电能计量芯片CS5460及其应用

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。

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。

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 。

电能计量专用芯片CS5460A
摘要：本文介绍了美国Cirrus Logic 公司新推出的单相双向功率/电能芯片CS5460A 的原理、特点和典型应用。

以它为核心制造电表，结构简单，功
能齐全，性能优良，具有很好的应用前景。

关键词：△∑模数传换器串行EEPROM
引言
美国Cirrus Logic 公司新近推出了单相双向功率/电能芯片CS5460A，以该芯片为核心研制电表配置灵活，应用方便，是民用电表研制开发的一种非常可行的方案。

下面浅皙一下该芯片的性能及优势。

工作原理
CS5460 是将两路模数转换器（ADC）、高速功率计算芯核、一个串行接口集成到单芯上的高集成的模数转换器。

它可以准确的测量和计算单相两线/三线的电能、瞬时功率、IRMS、VRMS。

CS5460A 通过外接廉价的互感器或分流器测量电流，通过电阻分压器或变压器测量电压，具有用于通信用的双向串行接口和固定脉宽与功率呈正比可编程的频率输出。

上电后芯片被初始化后全部功能开始运作，包括由用户程序控制的系统校准。

在自引导模式下CS5460A 从外接的EEPROM 读入校准数据和启动指令，这种模式适用于制造低成本的电表。

非自引导模式时需要由外接的微处理器给CS5460A 发送校准数据和启动指令，采用这种模式配置电表更为灵活，可以实现更为复杂的功能。

主要特性和指标
CS5460A 是目前集成度甚高的新一带电度表芯片。

该芯片极具竞争力，适
合制造不同成本、多种用途的电子式、机电一体化电表，它将成为越来越多的。

基于电能芯片CS460的远距离电能测试仪研究文章介绍了以CS5460为核心的电能测试仪，该测试仪采用AT89C52单片机为中央处理器，通过对电路的电流和电压测量，实现了对电能的测量。

通过显示屏显示测得的数据并由无线传输模块将数据输出给PC机处理。

标签：单片机；LCD显示屏；无线通讯1 概述电力保障对空管单位安全运行起着至关重要的作用。

随着微电子技术的发展，静止式电能表的成本不断降低，实用性越来越高，制造精度也在不断地提升，静止式电能表所呈现出的优势越来越明显[1]。

电能测试仪综合应用了计算机的软硬件技术和先进的数字电能计量方法，能够对电能损耗、线网电压、线网电流的准确的计量，并经由nRF24L01无线模块，对设备上电能进行远程无人自动测量传输，实现了集中抄表、用电监测和信息统计等方面的计算机管理，从而提高设备用电管理的工作效率和管理层次。

2 CS5460核心部件简介本测试仪的核心部件是由Cirrus Logic公司生产的功率/电能计量专用芯片CS5460。

在CS5460内，集成了功率计算引擎、片内电压基准（215V）、看门狗功能、电源监控电路、215～20MHz可选的内部时钟发生器、电能/脉冲变换器和校准用的SRAM、双向串行借口、电流和电压采样电路（包括可编程增益放大器、模/数转换器、高速数字滤波器和可选用的高通滤波器）。

3 系统的硬件组成电压和电流信号进入CS5460后，在芯片内部对电压电流进行放大、滤波、采样、计算，得到瞬时功率，然后根据周期计数寄存器设定的计数周期算出电能值、电流有效值、电压有效值，存入相应的寄存器，最后由单片机通过通讯接口读出相应寄存器的瞬时功率、电能值、电压有效值、电流有效值，并传输给后端显示模块。

前端电压、电流采集电路如图3所示。

系统微处理器采用AT89C52单片机，其运算速度完全能够满足系统要求。

串口通信的RS-232C接口采用9针串口，串口传输数据只要将两个串口的“发送数据”与“接收数据”交叉连接，再加上信号地线就能实现。

LOGIC公司推出的电子式电能表专用芯片CS5460的特点、控制方式、与输入信号微控制器的接口及其在电测仪表中的应用。

目前的芯片有TMS320F2812ADUC812DS805DB2CDB5463UADE51XXADE7753LPC2104AT73C500目前的公司（ADI Cirrus Logic Sames TDK）关键词：电子式电能表专用芯片CS5460 微控制器电测仪表近年来，电子式电能表在国际、国内得到了迅速推广。

