带有串行接口的功率_电能计量芯片CS5460及其应用

CS5460 是CR YSTAL 公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/ 电能计量集成电路芯片, 该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755 更容易实现与微处理器的连接。用CS5460 可以方便的组成多功能电子式电度表和分布式电能计量管理系统。本文详细地介绍了CS5460 的功能和使用方法。

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《国外电子元器件》2000年第7期2000年7月

●新特器件应用

带有串行接口的功率/电能计量芯片

CS5460及其应用

长春水利电力高等专科学校

贾振国

许琳

徐惠基

CS5460Power/EnergyMeasurementICwithSPIandItsApplication

JiaZhenguo

Xulin

XuHuiji

摘要:CS5460是CRYSTAL公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/电能计量集成电路芯片,该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755更容易实现与微处理器的连接。用CS5460可以方便的组成多功能电子式电度表和分布式电能计量管理系统。本文详细地介绍了CS5460的功能和使用方法。

关键词:CS5460;串行接口;功率/电能;计量;应用分类号:TM933.4文献标识码:B文章编号:1006-6977(2000)07-0008-03

1.概述

CS5460是CR。与目前在电子式电度表应用中广泛使用的AD7750和AD7755(见《国外电子元器件》1999年第3期文章)相比较,CS5460增加了以下功能:

●具有片内看门狗定时器(WatchDogTimer)与内部电源监视器;

●具有瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电流有效值、电压有效值、功率有效值测量及电能计量功能;

●提供了外部复位引脚;●双向串行接口与内部寄存器阵列可以方便地与微处理器相连接;

●外部时钟最高频率可达

20MHz;

、能量计算—频率转换器、寄存器阵列和、数字信号处理单元,其内部结构框图如图1所示。2.2引脚排列及功能

CS5460的引脚排列如图2所示。各引脚的功能

如下:

1脚XOUT:晶体振荡器输出;2脚CPUCLK:CPU时钟输出;3脚VD+:数字电路电源正极;4脚DGND:数字地;5脚SCLK:串行时钟输入;6脚SDO:串行数据输出;7脚CS:片选;

●具有功率方向输出指示。

这些增加的功能更加便于与微处理器(MPU)接口,并能方便地实现电压、电流、功率的测量和用电量累积等功能。

2.基本结构与技术指标

2.1内部结构

CS5460内部集成了两个

图1CS5460内部结构框图

CS5460 是CR YSTAL 公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/ 电能计量集成电路芯片, 该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755 更容易实现与微处理器的连接。用CS5460 可以方便的组成多功能电子式电度表和分布式电能计量管理系统。本文详细地介绍了CS5460 的功能和使用方法。

带有串行接口的功率/电能计量芯片CS5460及其应用

图3

图2

引脚排列图

读周期时序图

只需要3条线就可以完成串行口的操作,通过实验还发现,如果将串行数据输入SDI和串行数据输出SDO连在一起,同样可以进行串行通讯,而且仅需要两条接口线,这对于使用AT89C1051和AT89C2051的系统是极为有利的。

SDI发,,串口将持续从SDI。当发出一个读取命令时,串口将根据发出的命令,在其后的8、16、24个SCLK周期从SDO引脚上串行输出寄存器内容。图3所示为读寄存器的时序。3.2内部寄存器分配

CS5460内部集成了包括偏置寄存器、增益寄存器、脉冲速率寄存器和参数寄存器等16个寄存器,还集成了串行口发送寄存器、串行口接收寄存器和一个命令解释状态机,这些寄存器用来完成对CS5460的设置、采集数据的存储和串行输入输出的控制,CS5460内部寄存器分配图如图4所示。

8脚NC:空脚;

9脚VIN+:差分电压正输入端;10脚VIN-:差分电压负输入端;11脚VREFOUT:参考电压输出;12脚VREFIN:参考电压输入;13脚VA-:模拟地;14脚VA+:模拟电源正极;15脚IIN-:;16脚IIN+:;17脚PFMON:电源掉电监视输出;18脚NC:空脚;

