如何用程序控制cs5460测量电压有效值

通常，工程上测量有效值，是使用真有效值转换器把任意波形而且是较宽频率范围内的交流电压转换为与其有效值相等的直流电压。常见型号有AD536、AD736、AD737、AD637、LT1088、LTC1966等。用真有效值转换器完全不需虚正要同步，只需把交流电压调整在真有效值转换器的额定输入范围之内，然后测量其输出的前猛直流电压即可。如果是特定的波形例如正弦波，测慧誉桥得峰值后乘以0.707即可。

1、电流互感器输出（5A）加一个50mΩ的取样电阻，满量程输出为250mV。

2、取样电阻输出连接到两片8选1模返此仿拟开关CD4051的输入。

3、两片CD4051的输出分别连接AD转换器CS5460的电压输入及电流输入通道，CS5460增益均选择10倍。扒宽

4、单片机与CD4051的片选及AD的串行通讯接口等连接，控制AD转换并读取数据。

5、漏纤单片机与74HC164串行通讯，输出并行数据采用扫描方式控制LED共阴极数码管。

基于电能计量芯片CS5463A

的电子式电能表的设计

摘要：针对目前应用需求设计了一款新型多功能电子式电能表。本文主要介绍该电能表的主要功能以及

所采用的电能计量芯片CS5463A的特性、工作原理以及在丛灶吵电子式电能表中的应用电路，最后介绍了CS5463A

芯片通讯接口的实现。

Abstract Aim at the currently need of the multi-function Watt-hour meter,a new multi-function Watt-hour meter

was designed.This paper introduces the main function of the Watt-hour meter and the functional speciality,working

principle and application electric circuit of its used energy IC CS5463A.This paper finally introduces the realization of

the communication interface of CS5463A.

