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1、编号： 毕业设计说明书题 目：智能电力系统参量的检测 与远程抄表系统 摘 要智能电表给高效率管理电能带来了极大的方便，因此逐渐普及到人们的家居生活。本论文针对用户的需求设计的一种智能电表，可用于单相工频电参数的精密测量，包括电流、电压、频率、有功功率、视在功率、有功电能，视在电能等，且具有显示和远程抄表的功能。首先，论文介绍了电测量理论及仪器技术的发展情况，对目前常用的多种电参数测量技术在计量精度、成本以及可靠性等方面进行了分析比较，随后根据系统的技术要求和功能特点确定了总体设计和实现方案。硬件设计部分重点研究了如何简化电路、降低设备成本并能够实现多功能及高精度计量，采用高性能电能计量芯片取代
2、了传统的采样电路进行电能的测量，并在设计时采用集成化元件简化外围电路，选用低功耗单片机管理参数。论文的软件设计部分对电能计量芯片结合单片机实现多功能测量的原理进行了阐述，详细介绍了多种电参数的测量方法。同时，总体设计时采用了多种抗干扰技术。经调试本文设计的智能电表实现了多种电参数的测量，在达到高测量精度的基础上同时降低了仪器体积。在可靠性加强之后会得到很好的应用。关键词：智能电表；电能计量芯片；远程抄表AbstractIntelligent ammeters have brought great convenience to high efficient manage electrical e
3、nergy, so they gradually spread to the household of people lives. This thesis aims to the needs of users designs a king of intelligent ammeters, which can be used to the precision measurement of single phase, industrial frequency electrical parameter , include current, voltage, frequency, active pow
4、er, apparent power, active energy, apparent energy and so on, and have display and remote reading function.First, the thesis introduces the theory of electrical measuring and the development of instruments technologies, comparatively analyzes the current commonly electronic parameters measuring tech
5、nologies in the measurement accuracy, cost and reliability, and then confirms overall design and realization of the program under the technical features and requirements. Hardware design Part focus on how to simplify circuit，lower equipment costs, realize multi-functional and high-Precision measurem
6、ent. High-performance energy measure chip is used to replace the traditional sampling circuit to measure power, and many other integrated circuits simplify the external circuit. The design selects low-power microcontroller for parameters management. The thesis software design part expounds the measu
