CS5460基本电路原理图

毕业设计(论文)--基于cs5460单相电度表的测量的设计[管理资料]

毕业设计（论文）--基于CS5460单相电度表的测量的设计基于CS5460单相电度表的测量的设计摘要随着城农网改造的逐步深入，各种各样的计量工具不断出现在市场上。

各种不同的计量工具所使用的计量方法也不一样。

该系统由前端电路调理模块，电能表芯片CS5460模块，单片机STC89C52模块，显示模块，存储模块等组成。

CS5460实现功率测量和用STC89C52单片机实现电能计量的方法是当下比较成熟的计算方法。

CS5460是一种带有串行接口的单向双向功率电能集成电路芯片，用它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。

其中使用CS5460芯片设计的简单单相电度表可以用于工业现场的电量数据采集和简单的功率计算，使用CS5460芯片设计的数字电表适用于住宅用电计量的最精确，并具成本效益的电表方案，打开了电表设计的新领域，是下一代民用电表的理想产品和最好的工业解决方案。

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。

关键词：CS5460芯片;STC89C52单片机；液晶显示模块；C51程序CS5460 single-phase meter based on the design of the measurement AbstractWith the gradual deepening of rural power grids city, a variety ofmeasurement tools continue to emerge on the market. A variety of different measurement tools are not the same measurement method used. The system consists of front-end circuit conditioning module, CS5460 chip energy meter module, microcontroller STC89C52 modules, display modules, memory modules and other components. CS5460 power measurement and the realization of single chip with STC89C52 energy measurement method is to present a more mature method. CS5460 is a single bi-directional serial interface with power power integrated circuit chip, it can be easily formed with multi-function electronic power meter and distributed energy metering management system. CS5460 chip design which uses a simple single-phase watt-hour meter can be used to power industrial field data collection and simple power calculation, using the CS5460 digital chip design for residential electricity meter measures the most accurate and cost-effective meter Program, designed to open new areas of the meter, the meter is ideal for the next generation of civilian products and the best industrial solutions. At present, China University Student Apartment commonly used power rationing measures to control energy use of schools, apartment management outsourcing, the restrictions on students use of electricity will be changed to encourage students to safe use of electricity, which will use the safe power limit, restrict basic electricity, excess charges Form.Key words：CS5460 chips； STC89C52 SCM； LCD Module；C51 Program目录引言 (1)电度表的作用 (1)电度表的发展 (1) (1)二．系统的总体设计思路 (2)三．系统硬件组成及介绍 (3)CS5460简介 (3)CS5460引脚分配及功能 (5)CS5460的功能 (6)CS5460寄存器配置 (8)CS5460的工作过程 (10)四．硬件电路设计 (11)前端电路调理模块 (13) (14) (15) (17)五．程序设计 (19)单片机C51程序设计的优点 (11)程序设计思路 (12)CS5460驱动程序 (13)CS5460的设置和启动 (15)读写CS5460 (16)结果显示程序 (17)六总结 (23)谢辞参看文献附录一．引言电能表是我国电工仪表行业中产量最大的产品。

带有串行接口的功率电能计量芯片CS5460及其应用

带有串行接口的功率/电能计量芯片CS5460及其应用摘要：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1.概述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。

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（Watch Dog Timer）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；·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△-∑A/D转换器、高、低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、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：片选；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-：差分电流负输入端；16脚IIN+：差分电流正输入端；17脚PFMON：电源掉电监视输出；18脚NC：空脚；19脚：复位输入；20脚：中断输出；21脚：电能脉冲输出；22脚：功率方向指示输出；脚SDI：串行数据输入；24脚XIN：晶体振荡器输入。

CS5460

VIN+ VIN-
x10
2nd Order ∆Σ Modulator
Digital Filter
VREFIN
x1
VREFOUT
Voltage Reference
Power Monitor
System Clock
/K
Clock Generator
Calibration SRAM
VA-
PFMON
XIN
XOUT CPUCLK
CS5460 Single Phase Bi-Directional Power/Energy IC
Features
l Energy
Description
The CS5460 is a highly integrated ∆Σ Analog-to-Digital Converter (ADC) which combines two ∆Σ ADCs, high speed power calculation functions, and a serial interface on a single chip. It is designed to accurately measure and calculate: Energy, Instantaneous Power, IRMS, and VRMS for single phase 2 or 3-wire power meter applications. The CS5460 interfaces to a low cost shunt or transformer to measure current, and resistive divider or transformer to measure voltage. The CS5460 features a bi-directional serial interface for communication with a micro-controller and a fixed-width programmable frequency output that is proportional to energy. The product is initialized and fully functional upon power-up, and includes facilities for system-level calibration under control of the user program.