19脚RESET:复位输入;20脚INT:中断输出;21脚EOUT:电能脉冲输出;22脚EDIR:功率方向指示输出;23脚SDI:串行数据输入;24脚XIN:晶体振荡器输入。2.3主要技术指标

●差分电压输入范围:150mV;●温度系数:<60ppm/℃;●功率消耗:<10mW;

●电能计量精度:在300∶1动态范围以上每秒读取0.1%;●电压测量精度:读数的0.1%;●电流测量精度:读数的0.1%;●瞬时功率测量精度:读数的0.1%。

3.串行接口及其操作

3.1串行接口

CS5460的串行口包括4条控制线:CS、SDI、SDO、SCLK,如果片选CS直接与逻辑0相连接,则

图4

CS5460内部寄存器分配图

CS5460 是CR YSTAL 公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/ 电能计量集成电路芯片, 该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755 更容易实现与微处理器的连接。用CS5460 可以方便的组成多功能电子式电度表和分布式电能计量管理系统。本文详细地介绍了CS5460 的功能和使用方法。

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传输到输入缓冲区。

其中:

W/R:写入/读取控制

0=读取寄存器1=写入寄存器RA0～RA4:寄存器

地址位

4.CS5460的应用

4.1电度表

CS5460可以用来测

量瞬时电流、瞬时电压、瞬时功率、电能以及电压

图5

CS5460典型应用电路简图

在系统初始化或复位后,CS5460内部寄存器初始化为以下状态:

配置寄存器:0X000001偏置寄存器增益寄存器脉冲速率寄存器:0X0FA000

周期计数寄存器:0X000FA0时基寄存器:0X800000状态寄存器:0X000001屏蔽寄存器:0X000000有符号寄存器:0X000000

无符号寄存器:0X0000003.3命令解释及操作

对CS5460的操作是通过向其传输命令字来实现的,CS5460提供了寄存器的读/写和校准控制等在内的7个操作命令,所有的命令长度均为1个字节(8位)。命令状态机在SCLK的上升沿解释8位命令字,它将命令字解释为公认的标准,同时为数据的传输作好准备。本文仅以寄存器读/写命令为例加以简要说明,详细内容请参考CS5460用户手册。

寄存器读/写命令:

,测量结

24,EDIR,因而可以表。当晶振的频率为4.096MHz,分频比为1,且两个转换器的直流输入皆为最大值时,输出脉冲的频率与脉冲速度寄存器的频率相同。

图5所示为一个典型的电度表电路,它的基本电流有效值Ib=20A,相线电压有效值V=220V

(50Hz),计量常数K=500imp/kWh,假定最大电流

有效值为Imax=100A,最大电压有效值为Vmax=300V,根据CS5460的差分电压输入和差分电流输入最大值为150mV的技术指标,则电流和电压通道互感器的变比Ki、Kv分别为1/10000和1/

2000。

当选取电流互感器二次侧最大电流为10mA

Ω。时,二次侧取样电阻R1的值应为15

4.2由CS5460构成的分布式电能计量控制系统

目前我国高校学生公寓普遍采用限电措施来控制学校电能利用,公寓管理社会化后,限制学生用电将改为鼓励学生安全用电,从而将采用限制安全功率、限制基本电费、超量收费的形式。为了适应市场的需要,我们采用CS5460设计了分布式电能控制系统,实现了公寓用电管理的分散控制和集中管理。图6是由CS5460构成的分布式电能计量控制系统图。该系统的特点是:

●单线(或电力载波)传输,减少了(

下转16页)