7、re principle of the energy measure chip with microcontroller, the method of measuring electronic parameters in detail. A variety of anti-jamming technologies are used in the module design at the same time.After adjustment, the intelligent ammeter realizes a variety of electrical parameters measureme
8、nt，realizes high-precision measurement and reduces the volume of equipment. After enhanced the reliability，the system will have a very good application prospect.Key words: intelligent ammeters; high-performance energy measurement chips; remote reading目 录引言11 绪论21.1 开题的背景和意义21.2 国内外发展状况21.3 任务及要求41.4
9、 完成的工作42 电参数基本量的测量工作原理及芯片的选型62.1 电压电流有效值的测量62.2 频率测量72.3 功率及功率因数的测量72.3.1有功功率72.3.2视在功率72.3.3无功功率72.3.4功率因数82.4 测量芯片的选型82.5 中央控制芯片的选型82.6 显示模块的选型83 电参数测量模块硬件平台开发103.1 系统整体结构103.2 外部典型接线方式103.3 前端采样电路113.4 电参数处理部分123.4.1 ADE7754123.4.2 STC89C52单片机173.4.3 LCD1602型液晶193.5 硬件抗干扰设计214 电参数测量模块软件平台设计与实现234
10、.1 ADE7754初始化流程254.2 LCD1602初始化流程254.3 ADE7754的中断264.4 采样同步以及采样时间分配274.5 软件抗干扰设计275 系统的调试及误差分析285.1 系统仿真285.2 硬件调试295.3 软件调试305.4 调试结果305.5 误差分析316结论32谢 辞33参考文献34附 录35引言电力是人们日常生活和工业生产中的主要能源，在现代社会中有着非常重要的作用。随着我国电力市场的逐步建立和完善，电力系统越来越复杂，电力工业向大容量方向发展，企业生产技术管理对工业电力准确计量不断提出新的要求。而传统的测量电参数的方案，存在硬件电路复杂、软件运算量大
11、、测量精度低等缺点。所以用单片芯片完成三相电源有功功率、电压有效值、电流有效值，及信号频率的测量已经成为了学者们研究的热点。节能降耗是现代工业进步的主要标志之一，提高电能有效利用率，对电能质量进行综合监测与治理，已成为迫切需要解决的问题。要实现对电能质量的综合治理，就必须实现对电能质量的在线分析与实时监测，以了解电能质量的水平。这有利于及时发现电网上的电能质量问题，便于“早发现、早治理”，为电网创造一个良好的环境。作为电力管理系统组成部分电力监控仪表也起着越来越重要的作用，针对不同领域的电力系统，研制一种精密的电力监测装置就具有非常重大的意义，它不但要能对如电压、电流、功率、功率因数、电能和频
