的CMOS单芯片功率测量芯片.其内部结构电路如图3所示.CS5460包括一个可编程的增益放大器，两个△-∑调制器，两个高速滤波器，具有系统校正标准和计算功能，IRMS,VRMS和瞬时功率的计算功能.CS5460可以用于功率表，可用于分流器和电流边缘器相连来测量电流.为了适应由不同的分流器取得的不同电压等级的不同，电流提到包括一个可编程的增益放大器（PGA），它可以使用户测量150mVRMS或30mVRMS信号.CS5460包括两个高速数字滤波器，它以（MCLK/K）/1024的字速率（OWR）输出数据.每个通道都有一个高通滤波器，它可以将直流分量过滤掉.为方便CS5460和微处理器之间的通信，CS5460提供了SPI串口.串行时钟允许一个施密特触发器输入到串上的（SCLK）串行时钟，也允许低上升沿的信号.2.2.2 CS5460芯片与单片机接口电路用STC单片机控制CS5460A进行电网参数测量的电路如图4所示.CS5460A与单片机连接是通过其内部集成的1个简单的三线串行接口实现的，该串行接口由串行时钟SCLK,串行数据输入SDI,串行数据输出 SDO和片选CS组成，CS是芯片选择控制端，当为低电平时，端口可以识别SCLK;当为高电平时，SDO管脚处于高阻态SCLK是串行时钟输入管脚，该管脚决定串行数据的速率SDI,SD是串行数据输入、输出端，CS5460A的数据以及命令字的输入和输出都是通过这2个管脚实现的，当SCLK为上升沿时在SDI上的数据可以写入，SDO上的数据可被读出本设计直接使用串行口读取能量寄存器.而没有用EOUT和EDIR引脚提供的1个能量积累代数值的接口.被测量的电压和电流信号通过变压和变流器接入IIN+,IIN-,UIN+,UIN-管脚以供进行模/数转换，模/数转换的基准电源由UREFIN给出，结果数据可通过显示器或传到PC上查阅.2.2.3 电能数据存储电路设计作为电能表，如果碰到电网断电或者短路时，必须对掉电前的数据进保护，以便供工作人员查询，为了缩小体积，本设计采用了串行EEPROM AT24C02，电路原理图如图5所示.单片机STC的P1.0脚接AT24C02的SCL口作为它的串行移位时钟，STC的P1.1脚接AT24C02的SDA口作为它的串行数据或地址输入输出.该电路要注意的SCL、SDA必须加上一个上拉电阻，阻值为5.1K.3 系统软件设计在本系统的软件设计中采用的是将几个主要功能模块的顺序执行的，在主程序中对数据的处理需要调用相应功能子程序.在通过键盘将不同数据送到显示缓冲区来完成功能键，从而实现系统的总体功能.系统在进入主循环之前，要先进行一系列的初始化.系统软件设计的具体工作流程见流程图6.4 结果分析经过对系统的硬件调试和软件调试以及整机调试，整个系统就基本调试完成，电能表有基本上实现了它的电能检测功能.在本设计过程中使用40W和100W的白炽灯泡对整个系统进行了调试检查，得到部分数据如表1所示.经分析可知，表1中的这些数据还存在一定的误差，但是都是在误差允许范围内.5 结束语为满足市场对电能计量表高精度和携带方便等方面的要求，提出一种高精度的携带式电能表设计方法.以STC89C52单片机和电能计量芯片CS5460为核心，配合电压电流互感电路，显示电路等实现对电参量进行高精度计量.该电子式电能表不仅可以测量电能，还可以测量电压有效值，电流有效值，功率等电参量，通过切换按键进行显示，满足精度要求，电路结构简洁，功能较强，有较高的应用价值，市场前景广泛.参考文献：〔1〕曾乃鸿.电子式电度表应用现状和展望[J].电测与仪表,2001（8）:5-6.〔2〕周浩民.PS35型电子式单相标准电能表[J].电测与仪表,1989（12）:40-41.〔3〕张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术[M].北京:国防工业出版社,2004.〔4〕胡伟，等.单片机C语言程序设计及应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2003.〔5〕高中文,黄玲，等.基于电能计量芯片CS5460的电子式电能表设计[J].哈尔滨理工大学学报,2001（5）:98-101.〔6〕李健炜.CS5460A在电子式电能表中的应用[J].电子技术,2003（6）:56-58.。
带有串行接口的功率_电能计量芯片CS5460及其应用
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《国外电子元器件》2000 年第 7 期 2000 年 7 月
