电能计量芯片CS5460及其应用
基于CS5460A芯片的智能电能表设计_钱云
收稿日期:2006-12 作者简介:钱云(1972—),女,在读博士,研究方向为智能仪器仪表设计及信息技术。
图1 智能电能表硬件原理图图2 CS5460A 与单片机接口电路基于CS5460A 芯片的智能电能表设计钱 云,庄 严,鲁子卉(北华大学电气信息工程学院,吉林132021) 摘要:设计一种基于CS5460A 芯片的新型智能电度表,阐述了它的工作原理及软、硬件设计方法。
该表主要功能有:电能计量,分时费率,可实现红外、RS485总线等远程抄表。
关键词:电度表;CS5460A;单片机;红外通信;RS485总线中图分类号:T M933.4 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2007)05-0008-03I n telli gen t Electr i c M eter D esi gn Ba sed on CS5460A Ch i pQ I A N Yun,ZHUANG Yan,LU Zi 2hui(B ihua University Electricity I nf or mati on Engineering I nstitute,J ilin 132021,China )Abstract:This article designed a ne w kind of intelligent electric meter based on CS5460A chi p.It elaborated its p rinci p le of work and the s oft w are and hard ware design method .Its main functi ons includes:the electrical energy meas 2ure ment,the ti m e sharing dup licate expense,l ong 2distance aut omatically cop ies the table .I nfrared cop ies the table,the RS485bus cop ies the table and s o on .Key words:electric meter;CS5460A;single chi p m icr ocomputer;infrared communicati on;RS485bus 本次设计的智能电能表是一种比较理想的电量计量仪表,可以实现集中抄表、用电监测和信息统计等方面的计算机科学管理,从而提高用电管理的工作效率和管理层次,缓解用电矛盾,带来极大的经济效益和社会效益。
毕业设计(论文)--基于cs5460单相电度表的测量的设计[管理资料]
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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。
CS5464电能计量芯片 中文版
概述：
ＣＳ５４６４是一个片上瓦时计量。测量线电压和电流和计 算有功，无功，视在功率，电能，功率因素和ＲＭＳ电压和 电流。
有两个独立的输入去测量线，地，和／或中线电流使仪 表检测篡改并继续运行。如果电压测量被篡改中止，可以 使用一个内部ＲＭＳ电压参考。
４个ΔΣ模－数转换器用于测量电压，两路电流和温 度。
ＣＳ５４６４可以连接多个电压和电流传感器， 附加性能包括系统－电平校准，电压下跌和电流故障检 测，峰值检测，相位补偿和电能脉冲输出。
定货信息请见第４４页。
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５．１．２ 电流１和电流２输入 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７ ５．１．３ 功率故障监控输入 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
2
DS682F1
５．１．４ 参考电压输入 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１．５ 参考电压输出 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７
Honestar Technologies Co.,LTD 021-54071701
MAR ‘07 DS682F1
CS5464
目录
１．综述 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
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 ）。
电能计量芯片CS5460及其应用
电能计量芯片CS5460及其应用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CS：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。
基于CS5460芯片单相数字电度表设计
基于CS5460芯片单相数字电度表设计
唐述宏
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】2000(0)2
【摘要】文章简要介绍了CS5460芯片的引脚含义、内部结构和功能特点,给出了它与单片机组成的单相数字电度表的硬件设计电路。
【总页数】2页(P48-49)
【关键词】CS54;电度表;单相;设计
【作者】唐述宏
【作者单位】潍坊高等专科学校
【正文语种】中文
【中图分类】TM933.4
【相关文献】
1.基于单相功率/电能芯片CS5460的发电机转子阻抗测试仪 [J], 项福禄;秦红娟;胡春阳
2.基于CS5460芯片的单相数字电度表 [J], 马云峰
3.电子式电度表单芯片片上系统CS5460 [J], 李晓轩
4.基于CS5460芯片的智能家居用电监控装置设计 [J], 彭桂力;潘雷;王秀丽;李维
5.基于CS5460芯片的便携式数字电能表研制 [J], 黄丽霞
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电能计量芯片CS5460及其应用
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CS：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∶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读，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。
一个数据的传输总是从向串行接口的SDI发送8位命令开始的，当命令中包括一个写入振作时，在其后的24个SCLK周期内，串口将持续从SDI引脚读入串行数据。
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。
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：0X000000
增益寄存器：0X400000
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：0X000000
3.3 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：
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，写人数据被传输到输入缓冲区。
其中：W/R：写入/读取控
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、电能以及电压和电流的有效值，测量结果将以 24位有符号或无符号形式存储在内部寄存器中，另外，CS5460还提供了电能计量脉冲输出端口EOUT和功率方向端口EDIR，因而可以方便的与步进电机计数器连接构成简单的电度表。
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，假定量大电流有效值为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器的变比Ki、Kv分别1/10000和1/20000。
当选取电流互感器二次侧最大电流为10mA时，二次侧取样电阻R1的值应为15Ω。
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，限制学生用电净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，减少了工程施工量和线路造价。
●前端采用AT89C2051系列单片机和CS5460芯片，实现了功率、电流、电压栓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、电量进行集中临界测和控制。