12、率等重要的电力参数进行实时检测，也需要具有完备的通信功能。1 绪论智能电表的发展与远程抄表技术的应用，使得人们的生产生活发生了巨大的变化，满足了不同用户的需求。1.1开题的背景和意义电能既是电力企业的产品，又是商品。作为商品，其交易过程就必须遵循市场规律，做到买卖公平，它的交易过程是通过电能计量装置来实现的，电能计量装置起着秤杆子的作用，它的准确与否涉及千家万户的利益，直接关系着各项电业技术经济指标的正确计算。营业计费的准确性和公正性，事关电力工业的发展、国家与电力用户的合法利益。 在电力系统中，电能计量是电力生产、销售以及电网安全运行的重要环节，发电、输电、配电和用电均需要对电能准确计量。因
13、此，电能计量技术的发展、电能计量仪表系统的研制，具有十分重要的意义。在社会生产、人民生活中，电能是不可缺少的。随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，对电力能源需求也不断增长，用电量迅猛增加，致使变电站数量增加、电压等级提高、供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已越来越难以满足变电站安全及经济运行、少人值班甚至无人值班的要求。在大型的工厂以及企业中，稳定的电力供应和电能质量是企业生产的前提和保障。电网电压、电流的波动，将影响用电设备的功效发挥和使用寿命；电网频率的波动，不仅使过多的电能转换为热能而白白浪费掉，而且严重时有可能损坏设备；电网功率因数过低，将导致供电电能
14、得不到充分利用，因此，必须有一种设备和手段对电网中的电力参数进行实时监测并做出相应的措施，保证电力系统与设备运行良好。在发电厂、变电站等供配电的主要环节必须实时监控线路中的电力参数，正确操作、维护，保证供电区间的供电安全与正常运行；在工厂、企业和居民小区等用电环节为保证安全用电和防止偷电导致电能的非法流失，电力参数的实时检测特别是对有故障电能表的检验也是一个非常重要的问题。因此电力部门需要及时、准确地掌握用电情况，做好调度和规划。电力工业生产、电能计量、电力通讯以及自动化调度的安全、可靠和准确性都必须依靠安装在电力生产现场和用电现场的监测各电参量的仪表来完成和保证。目前电力工业进入商品市场经营
15、模式，一些出故障的电能计量设备和窃电等非法用电现象的增加严重阻碍了电力的发展和运营。而电能校验设备的出现为电力生产、科学理创造了条件。1.2 国内外发展状况在过去的一个世纪里，源于科研、工农业生产甚至战争的需求，电测量理论以及仪表技术不断发展，电力仪表和普通仪表一样，发展经历了三个阶段:第一代是指针式仪表，如模拟万用表、电压表、电流表，这些仪表的基本结构是电磁式、电动式、感应式、静电式等，它的原理简单、坚固耐用、容易生产、成本低，但由于这类仪表本身机械结构和电磁结构的不稳定性和复杂性，一般精度较低，稳定性较差，应用场合有一定的局限性。第二代是数字测量仪表，这类仪表的基本原理是将被测量模拟信号通
16、过电子线路转变为数字信号，进行计算并显示出来。这类仪器同指针式仪器相比较精度有了很大的提高，能直观读取测量结果，而且可靠性高，易于使用。但电子线路比较复杂，不能自动适应测量环境的变化，而且仪器的校准复杂。第三代是智能仪器。所谓智能仪器，一般指含有微处理器的仪器，通过微处理器来控制数据的采集，并对数据进行处理。因此能够用软件的方法实现信息的采集、处理和存储，大大简化了仪器的整体结构。这类仪表不仅精度高，功能强大，而且能适应各种复杂的环境。电子技术和计算机技术的高速发展是电力仪表迅速进步、日益成熟的主要技术支撑。准确度高、可靠性好的元器件以及大规模集成电路等的采用，使电测仪表的使用寿命、准确度、稳
17、定度等技术指标均显著改善。从对国内外产品的分析中可以看到，目前电子式电参数监测系统中对参数的测量一般采用的方法有以下几种:（1）双MCU结构，通过A/D芯片采集三相电信息，送入前端MCU完成数据采集功能，然后由后端MCU通过软件计算出各参数，完成显示、控制和通信功能。其精度取决于A/D芯片的位数和采样频率、参数计算所采用的算法以及所选用单片机的处理速度，数据的精度不是很理想，同时用软件来计算参数会让编程变得复杂。这种结构的产品虽然能比较好的完成控制功能，但处理复杂数据的能力比较差，耗时过多;（2）DSP+MCU结构，通过A/D芯片采集的信息直接送入DSP芯片进行处理，得到所需参数，由DSP完成
