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基于ADE7758 和MCU的多相多功能电能测量电表

基于ADE7758 和MCU的多相多功能电能测量电表

点击数:7756 次   录入时间:03-04 11:59:32   整理:http://www.55dianzi.com   PIC单片机
        可屏蔽的中断包括:有功能量寄存器和视在功率寄存器半满和波形采样速率达到 26kSPS 。

(19)   CLKIN :数字信号处理 ADCS 的主时钟。最高为 15MHz 。

         可以用一个外部时钟信号来提供时钟输入,也可以在 CLKIN 和 CLKOUT 端并联一个 AT 晶体来提供时钟信号。应该根据晶体的参数确定所需要的负载电容值,接一个几十 PF 的瓷片电容到振荡门电。

(20)   CLKOUT :当外部时钟提供或者连接一个晶体时,该引脚能驱动一个 CMOS 负载。

(21)   CS :片选信号,低电平有效。这时 ADE7758 与数据总线接通。

(22)   DIN :串行接口的数据输入端。在串行口的时钟信号 SCLK 的下降沿输入数据。

(23)   SCLK :串行时钟信号输入端。

        所有串行数据被该信号同步。该引脚具有施密特触发输入,以适应速度较慢的边沿变化时间。

(24)   DOUT :串行口的数据输出端。

        在 SCLK 信号的上升沿数据从该引脚传输出去。在没有数据的时候该引脚为高阻抗状态。

2    ADE7758 的工作原理与内部框图

       ADE7758 功能框图如图 2 所示。

    ADE7758 是一种高精确度三相电能测量 IC ,带有一个串行口,两路脉冲输出。 ADE7758 集成了数字积分、参考基准电压源、温度敏感元件等,有可用于有功功率、复功率、视在功率、有效值的测量以及以数字方式校正系统误差 ( 增益、相位和失调等 ) 所必须的信号处理电路。该芯片适用于各种三相电路(不论三线制或者四线制)中测量有功功率、复功率、视在功率。

   来自电流传感器和电压传感器的电压信号经信号放大 PGA1,PGA2 和模数变换 ADC 转换为对应的数字信号,然后,电流信号经电流通道内的高通滤波器 HPF 滤除 DC 分量并数字积分后,与经相位校正 Φ 的电压信号相乘,产生瞬时功率 ; 此信号经低通滤波 LPF2 产生瞬时有功功率信号 ; 各相功率相加得到总  

的三相瞬时有功功率,经 DOUT 引脚输出。视在功率和复功率的计算与此类似。

   ADE7758 有六路模拟量输入,分成电流和电压两个通道。

   流通道由三对差分电压输入,分别是 IAP , IAN ; IBP , IBN ; ICP , ICN 。这三个电流通道最大的信号电压变化范围为 ±0.5V 。电流通道有一个可编程增益放大器( PGA1 ),放大器增益为 1 , 2 或 4 。除了 PGA 功能外,用于 A/D 转换时,通道 1 还具有输入信号满刻度选择的功能。前面提到了,最大输入电压变化范围为 ±0.5V ,利用增益寄存器的 3 和 4 位, ADC 的输入电压可以设置为 ±0.5V , ±0.25V , ±0.125V 。这是利用 ADC 的基准参考端来实现的。

 

    电压通道具有三路单端电压输入通道,分别为 VAP , VBP 和 VCP 。这些单电压输入端的最大输入电压变化范围为 ±0.5V 。相对于 VN 来说,电流和电压通道都有一个 PGA (可编程放大器),增益为 1 , 2 或 4 ,由用户编程来决定,所有的输入通道的增益相同。

    ADE7758 提供系统的校正功能如:有效值偏移的校正、相位和功率的校正等等。引脚 APCF 的逻辑输出给出了有功功率的信息,引脚 VARCF 的输出提供了瞬时复功率和视在功率的信息。 ADE7758 具有一个波形取样寄存器,其值来自于 ADC 的输出。波形采样部分集成有一个用于短时持续低电平或高电平的监测电路,门槛电平和持续时间是由用户编程来决定的。三相中的任一相过零监测是同步进行的,过零监测的结果可用于测量三路电压输入中任一路的周期。

     ADE7758 的所有功能都是通过读、写片上寄存器来实现的,即 ADE7758 的各种设定和操作主要是对其众多寄存器的读和写。每个寄存器在读、写时,首先要执行一个写通信寄存器的操作,然后开始传输数据。 电能表的测控命令和测量信息可以多种方式与 MCU 通讯。 MCU 输入的命令字控制着 ADE7758 的工作模式、测量模式、波形采样模式、有效值偏差补偿量和中断模式等。例如:每相的电流通道在信号通路中都有一个乘法器。电流波形可以改变 ±50% ,这主要是由写入 12 位有符号电流波形增益寄存器( AIGAIN , BIGAIN , CIGAIN )中的 2 进制数决定的:如果 7FFH 写入这三个寄存器,则 ADC 的输出标定值将增加 50% ;如果 800H 被写入,则输出减小 50% 。

  3   ADE7758 与 16F877 的中断接口与时序

     一个基于 ADE7758 和美国微芯公司 MCU ( PIC16F877 )等构成的三相多功能电子电能表的原理框图参见 图 3 。被测三相电压、电流经传感器和调理电路后,送 ADE7758 的 A 相 /B 相 /C 相电压和电流输入端,经 ADE7758 计算后,转换为有功功率、无功功率、视在功率、复功率等电能信息 , 数据通过 ADE7758 的串行口读出。 MCU 通过 SPI 串行接口读出电能数据信息并处理后,送 LCD 显示和无线网络接口。   

    ADE7758 与 16F877 的中断管理接口时序。 AED7758 的中断是通过中断状态寄存器 STATUS 和中断屏蔽寄存器 MASK 来实现的。当 AED7758 有中断事件发生时, STATUS 相应的位被置 1 ,如果中断屏蔽寄存器 MASK 内该中断相应的位为 1 ,则 IRQ 输出变为有效的低电平。 STATUS 的中断标志位和 MASK 中的中断屏蔽位是相互独立的。为了确定中断源,主控单元( 16FF877MCU )必需执行一个从 STATUS 读数据的操作,同时重设 STATUS 。这个操作的实现用一个读地址 11H 的操作来完成(注: 11H 是 STATUS 的地址)。在完成操作的读出命令后, IRQ 端恢复高电平。

       

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