【正文】 5）：串行時(shí)鐘輸入；SDO（Pin 6）：串行數(shù)據(jù)輸出；CS（Pin 7）：片選；NC（Pin 8 、Pin 18）：空腳；VIN+（Pin 9）：差分電壓正輸入端；VIN（Pin 10）：差分電壓負(fù)輸入端；VREFOUT（Pin 11）：參考電壓輸出；VREFIN（Pin 12）：參考電壓輸入；VA（Pin 13）：模擬地；VA+（Pin 14）：模擬電源正極；IIN（Pin 15）：差分電流負(fù)輸入端；IIN+（Pin 16）：差分電流正輸入端；PFMON（Pin 17）：電源掉電監(jiān)視輸出；RESET（Pin 19）：復(fù)位輸入；INT（Pin 20）：中斷輸出；EOUT（Pin 21）：電能脈沖輸出；EDIR（Pin 22）：功率方向指示輸出；SDI（Pin 23）：串行數(shù)據(jù)輸入；XIN（Pin 24）：晶體振蕩器輸入。 基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)(1) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)CS5460內(nèi)部集成了兩個(gè)△∑A/D轉(zhuǎn)換器、高、低通數(shù)字濾波器、能量計(jì)算單元、串行接口、數(shù)字頻率轉(zhuǎn)換器、寄存器陣列和看門(mén)狗定時(shí)器等模擬、數(shù)字信號(hào)處理單元。(4) 具有片內(nèi)看門(mén)狗定時(shí)器（Watch Dog Timer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器；(5) 具有瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值測(cè)量及電能計(jì)量功能；(6) 提供了外部復(fù)位引腳；(7) 雙向串行接口與內(nèi)部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接；(8) 外部時(shí)鐘最高頻率可達(dá)20MHz；(9) 具有功率方向輸出指示。10％電源供電。150mV的輸入信號(hào)。30mV或177。(2) 具有電流、電壓兩個(gè)輸入通道,可測(cè)量正、負(fù)輸人信號(hào)。芯片被初始化后開(kāi)始工作，電流和電壓通道的采樣信號(hào)被片內(nèi)可調(diào)增益放大器放大，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換器（16位分辨率、2kHz信號(hào)帶寬）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)高通濾波器消除直流成分后送到能量計(jì)算引擎中，算出功率和能量值并存入CS5460的內(nèi)部寄存器中，然后通知CPU將功率和能量值取走，同時(shí)芯片也直接輸出可編程的頻率脈沖來(lái)表示能量。(7) 。(4)工作頻率范圍：20Hz～20KHz。5) 誤差線性度：(2) 電壓互感器的特點(diǎn)1) 體積小，精度高；印刷線路板直接焊接安裝，使用方便，外形美觀；2) 全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。本設(shè)計(jì)采用山東力創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的LCTV3JCF系列微型精密電壓互感器,其主要資料如下。在本設(shè)計(jì)中電壓互感器采用固定式，接線端使用線夾。電壓互感器的主要特點(diǎn)是容量很小，最大不過(guò)數(shù)百伏安。 電流互感器設(shè)計(jì)電路根據(jù)此型號(hào)電壓互感器的要求，接入負(fù)載為3Ω的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)此要求。Q8A型要求負(fù)載≤4Ω(mA輸出)，在本設(shè)計(jì)中選用的負(fù)載為3Ω。(2) 測(cè)量方法及要求：測(cè)量前應(yīng)估計(jì)被測(cè)電流的大小，選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，?duì)被測(cè)電流大小不好預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)將量程開(kāi)關(guān)置于最高檔，然后根據(jù)測(cè)量值的大小，變換到合適量程。本設(shè)計(jì)中，鉗形電流互感器采用哈爾濱三達(dá)德公司生產(chǎn)的MG8系列鉗形電流互感器Q8A型。采用鉗形互感器，現(xiàn)場(chǎng)不用停電接線，避免了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要停電接線的麻煩。電流互感器有固定式與鉗形供電互感器幾種。這些電流互感器稱為穿心式互感器。其主要特點(diǎn)是:它 的 一 次 繞組的匝數(shù)比二次繞組少得多，并且串于一次電路中。 電流互感器的選擇與連接 電流互感器的選擇電流 互 感 器實(shí)際上就是一個(gè)“降流”變壓器。 采樣器基本電路(2) 。2) 基本上排除所有干擾：產(chǎn)生干擾無(wú)非是鋁盤(pán)的銹斑和毛刺，本產(chǎn)品從光路和電路兩方面對(duì)抗干擾作了合理的設(shè)計(jì)，可抗除5mm的斑點(diǎn)和毛刺。這種從上面發(fā)射，下面接收的光路，打破了傳統(tǒng)光電采樣器的在同一水平面上左發(fā)射，右接收的方式，保證了有兩條反射光路在Sl，S2上成像，使光電采樣器感光更簡(jiǎn)單。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)把d設(shè)計(jì)為5mm，這樣對(duì)鋁盤(pán)5mm內(nèi)的光斑均不會(huì)產(chǎn)生脈沖。GST一4型的光電系統(tǒng)見(jiàn)圖，它是由兩個(gè)發(fā)光器件F1 、F2和兩只光敏接收元件Sl、S2，以及一只對(duì)光管G組成。GST一4型光電采樣器采用雙光點(diǎn)平行式安裝，判斷電路的新型采樣方式，克服了以往的采樣缺陷。 光電式傳感器的組成基于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的精度要求，一般地光電采樣器無(wú)法解決因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間較長(zhǎng)、在電度表盤(pán)形成的銹斑或表面毛刺，引起的誤脈沖的問(wèn)題，給校表工作帶來(lái)了極大的不便。 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)圖 光電采樣器的選擇及接口電路 光電采樣器的選擇光電采樣技術(shù)在我國(guó)電度表校驗(yàn)上應(yīng)用大約有近三十年的歷史，在這段時(shí)間里隨著計(jì)量表計(jì)的精度及計(jì)量裝置自動(dòng)化程度的提高，光電采樣器也有了較大的改進(jìn)。