18、数据的采集和运算，交给后端的MCU，由MCU完成控制、通信和人机交互的功能。DSP的处理速度很快，得到的数据精度也很高，但是DSP芯片的控制能力不好，系统需要另选单片机作为系统的控制器，这样系统硬件电路变得复杂，而且这种结构的产品增加了系统设计的难度，并造成一定的资源浪费，造价较高。上述类型的电参数测量仪表的设计往往利用位数较多的A/D转换电路或自动量程转换电路，原理上可达到很高的准确度，但是由于使用元件较多，原理复杂、成本偏高、可靠性也不能令人满意。随着现代电子产业的高速发展，测量电路的集成化、模块化成为未来发展的趋势，各大型的器件公司也纷纷推出自己计量芯片，这种集成芯片不仅精确度高，而且硬
19、件软件设计简单、性价比高。近几年多种单、三相电能计量专用集成电路的成功开发使过去由分立式电子元器件搭接而成的电能测量电路改制成专门的集成电路芯片，结果在不减少功能的前提下，使电参数测量仪表的体积大大减小，功耗和单位功能的成本降低、成品率提高，并可简化仪表的电路设计，降低其模块设计难度，从而能改进整个电路系统的性能，而更重要的是使仪表可靠性和精度明显提高。本文研制的智能电表通过选用高精度的计量芯片和高处理速度的8位单片机，采用电能计量专用芯片+单片机的方案并尽量采用集成化元件进行设计，这样在设计中，单片机只要对计量芯片的控制寄存器写入适当的控制字就可以了，大大节省了硬件设计所需的元件，影响系统精
20、度的因素也随之减少，使高精度的测量更易实现，也因此提高了系统的可靠性。芯片中可通过串行口读写的寄存器有数十个之多，可以读入所需要的所有电量，所以电能计量专用芯片的使用简化了单片机系统的设计。单片机不善于数据计算，而现在的计量芯片有硬件乘法器、开平方器和各种计量算法如FFT等，刚好弥补了这一不足，减少了单片机系统需要完成的任务。对于单片机系统而言，主要工作只需要写计量芯片的控制寄存器、读计量芯片的数据寄存器、接收状态信息、处理中断以及将计量芯片处理过的数据送到上位机进行处理存储与显示。这样的优点使仪表的两大单元(计量单元和数据处理单元)较为均衡和合理。目前的电能计量芯片的另一特点是把电测量理论关
21、于电功率(电能)的一些基本理论融入了芯片制造技术中。比如功率表的角误差、乘法器的瞬时功率信号频谱、关于无功功率(电能)的处理方法以及电源周波电能累计模式应用于校正等都充分说明了这一点，通过研究正确的校准方法，可以最大限度发挥计量芯片的功能，以较低的投资实现从前需要很多昂贵器件才能完成的功能，使系统具有硬件电路简单、可靠性好、测量参数众多、参数精度高等重要特点。1.3 任务及要求本次毕设任务是设计一种用于单、三相工频电参数精密测量系统，实现电流、电压、频率、相位、有功功率、无功功率等参数的测量、处理和远传通信功能。硬件电路采用ADE7754系列高精度单三相电能测量芯片与ARM/51微处理器、电压
22、互感器和电流互感器的测量接口、显示接口，采扩展以太网接口及嵌入式TCP/IP协议实现数据远程通信。要求：（1）制作硬件并完成软、硬件调试。 （2）主要技术参数：ADE7754电能测量芯片、ARM/51微处理器、测量运算精度5%； （3）用Proteus进行软硬件系统的仿真。 （4）用计算机绘制相关硬件的原理图、制版图、电气安装接线图各一份。1.4 完成的工作在设计时，主要完成了下列工作:（1）确定设计指标与设计方法查阅了大量的国内外有关电参数测量仪器方面的文献资料，剖析了一些电测仪器的实际产品，并吸取同类产品的优点，对所要做的工作有理论上的知识积累和系统的掌握。根据目前电参数测量仪表的发展趋势
23、和现有的设计条件，提出了多功能电参数测量模块的整体方案和技术要求。进行软硬件设计的选型工作。（2）电参数测量模块的系统软硬件设计根据技术需求。进行电路原理图的设计，绘PCB图、制板，焊接，得到试验电路板，对电路板按功能模块进行调试，分析调试时产生的故障并进行排除。编写测量模块的底层软件，分块化处理各部分功能并进行调试。（3）软、硬件的联合调试在完成对硬件电路和软件的独立调试后，用PROTUES对显示模块进行的仿真，然后再进行联合调试。（4）模拟调试在完成软、硬件的联合调试后，利用220V交流电压进行本样机的系统调试及校准，并得到相关数据以及系统运算精度。2 电参数基本量的测量工作原理及芯片的选
