新軟件在細(xì)密度頻譜儀器儀表里的運(yùn)用
1概述
CS5460A是美國(guó)的CirrusLogic公司用于電子電能表的專用芯片，芯片具有測(cè)量交流的電壓和電流的瞬時(shí)值、有效值、有功功率的功能。由于CS5460A的轉(zhuǎn)換精度可達(dá)0. 2級(jí)，外圍電路無(wú)需運(yùn)算放大器，使用單電源，具有三線式串行接口可很方便地與單片機(jī)接口，且價(jià)格低廉。使用該芯片制作工頻儀表替代目前常見類型的工頻儀表具有廣闊前景。CS5460A主要有如下特性：電能數(shù)據(jù)線性度：在1000： 1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)線性度為0. 1% ；片內(nèi)功能：可以測(cè)量電能（有功） ， I，U， IRMS， VRMS，具有電能-脈沖轉(zhuǎn)換功能；可以不需要微控制器從串行EEPROM智能自引導(dǎo)�。痪哂蠥C和DC的系統(tǒng)校準(zhǔn)功能；具有機(jī)械計(jì)數(shù)器/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；符合IEC687/ 1036， JIS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；功耗< 12mW；優(yōu)化的分流器接口；V對(duì)I的相位補(bǔ)償；
單電源地參考信號(hào)；
簡(jiǎn)單的三線數(shù)字串行接口；
看門狗定時(shí)器；
內(nèi)帶電源監(jiān)視器；
2硬件構(gòu)成和工作原理
2. 1 CS5460A簡(jiǎn)介
CS5460是帶有能量計(jì)算引擎的CMOS單芯片功率測(cè)量裝置。它將兩個(gè)ADC、一個(gè)高速能量計(jì)算單元和一個(gè)串行接口集成在一個(gè)單芯片上。它的內(nèi)部包括一個(gè)可編程增益放大器、兩個(gè)調(diào)制器、兩個(gè)高速數(shù)字濾波器，具有系統(tǒng)校準(zhǔn)、I RMS、VRMS計(jì)算、能量計(jì)算、瞬時(shí)功率計(jì)算等功能。因此它用于精確測(cè)量和計(jì)算電能、瞬時(shí)功率以及電流和電壓的有效值。
輸入電流信號(hào)經(jīng)過一個(gè)可編程增益放大器，進(jìn)入調(diào)制器和高速數(shù)字濾波器，電壓信號(hào)則經(jīng)過固定增益放大器進(jìn)入調(diào)制器和數(shù)字濾波器，兩個(gè)濾波器的字輸出速率可程控，其輸出速率為（ MCLK/ K） / 1024，其中，MCLK為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，K為時(shí)鐘分配器，范圍0- 15.經(jīng)過濾波器輸出的即是電流、電壓的瞬時(shí)值，相乘就得到功率的瞬時(shí)值，每得到一次瞬時(shí)值就是完成一次轉(zhuǎn)換。電流、電壓的瞬時(shí)值經(jīng)過高通濾波器濾掉直流成分后，運(yùn)算得到I RMS、VRMS和電能值。每個(gè)I RMS、VRMS和電能值的計(jì)算周期需要經(jīng)過N次轉(zhuǎn)換，因此電能的計(jì)算周期為（MCLK/ K） / 1024 N.即有效值采樣周期是瞬時(shí)值采樣周期的N倍。
2. 2 CS5460A和STC單片機(jī)組成工頻儀表
2是用CS5460A和STC單片機(jī)組成工頻儀表的電路原理圖，硬件由電流/電壓輸入電路、CS5460A、STC89C51、LED顯示、按鍵和電源模塊等電路組成。首先交流電壓和電流通過精密互感器在R1和R2上形成工頻電壓信號(hào)，通過阻容網(wǎng)絡(luò)分別送至CS5460A的V IN+、V IN-和I IN+、I IN-， CS5460A內(nèi)部硬件可直接得到I RMS、V RMS和P等數(shù)據(jù)存于片內(nèi)的寄存器中，單片機(jī)STC89C51通過SPI三線串口讀取CS5460A各種電參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)軟件處理后送到LED顯示、控制輸出和RS232/ 485接口。
在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，選擇R1和R2的大小，使得CS5460A的V IN+、VIN-和IIN+、IIN-的輸入電壓150mV RMS.CS5460A的中斷輸出INT、復(fù)位輸入RESET、片選信號(hào)CS、串行時(shí)鐘SCK、數(shù)據(jù)輸入SDI和數(shù)據(jù)輸入SDO分別連接STC89C51的P1. 0、P1. 1、P1. 2、P1. 3、P1. 4口。硬件電路圖見3.
3軟件構(gòu)成和程序設(shè)計(jì)
3. 1 S5460A的控制命令字
CS5460A的SPI串行接口含有一個(gè)發(fā)送/接收緩沖器的狀態(tài)機(jī)，一個(gè)完整的控制命令字需傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，第1個(gè)字節(jié)為寄存器讀寫命令，后3個(gè)字節(jié)為讀寫數(shù)據(jù)，共需要單片機(jī)向CS5460A發(fā)送32個(gè)SCLK時(shí)鐘信號(hào)，狀態(tài)機(jī)在頭8個(gè)SCLK周期的上升沿解釋命令字，具體時(shí)序如。
寄存器讀/寫命令：
0 W/ R RA4 RA3 RA2 RA1 RA0 0這個(gè)命令通知狀態(tài)機(jī)需要對(duì)寄存器進(jìn)行訪問，在8個(gè)SCLK時(shí)鐘周期內(nèi)，地址寄存器的讀取被加載到輸出緩沖區(qū)，在第24個(gè)SCLK時(shí)，寫人數(shù)據(jù)被傳輸?shù)捷斎刖彌_區(qū)。
其中：W/R：寫入/讀取控制0=讀取寄存器1=寫入寄存器RA0 RA4：寄存器地址位在實(shí)際操作時(shí)只需對(duì)CS5460A的內(nèi)部寄存器直接讀寫各種命令和數(shù)據(jù)就可以獲取我們所需要的電流有效值、電壓有效值和有功功率等。
3. 2程序設(shè)計(jì)
STC89C51單片機(jī)復(fù)位后，首先要對(duì)CS5460A進(jìn)行復(fù)位和初始化，復(fù)位工作分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位二種，硬件復(fù)位就是給CS5460A的RESET腳一個(gè)低電平脈沖；軟件復(fù)位是一個(gè)命令字。初始化包括：直流I/U偏移量校正、交流I/U偏移量校正、I/U增益校正、P偏移量校正、配置寄存器設(shè)定等幾個(gè)步驟。
是儀表的程序流程圖。
CS5460A要設(shè)置有效值轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷輸出模式，一旦有效值測(cè)量完畢，即向單片機(jī)輸出中斷信號(hào)，單片機(jī)即可向CS5460A發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令，直接讀出各種數(shù)據(jù)。IRMS的寄存器地址是01011B， VRMS的寄存器地址是01100B， CS5460A內(nèi)部還有能量寄存器E， E的寄存器地址是01010B， 1秒鐘的能量和即為功率P.功率因數(shù)的測(cè)量可利用公式COS = P/ IU計(jì)算得出。
4結(jié)論
該芯片已成功制作成了電參數(shù)測(cè)量?jī)x，并成功用于我校的電工實(shí)驗(yàn)的交流電壓、電流、功率和功率因數(shù)的測(cè)量。實(shí)踐證明其測(cè)量精度達(dá)到0. 2級(jí)，具有成本低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高的特點(diǎn)。中國(guó)糧油儀器網(wǎng) http://www.pfyin.com/
