三相智能电表设计毕业论文

三相智能电表设计毕业论文
目录
摘要 (1)
ABSTRACT (2)
1 绪论 (5)
1.1课题选择背景及目的 (5)
1.2 国外研究状况 (5)
1.3 课题设计研究方法 (6)
2 系统整体方案设计 (7)
2.1 系统设计思路 (7)
2.2 方案论证 (7)
2.2.1 三相电参数的测试与计量方案论证与比较 (7)
2.2.2多功能化模块的方案论证与比较 (8)
2.2.3 电压、电流采样方案论证与比较 (9)
2.3 本设计的主要工作 (10)
3 系统硬件设计 (11)
3.1 硬件整体系统设计 (11)
3.2 电源电路设计 (12)
3.2.1工作原理 (13)
3.2.2 变压模块 (14)
3.2.3 整流模块 (14)
3.2.4 滤波模块 (14)
3.2.5 稳压模块 (15)
3.3 电压电流采样处理单元 (17)
3.3.1 ATT7030A 简介 (17)
3.3.2 ATT7030A 引脚定义 (18)
3.3.3 ATT7030A 结构框图 (20)
3.3.4 电压电流输入电路 (21)
3.3.5 有功功率、有功电能测量 (22)
3.3.6 功率极性判断 (24)
3.3.7 电压失调检测 (24)
3.3.8三相三线制和三相四线制应用 (24)
3.3.9电能输出脉冲电路 (25)
3.3.10 校准 (26)
3.4 CPU中央处理单元 (29)
3.4.1 CPU选择 (30)
3.4.2 数据存储模块 (32)
3.4.3 显示模块 (37)
3.4.4 键盘模块 (42)
3.4.5 485通讯模块 (43)
3.4.6 红外通信模块 (46)
4 系统软件设计 (50)
4.1 系统主程序 (50)
4.2 键盘程序 (51)
4.3 电能脉冲计量程序 (53)
4.4 MAX7219初始化及显示程序 (55)
4.4.1 MAX7219 初始化 (55)
4.4.2 显示程序 (56)
4.5 X5045相关程序 (57)
4.6 485通信程序 (59)
4.7 红外通信程序 (61)
5 测试结果与分析 (63)
6 结论及前景展望 (65)
课题设计参考文献 (66)
致谢 (67)
附录一：系统程序 (68)
附录二：英文文献及译文 (86)
1 绪论
1.1课题选择背景及目的
伴随着我国工业化进程的前进步伐，工业及居民用电急剧增加，庞大的供电网络给用电管理单位带来了巨大挑战，也给居民工厂带来了诸多不便。

为此我国在“十二五规划”中提出建设“智能电网”的解决方案，实现电网、计算机网、电信网三网融合。

传统的机械式电表及电子式电表无论是在计量精度还是在信息传递方面都难以满足“智能电网”的需求，在这种情况下智能电表应运而生。

智能电表是指具有多功能化、智能化、网络化等功能的新式电表，是智能电网的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务。

智能电表设计的课题研究富有实用价值和市场前景。

首先，智能电表能够更方便、精确地计量电能，数字显示界面更加直观方便；其次其智能化可以帮助管理单位实现远程管理、提醒居民按时缴费、详细记录用电明细表。

节省了管理单位的人力、物力资源。

最后智能电表可以通过加密防止用户窃电，安全性更高。

1.2 国外研究状况
欧美科技公司在智能电表方面的研究已经走在了世界前列，也主宰着电能测量IC的主要市场。

如美国ADI公司的ADE78××系列电量测量IC不仅
精度达到0.1%,而且具备各种防窃电功能；荷兰的恩智浦公司推出的基于ARM Cortex的MCU解决方案——LPC1700系列功能更加强大；此外还有美国飞思卡尔半导体公司的9S08MZ60、MZ96、MZ128MCU，炬力公司的ATT70××系列等电表IC，及德国西门子公司基于Blackfin的智能电表都以其丰富的功能为智能电表的设计提供了方案。

