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基于AT73C500/501专用芯片组的电参量测量模块

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:介绍美国Ateml公司新型专用电能量测量专用芯片组AT73C500/501的性能指标和工作原理;给出采用此芯片组的电参数测量模块应用设计要点和抗干扰设计方法,并利用PC机编写自动参数校准软件,实现快速精确配置模块测量系数;实现简单通用的智能电参量测量模块。
  关键词:电参量测量专用芯片组AT73C500/501参数校准AVR单片机
  
  近向年来,国外许多IC设计制造公司推出了系列电参量(针对工频电网的电压、电流、有功、无功、频率等参数)测量的专用芯片,如CS5460A、ADE7755、AT73C500/501等。利用它们可以方便实现单相、三相电能表的设计,达到很高的测量精度,同时大幅降低产品成本。
  
  这些不同的电参量测量芯片功能各有侧重,性能各有所长。我们在使用这些芯片过程中,发现不少特殊问题,并针对这些特点设计了通用的智能电参量测量模块。本文根据实际应用AT73C500/501过程中出现的问题,对该芯片的应用进行了深入探讨,给出相应解决办法;同时,设计了高效的电参量测量模块校准软件,实现电参量测量模块自动、快速生产调试。
  
  图1
  
  1AT73C500/501芯片简介
  
  1.1芯片性能指标
  
  AT73C500/C501为美国Atmel公司2000年推出的电能测量专用芯片组。其中AT73C501为A/D变换芯片用于测量前端信号采样;AT73C500为DSP芯片,根据AT73C501的采样数据完成电参量的计算。使用这两种芯片配合工作测量三相电参数个有如下特点:
  
  *满足IEC1036一级精度要求;
  
  *使用外部温度补偿的参考电源,满足IEC687的0.5和0.2级精度;
  
  *测量三相有功功率、无功功率、视在功率和电能;
  
  *测量功率因数、电网频率、电压和电流有效值;
  
  *多相或单相运行;
  
  *接口灵活,具有8位微处理器接口、8位状态输出、8路脉冲输出;
  
  *支持增益和相位校准;
  
  *支持低端非线性校准;
  
  *启动电流可编程;
  
  *最大可测带宽1kHz;
  
  *单+5V供电;
  
  *校准数据可以从串行EEPROM读取,也可以由外接微处理器读取。
  
  1.2AT73C500/501芯片简介
  
  AT73C501是28引脚PLCC封装的六路Sigma-DeltaA/D变换器。AT73C501内部包含六路16位A/D变换器、1个参考电压发生器、1个电源电压监视单元和1个时钟单元。每路A/D变换器都由高性能、过采样的Sigma-Delta调制器和数字均分滤波器组成。
  
  芯片的AIN1、AIN3、AIN5为电流采样通道输入,AIN2、AIN4、AIN6为电压采样通道输入,所有六路A/D输入都是单端输入,简化了外围设计。其它主要引脚有:
  
  ACK—采样数据输出准备好;
  
  OX、XI—接外部晶体3.2768MHz,提供工作时钟;
  
  CLK—提供DSPAT73C500工作时钟输出;
  
  CLKR—串行总线数据输出时钟;
  
  FSR—输出采样的帧信号;
  
  DATA—串行总线采样数据输出。
  
  AT73C500为44引脚PLCC封装的新型电能测量专用DSP芯片,具有一个高效的数字信号处理器(DSP)内核,DSP技术的使用,使AT73C500具有其它电能测量芯片所没有的一些特点和复杂功能。主要引脚如下;
  
  B0~B7—MCU总线;
  
  B8~B15—状态、工作模式总线;
  
  IRQ1—接AT73C501的ACK,外部采样数据中断请求;
  
  CLK—时钟输入,3.2768MHz;
  
  STROBE、BRDY、RD/WR、ADDR0
  
  
  
  、ADDR1—AT73C500和外部MCU的数据传输接口信号;
  
  SOUT0—时钟输出给外部串行EEPROM;
  
  SOUT1—串行输出,作为AT73C500的片选信号或外部EEPROM的数据输入(DI);
  
  SIN—串行数据输入,接收AT73C501或外部EEPROM的数据输入(DO);
  
  SCLK—串行位时钟输入来自AT73C501。
  
  2智能电参量采集模块设计
  
  我们设计的智能电参量采集模块,用于低压变压器在线监测设备中。测量模块作为关键的台变运行监测部件,要求设计成通用性强的采集模块。这样,可以方便地和现有的各种设备接口,扩展现有设备的功能。应具有造价低,可靠性强,便于维护等优点。针对功能需求,在综合对比几种电能量测量芯片的价格、性能、系统实现难易程度等几方面的基础上,我们采用AT73C500/501设计了智能电参量采集模块。
  
  2.1智能电参量采集模块前端原理
  
  电参量采集模块前端以AT73C500/501为核心,

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