电子式电能表专用芯片CS5460及其在电测仪表中的应用

屏蔽时），所以若让电压、电流、功率的瞬时值数据每应的 1 、2 、3 个空操作（ NOP ）命令字节（ 0 XFE ）。
更新一次就产生一个中断请求，需将循环计数寄存器
图 2 是笔者在课题中使用的 CS 5460 与 MCS 51 系
和 50 可选 ·一个电压通道固定增益放大器，其增益为 10 ·两个同时采样的 # - $ 模 / 数转换器 ·两个高速数字滤波器 ·两个可选用的高通滤波器 ·一个功率计算引擎 ·一个 2 . 5 V 片内电压基准 ·一个可以检测电力不足或电源故障的电源监视器 · 一个持续监视串口通讯的看门狗 · 一个 2 . 5 MHZ ~ 20 MHZ 可选的内部时钟发生器 · 一个双向串行接口 · 一个电能 / 脉冲变换器 · 一个校准用 SRAM
P1.0 P1.1 P 1 . 2 MCS 51 P 1 . 3 MCU
INT 1
和 50 ，分别对应于最大有效值为 150 mV 和 30 mV 的
图 2 CS 5460 与 MCS 51 系列单片机接口原理图
交流信号输入；电压通道的最大有效值输入为 150 mV 。由于 CS 5460 的 ! - " 型模 / 数转换器采用过采样原理，对高频噪声有较强的抑制作用，因而对输入信号无需进行复杂的滤波处理（引入阻容滤波电路反而容易引起相移）。

CS5460中文

CS5460C单相功率/电能IC特性电能数据线性度：在1000 ：1 动态范围内线性度为 ±0.1%片内功能：——可以测量瞬时电压,电流和功率；IRMS和 VRMS, 视在功率,有功功率；——具有电能-脉冲转换功能——具有系统校准和相位补偿——具有温度传感器符合IEC, ANSI, JIS工业标准功耗：21mW（VA = +5 V，VD = +5 V）； 12mW（VA = +5 V，VD = +3.3 V）优化的分流器接口单电源地参考信号片内2.5V 参考电压（最大温漂25ppm/℃）内带电源监视器简单的三线数字串行接口可以从串行EEPROM 智能“自引导”，不需要微控制器电源配置VA+ = +5 V; AGND = 0 V; VD+ = +3.3V～+5 V概述CS5460C 是一个包含两个ΔΣ模-数转换器（ADC）、功率计算功能、电能到频率转换器和一个串行接口的完整的功率测量芯片。

它可以精确测量瞬时电压,电流和计算I RMS、V RMS、瞬时功率、有功功率、无功功率，用于研制开发单相、2线或3线电表。

CS5460C可以使用低成本的分流器或互感器测量电流，使用分压电阻或电压互感器测量电压。

CS5460C具有与微控制器通讯的双向串口，可编程的电能-脉冲输出功能。

CS5460C还具有方便的片上系统校准功能。

具有温度传感器，电压下降检测，相位补偿功能。

-40℃～＋85℃ 24引脚SSOP1 工作原理CS5460C 是具有功率计算引擎和电能-脉冲转换功能双声道ADC。

电压和电流通道测量与功率计算方法的数据流程是在 Figure3 和 Figure4描述。

电压通道输入引脚VIN±两端输入一电压信号波，经10倍增益放大器放大，再通过 2nd ΔΣ调制器来数字化。

同时，电流通道输入引脚IIN±两端输入一电压信号波，为适应不同电平的输入电压，电流通道集成有一个增益可编程放大器（PGA），使输入电平满量程可选择为±250mVrms 或±50mVrms 。