国智能电表的设计尚处于起步阶段，主要集中在应用方面，电量测量ASIC则主要依赖进口产品。

在2007年12月初，国家发改委发布了《多功能电能表》和《多功能电能表通信协议》两个行业标准，2009年10月，国家电网公司公布了智能电表新标准，提高了电表在计量、费控、通信、功耗、电子线路布线等技术指标，含有MCU成为必选项，要求有更高的计算能力。

随着我国智能电网的建设，智能电表的大规模应用即将启动，预计2015年我国智能电表覆盖率80%，2020年达到100%。

可见我国的智能电表设计研究还有很大的潜力空间，智能电表在网络化、智能化、多功能化等方面还需要我们继续深入研究。

1.3 课题设计研究方法
本课题主要对能精确测量电能并具有智能管理功能的电表的设计方法进行研究。

研究的具体容如下。

1、实现智能电表精确测量，达到1级精度要求的具体方法。

此处涉及
到电量计量芯片的选择、CPU的选择、软件算法的构架、PCB布局等影响测量精度因素的研究。

2、实现电表智能化管理的具体方法。

涉及到的研究容有：数据存储的实现方法、键盘显示的实现、系统通过RS485与上位机通信实现方法、系统通过红外与其他设备通讯的实现方法。

3、实现系统供电电源设计的具体方法。

此处涉及到交流电源转直流稳压电源的研究。

2 系统整体方案设计
2.1 系统设计思路
分析课题需求，将系统整体分为电量测量和智能管理两部分。

电量测量部分选用高精度、高可靠性的电量测量ASIC实现，能够完成三相电量的准确计量。

该部分是设计的关键和基础。

智能管理部分除核心元件微处理器外，还需要人机交互模块、数据存储模块及通讯模块。

该部分是实现电表“多功能化”的重要组成部分，对其要求是智能化程度高，易于功能扩展。

2.2 方案论证
2.2.1 三相电参数的测试与计量方案论证与比较
该部分是本系统设计的关键部分，要求电路结构简单、可靠、功能全面，能够完成预定功能。

目前，关于三相电参数的测试与计量主要有两种技术方案。

1、传统的模数转换和相位检测技术
被测三相电压、三相电流通过相应互感器转变为能被后端电路接收的电信号，变化之后的信号需要做两方面的处理，一方面检测电压电流的相位差，确定功率因数，另一方面线性调整信号，传输给后端的A/D转换器。

电压、电流转换后的数字量和功率因数值传输给CPU处理器，根据三相功率、三相能量等电参数的计算公式计算相应的各个电参数，并对计算数据做相应处理。

该方案存在电路结构复杂，参数测试误差大，编程复杂、故障排除复杂等缺点。

该技术方案已不再适用于工业环境中三相电能表的电参数测量。

2、专用的三相电参数测试与计量技术
随着大规模集成电路的迅速发展，有关电参数测量的集成电路市场上出现了多种专用产品，针对不同的电参量可以选用不同的产品。

目前，在我们国比较流行的电量测试与计量芯片主要有美国ADI公司生产的ADE7755，美国CIRRUS LOGIC公司生产的CS5460，美国炬力公司生产的
ATT7021、ATT7030、ATT7026等，国上海贝岭公司也生产了相应的电量计量芯片。

以上IC芯片在国电能表行业中得到了广泛的推广应用，多年来的应用表明，这些IC芯片在电参数的测试与计量的应用比较稳定，计量精度满足了国家标准。

采用专用的IC测试电参数已成为目前各种电能表制造厂商的首选技术方案。

其中，ATT7026、ATT7030是专用于三相电参数测量的IC芯片，外围电路配置简单，可方便地与CPU连接。

综合考虑本电能表所要实现的功能，我们选用第二种方案。

ATT7030A 测试计量的电参数能满足本次设计题目提出的技术要求，是一款高精度的三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线。