24、型电参数基本量包括电压、电流有效值、频率、有功、无功及视在功率、电能等常用参数，根据这些基本参数，用电单位可以明确当前的电能质量，了解用电情况，合理控制工厂用电负荷以及调配用电高峰时间。电气量采集和计算的方法主要有两种，一种是直流采样算法，另一种是交流采样算法。采样用直流采样算法测量电压、电流时，均是通过测量平均值来测量电量有效值的。可以证明，当被测信号为纯工频正弦信号时，有效值与平均值的关系为公式 (2-l):Urms=1.llUaav (2-l)但在输入信号中含有谐波时，Urms和Uaav，的关系将发生变化，两者之间的关系也不同。由于无法测出谐波含量，它们之间的关系也就无法确定。有分析表明
25、，在谐波污染较为严重的情况下，这种测量方法的误差可达10%以上。再用带有误差的电压、电流有效值以及它们的相位角计算功率，结果也必将有较大误差。交流采样法是按照一定规律对被测信号瞬时值进行采样，再用一定的数值算法求得被测量。在本系统中，所选用ADE7754计量芯片对工频周期信号基本参数(P、U、D进行真值测量所用的方法，均可看作是一种积分求平均值的计算，理论上采样最低频率只要大于信号最高频率两倍即可。在任务要求中，需设计一种单、三相工频电参数精密测量系统，但在实际的生活用电情况下，只能采集到单相的交流电。故在芯片的选型中考虑芯片的功能而在实际的应用电路中以采集单相的交流电为准。2.1 电压电流有
26、效值的测量正弦波交流电电流、电压的大小通常用其有效值(均方根)来计量，按照基本定义，在连续的时间域中电压有效值 (2-2)电流有效值 (2-3)公式(2-2)和(2-3)中，u(t)电压瞬时值;i(t)电流瞬时值;T电流、电压变换周期若以采样周期Ts对瞬时电压、电流一个周波采样N个点，则离散的电压电流的计算方法为公式(2-4)和(2-5).离散电压有效值 (2-4)离散电流有效值 (2-5)其中，u（k）第k个电压采样瞬时值;i（k）第k个电流采样瞬时值。2.2 频率测量常用的频率测量的方法有频谱测量法和频率计数法。频谱测量法对我们的应用并不适用，所以下面我们只讨论计数法。计数法是最常用的测量
27、频率的方法，分为频率计数与周期计数两种。对周期信号而言，每一次正向(或负向)过零即代表了一个新的周期。频率计数方法就是通过测量标准时基t内被测信号的正向过零点数来求得频率f的，如公式(2-6)： f=n/t (2-6)周期计数测量方法则是通过测量被测信号两个相邻同向过零点这段时间内某一频率为fs的参考脉冲信号的计数。来测得信号周期的，从而求得信号的频率f：f=fs/n (2-7)这两种方法，前者宜于测量较高频率的信号，时基越准、越一长，测量精度越高;而后者则适宜于测量较低频率的信号，参考源频率越高、越准，测量精度越高。目前一般都用晶振来获得参考时基或频率。由于晶振频率的精度很高，所以计数法在合
28、理的测量时间或参考频率情况下容易获得满意的测量精度，考虑到本文所要测的是交流电的工频为50Hz，因此选用周期计数测量法，以提高系统效率。2.3功率及功率因数的测量正弦波交流电的功率测量包括:有功功率测量、无功功率测量和视在功率测量。2.3.1有功功率有功功率即平均功率，由定义可得有功功率 （2-8）式中u(t)电压瞬时值，i(t)电流瞬时值，T电压、电流的变化周期，若以采样周期T对瞬时电压、电流一个周波采样N个点，则离散的有功功率的计算方法如公式(2-9): （2-9）2.3.2视在功率由定义可知: 视在功率S=UI （2-10）式中U电压有效值;I电流有效值;2.3.3无功功率无功功率为 （
29、2-11）由于本次测量所带的负载为220V、40W的灯泡，为阻性负载。其无功功率近似为0，故在样机的显示中不显示无功功率。2.3.4功率因数视在功率虽是最大功率，但电源可供出的或电路可吸收的功率总比视在功率小，就是说要打一个折扣，这个折扣就是功率因数。功率因数的计算公式为cos=P/S （2-12）其中，势为无源负载的阻抗角，也就是负载里电压、电流的相位差。它的大小、极性和负载有关。设法提高功率因数，可以充分利用电气设备的容量，有很大的经济意义。由于本次测量所带负载为灯泡，有功功率约等于视在功率，故也不显示功率因数。2.4 测量芯片的选型目前市场上主要的三相计量芯片有ADE7754， ATT7