●新特器件应用
带有串行接口的功率/ 电能计量芯片 CS5460 及其应用
长春水利电力高等专科学校 贾振国 许 琳 徐惠基
CS5460 Po wer/ Energy Mea surement IC with SPI and Its Appl ication
3. 3V SD RAM 电压由一个来自 3. 3V 主电源 的外部 MOSF E T 开关和一个内部来自 5V 待机电 压的线性稳压器产生 (见图 3 和图 2) 。当主电源存 在时 , 做为开关的 MO SF E T 管 Q 1 导通 , 导致输入 和输出连接在一起 。当主电源不存在时 , 内部线性
稳 压 器 导 通 , 从 5V 待 机 电 压 产 生 一 个 稳 压 的 3. 3V 。与其他双电压一样 ,MO SF E T 管 Q 1 必须按 图 3 所示的那样连接 ,以免反馈 。
外部 MOSFET 和内部线性稳压器的状态由 SL P - S3 # 和 PWRO K 信 号 线 及 另 外 的 SL P S5 # 信 号 线 控 制 。当 SL P - S5 # 无 效 且 外 部 MOSF E T 和内部线性稳压器都关断时 , 在 3. 3V SD RAM 线上没有输出电压 。
3. 串行接口及其操作
3. 1 串行接口 CS5460 的串行口包括 4 条控制线 : CS 、SD I 、
计量芯片
LOGIC公司推出的电子式电能表专用芯片CS5460的特点、控制方式、与输入信号微控制器的接口及其在电测仪表中的应用。
目前的芯片有TMS320F2812ADUC812DS805DB2CDB5463UADE51XXADE7753LPC2104AT73C500目前的公司（ADI Cirrus Logic Sames TDK）关键词：电子式电能表专用芯片CS5460 微控制器电测仪表近年来，电子式电能表在国际、国内得到了迅速推广。
国外许多IC厂家不失时机地推出了各种电子式电能表专用芯片。
目前，国内较为常用的单相电子式电能表芯片有德国CIRRUSLOGIC公司的CS5460、美国AD公司的AD7751和AD7755；三相电子式电能表专用芯片有美国ATMEL公司的A T73C500+AT73C501（AT73C502）等。
它们的共同特点是：①高度集成（集成了ADC、电压基准、功率计算模块）；高精度（测量误差大多小于0.3%）；②易接口（易于与微控制器或步进电机接口）。
这些芯片为设计低成本、高性能的电子式电能表提供了非常理想的解决方案。
值得注意的是，在这些专用芯片中，有一些不仅能够测量功率、电能，而且能够测量电压、电流等其它电量，如CS5460、A T73C500+AT73C501（AT73C502）等。
而许多电测仪表功能的实现都是以测量功率、电能、电压、电流为基础的，如电力设备交流阻抗测试仪、电力变压器综合参数测试仪等。
因此，如果拓展思路，将这些电子式电能表专用芯片用于测仪表产品的开发中，不仅可以缩短产品开发周期，而且能大大提高产品的性能。
笔者就运用CS5460成功地开发出了多功能电量监测仪。
1 CS5460的特点和内部结构1.1 CS5460主要特点·符合IEC521/1036、JIS工业标准·能够测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电能、电压有效值和电流有效值；能完成电能/脉冲转换·电能测量精度：0.1%·具有相位补偿和系统校准功能·具有2.5V片内电压基准（温漂60ppm/℃）·功率消耗<12mW·电源配置：V A+=+5V,V A-=0V;VD+=+3V～+5V或V A+=2.5V,V A-=-2.5V;VD+=+3V 1.2 CS5460的内部组成模块如下：·一个电流通道可编程增益放大器，其增益为10和50个可选·一个电压通道固定增益放大器，其增益为10·两个同时采样的∑-Δ模/数转换器·两个高速数字滤波器·两个可选用的高通滤波器·一个功率计算引擎·一个2.5V片内电压基准·一个可以检测电力不足或电源故障的电源监视器·一个持续监视串口通讯的看门狗·一个2.5MHz～20MHz可选的内部时钟发生器·一个双向串行接口·一个电能/脉冲变换器·一个校准用SRAM2 CS5460的功能控制和测量数据输出方式2.1 CS5460的功能控制CS5460的功能控制是通过写命令字的方式实现的。
CS5460中文
