【文章內(nèi)容簡介】 壓偏移寄存器 CS5460 實現(xiàn)瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率的測量 , 電壓和電流通道輸入信號被送到 cs5460 功率計算單元，由輸入 的瞬時電壓值和瞬時電流值計算得到瞬時功率值，同時還可以通過輸入的瞬時電壓值和瞬時電流值得到電壓和電流的有效值。 CS5460 的串行接口部分集成了一個帶有發(fā)送／接收緩沖器的狀態(tài)機，狀態(tài)機在 SCLK 上升沿解釋 8 位命令字。根據(jù)對命令的解碼，狀態(tài)機將執(zhí)行相應(yīng)的操作，或者，為把尋址的內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)傳送到發(fā)送緩沖區(qū)，寫操作在數(shù)據(jù)傳輸前要等 24個 SCLK 周期。通過寄存器讀／寫命令，數(shù)據(jù)可被寫入或從 CS5460A中讀出，圖 圖 3為讀、寫時序。數(shù)據(jù)的讀、寫通過向串口 SDI 引腳寫入相應(yīng)的 8 位命令字（高位在前）來啟動。需要 注意的是：一些命令字在執(zhí)行時受周期計數(shù)寄存器和配置寄存器內(nèi)容的影響，需要先對周期計數(shù)器和配置寄存器內(nèi)容進行正確設(shè)置。寄存器寫指令后必須跟 24 位數(shù)據(jù)，先寫命令字啟動寫操作，然后河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 隨著 24個連續(xù)的串行時鐘脈沖， CS5460A將從串行輸入引腳 SDI接收串行數(shù)據(jù)，一旦收到數(shù)據(jù)，狀態(tài)機便將數(shù)據(jù)寫入配置寄存器并返回到命令模式。寄存器讀指令可以終止在 8位的邊界上。通過 SDI 引腳寫入命令后，可從 SDO 引腳讀出數(shù)據(jù) 電壓、電流有效值可直接從電壓有效值寄存器、電流有效值寄存器中讀取。 而由于計算周期設(shè)為 1s,電能寄存器 中的電能值即為有功功率值 ,因此有功功率值可直接從電能寄存器中讀出。功率因數(shù)可由公式 COSφ =P/(UI)得出。 頻率的測量 :將循環(huán)計數(shù)寄存器的 N 值改變?yōu)?1,此時電壓、電流瞬時值數(shù)據(jù)的刷新率為 4000Hz,這就為通過軟件進行信號過零判斷創(chuàng)造了條件。頻率測量的具體方法是：通過一個過零函數(shù)來記錄電壓信號正向過零次數(shù) ,并同時記下讀取數(shù)據(jù)次數(shù) ,如果取 10個周期的平均時間為實測周期時間 ,那么當(dāng)記到第 11次正向過零時 ,停下來算出每個周期內(nèi)讀取數(shù)據(jù)次數(shù) ,默認兩次讀取數(shù)據(jù)的時間差為250μ ,便可算出頻率。 四 ． 硬件電路設(shè)計 單相電度表的工作原理： （ 1)前端電路調(diào)理模塊 把所輸入的大電壓電流信號轉(zhuǎn)變成 CS5460 可接受的小電壓信號 ，以差模電壓或電流的形式輸入進去 。 （ 2)由 VIN+ , VIN 輸入的 差模 電壓模擬信號由Σ模擬 — 數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換 ,獲得瞬時電壓，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號被送入功率計算器。由 VIN + , VIN 輸入的 差模 電流模擬信號同樣由Σ模擬 — 數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換 , 獲得瞬時電流，轉(zhuǎn)換后的信號也被送入功率計算器。 3） CS5460 根據(jù)采 樣電路輸入的瞬時電壓、瞬時電流計算出瞬時功率 ,然后把瞬時電壓、瞬時電流及瞬時功率由雙向串行接口傳送給單片機 STC89C52。 4)單片機根據(jù)程序指令顯示測量結(jié)果，也可輸入程序通過累加計算出能量。 該系統(tǒng) 各個模塊芯片引腳連接情況如下圖所示： 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） CS5460 STC89C52 液晶顯示 前端電路調(diào)理模塊 CS5460 的 IIN+,IIN接分流器的兩端 RS 的兩端，借助 RS 測量流過負載的電流。 RS 的選取須保證在最大允許電流負荷下，其采樣電壓值不超過正負 150MV。CS5460 的 VIN+,VIN接由 R1,R2 組成的電阻分壓器 R1的兩端，將被測信號電壓通過電阻 R1， R2 的阻值比不同，將其換算到 不超過正負 150MV 的電壓范圍內(nèi)，從而以差模信號的形式加到 CS5460 芯片的差模信號輸入端。本電路圖中取R1=200,R2=500K,得到其變比系數(shù)為 2500。類似，取 RS=110K,將電流以差模電流的形式輸入到 CS5460 芯片中。如圖 。 N L 圖 前端電路調(diào)理模塊 SCLK VIN+ SDO VIN SDI IIN+ CS IIN RESET INT CS SDI SCLK 前 端 電 路 調(diào) 理 模 塊 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 電能芯片 CS5460 模塊 經(jīng)調(diào)理 電路的調(diào)理的電壓信號，電流信號通過 IIN+,IIN,VIN+,VIN接口送入電能表芯片 CS5460， 芯片被初始化后開始工作，電流電壓通道的采樣信號被片內(nèi)放大器放大，經(jīng)內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在通過高通濾波器消除直流分量 ， 并由計算引擎 計算出瞬時功率，在此過程中也可以算出瞬時電壓，瞬時電流，根據(jù)采樣頻率的設(shè)定值可以計算出電能值，電流有效值，電壓有效值，并將其存入相應(yīng)的寄存器中，然后將單片機與其相連，從而將芯片寄存器中的電能值，電壓有效值，電流有效值讀出，并送于液晶顯示 單片機與 CS5460 的連接圖如圖 ： CS5460 STC89C52 圖 單片機 STC89C52 與 CS5460 的連接圖 單片機 STC89C52 模塊 本次系統(tǒng)設(shè)計中采用的是 C52 單片機，是 C51 單片機的增強版，其引腳及其功能與 C51 單片機類似，其引腳圖如下所示 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） STC89C52 液晶 顯示模塊 本次設(shè)計的單相電度表中，單片機通過液晶的串口向液晶寄存器寫命令，進而實現(xiàn)對液晶顯示的控制 ，圖 是單片機與液晶模塊連接圖。 