30、026A及PL3223，三者都用于三相多功能电能计量，均适用于三相三线制和三相四线制具有50Hz或60Hz标准频率的电网。在电能计量上的差别主要有:（1）ATT7026A提供各分相、合相参数，但不具有中断功能。（2）PL3223提供若干间接参数。依此计算出电压有效值、电流有效值、线电压频率等参量，只能提供过压、欠压中断。（3）ADE7754具有高精度，在 1000:1 动态能量检测范围内误差小于0.1%；提供动态能量、视在能量、电压均方根值、电流均方根值、以及采样波形数据；功率、相位与输入失调数字化校准；片内设有温度传感器（经校正后偏差为3）；用户片内可编程线电压跌落（SAG）检测以及电源设备
31、间断监控的阀值；带有IRQ与SPI 兼容的串行接口；频率可设置的脉冲输出；在环境条件变化很大或长时间使用条件下，ADC和DSP仍能保证高精度。鉴于此次任务的要求，选择了ADE7754芯片作为电量参数测量芯片。2.5 中央控制芯片的选型控制芯片主要是ARM和51单片机两大类，基于集成化的开发目标，系统主控器总体设计首先要选择集成度高的单片机。而且由于系统需考虑功耗，低电压供电的单片机除了能减小单片机本身功耗外，还可使外部逻辑电路功耗降低，这对实现系统低功耗有着重要的作用。另一方面，本系统要求单片机具有较高的处理速度。一些16位单片机、32位的ARM芯片性能好，但价格高，且考虑到测量模块的实际用途
32、，有些功能用不上造成浪费。考虑到程序的长度、数据的多少以及传输的速率，在各种单片机中选择了STC89C52作为本系统的中央控制芯片。2.6 显示模块的选型通常所用的显示模块有数码管，LCD1602以及LCD12864。它们的主要差别有：（1）数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等数码管，但是数码管对于显示太多的字符不太方便。（2）1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示
33、一个字符，能够同时显示16x02即32个字符。（3）12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，具体屏幕大，易于编写程序以及数据的显示，但是价格相对比较贵。由于本系统在实际情况中只能测量到单相的电量数据，故采用LCD1602一行显示字符串，一行采集到的数据，进行循环显示所采集的电压，电流，功率，电能等值。3 电参数测量模块硬件平台开发一个稳定可靠的硬件环境是整个系统可靠运行的基础，所以硬件设计的首要目标是稳定可靠，在满足可靠性要求的前提下给系统软件和应用软件的运行提供一个良好的支撑。3.1 系统整体结构硬件系统不但在功能上要完全满足系统运行的要求，而且还要考虑为以后技术的发展留有余地。硬
34、件部分总体结构框图如图3-1所示图3-1 系统总体结构框图电参数测量模块的硬件电路设计包括以下几部分，即电参数处理部分、中央控制部分、显示部分以及远程通信部分。现将主要部分简要说明如下，详细说明见本章的相应小节。中央控制部分主要通过单片机实现系统中各个部件协调控制，数据的基本处理等等重要的功能。单片机的片上外设集成得越多，则外扩设备越少，因此系统设计复杂度也越低，可靠性也越高。本设计选用的STC89C52是高集成度的高速8位单片机，开发环境集成度高，开发方便。电参数处理部分的设计是系统功能实现的核心部分，它是电参数测量准确性的关键，是电能计量功能的体现，它包括前端采样部分完成原始参数的精确采样