上電復(fù)位利用電容器充電來(lái)實(shí)現(xiàn)；在按鍵手動(dòng)復(fù)位中本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位。單片機(jī)的整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外部分，外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)通過(guò)復(fù)位引腳RST進(jìn)入片內(nèi)斯密特觸發(fā)器在與片內(nèi)復(fù)位電路相連。為了減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)靠近。外接晶振時(shí)，C1和C2值通常選擇為30pF左右；外接陶瓷諧振器時(shí)C1和C2約為47pF。本設(shè)計(jì)選擇AT89C51的內(nèi)部時(shí)鐘方式。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。1）AT89C51的簡(jiǎn)介AT89C51是低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K字節(jié)的可反復(fù)擦寫(xiě)的制度程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。ATEML公司的AT89C51單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)大，變成靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。自動(dòng)測(cè)量鍵在任何時(shí)刻按下后，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，清除定時(shí)器T1及△ti計(jì)時(shí)單元，開(kāi)始W2的累加，當(dāng)?shù)贜+1個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，計(jì)算r值并顯示。手動(dòng)測(cè)量在被測(cè)表的轉(zhuǎn)盤(pán)不光潔或涂黑區(qū)域脫漆時(shí)使用。顯示部分的選擇有一定的要求，要考慮其顯示的位數(shù)是否滿足要求，是否便于攜帶，在強(qiáng)光照射下是否可以清楚讀數(shù)。其過(guò)程如下：首先對(duì)電壓和電流進(jìn)行測(cè)量，然后把測(cè)量值送入CS5460芯片，每次采樣后，利用單片機(jī)較強(qiáng)的運(yùn)算功能，計(jì)算出本次采樣周期內(nèi)消耗的電能△W2i，則被測(cè)電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)N轉(zhuǎn)后的實(shí)際電流，如公式（22）。這樣電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)就輸出一個(gè)正脈沖，從第一個(gè)脈沖開(kāi)始到第N+1個(gè)脈沖止，電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)共轉(zhuǎn)過(guò)了N轉(zhuǎn)，已知電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)數(shù)B及配用電流互感器的互感比H，則電能表在轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)N轉(zhuǎn)后所計(jì)量的電能如公式（21）所示。低壓電能表的轉(zhuǎn)盤(pán)均有一小部分為涂黑的區(qū)域，這部分區(qū)域?qū)獾姆瓷淠芰^弱，而未被涂黑的區(qū)域則對(duì)光的反射能力很強(qiáng)。 總體方案方框圖被測(cè)電能表通過(guò)光電采樣器進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)上述分析，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用方案二。液晶顯示屏（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫(huà)面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼管是采用BCD編碼顯示數(shù)字，程序編譯容易，資源占用較少。(3) 顯示器方案一：采用LED顯示器，即數(shù)碼管顯示。便于對(duì)鉗形互感器帶來(lái)的相移進(jìn)行修正或補(bǔ)償，但電路較為繁瑣，軟件開(kāi)銷量較大。測(cè)量方便，軟件開(kāi)銷小，硬件電路簡(jiǎn)單，對(duì)測(cè)量結(jié)果采用分段線性化處理，提高測(cè)量精度。(2) 有功功率測(cè)量通道方案一：采用有功功率專用測(cè)量集成電路。根據(jù)上述分析，結(jié)合低壓電能表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的特點(diǎn)，確定采用方案二。固定式互感器的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，采用線夾后可直接加在供電線路的母線上，避免了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要停電接線的麻煩。但需要停電接線，不便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。(1) 互感器方案一：在供電電路中接入固定式的電壓互感器和電流互感器。 方案論證按照上述技術(shù)要求，系統(tǒng)應(yīng)由互感器、有功功率測(cè)量通道、光電采樣器、單片機(jī)、顯示器和鍵盤(pán)幾部分組成。具體要求如下：(1).電量測(cè)量范圍：電壓220VAC，電流0~40A，單相；(2).檢驗(yàn)對(duì)象：?jiǎn)蜗嚯娔鼙恚?3).測(cè)量誤差：177。采用有功功率專用測(cè)量集成電路即專用電能計(jì)量芯片，直接測(cè)量出有功功率，測(cè)量方便，軟件開(kāi)銷小，硬件電路簡(jiǎn)單。二是采用有功功率專用測(cè)量集成電路，直接測(cè)量出有功功率。但鉗形電流互感器的接觸面存在空氣間隙，使互感器磁路的磁阻顯著增大，且隨工況不同呈現(xiàn)非線形，使互感器的線形變差，且相移較大，給功率因數(shù)的測(cè)量帶來(lái)影響，為了彌補(bǔ)這一缺陷，對(duì)結(jié)果采用分段線性化處理，可以提高測(cè)量精度。電壓互感器采用固定式，