国外许多IC厂家不失时机地推出了各种电子式电能表专用芯片。

目前，国内较为常用的单相电子式电能表芯片有德国CIRRUSLOGIC公司的CS5460、美国AD公司的AD7751和AD7755；三相电子式电能表专用芯片有美国ATMEL公司的A T73C500+AT73C501（AT73C502）等。

它们的共同特点是：①高度集成（集成了ADC、电压基准、功率计算模块）；高精度（测量误差大多小于0.3%）；②易接口（易于与微控制器或步进电机接口）。

这些芯片为设计低成本、高性能的电子式电能表提供了非常理想的解决方案。

值得注意的是，在这些专用芯片中，有一些不仅能够测量功率、电能，而且能够测量电压、电流等其它电量，如CS5460、A T73C500+AT73C501（AT73C502）等。

而许多电测仪表功能的实现都是以测量功率、电能、电压、电流为基础的，如电力设备交流阻抗测试仪、电力变压器综合参数测试仪等。

因此，如果拓展思路，将这些电子式电能表专用芯片用于测仪表产品的开发中，不仅可以缩短产品开发周期，而且能大大提高产品的性能。

笔者就运用CS5460成功地开发出了多功能电量监测仪。

1 CS5460的特点和内部结构1.1 CS5460主要特点·符合IEC521/1036、JIS工业标准·能够测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电能、电压有效值和电流有效值；能完成电能/脉冲转换·电能测量精度：0.1%·具有相位补偿和系统校准功能·具有2.5V片内电压基准（温漂60ppm/℃）·功率消耗<12mW·电源配置：V A+=+5V,V A-=0V;VD+=+3V～+5V或V A+=2.5V,V A-=-2.5V;VD+=+3V 1.2 CS5460的内部组成模块如下：·一个电流通道可编程增益放大器，其增益为10和50个可选·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∑-Δ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2.5V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2.5MHz～20MHz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SRAM2 CS5460的功能控制和测量数据输出方式2.1 CS5460的功能控制CS5460的功能控制是通过写命令字的方式实现的。

基于CS5460芯片的智能家居用电监控装置设计彭桂力;潘雷;王秀丽;李维【摘要】随着近年智能电网与阶梯电价理念的提出，科学用电已经越来越受到居民的重视。

电力系统中实时监控、采集电力参数是实现智能家居的重要环节，快速准确地采集用电系统中各用电设备的电参数(电压，电流，功率，功率因数等)是实现智能家居不可或缺的重要因素。

提出了一种基于SOC系统的用电监控装置，可对用户用电量进行实时监控，同时，利用wifi技术传入网络平台上，该平台上可以将所有电器的耗电数据收集到服务器中，进行监控。

而后，通过wifi无线网络控制电器，从而达到节省家庭电费的效果，同时，网络平台也可以将数据传给电力系统中，对数据进行分析，得到各个用户家庭用电情况，采取相应措施，最终达到节能效果。

%In recent years, with the concept of smart grid and ladder electricity price,the scientific use of electricity has been increasingly emphasized. The implementation of real-time monitoring, collecting power parameters is an important part of the Smart Home. How to rapidly and accurately collecting electricity from electrical equipment of the system parameters (voltage, current, power, power factor, etc.) is an important factor in achieving the indispensable Smart Home. A system based on SOC is proposed ----electric monitoring device. This device can conduct real-time monitoring on household appliances power consump-tion and transmits network platform by wifi technology. This network platform can collect all electrical power consumption in data to the server and then control the electric equipment by wifi wireless network, so as to achieve electric appliances through the effect of power to save electricity charge.Meanwhile the network platform data also can be transferred to the power system to analyze the data. This aims to obtain user’s household electricity situation and takes appropriate measures to achieve energy sav-ings.【期刊名称】《微型电脑应用》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】4页(P45-48)【关键词】实时监控;电量检测;节能;无线控制【作者】彭桂力;潘雷;王秀丽;李维【作者单位】;天津城建大学;天津城建大学;天津力神电池股份有限公司【正文语种】中文【中图分类】TP393能源问题是制约当今国民经济的核心问题，其中电力能源是重中之重，如何进行电力的节能问题是当今研究的核心。