电压电流电量测量芯片CS5460A及其应用
摘 要：主要介绍了CS5460A的功能特性以及在电量测量中的应用，并给出了典型应用电路以及读写子程序，介绍了其校准等功能的操作。
关键词：CS5460A；SPI口；电量测量；系统校准
1 概 述
CS5460A是Crystal公司最新推出的用于测电流、电压、功率等的芯片，是CS5460的增强版，精度高、性能强且成本低；该增强设备无需微控制器也可独立运行。CS5460A含有2个增益可编程放大器、2个ΔΣ调制器、2个高速滤波器，具有系统校准和有效值／功率计算功能，以提供瞬时电压／电流／功率数据采样及有功能量，IRMS，VRMS的周期计算结果。为适应低价测量CS5460A也能在给定引脚上输出脉冲串，输出的脉冲数与有功能量寄存器的数值成正比，适应范围更为广泛。
2 特 性
（1）可以从串行EPROM智能“自引导”，不需要微控制器，具有电能－脉冲转换功能。
（2）具有AC或DC系统校准功能，可以调整电压对电流的相位补偿。
（3）具有简单的三线数字串行接口，可以方便地进行读写。
（4）看门狗定时器，内带电源监视器。
（5）电能数据线性度：在1 000∶1动态范围内线性度为±0．1％。
3 CS5460A的操作
CS5460A的操作主要是通过SPI口写命令，读写不同的寄存器，执行不同的操作；CS5460A的寄存器主要包括状态寄存器、配置寄存器、控制寄存器、各种校准寄存器、数据寄存器等。在进行测量前，要恰当地设置寄存器，以便得到正确的结果。
3．1 系统校准
CS5460A提供数字校准功能，通过写指定的值到校准命令寄存器即可实现系统偏置校准和系统增益校准等。当执行校准时，必须把相应的校准信号到电压电流通道。CS5460A具有一系列的校准寄存器，执行某一校准命令后，相应的寄存器就会保留校准产生的修正值，这些值可以读出；若将其保存在外部非易失存储器，在系统复位后把值写入相应的寄存器，不必重新校准。校准寄存器包括直流电压／电流偏置寄存器，电压／电流增益寄存器，交流电压／电流偏置寄存器。校准之前必须使CS5460A处于活动状态，同时使其准备接收有效命令，并清除状态寄存器的DRDY位，因为DRDY用于判断校准是否完成。在执行偏置校准时，应该输入零信号；在执行增益校准时，应该输入满刻度信号。校准完成后，就可以进行测量了。
3．2 数据的读写
在进行数据的读写前，应该进行串口的初始化。因的有效指令或者不会产生动作或者产生错误动作，此时需重新初始化串口。当命令包含写操作时，串口将在下面 24个SCLK周期对SDI引脚的数据（从高位开始）记录。寄存器写指令后必须跟24位的数据。比如，写配置寄存器，应先写命令字（0x40）启动写操作，然后，随着24个连续的串行时钟脉冲，CS5460A将从串行输入引脚SDI接收串行输入数据，一旦收到数据，状态机便将数据写入配置寄存器，然后等待下一个命令。当启动了读命令，串口将在下8个、16个或24个SCLK周期启动SDO脚上的寄存器内容的转移（从高位开始）。寄存器读指令可以终止在8 位的边界上（例如，读出时可只读8，16或24位）。同样，数据寄存器读出允许采用“命令链”。因此读寄存器时，微控制器可同时发送新指令，新指令将被立即执行，并可能终止读操作。例如，命令字送入状态机读取某一输出寄存器，进行了16个连续的读数据串行时钟脉冲后，执行写命令字（如状态寄存器清零命令），2
数据从SDI引脚输入，同时剩下的8位读出数据被传送到SDO引脚。又如，用户仅需从读操作中获取16位有效位时，可在SDO读出8位数据后从 SDI输入第2个读命令。注意：在读周期，当从SDO引脚输出数据时，必须用SYNC0指令（NOP）使SDI引脚处于选通态。读／写时序如图1和图2所示。
4 CS5460A的应用
CS5460A主要用于智能电度表的设计，也可用于瞬时电压电流，电压电流有效值及功率的测量。电路设计可以用单片机，也可以用自引导EPROM，运用灵活可以适应不同的需求。
电压电流有效值读出的是3 B24位的无符号数，而瞬时值则是有符号24位数表示，最高位表示正负。
CS5460A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。图3是一个典型的应用电路。根据所测电压范围的不同，选用适当的 分压电阻，也可以选用电压互感器。这里假设我们所用的电源是正弦交流信号，电压最高是250 V，电流是20 A。对正弦波，可精确测量的有效值为峰值的0．7071（输入不过载）。由于实际功率信号不能完全符合正弦曲线，为预防数值超量程，当电源线电压和电源线电流的有效值分别为250 V和20 A时，我们需要将电压有效值和电流有效值寄存器设置为0．6。因此当RMS寄存器的值设置为0．6时，输入电平为0．6×250＝150 mV。现在我们就可以得到传感器增益常数KV和KI的值，当电源线电压／电流为最大值250 V和20 A时，电压／电流通道的输入将为KV＝150 mV／250 V＝0．0006；KI＝150mV／20 A＝0．007 5Ω。这些常数将确定互感器或电阻分压器的比率。与单片机的SPI接口有4根线：SCLK，SDI，SDO和INT，如果单片机主动查询数据，则只用3根线。SPI口读写程序如下：
写8位数据子程序，A是写入数据
参考文献
［1］ CS5460A数据手．Crystal公司．
［2］ 薛钧义．MCS51／96系列单片微型计算机及其应用［M］．西安：西安交通大学出版社，1997．