CS5460C单相功率/电能IC特性电能数据线性度：在1000 ：1 动态范围内线性度为 ±0.1%片内功能：——可以测量瞬时电压,电流和功率；IRMS和 VRMS, 视在功率,有功功率；——具有电能-脉冲转换功能——具有系统校准和相位补偿——具有温度传感器符合IEC, ANSI, JIS工业标准功耗：21mW（VA = +5 V，VD = +5 V）； 12mW（VA = +5 V，VD = +3.3 V）优化的分流器接口单电源地参考信号片内2.5V 参考电压（最大温漂25ppm/℃）内带电源监视器简单的三线数字串行接口可以从串行EEPROM 智能“自引导”，不需要微控制器电源配置VA+ = +5 V; AGND = 0 V; VD+ = +3.3V～+5 V概述CS5460C 是一个包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、功率计算功能、电能到频率转换器和一个串行接口的完整的功率测量芯片。
它可以精确测量瞬时电压,电流和计算I RMS、V RMS、瞬时功率、有功功率、无功功率，用于研制开发单相、2线或3线电表。
CS5460C可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。
CS5460C具有与微控制器通讯的双向串口，可编程的电能-脉冲输出功能。
CS5460C还具有方便的片上系统校准功能。
具有温度传感器，电压下降检测，相位补偿功能。
-40℃～＋85℃ 24引脚SSOP1 工作原理CS5460C 是具有功率计算引擎和电能-脉冲转换功能双声道ADC。
电压和电流通道测量与功率计算方法的数据流程是在 Figure3 和 Figure4描述。
电压通道输入引脚VIN±两端输入一电压信号波，经10倍增益放大器放大，再通过 2nd ΔΣ调制器来数字化。
同时，电流通道输入引脚IIN±两端输入一电压信号波，为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量程可选择为±250mVrms 或±50mVrms 。
CS5463型电能测量电路的原理及应用
1 引言CS5463是带有串行接口和△-∑模/数转换器，能够进行高速功率(电能)计算的高度集成电路。
CS5463可以通过使用低成本的分压电阻器或电压互感器测量电压，使用分流器或电流互感器测量电流，从而计算出有功功率，因此该电路特别适用于开发单相2线、3线用电表。
与上代的CS5460相比，CS5463还能提供视在功率、无功功率等多种参数计算，可满足设计者的多方面需求。
此外，CS5463片内还带有温度传感器，有助于设计者调整温度漂移误差，提高测量精度。
2 CS5463的主要特点CS5463的特性如下：(1)电能数据在1000：l动态范围内的线性度为±0.1％；(2)精确测量瞬时电压、电流、功率以及电压、电流有效值；(3)计算视在、有功和无功功率，基波有功、谐波功率和功率因数；(4)电能/脉冲转换功能；(5)低功耗(小于12 mW)；(6)单电源地参考信号；(7)内置电源监视器；(8)从串行EEPROM“自引导”，可以不用微控制器；(9)简单的3线数字串行接口；(10)优化的分流电阻器的输入接口；(11)带有温度传感器；(12)具有机械计数器/步进电机的驱动器3 内部结构和引脚功能3.1 内部结构CS5463的内部结构框图如图1所示，它由2个可编程增益放大器、2个△-∑调制器、配套的高速滤波器、功率计算引擎、偏置和增益校正、功率监测、串行接口及相应功能寄存器等组成。
2个可编程放大器采集电压和电流数据，△-∑调制器对模拟量采样处理，高速数字低通或可选的高通滤波器滤取可用电压电流数字信号，功率计算引擎计算各类型的功率，电压、电流，并将计算的功率值通过串行接口对外输出，既可以接EEPROM，也可以接微控制器。
该电路还有能量脉冲信号输出模块，可以直接外接计数器或步进电机，从而省去微控制器而直接外送用电量，降低电表类产品的成本。
3.2 引脚功能VA+/VA-：正负模拟电源，+5 V/0 V或+2.5 V/-2.5 V供电；VD+/DGND：数字电源和数字地，+5V/0V供电；PFMON：掉电监视器，监视模拟电源状况。
cs5460使用说明
CS5460A 使用说明CS5460A 的使用说明CS5460A 提供 SPI 串行通信接口和一系列寄存器，MCU 可以通过 SPI 接口读写这些寄存器，以实现 对 CS5460A 的控制和从 CS5460A 读取指定的数据。
