24位ΔΣ模数转换器CS5360的原理及其应用.pdf

沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 电子式电能表专用芯片 CS5460 及其在电测仪表中的应用 摘 要：介绍了德国 CIRRUS 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。 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 CIRRUS LOGIC 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AT73C500+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、AT73C500+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： VA+=+5V,VA-=0V;VD+=+3V～+5V 或VA+=2.5V,VA-=-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 1 沈阳单片机开发网——帮您精确掌握电子器件的使用细节 ·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 SRAM 2、 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。这些 8 位长度的命令字包括“启动 转换”、“同步调整”、“上电/暂停控制”、“掉电控制”、“校准控制和“寄存器读/写”等命 令。CS5460 内部有 16 个 24 位长度的用户可访问的寄存器。对这些寄存器的访问是根据填 写在“寄存器读/写”命令中的地址进行的。这些寄存器包括“基本配置”、“电流、电压偏 移校准”、“电流、电压增益校准”、“循环计数值 N”、“电能/脉冲转换尺度”、“前次转换的 电流、电压、功率瞬时值”、“前个计算周期的电能、电流有效值、电压有效值”、“时基校准”、 “状态”、“中断屏蔽”等寄存器。 2.2 CS5460的测量数据输出方式 在 CS5460 接收到“启动转换”命令（设置为多计算循环方式）后，电能寄存器和电压、 电流有效值寄存器内的数据，每 N（N 值在循环计数寄存器中设置）次 A/D 转换（等于一个 计算周期）完毕后更新一次。而电压、电流、功率瞬时值寄存器内的数据，则每一次 A/D 转换完毕后便更新一次。应当注意是：CS5460的状态寄存器中的“DRDY”（数据有效）位， 在每个计算周期（N 次 A/D 转换完毕