ATT7030A提供有功电能计量输出脉冲，微处理器可方便的对电能实现计量。

2.2.2多功能化模块的方案论证与比较
多功能化模块应包括以下几个组成部分：CPU中央处理器、外部存储器、键盘、显示、485通信接口、红外收发电路、报警电路、负荷控制电路等八部分组成。

CPU中央处理器的选择方案有两种，方案一：选用DSP处理器；方案二：选用单片机。

DSP处理器具有运算速度快，处理能力强等优点，但存在价格相对较高，参考资料相对较少等缺点。

单片机是目前电能表行业中普遍选用的中央处理器。

目前，国高校主要以MCS-51单片机为例来学习单片机原
理与接口，因此，市场上该种类型的单片机参考资料最多，成功设计案例较多。

比较以上两种方案，我们选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为中央处理单元，该单片机具有较强的数据处理功能，与MCS-51完全兼容，设计使用方便。

外部存储器选择方案主要有两种。

方案一：选择RAM存储器；方案二：选择FLASH存储器。

RAM存储器速度快，可读写操作，但存在掉电数据丢失的缺点，为了保证数据不丢失，一般需要设计电池供电，增加了设备的体积，成本等。

外部FLASH存储器具有掉电数据不丢失的优点，速度相对较慢，可以进行读写操作。

由于电能表对数据存储的速度较低，数据量较少，因此，FLASH存储器是电能表行业中选择的主流芯片。

我们选用X5045作为外部数据存储器，选用该型号的存储器不仅可以方便数据的存储，而且具有看门狗功能，监视CPU的运行状态和系统的电压，保证系统的安全运行。

负荷控制电路设计具有预付费功能，即用户应先购电，后用电，用户购剩余电量达到报警值或剩余电量为零时，都要操作继电控制装置，提醒用户及时购电。

本着可靠、性价比高的原则，设计其它接口电路。

2.2.3 电压、电流采样方案论证与比较
目前，电能表行业中，关于电源电压、电流的采样方案主要有三种：第一种是采用电流互感器、电压互感器采样；第二种电压采用电阻分压网
络采样，电流采用锰铜电阻采样；第三种方案以上两种方案的交叉组成。

电流取样使用电流互感器具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，但存在成本高，体积大的缺点；电压取样采用电压互感器同样具有过载能力强，精度高，抗干扰能力强的优点，存在成本高，体积大，校表难度高的缺点；与采用互感器取样比较电流采用锰铜电阻具有取样方便，成本低的优点，但存在过载能力弱，抗干扰能力差的缺点；电压采用电阻分压网络取样具有取样容易，校表方便、成本低的优点，但存在过载能力弱的缺点。

比较以上几种方案，结合本表的计量精度要求，电流取样采用高精度（0.1级）的电流互感器，电压取样采用电阻分压网络。

该方案既提高了本系统的抗干扰能力，又方便了电能表的校验。

根据上述方案论证，智能电表系统的实现方案如下：
AT89S52(CPU)+ATT7030A(电量测量IC)+X5045（Flash存储器）+MAX7219 (LED显示IC)+独立式键盘+75LBC184（485通讯IC）+红外调制管+MC7805(DC 稳压电源IC)。

2.3 本设计的主要工作
·测量的电量可以通过RS485总线传送到上位机；
·测量的电量可以进行红外线无线传输，我们设计了专用红外抄表器用
来抄写数据，简单方便；
·本设计产品可以通过红外抄表器设定更改机号；
·本设计产品可以实现预付费电量计量，而且当预付电量将要使用完时，可以发出报警信号。

3 系统硬件设计
3.1 硬件整体系统设计
根据方案比较与论证，三相智能电度表的整体电路主要包括：电源电路、电压电流采样处理单元、CPU中央处理单元等三部分组成。