CS5460A 的寄存器主要分为三类：控制寄存器、数 据寄存器和校准寄存器，这些寄存器的说明请参见 CS5460A 的数据手册。
以下将说明怎样读写这些寄存 器来完成对 CS5460A 的控制和读写操作。
一、 CS5460A 的控制命令字和控制寄存器1、控制命令字CS5460A 包含一系列控制命令，对 CS5460A 写入指定的控制字，即可完成相应的操作。
这些控 制命令包括： （1）、启动转换命令（Oxe8） 只要对 CS5460A 写 OXE8 控制命令，CS5460A 即开始进行 AD 转换，并输出计算结果，这 个命令一般在 CS5460A 复位操作完成后输入，以使 CS5460A 进入正常工作状态。
（2）、同步命令 0（OXFE）及同步命令 1（OXFF） 这两个命令主要用在一连串的读写命令之前，复位串行通信接口。
（3）Power_up/Halt Control(OXAO) 这个命令主要用在系统校准之前，以中断 CS5460A 正在执行的操作，而执行系统校准命令。
（4）系统校准命令字 1 1 0 V I R G O这个命令完成指定的某项系统校准。
V、I、R、G、O 的说明如下： VI : 00-不允许出现 00 01- 电流通道选择 10-电压通道选择 11-电压电流通道同时选择 R: 0-DC 校准 1-AC 校准 G: 0-正常操作 1-执行增益校准 O: 0-正常操作 1-执行偏置校准2、控制寄存器（1）、Config Register(OX00) Default:=0x000001 PC6 EWA RS PC5 PH1 VHPF PC4 PH0 IHPF PC3 SI1 ICPU PC2 SI0 K31PC1 EOD K2PC0 DL1 K1GI DL0 K0CS5460A 使用说明 指示将主频 MCLK 分频作为 CS5460A 内部时钟 DCLK：有效值分别为 1、2、4。
CS5460无功计算过程简介
CS5460无功计算过程简介由于CS5460内部不提供无功，所以只有通过MCU运算才能得到，有两种方法来计算无功: 1( 开根号法Q=(S^2-P^2)^0.5 其中S=V*I此方法的缺点是当有功值与视在值比较接近时，无功会有跳动;另外有谐波时，无功精度不好。
2( 移相90度法Q=ΣVi*Ii;其中Vi，Ii为瞬时电压，瞬时电流CS5460A有瞬时电压，瞬时电流值(带符号位)，MCU读取此时刻的瞬时电压值与T/4(90度)后的瞬时电流值相乘，接着采样下一个点。
，将这些点进行代数和相加，采够一定数量的点后，所得的值即为无功值具体步骤如下:(1) 用采样间隔为500微秒采样瞬时电压，瞬时电流(同时读取)(2) 判断电压(或电流)是否过零。
(3) 过零数目是否大于等于2(4) 计算出输入信号的周期T，进而求出频率f(5) 求出T/4，用500微秒的个数来表示。
理论上要求T/4非常准确，但是由于MCU的定时器不可能做得非常准确，况且我们固定用500微秒来采样，所以我们没有采用严格意义上的移相90度，偏差部分我们通过补偿来实现。
(6) 将此时刻的瞬时电压值与T/4(90度)后的瞬时电流值相乘，再将这些值进行累加。
(7) 根据频率的变化，对计算出来的无功进行补偿//****************************************************************** // 下面程序为根据频率的变化，对计算出来的无功进行补偿///// 假设移相误差为:Δφ=π/2-zero_temp_vl*π/T T为采样信号的周期(精确值，用浮点数表示)// 例如当f=50HZ,zero_temp_il=10// 当f=51HZ,zero_temp_il=9//// sinθ=sin(π-θ)// uisin(θ-Δφ)=uisin(π-(θ-Δφ))= uisin(π+Δφ-θ)=reactive_temp // uisin(π+Δφ-θ)=uisin(π+Δφ)cosθ-uicos(π+Δφ)sinθ// =-uisinΔφcosθ+uicosΔφsinθ// uisinθ= uisin(π+Δφ-θ)+ uisinΔφcosθ cosΔφ// = reactive_temp + psinΔφ cosΔφ// = reactive_temp + pΔφ 1-(Δφ)^2/2//******************************************************************。