关键词：电子式电能表专用芯片CS5463A电量测量SPI总线

Key words:Electronic Watt-hour meter ASIC CS5463A Measure energy SPI bus

1、引言

电能计量作为计量工作的一个重要组成部分，是

电力企业生产经营管理及电网安全运行的重要环节，

其技术水平不仅事关电力工业的发展和电力企辩芹业的形

象，而且影响电能贸易结算的公平、公正和准确、可

靠，关系到电力企业、广大电力用户的利益。

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（Integratecircuit）厂家不失时机的

推出了各种电子式电能表专用芯片。目前国内较为常

本文基于电能计量芯片CS5463A设计了一种电子

式多功能电能表。该表可计量正反向有功电能、正反

向无功电能、四象限无功电能；能够测量A、B、C各

相电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、功

率因数、相角、频率；计量正反向有功需量及8费率

分时需量；能分时计量最多8费率的电能量及需量数

据；计量变压器铜损、铁损；具有电能冻结功能、显

示与抄表功能、监控与事件记录功能、自检功能、负

荷曲线记录功能、权限与安全管理功能、IC卡参数设

置功能；具有两路独立的RS485通信接口，一路红外

光通信接口。

2多功能电子电能表的设计

本文所设计的多功能电子式电能表原理框图如图

1所示。该电能表由电流互感器、专业电能计量芯片

CS5463A、计量微处理器、管理微处理器、实时时钟、

数据接口设备（如通信接口、IC卡接口）和人机接口

设备组成（如按钮、LCD显示）。

电网电压经过电压分压电路转换成小电压信号输

入到CS5463A的电压通道输入脚，电网电流经过电流

互感器转换成电流小信号，再通过电流采样电路得到

小电压信号输入到芯片的电流通道输入脚。CS5463A

将转换后得到的信号进行数字处理并计算测得电网电

压、电流、功率等数据，再通过一个SPI口与计量微

处理器进行通渗侍信，将测量到的数据传输到计量微处理

器进行处理，如计算功率因数角、频率；判断有功无

功功率方向、电压是否逆相序；进行数制转换等。

计量微处理器与管理微处理器也是通过一个SPI

口进行通信，计量微处理器将以上数据处理结果传到

管理微处理器进行一系列功能实现，如电量累加、最

大需量计算、监控与事件记录等功能。

引导”的特点使CS5463A能独自工作，在系统上电后

自动初始化。在自引导模式中，CS5463A从一个外部

EEPROM中读取校准数据和启动指令。它内部带有温

度传感器，具有温度误差补偿、电压下降检测、相位

补偿等功能。

3.2 CS5463A的工作原理

CS5463A的XOUT、XIN为晶振输入输出脚，为

系统提供时钟，也可以通过XIN引入外部时钟；SCLK

为串行通信的时钟信号；SDO、SDI为串行通信的输

出输入脚；VIN+、VIN-为电压通道的输入引脚；IIN+、

IIN-为电流通道的输入引脚；PFMON为电压下降检测

脚。

CS5463A是具有功率计算引擎和电能-脉冲转换

功能的双声道ADC。电压通道输入引脚VIN±两端输

入电压信号，经10倍增益放大器放大，再通过二阶

调制器数字化；同时，电流通道输入引脚IIN±两端

输入电压信号。为适应不同电平的输入电压，电流通

道集成有增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量

程可选择为±250mVrms或±50mVrms。通道数据再通

3.3 CS5463A的外部引脚电路

图2为CS5463A的典型应用电路图。电网电压经

过电压采样电路得到小电压信号输入到CS5463A的电

压通道输入引脚。电压采样电路由R205、R206、R207、

R208、C205组成。电压采样电路由精密电阻网络及滤

波电容组成。为了保证精度，采样电阻全部采用高稳

定度的精密电阻，误差为25ppm。电流互感器的电流

信号经过电流采样电路将电流信号转换为小电压信号

输入到CS5463A的电流通道输入引脚。电流采样电路

由R213、R201、R202、R203、R204、C207、C210、R209、

C206组成。C205、C207、C210起滤除高频谐波分量

的作用；R209、C206起滤波和抗混叠的作用；D201、

D203为输入保护器件，防止由于输入电压过高而造成

CS5463A的损坏。】

SDO输出将保持高阻抗；SCLK是控制数据输出AD转

换器或输入AD转换器的串行位时钟，在SCLK的电

平转换能被端口识别之前，CS必须被置为逻辑0，为

了和光耦合器相匹配，SCLK的输入端集成了一个施

密特触发器，以允许使用上升和下降时间较长的光电

耦合器直接驱动管脚。

另外，SDO具有吸收和输出5mA电流的能力，可

以直接驱动光电耦合器的LED，在吸收或输出5mA电

流时，SDO的驱动电压损失小于400mA。

一次数据的传输总是从向串口（SDI脚）发送有

效的8位命令（MSB位先）开始的。需要注意的是有

些命令的执行需要使用变换次数寄存器和配置寄存器

中的信息，首先向这些寄存器写入正确的信息对于这

类命令很重要的。当命令中包括写入 *** 作时，在下面

24个SCLK周期内串口将持续从SDI脚读入串行数据

（MSB位先）。当发送读取命令时，串口将根据发出的

命令在下面的8、16或24个SCLK周期从SDO管脚上

串行输出寄存器内容。当读取寄存器数据时，允许微

控制器发出新的命令，新的命令将立即被执行并可能

结束寄存器的读取。在数据从SDO口移出时，在SDI

上出现的SYNC0命令（NOP）应当被禁止。

本文使用CS5463A设计的电子式多功能电能表性

能稳定、功能丰富，可用于发电厂、变电站、各种企

事业单位有功、无功电量计量。它是新一代电子式电

能表的代表，有着非常广阔的应用前景。

参考文献

1 CS6463A计量芯片用户使用手册.

2三菱单片机M16C/62P Group用户使用手册.

3日立单片机H8/3827用户手册.

4李晓轩.电子式电度表单芯片片上系统CS5460.电测

与仪表，1999，11.

5胡伟编著.单片机C语言程序设计及应用实例.人民邮

电出版社.

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