其中采样电路又分为电压采样模块、电流采样模块；CPU中央处理器单元又分为CPU 中央处理器、键盘、显示、外部存储器、485接口、红外收发、负荷控制、报警模块。

整体设计方案见图3-1。

CPU中央处理单元
图3-1 系统整体电路原理框图
系统工作原理：
第一步接通电源电路，CPU中央处理单元上电，系统进入待机状态。

此状态下，CPU取出存于外部存储器中的剩余电量数据和本电表机号并显示于显示模块上。

当按下键盘“设置键”时，系统进入功能设置状态，按“确定键”则退出该状态。

第二步采样单元发出电量计量脉冲信号，系统进入工作状态。

次状态下，CPU对脉冲进行计数及计算电量，经过一段时间运算后得到这段时间中用户消耗的电量。

用户上次预购电量减去剩余电量，得到用户新的预购电量剩余值。

如果该值小于某一值时，通过报警模块通知用户及时购电。

有两种事件是随机发生的：485通信和红外通信事件。

当上位机向电表发出通信请求时，系统进入485通信状态，通信结束退出该状态。

当红外抄表器向电表发出通信请求时，系统进入红外通信状态，通信结束退出该状态。

系统状态转换图见图3-2。

图3-2 系统状态转换图
3.2 电源电路设计
三相电压、电流采集处理电路与CPU中央处理单元均需要5V直流电源供电，为提高系统工作可靠性及适应现场电压波动围大的情况，本系统采用三相电源变压-整流-滤波-稳压方式。

具体设计电路见图3-3。

图3-3 系统电源电路
3.2.1工作原理
如图3-2-1所示，系统直流电源AVCC直接由三相交流电源转换而来。

以A相位例，A相220V交流电经变压器变压得到交流电V1，V1经过整流桥整流得到含有较大纹波系数的直流电V2，V2经C13、C14滤除纹波后进入三端稳压器件LM7805稳压处理得到V3，V3经C15、C16滤波得到系统需要的直流电源AVCC。

B相、C相原理于A相相同。

由Multisim软件仿真得到V1、V2、V3波形如图3-4所示
图3-4 系统电源部分电压波形图
3.2.2 变压模块
由220V交流电得到5V直流电第一步需要选用变压器进行降压处理，变压器两端的匝数比决定着降压系数。

三端稳压电源LM7805最大输入电压为30V，正常围为5～18V，所以变压器副边输出电压V1可以选择15V。

根据变压器两侧电压比，可计算出变压器的原副边匝数比：
N1:N2=VA:V1=220:15 式（3.1）
3.2.3 整流模块
整流是交流电转换为直流电的必要步骤，常见的二极管整流方式有半波整流、全波整流、桥式整流等，桥式整流以其较高的利用率而广泛应用。

整流桥后有C13、C14组成的滤波单元，不考虑整流二极管正向压降时输出电压：
V2=2V1=21.21（V）式（3.2）由图3-2-2可见，在V1负峰值时，整流二极管承受最大反向电压：
V=V2-2V1=21.21-(-21.21)=42.42（V）式（3.3）
MAX
考虑冗余设计，整流二极管最大反向工作电压应选择
V=60（V）式（3.4）
V R=2
MAX
3.2.4 滤波模块
电容滤波原理是电容针对不同频率的信号产生的阻抗不同，从而使信号因不同频率而产生的不同衰减度。

要计算电容在某信号下的阻抗就必须考虑电容的等效模型，图3-5是一般电容的等效模型，由一个等效电容C L组成。

和一个等效电感
C
图3-5 电容等效模型
设某信号频率为ω，则电容在该频率下产生的阻抗计算如下： （1）当电容为电容值较小的陶瓷电容时，其等效电感量很小，可忽略不记，电容产生阻抗为：
1
Z C
ω=
式（3.5） （2）当电容为电容值较大的电解电容时，其等效电感不能忽略，电容产生阻抗值为：
1
+Z L C
ωω=
式（3.6） 由上述两式可见，滤除低频信号用大电容，滤除高频信号用小电容。

