基于SPI總線和ADE77xx專用芯片的三相多功能電度表的原理與應(yīng)用
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① 支持有功/無功/視在功率、電壓有效值、電流有效值和采樣波形數(shù)據(jù)以及功功率的感性和容性。
② 有功能量測(cè)量精度在動(dòng)態(tài)范圍1～1000、＠25℃條件下測(cè)試，高于±0.1％。
③ 二路脈沖輸出，一路有功功率，另一路可編程無功功率或視在功率輸出。
④ 功率、相位、rms可補(bǔ)償校正。
⑤ 片內(nèi)可編程欠電壓門檻和過電壓檢測(cè)。
⑥ 過電流檢測(cè)和峰值電流檢測(cè)。
⑦ 電壓過零檢測(cè)周期或頻率；
⑧ 相序檢測(cè)和相位補(bǔ)償，電源電壓監(jiān)視；
⑨ 內(nèi)部具有硬件電路的“加，乘，平方，開方，積分，低通濾波，高通濾波，補(bǔ)償校正等運(yùn)算。
⑩ SPI接口＋中斷（IRQ）輸出與CPU接口，SPI接口中有數(shù)據(jù)輸入（DIN），數(shù)據(jù)輸出（DOUT）、時(shí)鐘（SCLK）和片選（CS）等4個(gè)引腳，一個(gè)中斷（IRQ）輸出引腳。
11 具有中斷屏蔽寄存器和中斷標(biāo)志位寄存器，當(dāng)相應(yīng)屏蔽位打開，相應(yīng)功能完成時(shí)即產(chǎn)生中斷，并將對(duì)應(yīng)的中斷標(biāo)志位置“1”，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后即可讀取ADE7758相應(yīng)功能寄存器中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀取后，由CPU進(jìn)行處理并清除ADE7758中的中斷標(biāo)志位。
中斷源共有19種；
功率累計(jì)積分達(dá)到寄存器滿量程的一半時(shí)產(chǎn)生中斷，含有功、無功、視在功率；
A、B、C三相中任一相電壓低于欠電壓溫度閥值時(shí)產(chǎn)生中斷；
A、B、C三相中任一相電壓過零超時(shí)，相當(dāng)于頻率失調(diào)時(shí)產(chǎn)生中斷；
A、B、C三相中每相電壓過零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生中斷，用于測(cè)量頻率或周期；
能量累加寄存器半周期積分結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷；可讀取電能；
電壓或電流峰值超過時(shí)產(chǎn)生中斷，用于過壓檢測(cè)和過流檢測(cè)；
波形寄存器中出現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生中斷；
有功電能符號(hào)改變時(shí)（發(fā)電/受電變化時(shí)）產(chǎn)生中斷；
無功電能符號(hào)改變時(shí)（感性/容性無功電能）產(chǎn)生中斷；
三相相序錯(cuò)時(shí)產(chǎn)生中斷。
對(duì)ADE7758使用時(shí)采用中斷后讀數(shù)同步性較好，該芯片在完成某項(xiàng)功能或檢測(cè)異常時(shí)才產(chǎn)生中斷，中斷產(chǎn)生時(shí)，相應(yīng)寄存器中的數(shù)據(jù)已經(jīng)就緒，不宜采用CPU定時(shí)讀取ADE7758
寄存器中存放的數(shù)據(jù)，前者是同步讀數(shù)，后者是異步讀數(shù)。如要提高測(cè)量精度，建議使用外接高精度基準(zhǔn)電壓芯片。
1.4 SPI總線
SPI總線是一種高速同步串行總線，兩個(gè)芯片之間的數(shù)據(jù)速率可達(dá)幾兆bps。我們用5Mbps傳送。ADE7758與CPU之間有3個(gè)引腳，由于傳送速率較高，因而二芯片必須靠近，只能布置在一塊印制板內(nèi)，故名“板內(nèi)總線”，且數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線之間最好用地線隔開，避免線間串?dāng)_。其原理框圖如圖4所示。
圖4 SPI總線原理圖
使用SPI總線要注意的是數(shù)據(jù)傳送速率與印制板布線兩個(gè)問題。
2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)與峰谷用電、分時(shí)計(jì)費(fèi)
用SPI總線、ADE7758專用芯片、CPU組成的多功能電度表，容易達(dá)到0.5級(jí)精度，但電能計(jì)量的精度與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性有密切關(guān)系，選擇內(nèi)置晶體的RTC價(jià)格較貴，若晶體外置則要考慮晶體的穩(wěn)定性或采取必要的溫度補(bǔ)償措施。
這種多功能三相智能電表，通過鍵盤設(shè)定，LCD顯示，人—機(jī)界面友好，容易實(shí)現(xiàn)峰谷用電，分時(shí)計(jì)費(fèi)，適用于智能成套開關(guān)柜和各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防的三相電度計(jì)量、收費(fèi)。
3 結(jié)束語
ADE7758計(jì)量芯片與8位或16位單片微機(jī)組合成三相多功能電度表，容易實(shí)現(xiàn)0.5級(jí)的高精度，若使用0.1％線性度的電壓互感器和電流互感器、具有溫度修正的RTC可實(shí)現(xiàn)0.2級(jí)精度。
這類電度表精度高，可靠性好，使用鍵盤設(shè)定和LCD（128×64點(diǎn)陣）顯示，漢字提示，界面友好，同時(shí)具有聯(lián)網(wǎng)功能和電能脈沖輸出，給用戶帶來極大的方便，在具有現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)的智能成套柜中，可直接將各種數(shù)據(jù)上傳給中央控制室。
這種電表具有峰谷用電、分時(shí)計(jì)費(fèi)功能，24小時(shí)內(nèi)可分8小時(shí)段計(jì)費(fèi)，可節(jié)約用電、平衡用電，提高電能的使用效率，符合我國節(jié)能降耗的國策，應(yīng)大力推廣使用。
ADE7758是AD公司1999年推出的芯片，06年又推出ADE7762，ADE7752B三相電能計(jì)算芯片；單相電度表也推出ADE71XX系列（具有防竊電功能）和ADE75XX系列，且將計(jì)量芯片與MCU（8052核心）組合成一個(gè)芯片，其造價(jià)更低，性能更好。我們應(yīng)利用這類芯片，開發(fā)出價(jià)廉物美的智能型電度表。
參考文獻(xiàn)
1 High Performance,Enhanced Flash Microcontrellers With 10-Bit A/D PIC18FXXX PIC micro 18FXXXX MCU系列參考手冊(cè).
2 Analug Device,Inc ADE7758 Poly Phase Multi-Function Energy Metering IC With Per Phase information.
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評(píng)論