这个命令通知状态机需要对寄存器进行访问,

在8个SCLK时钟周期内,地址寄存器的读取被加载到输出缓冲区,在第24个SCLK时,写入数据被

CS5460 是CR YSTAL 公司最新推出的带有串行接口的单相双向功率/ 电能计量集成电路芯片, 该芯片比目前比较流行的电子电度表芯片如AD7750、AD7755 更容易实现与微处理器的连接。用CS5460 可以方便的组成多功能电子式电度表和分布式电能计量管理系统。本文详细地介绍了CS5460 的功能和使用方法。

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3.3V双输出电压用于系统的PCI槽。当PCI

槽用于调制解调器时,需要用3.3V双电压。假若系

统调制解调器接收数据时需要从休止状态转到激励态,则PCI槽必须使用双电压供电,因为这时主电源是关断的。不需要双电源的其他槽,而可用控制信号进行配置。

3.3V双电压由MOSFET开关管Q3和Q4

(一个来自3.3V主电压,另一个来自5V待机电压)

稳压器导通,从5V待机电压产生一个稳压的3.3V。与其他双电压一样,MOSFET管Q1必须按图3所示的那样连接,以免反馈。

外部MOSFET和内部线性稳压器的状态由

SLP-S3#和PWROK信号线及另外的SLP-S5#信号线控制。当SLP-S5#无效且外部MOSFET和内部线性稳压器都关断时,在3.3VSDRAM线上没有输出电压。

产生,见图3。当主电源存在时,MOSFET管Q3导通,故输入和输出连接在一起。当主电源不存在时,MOSFET管Q4由RC5060控制做为一个线性稳压器,从5V待机电压中产生3.3V稳压电压。和5V双电压一样,MOSFET管Q3必须按图3所示的那样连接,以免反馈。

MOSEFT的状态由SLP-S3#和PWROK信

假若SLP-S5#信号线有效,则3.3V

SDRAM输出接通。在此条件下,假若SLP-S3#

或PWROK任一信号线或它们双双无效,则线性稳压器导通,而MOSFET关断。只有当SLP-S3#和PWROK信号线都有效时,才能使MOSFET导通而使线性稳压器关断。

3.42.5V双输出电压

2.5VRAM总线供电。只有

号线控制。当SLP-S3#和PWROK双双有效时,

主开关接通,而线性稳压器关断。假若任一个控制信号线无效,则主开关关断,3.33.3VSDRAM3.3VSDRAMSDRAM存储

NPN双极型晶体管Q2产生(做为线性稳压器),它是通过3.3V主电压和RC5060内部线性稳压器从5V待机电压中产生的。当主电源存在时,NPN三极管Q2线性稳压器导通;而当主电源不存在时,内部线性稳压器导通。注意Q2不能用MOSFET代替。

2.5V双输出电压的控制方法与3.3V

SDRAM输出电压时相同。

器供电。大多数系统需用此电源。采用RAM总线的系统也可以用SDRAM电源。

3.3VSDRAM电压由一个来自3.3V主电源的外部MOSFET开关和一个内部来自5V待机电压的线性稳压器产生(见图3和图2)。当主电源存在时,做为开关的MOSFET管Q1导通,导致输入和输出连接在一起。当主电源不存在时,内部线性

(上接10页)工程施工量和线路造价。

咨询编号:000704

●前端采用AT89C2051系列单片机和CS5460芯片,实现了功率、电流、电压检测和电能计量等功能,性能价格比高,运行稳定可靠。

●采用RS485(或CAN总线)通讯标准,传输

距离远,易于组网。

●可对用电功率、电流、电量进行集中监测和控制。

参考文献:

1.CRYSTAL公司产品资料.1999.10

2.何立民《.单片机应用技术选编》1-7.北京航空

航天大学出版社3.沈金官《.电网监控技术》.中国电力出版社

1997.6

4.王福瑞《.单片微机测控系统设计大全》.北京航

空航天大学出版社.1998.45.采用AD7750的电度表设计《.国外电子元器

件》.

1999.3咨询编号:000702

图6

CS5460分布式控制系统图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/23k4.html