該模塊用于顯示電壓，電流和功率。通過讀取顯示的數(shù)值再乘以變比系數(shù)則可以得到被測器件真實的電壓，電流和功率值。 在本次設(shè)計系統(tǒng)中 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 五．程序設(shè)計 單片機 C51程序 設(shè)計 的優(yōu)點 因為本次系統(tǒng)設(shè)計中雖然采用 C52單片機，但鑒于其二者引腳功能基本一致，故采用 C51 的編程方法即可。 現(xiàn)在有許多可以對 80C51 單片機硬件進行操作的 C 語言，它們通常統(tǒng)稱為C51。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大時，設(shè)計人員都趨于采用 C 語言，這是因為 C 語言具有良好的可讀性、易維護性、可移植性和硬件操作能力。采用 C51 進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)的程序開發(fā)，編譯器能自動完成變量的存儲單元的分配，編程者可以專注于應(yīng)用程序的設(shè)計，可以對常用的接口芯片編寫通用的驅(qū)動函數(shù)，對常用的功能模塊和算法編寫相應(yīng)的函數(shù)，可以方便地進行信號處理算法和程序的移植等等，從而加快了單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)速度。 目前， C51 的代碼長度已經(jīng)達到了匯編程度水平的 倍 倍。當(dāng)代碼長度超過 4KB 以上時， C51 比匯編語言具有較為明顯的優(yōu)勢。另外，還可以借助于仿真器，對應(yīng)用程序的關(guān)鍵代碼進一步進行優(yōu)化，以減少代碼的長度，提高運行的速度。同時，由于單片機生產(chǎn)工藝的發(fā)展，單片機的運行速度和內(nèi)部存儲器河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 容量都有了較大的提高，這些都為 C51 應(yīng)用程序的應(yīng)用創(chuàng)造了更為有利的條件。 ： STC89C52 的 INTO 接到 CS5460 的 INT 端，當(dāng)有中斷申請時，通過讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器，以獲得 CS5460 的工作情況，經(jīng)判斷執(zhí)行相應(yīng)的處理程序。 CS5460 驅(qū)動程序 CS5460的設(shè)置和啟動 步驟： 1） 復(fù)位 CS546，對 CS5460的復(fù)位腳發(fā)復(fù)位脈沖，脈沖不少于 10MS。 2） 寫同步控制命令字。 3） 從外部存儲器讀原來保存的校準(zhǔn)值，并將讀出的值寫入相應(yīng)的校準(zhǔn)寄存器。 4） 寫控制寄存器，設(shè)置各寄存器參數(shù)。 5） 清狀態(tài)寄存器。 6） 啟動 CS5460A開始轉(zhuǎn)換。 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 7） 讀 CS5460A的 AD轉(zhuǎn)換值或計算結(jié)果。 讀寫 CS5460 步驟： 1） 讀能量寄存器。 2） 讀電流有效值寄存器。 3） 讀電壓有效值寄存器。 4） 讀狀態(tài)寄存器，回寫狀態(tài)寄存器。 5） 設(shè)置中斷。 寫 CS5460 void wr5460(uchar mand,uchar wh_byte,uchar wm_byte,uchar wl_byte) { CS=0。 wr5460byte(mand)。 wr5460byte(wh_byte)。 wr5460byte(wm_byte)。 wr5460byte(wl_byte)。 CS=1。 } 寫 CS5460一個字節(jié) void wr5460byte(uchar wrbyte) { uchar i。 for (i=0。i8。i++) { SCLK=0。 if((wrbyte amp。 0x80) == 0x80) SDI=1。 else SDI=0。 wrbyte=wrbyte 1。 SCLK=1。 } SCLK=0。 SDI=1。 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） } 讀 CS5460 void rd5460(uchar mand) { CS=0。 wr5460byte(mand)。 rh_byte=rd5460byte()。 rm_byte=rd5460byte()。 rl_byte=rd5460byte()。 CS=1。 } 讀 CS5460一個字節(jié) uchar rd5460byte(void) { uchar i,val。 val=0。 for (i=0。i8。i++) { val=val1。 if(SDO) val=val | 0x01。 if (i==7) SDI=0。 else SDI=1。 SCLK=1。 _nop_()。 SCLK=0。 _nop_()。 } return(val)。 } 結(jié)果顯示程序 河北大學(xué)工商學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 步驟： 1）將顯示緩存清零。 2）初始化單片機。 3）設(shè)置時鐘。 4）六位數(shù)碼管顯示程序