35、及初步的整流滤波处理，以及电参数计量部分对采样数据进行处理和运算来获得更多有用数据，直接得到各相电压、电流有效值及有功、无功、视在电能值。通信部分计划采用RS-485接口作为与外界实现数据交换的中介，采用了多种抗干扰设计，使得本模块在工业现场恶劣的工作环境下保证了数据传输的可靠性，并可通过网络接口转换模块连接到以太网，构成网络化分布式电参数测量系统。但由于时间较短以及工作量太大，该部分未能完成。3.2外部典型接线方式输入接口如图3-2所示，其中Ia+，Ia-引脚间所示为电流互感器。本测量模块在实际场合中可应用于单相电压电流使用，Ua、Un通过一个220V/12V的变压器连至负载，以保证测量的安
36、全性。图3-2 输入接口3.3前端采样电路由于ADE7754输入电压的范围为士0.5V，所以不能直接将电网上的交流电压或电流直接输入到芯片上，必须在前端接入电压与电流互感器及信号调理电路。下面两图3-3和3-4是在电能计量电路中采用的模拟信号的前端采样部分，由1个精密电流互感器提供电压及电流信号，对于不同规格的电测模块，可以采用不同变换比例的互感器。由1路电阻网络分压得到各相的电量信号，将电流信号和电压信号接人电能计量芯片ADE7754。 图3-3 电压前段采样电路 图3-4 电流前端采样电路为满足设计指标的需求，功率因数(PF)等于1时以及功率因数较低时的精度要求，设计技术指标应该远高于基本
37、技术指标。ADE7754的电压输入范围是士0.5V，所以选择电流互感器规格为5A/5mA，精度0.1级。3.4 电参数处理部分3.4.1 ADE7754ADE7754 是带有SPI串行接口和脉冲输出的高精度多相电能测量芯片, 既可以用于三相三线也适用于三相四线,能够准确地计量有功和视在功率,并且还可以测量电压、电流、频率等电参数,具有非常高的测量精度。同时内部具有可编程寄存器来实现在线校准,不需要改动下位机的软、 硬件系统,通过上位机就可以实现精度和测量范围的调整。对于有效值测量和功率测量, 能够逐相进行校准,并且输出实时有功脉冲,在全量程测量范围内有功测量的误差可以保持在1%以内。图3-5
38、ADE7754芯片1.ADE7754的引脚功能ADE7754有24个引脚，其中AVDD与DVDD需输入5V电压使芯片工作，CLKIN和 CLKOUT 之间并联一个10MHz石英晶体为 ADE7754提供时钟信号，其他重要的引脚功能如下：（1）IAP，IAN；IBP，IBN；ICP，ICN：电流通道的模拟输入。该通道与电流转换器一起使用，为电流通道。这些输入引脚是全差分电压输入，最大的差分输入信号为0.5V，0.25V，0.125V 。根据内部放大器的增益选择，来设定输入电压的最大值，增益选择放大器的增益由 PGA 寄存器来设定。所有输入引脚具有内置静电放电(ESD)保护电路。除此之外，所有的输
39、入引脚均能承受6V 的过电压而不会造成永久损坏。（2）REFIN/OUT ：该引脚提供对对片上基准电压的访问。片上基准电压额定标称值为 2.5V8%。外部参考端也可以与该脚相连。无论是否连接外部参考电压端，该引脚都应该用一个 1F 的瓷片电容跟 AGND 端连接去耦。（3）VN，VCP，CBP，VAP：电压通道的模拟输入。这些通道与电压转换器一起使用，为电压通道。这些输入是单端电压输入，标准运行时最大信号电压为0.5V（相对于 VN 端）。可以通过内部寄存器PGA选择输入信号的最大值为0.5V，0.25V或者0.125V。所有的输入引脚均能承受6V 的过电压而不会造成永久损坏，并具有静电放电（
40、ESD）保护电路。（4）IRQ：中断请求输出。低电平有效的开漏极逻辑输出端。可屏蔽的中断包括：有功电能寄存器和视在电能寄存器半满和速率达到 26kSPS 的波形采样。（5）CS：片选信号，为四线串行接口之一。此低电平有效逻辑输入控制，允许 ADE7754 与其它几个装置分享串行总线。 （6）DIN：串行接口的数据输入端。在串行口的时钟信号SCLK的下降沿从该引脚输入数据。 （7）SCLK：同步串行接口的串行时钟信号输入端。所有串行数据与该时钟同步。SCLK 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。 （8）DOUT：串行口的数据输出端。数据在SCLK信号的上升沿从该引脚传输出去。在