所以这里我们选择大小两颗电容，大电容C1选择370uF 滤除低频噪声，小电容C2选择0.1uF 滤除高频噪声。

此外大电容也起到缓冲稳定电压作用。

C13两端电压为V1的峰值电压，所以V1=21.21V ，故C13、C14的耐压值可选择50V 。

3.2.5 稳压模块
稳压电源分为线性稳压电源和开关稳压电源两类，其中：线性稳压电压优点是稳定性高、波纹小、电路简单，缺点是体积大、效率低、驱动电流小；开关电源优点是体积小、效率高、驱动能力强；缺点是波纹系数大，稳定性不如线性稳压电源好。

本系统电源直接供给IC ，对驱动电流要求不
大，且ATT7030A对电源稳定性要求较高，所以这里我们选择线性稳压电源。

三端稳压集成电路LM7805所需的外围元件极少，电路部有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜，所以被广泛应用。

LM7805如图3-6所示，1脚为输入端，2脚为输出端，3脚为接地端。

图3-6 LM7805引脚图
LM7805主要电参数：
·输入电压围：5～18V，最大值30V
·输出电压：4.8～5.2V，典型值5.0V
·线性调整度：4.0mV
·负载调整率：9.0mV
·输出噪声电压：42uV
·输入输出压差：2V
·输出阻抗:15mΩ，12KHz时。

·峰值电流：2.2A
·静态电流：5.0mA
·短路电流：230mA
·纹波抑制比：73dB
V2经过电容滤波进入LM7805，输出电压V3稳定为5V，LM7805后仍需接大小两个电容输出电压才能真正稳定。

其中，大电容的作用是增强负载特性（输出阻抗随频率增加基本保持不变）和瞬变响应（利用电容电压不能瞬间改变特性），小电容的作用则是滤除高频干扰，两者耐压值选择15V。

3.3 电压电流采样处理单元
本系统电压电流采样处理单元采用ATT7030A作为核心处理芯片，外围辅以电源、电压电流模拟输入、脉冲输出等电路。

3.3.1 ATT7030A 简介
ATT7030A是一款对三相有功电能进行高精度测量的芯片，其特点如下：
·高精度，在1000到1的动态围误差小于0.1%；
·电能测量符合1S、0.5S级，支持IEC 687/1036标准，GB/T 17215-1988；
·提供有功电能测量
·当任意一相功率反向时，提供功率反向指示信号 REVP；
·当三相合功率为负时提供反相指示信号NEGP，可以用于止逆场合；
·提供缺相指示PA/PB/PC；
·提供有功电能校准输出脉冲：CF1；
·提供输出脉冲F1/F2，用于驱动电量计度器和步进电机；
·三相合电能计算模式是可选择的；
·提供校准电阻网络；
·+5V单电源供电
3.3.2 ATT7030A 引脚定义
ATT7030采用QFP44封装形式，引脚图见图3-7，各引脚定义见表3-1.
图3-7 ATT7030A引脚图
表3-1 ATT7030A 引脚定义表
功率都正时为低电平。

42 OSCI I 系统振荡器输入端，振荡频率为24.567MHz
43 OSCO O 系统振荡器输出端
44 GND GND 数字地
3.3.3 ATT7030A 结构框图
ATT7030A结构框图如图3-8所示。

如图3-8 ATT7030A 部结构框图
信号处理流程图见图3-9。

如图3-9 ATT7030A 信号处理流程图
3.3.4 电压电流输入电路
ATT70230A有6路A/D转换器，电压取值在0.2V到0.6V，电流取值在2mV至1V之间，电能线性小于0.1%。

每路ADC交流输入由管脚VxP和VxN 输入，同时要求VxP、VxN叠加2.4V左右直流偏置电压，该偏置电压可以由芯片参考电压输出端REFOUT获得，也可以由外部基准电压提供。

6路ADC 结构框图见图3-11.。

图3-10 ATT7030A 6路ADC结构图
ATT7030A的采样电压输入采用电阻分压方式（见图3-12），通过调节电阻网络可以设置输入电压，一般输入电压设置为0.5V，直流偏置电压
REFOUT为2.4V。

