1概述

CS5460A是美国的CirrusLogic公司用于电子电能表的专用芯片，芯片具有测量交流的电压和电流的瞬时值、有效值、有功功率的功能。由于CS5460A的转换精度可达0. 2级，外围电路无需运算放大器，使用单电源，具有三线式串行接口可很方便地与单片机接口，且价格低廉。使用该芯片制作工频仪表替代目前常见类型的工频仪表具有广阔前景。CS5460A主要有如下特性：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：可以测量电能（有功） ， I，U， IRMS， VRMS，具有电能-脉冲转换功能；可以不需要微控制器从串行EEPROM智能自引导！；具有AC和DC的系统校准功能；具有机械计数器/步进电机驱动器；符合IEC687/ 1036， JIS工业标准；功耗< 12mW；优化的分流器接口；V对I的相位补偿；

单电源地参考信号；

简单的三线数字串行接口；

看门狗定时器；

内带电源监视器；

2硬件构成和工作原理

2. 1 CS5460A简介

CS5460是带有能量计算引擎的CMOS单芯片功率测量装置。它将两个ADC、一个高速能量计算单元和一个串行接口集成在一个单芯片上。它的内部包括一个可编程增益放大器、两个调制器、两个高速数字滤波器，具有系统校准、I RMS、VRMS计算、能量计算、瞬时功率计算等功能。因此它用于精确测量和计算电能、瞬时功率以及电流和电压的有效值。

输入电流信号经过一个可编程增益放大器，进入调制器和高速数字滤波器，电压信号则经过固定增益放大器进入调制器和数字滤波器，两个滤波器的字输出速率可程控，其输出速率为（ MCLK/ K） / 1024，其中，MCLK为系统时钟频率，K为时钟分配器，范围0- 15.经过滤波器输出的即是电流、电压的瞬时值，相乘就得到功率的瞬时值，每得到一次瞬时值就是完成一次转换。电流、电压的瞬时值经过高通滤波器滤掉直流成分后，运算得到I RMS、VRMS和电能值。每个I RMS、VRMS和电能值的计算周期需要经过N次转换，因此电能的计算周期为（MCLK/ K） / 1024 N.即有效值采样周期是瞬时值采样周期的N倍。

2. 2 CS5460A和STC单片机组成工频仪表

2是用CS5460A和STC单片机组成工频仪表的电路原理图，硬件由电流/电压输入电路、CS5460A、STC89C51、LED显示、按键和电源模块等电路组成。首先交流电压和电流通过精密互感器在R1和R2上形成工频电压信号，通过阻容网络分别送至CS5460A的V IN+、V IN-和I IN+、I IN-， CS5460A内部硬件可直接得到I RMS、V RMS和P等数据存于片内的寄存器中，单片机STC89C51通过SPI三线串口读取CS5460A各种电参数数据，经软件处理后送到LED显示、控制输出和RS232/ 485接口。

在硬件设计时，选择R1和R2的大小，使得CS5460A的V IN+、VIN-和IIN+、IIN-的输入电压150mV RMS.CS5460A的中断输出INT、复位输入RESET、片选信号CS、串行时钟SCK、数据输入SDI和数据输入SDO分别连接STC89C51的P1. 0、P1. 1、P1. 2、P1. 3、P1. 4口。硬件电路图见3.

3软件构成和程序设计

3. 1 S5460A的控制命令字

CS5460A的SPI串行接口含有一个发送/接收缓冲器的状态机，一个完整的控制命令字需传送4个字节的数据，第1个字节为寄存器读写命令，后3个字节为读写数据，共需要单片机向CS5460A发送32个SCLK时钟信号，状态机在头8个SCLK周期的上升沿解释命令字，具体时序如。

寄存器读/写命令：

0 W/ R RA4 RA3 RA2 RA1 RA0 0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/读取控制0=读取寄存器1=写入寄存器RA0 RA4：寄存器地址位在实际操作时只需对CS5460A的内部寄存器直接读写各种命令和数据就可以获取我们所需要的电流有效值、电压有效值和有功功率等。

3. 2程序设计

STC89C51单片机复位后，首先要对CS5460A进行复位和初始化，复位工作分为硬件复位和软件复位二种，硬件复位就是给CS5460A的RESET脚一个低电平脉冲；软件复位是一个命令字。初始化包括：直流I/U偏移量校正、交流I/U偏移量校正、I/U增益校正、P偏移量校正、配置寄存器设定等几个步骤。

是仪表的程序流程图。

CS5460A要设置有效值转换结束中断输出模式，一旦有效值测量完毕，即向单片机输出中断信号，单片机即可向CS5460A发送读数据命令，直接读出各种数据。IRMS的寄存器地址是01011B， VRMS的寄存器地址是01100B， CS5460A内部还有能量寄存器E， E的寄存器地址是01010B， 1秒钟的能量和即为功率P.功率因数的测量可利用公式COS = P/ IU计算得出。

4结论

该芯片已成功制作成了电参数测量仪，并成功用于我校的电工实验的交流电压、电流、功率和功率因数的测量。实践证明其测量精度达到0. 2级，具有成本低、电路结构简单、精度高的特点。中国粮油仪器网 http://www.grainyq.com/