41、串行数据总线上没有数据流动的时候该逻辑输出端为高阻抗状态。2. ADE7754 的内部寄存器ADE7754 内部有多达64个内部寄存器,地址范围是00H-3FH,有4个寄存器为保留寄存器, 其中寄存器3Dh 必须设置为01F7h, 这样可以提高电流测量的精度。（1）OPMODE(0Ah): 在芯片复位后, 它的缺省值为4h。这个寄存器是设置芯片的操作模式的,在本系统中需要输出有功脉冲,因此将OPMODE 设为0h。（2）GAIN(18h):可以决定电压通道和电流通道可编程增益的差分放大器的增益值,各有3 档,分别是X1、X2、X4。在本系统中电压通道放大器增益设为X1,而电流通道放大器增益设为
42、X2, 因此将 GAIN设为2h。（3）MASK(0Fh): ADE7754 提供 15 种中断, 每种中断是否被屏蔽就是由该寄存器对应的位是否为1来决定,本系统利用了它的LENERGY、 SAGA、 SAGB、SAGC 的中断类型, 需要在程序中根据需要设定相应的值。在没有屏蔽的中断产生之后, ADE7754 将IRQ 管脚拉低, 直到CPU 读取 STATUS。缺省值为0h。（4）STATUS ( 10h)/RSTATUS (11h):这两个是只读寄存器,相当于中断标志寄存器, 用来记录发生了哪种中断,而RSTATUS 和STATUS 的不同之处仅在于读完了RSTATUS 的值之后它将复位
43、清零。（5） MMODE(0Bh):用来选择累加过零次数的相电压,同时也选择对某一相或某几相进行周期测量、缺相检测、过零检测等等。缺省值为70h,即A、B、C三相都被选择。3.ADE7754内部结构及工作原理ADE7754集成了模拟数字转换器、数字积分器、参考电压源、温度传感器以及状态寄存器，状态寄存器配置电量参数的计算过程。三相电压和电流的模拟信号经可变增益放大器PGA和A/D变换，输出离散数字信号，从而进一步计算电能的有效值、功率、电量等参量。（1）电流的测量。如图3-6所示，B相、C相的电流测量通道与图6相同。这些输入是全差动电压输入，允许差动输入信号范围可选为士0.5V，士0.25V，
44、士0.125V(相对于UN端)，根据内部放大器的增益选择来设定输入电压的最大值。前端采样电路的放大器增益由PGA寄存器来设定。每相的电流通道在信号通路中都有一个乘法器，电流波形可以改变士 50%，这主要是由写入12位有符号电流波形增益寄存器(AIGA则， BIGA取，CIGA取)中的2进制数决定的。所有的输入引脚均能承受士6V的过电压而不会造成永久损坏，并具有静电释放保护电路。图3-6 电流测量通道可见，电流通道信号经信号放大PGA和模数变换ADC转换为对应的数字信号，然后经电流通道内的高通滤波器HPF滤除DC分量并数字积分，处理后的结果输出至三个方向:电流有效值计算、波形采样寄存器、有功及无
45、功电能计算。由于输入时可能有噪声干扰会造成电流相位偏移，可通过写入AIRMsos，BIRMsos，CIRMsos寄存器进行补偿。（2）电压的测量。如图3-7所示，B、C相电压通道与图7相同，具有3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士0.5V，信号处理流程与电流通道类似，电压通道的相位偏移可通过写入AVRMSOS，BVRMSOS，CVRMSOS寄存器进行补偿，在此不再赘述。图3-7 电压测量通道ADE7754内部结构设计采取的是交流采样法，内置高精度的ADC以及专用的数字处理电路，大大简化了设计过程，提高精度和可靠性。（3）周期的测量。PEIROD( 07h)记录了MMODE所选定的电压周期,当CLKIN= 10MHz时, 周期等于PERIOD*2.4*0.000001秒。（4）有功功率，无功功率，视在功率的测量。由于ADE7754中没有单独的功率寄存器，求功率时则无法像电压等其它参数那样通过访问对应寄存器直接得到。因此，通常的求功率方式是采用记脉冲的方法，由单片机处理ADE7754的脉冲输出引脚如CF的值进行计算，但是所有电子式计量芯片在进行停电实验时都会发生丢失n个脉冲的情况，这是采用电子技术不可避免的原理性缺陷，对于实际应用来说，丢脉冲的现象