图3-11 ATT7030A 电压采样电路
图3-12 ATT7030A 电流采样电路
ATT7030A的电流采样通过电流互感器降流后再采用差分方式输入。

图3-13所示的是某一相电流采样输入电路，左侧省略了电流互感器。

其中1.2K 电阻和0.01uF电容组成抗混滤波器，其结构和参数讲究对称，采用温度性较好的元器件，从而保证电表获得较好的温度特性。

电容C3是用来调节相位误差的，其大小应根据实际误差情况而定。

3.3.5 有功功率、有功电能测量
每一路有功功率的计算是通过对输入电压、电流信号进行相乘、相加、数字滤波来完成的。

∑-△型A/D转换器的高速取样特性保证了对输入信号的取样率，并且采样数据最高可包含21次谐波的信息。

计算公式：
N
1
1
U(n)I(n)
N
P=•
∑式（3.7）有功功率的测量原理如图3-14所示，三相总有功功率如下。

Pt=Pa+Pb+Pc。

式（3.8）
图3-13 有功功率测量原理框图
有功电能的计算是通过瞬时有功功率对时间积分完成的。

单相有功电能的计算公式：Ep=∫P(t)dt，三相总有功电能可以根据设置选择代数和模式或绝对值和模式进行相加，见图3-15。

其中
当SUM脚接高电平表示：
三相四线时，三相电能以代数和输出
三相三线时，三相电能以绝对值和输出
当SUM 脚接低电平表示：
三相四线时，三相电能以绝对值和输出
三相三线时，三相电能以代数和输出
Epa Epb+Epc式（3.9）代数和模式：Ept=+
绝对值和模式：Epa+Epb+Epc
Epc=式（3.10）
图3-14 有功电能测量原理框图
3.3.6 功率极性判断
ATT7030A 提供实时有功功率极性指示。

负功率指示信号REVP：如果任一相有功功率是负的，REVP将输出高电平，当三相功率都是正时输出低电平。

负功率指示信号NEGP：如果三相总有功功率为负，NEGP将输出高电平，反之则输出低电平。

注意NEGP只在代数和模式下有效，若选择绝对值和模式，NEGP在任何时都输出低电平。

3.3.7 电压失调检测
ATT7030A 可以根据设置的阈值电压检测A、B、C三相电压失调状态。

在三相四线制模式下，电压输入通道的阈值电压约为50mV。

在三相三线制模式下，电压输入通道的阈值电压约为300mV。

功率缺相指示信号PA、PB、PC分别代表A、B、C三相电状态，若输出高电平表明A、B、C三相电压低
于设置的阈值电压，输出低电平表明A/B/C 三相电压高于设置的阈值电压。

3.3.8三相三线制和三相四线制应用
在三相四线制模式下，ATT7030A 用3项测量原理，三相总功率计算公式为：
4A A B B C C P =U I +U I +U I 式（3.11）
在三相三线制模式下，ATT7030A 用2项测量原理，B 相通道不参与功率测量，只有A 相和C 相参与功率测量。

三相总功率计算公式为：
3A A C C P =U I +U I B B 式（3.12）
3.3.9电能输出脉冲电路
ATT7030A 提供两种输出脉冲：高频输出脉冲CF1和低频输出脉冲F1/F2。

在功率测量信号处理电路中，开关电压和电流信号相乘得到瞬时功率，瞬时功率对时间积分转换为电能。

A/B/C 相电能根据代数和模式或者绝对值和模式相加，通过改变频率信号和分频信号，我们得到高频电能脉冲输出信号，该信号可以用来进行校正。

在此基础上，分频信号也可以得到低频输出脉冲信号用于驱动步进电机。

下面是当高频输出系数为64时的分频示意图。

脉冲输出宽度为90ms 。

当脉冲宽度小于180ms 时，电能输出脉冲周期占空比为1：1。

图 3-15 CF脉冲输出示意图
下面是低频输出系数为16时的分频示意图。

电能输出脉冲（F1/F2）宽度为275ms。

当脉冲周期小于550ms时，电能输出脉冲周期占空比为1:1。

图 3-16 F1、F2脉冲输出示意图
电能的计量是通过对CF1进行计数实现的，如图3-17所示，将CF1耦合入光电耦合器2051输入端，并由单片机对光耦输出信号进行计量。

