基于LPC916、CS5463的多功能電能表電路

　　0 引言

　　傳統(tǒng)感應(yīng)式電能表用其結(jié)構(gòu)和原理上的制約，通常存在著測(cè)量范圍小，穩(wěn)定性差，精度低等缺點(diǎn)而不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。隨著微電子技術(shù)和單片機(jī)的發(fā)展和普及，新型智能化測(cè)控技術(shù)迅速發(fā)展。以單片機(jī)為核心的電子式電能表顯示了其明顯的優(yōu)勢(shì)。本文采用單片機(jī)作為儀表的主控制器，并由Cirrus Logic公司的電能計(jì)量芯片負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，因而具有性價(jià)比高，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 電路工作原理

　　本設(shè)計(jì)采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，將220 V交流市電整流穩(wěn)壓為模擬、數(shù)字兩路+5 V電壓，為整個(gè)電表電路供電。該系統(tǒng)通過電流互感器檢測(cè)電流信號(hào)，而通過分壓電阻采集電壓信號(hào)，然后將其送入單相功率／電能集成芯片CS5463內(nèi)，并在片內(nèi)完成信號(hào)采樣、計(jì)算和誤差校正等。整個(gè)過程在單片機(jī)PLC916控制下進(jìn)行。其原理框圖如圖1所示。

　　2 專用計(jì)量芯片CS5463

　　CS5463是內(nèi)含兩個(gè)△∑模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、高速電能計(jì)算功能和一個(gè)串行接口的高集成△∑?！D(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。它可以精確測(cè)量和計(jì)算有功電能、瞬時(shí)功率、無功功率、IRMS和VRMS，可用于研制開發(fā)單相2線或3線電表。CS5463可以使用低成本的分流器或電流互感器來測(cè)量電流，并使用分壓電阻或電壓互感器來測(cè)量電壓。CS5463具有與微控制器通訊的雙向串口，其芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。CS5463具有方便的片上AC／DC系統(tǒng)校準(zhǔn)功能。其“自引導(dǎo)”的特點(diǎn)使得CS5463能獨(dú)自工作，并在系統(tǒng)上電后自動(dòng)初始化。在自引導(dǎo)模式，CS5463可從一個(gè)外部EEP-ROM中讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和啟動(dòng)指令。使用該模式，CS5463在工作時(shí)不需要外加微控制器，因此，當(dāng)電表用于大批量住宅電能測(cè)量時(shí)，可降低電表的成本。

　　CS5463可以提供瞬時(shí)電壓／電流／功率數(shù)據(jù)采樣及有功能量、IRMS、VRMS的周期計(jì)算結(jié)果。為適應(yīng)低價(jià)測(cè)量應(yīng)用，CS5463也能在給定引腳上輸出脈沖串，輸出的脈沖數(shù)與有功能量寄存器的數(shù)值成正比。CS5463專為功率測(cè)量進(jìn)行了優(yōu)化，適合于與分流器或電流互感器相連來測(cè)量電流，并與分壓電阻或電壓互感器相連來測(cè)量電壓。為適應(yīng)不同電平的輸入電壓，CS5463的電流通道集成有一個(gè)增益可編程放大器(PGA)，它可使輸入電平滿量程選擇為±250 mVRMS或±50 mVRMS。電壓通道的PGA可適應(yīng)±250 mV的輸入電壓范圍。對(duì)于VA+和VA-兩端接單+5 V電源的情況，兩個(gè)通道的差模輸入引腳間所加的共模信號(hào)電壓為-0.25~+5 V。另外，設(shè)計(jì)時(shí)，還可以在某一個(gè)通道或兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)雙端差模輸入，此時(shí)，其輸入信號(hào)的共模電壓將加在AGND上。CS5463每通道都有一個(gè)高速數(shù)字濾波器，可將兩個(gè)△∑調(diào)制器的輸出衰減10倍并積分。濾波器以(MCLK／K)／1024的字輸出速率(OWR)輸出24位數(shù)據(jù)。為了方便與外部微控制器通訊，CS5463集成有一個(gè)簡(jiǎn)單的三線串行接口。該串口與SPITM和Micro wireTM標(biāo)準(zhǔn)兼容。串口的串行時(shí)鐘(SCLK)和RESET引腳內(nèi)包含有一個(gè)施密特觸發(fā)器，故可允許使用上升速度較慢的信號(hào)。