基于电能计量芯片CS5460的电子式电能表

接口电路组成，组成如图１示。该电能表的工其所
场形成力的原理制成的。感应系脉冲电能表仍采用
感应系电能表的测量机构作为工作元件，由光电传
感器完成电能脉冲转换，后经电子电路对脉冲进然
的原理是采用电子电路来实现电能计量，以电子所式电能表的共同特点是采用乘法器，据所依托的根乘法器为模拟的还是数字的分为模拟乘法器型电子
及功率由三线双向串行接口传送给ＣＵ，ＰＰＣＵ根据
维普资讯
自动化与仪器仪表ＺＤＯＮＧＡＹＵＹＱＩＹＢＡＯＩＨＵＩＩＩ文章编号：０１２７２０）５—０３１０ —９２（０２００８—０３２００２年第５期（第１３期）总０
Ｔｅｔｒｓｌｎｃｔｈｔｉｉｉｈ — ａｃｒｔｔｓｅｕｔｉｄｉａｅｔａｔｓａｈｇｓｃｕａｅｗａｔ— ｈｕｅｅｉｈｃｒｎｔｏｙｍｅｓｒｒｅｒｏａｏｒｍｔｒｗｈｃａｌｏｎｌａｕｅｔｕｏｔｍｅｎ＿ｓｕａｅｏｏｔｇｃｒｅｔａｄｅｅｇｂｔａｓｃｉｖｄｅｎｅｇｎａｅｅａｉｙ．ｑｒｆｖｌａｅ、ｕｒｎｎｎｒｙ，ｕｌｏａｈｅｅｍｏｍｅｒｙｍａｇｍｎｔｅｓｌ

CS5460笔记

3、滤波后瞬态电压和电流的数字量将基于DC偏移量寄存器(进行加法运算)和增益寄存器(进行乘法运算)进行偏移量/增益调整。这些寄存器用于芯片的校准。经过偏移量和增益调整，24位瞬态数据采样值存入瞬态电压和电流寄存器，用户可以通过串口读出。
4、有功功率及有效值计算：3讲到了瞬态电流和电压，每对采样的瞬态电流和电压相乘，得到瞬时有功功率(Real Energy)的采样值，每个A/D采样周期后，新的瞬态功率采样值存入瞬时功率寄存器，可被用户读出。N个瞬时功率采样值作为一组/*N值放在周期计数寄存器中Default=4000*/，Thecumulative sumof each successive set of N instantaneous power is used to compute the result stored in theEnergy Register,which will be proportional to the amount of real energy registered by the device during the most recent N A/D conversion cycles.从图可以看出但前的瞬时功率累加和右移了12位(相当于除以4096)，以避免能量寄存器产生溢出(如果不除以4096的话，24位的寄存器存不下这么多的数值)。RMS值同样采用最近的N个瞬态电压/电流采样值计算。这些值可以从Irms和Vrms寄存器里读出。即：首先测量瞬态电流和瞬态电压，由此计算相应的瞬时功率，由N个瞬时功率有功功率的周期计算值；N个瞬态电流和瞬态电压有效电流和有效电压的周期计算值。也就是说Vrms和Irms还有电能计算(有功功率[Active (real) Power])没N次转换更新一次
10、CRCY在每次A/D转换后置位，DRDY在每次计算周期结束后置位，置位后必须子下次置位之前对其清零，以使其能够在INT引脚上发新的中断事件。

_ADCCS5460在压实度检测仪中的应用_段鸿杰

在仪器设计过程中，经过合理匹配和设计，应用了串口 AD 芯片 CS5460。通过对 CS5460 的 ADC 和数据处理功能的利用，弥补了 MCS51 无 ADC 功能的不足，减少了软件的运算机时和信息交换的和压力，节省了 IO 口，优化了控制程序的流程和算法，拓宽了 MCS51 的应用范围。整个系统的尺寸、造价等得以降低。
度，对传感器进行标定。标定时获得的传感器输出信号测量值,
作为运算系数,保存在内存和 E2PROM 中,如图 3 所示。
图 3 传感器标定流程采取以上措施和算法后，能保证仪器获得满意的测量精度，保证仪器的精度满足 2.5%的最低要求。所采用两点校准和线性插值运算的方法，达到了对仪器和传感器进行较高精度匹配。在仪器进行在线测量工作时，根据现场测量值，对标定值进行线性内插运算，得到更为准确的结果。这种方法，是依靠传感器、信号调理电路，以及 ADC 芯片在特定频率范围内的线性度保证的。试验测试数据如表 1。指示值，是指仪表的示值。
Abstract: CS5460 is an Δ-Σ ADC IC, which is commonly used in the measurement of AC OR DC electricity power . This IC is
newly used in the testing of road base compression degree in highway construction. The advantage of cs5460 is beyond the integration
技 of DSP functions, so much as its mode of serial interface, as the testing of vibration and the calibration of sensor becomes very sim-