光电耦合器的应用提高了系统的安全性及计量的可靠性。

下图中SAMP端接单片机P3.5，右侧部分的发光二极管为电能脉冲指示信号，TEST插件为的是
方便校表与检测。

图3-17 电能脉冲计量电路
3.3.10 校准
ATT7030A 提供电阻网络校准方式，可以通过调整电压采样通道的电阻值来校准电能表。

系统有效误差可以被校准到1S/0.5S级别。

当输入电流是额定电流（Id），采样电压是0.1V时，ATT7030A 能够在0.1%Id下启动并且将蠕变限制在0.08%Id。

在设计中需要根据条件选择合适的脉冲常数N和计度器变比。

对于炬力三相计量芯片，电表校验脉冲CF1计算公式1：
CF1=1600*Vu*Vi*G*G/Hfreq 式（3.13）其中Vu是参比电压输入下，芯片电压采样管脚上对应的电压，Vi是额定电流输入时芯片电流采样管脚上对应的电压，G是常数0.648（对应于2.4V参考电压），Hfreq为高频输出常数。

CF1另一计算公式：
CF1=N*Un*Ib/3600000 式（3.14）其中N为脉冲常数（又称校表系数），Un为参比电压，Ib为额定电流。

由以上两个公式可得出
Hfreq=5760000000*Vu*Vi*G*G/(N*Un*Ib) 式（3.15）通常Vi取0.1V，根据Un与Ib及脉冲常数N，选合适的Vu（取值围在0.2V至0.6V之间），使Hfreq与表3-3-2中值靠近。

表3-2 Hfreq、Lfreq真值表
Lfreq是驱动计度器每一个管脚的分频系数，它对校验脉冲进行分频，因为计度器每走一步需要两个脉冲，所以计度器的变比应为： N/Lfreq*2
本系统要求：设计一款三相四线表，参比电压220V，额定电流5A，脉
冲常数为400imp/KWh,需计算SCF、S1、S0取值、电压回路的采样电压。

第一步：设Vu=0.5V，Vi=0.1V，电流互感器互感系数为1，则
Un=220V，Ib=1A，
Hfreq =5760000000*0.5*0.1*0.648*0.648/(220*5 *400)
=109938/400
=275
由表3-3-3可得，此时Hfreq选择为256。

第二步：选择计度器变比
本系统因采用单片机处理计数任务，无需计度器，因此计度器变比不需计算。

此时Hreq为256，SCF、S1、S0=000。

第三步：确定采样电压
由公式Vu=Hfreq*N*Un*Ib/(5760000000*Vi*G*G)
=256*400*220*5/(5760000000*0.1*0.648*0.648)
=0.4657
此值在0.2V和0.6V之间，符合设计要求。

第四步：确定分压电阻
分压电阻的选择通常要考虑一下因数：1、分压电阻的功耗，2、分压电阻的耐压值，3、误差可调围。

由于电压回路抗混叠滤波器参数要求。

电压采样回路接地电阻为1.2K，这样分压电阻大约为220*1.2/0.4657=566K，考虑实际中参考电压的不同，一般预留25%的调整围，取样电阻取450K-560K，其中450K左右为固定电阻，110K为可调电阻。

考虑过压一倍能力，固定电阻承受越400V电压，每个贴片电阻耐压50V，固定电阻需要放8颗，每个电阻的阻值为450/8=56K。

若最小调整精度约为0.1%，则最小的可调电阻可取680欧姆。

下表是可调电阻对应的调整精度表。

表3-3 电阻调整精度表
可调电阻680 1.2K 2.7K 4.7K 6.2K 10K 20K 47K
调整精度0.1% 0.2% 0.4% 0.8% 1% 2% 4% 9%
下图是一相用电阻分压式采样的电压输入电路。

图3-18 电阻分压式采样的电压输入电路。