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ADE7758芯片简单手册 摘要:本文介绍基于 ADE7758 和 PIC系列MCU的多相多功能电能测量电表，本文重点介绍 ADE7758的 引脚及设计要点、内部寄存器功能和工作原理,以及 ADE7758与 PIC16F877的中断接口时序。 关键词：多相电能表；ADE7758；PIC 0引言 我国与发达国家一样， 随着电力供应市场化的逐步深入和计算机网络的快速普及和发展，为了缓解 电力供应紧张的现状，正在大力推广分时电价，双费率电子电能表成为电能表新的发展趋势和需求热点。 仅上海市自 2001年起，五年内需要 600万台复费率电能表。 国外电能表正在向大电流、大动态的需求方向发展。美国模拟器件公司开发出一种体积小巧、动态范 围可达 1000：1的新型电能测量集成电路 ADE7758，该 IC内嵌了高精度的模数转换器和固定模式的数字 处理信号处理器（DSP），具有数字积分、数字滤波和具有众多实用电能监测、计量功能，正成为新一代 高性能全数字电能表的理想芯片。 截止到 2002年 10月， AD775X系列全数字电能测量处理芯片在全世界的销量已超过 5000万片。 ADE7758是具有每相信息的多相多功能电能测量 IC芯片，是美国 ADI公司 2003年 8月推出的专用电能 测量 IC新产品。 A D E 7 7 5 X 系 列 电 能 测 量 专 用 集 成 电 路 芯 片 的 推 出 , 不 仅简化了 电力测量新应用模块的设计难度，可做到全电子或真正固体化、静止化,以有利于提高性能，降 低成本；还可以利用现有的电话线、专线、高频无线电调制解调器、光缆、低压配电线载波等技术手段完 成自动抄读表、分时电价、实时电价、多功能计量、预付费等扩充应用功能。使电能计量具有高精度、高 可靠性、免维护和双向通讯功能，适应电力市场化下的电力公司提供新的增值服务。 ADE7758是一款功能先进的数字电能表芯片，它与单片机 PIC16F877 、LCD模块、电源等构成的一 种多费率电子电能表电路见图。ADE7753通过串行接口与单片机通信，接收单片机控制，实现多费率计量。 1 ADE7758引脚功能及设计要点 ADE7758引脚功能分布参见图 1。 图 1 ADE7758引脚功能分布 APCF⑴ ：有功功率校正频率逻辑输出引脚。 该引脚的输出主要用于校准和操作的目的。满刻度输出频率可以写入 APCFNUM和 APEFDEN寄 存器中。 ⑵ DGND：ADE7758数字电路部分参考地端，例如乘法器、滤波器、数－频转换器的地端。 由于 ADE7758中的回路电流很小，可以直接跟整个系统的模拟地端（AGND）相连，但是 DOUT 端的大总线电容产生的数字噪声电流可能会影响其性能。 DVDD⑶ ：数字电源。该引脚为 ADE7758数字部分提供电压源。 电压维持在 5V±5%。该引脚可用一个 10µF的电容和一个 100nF的瓷片电容并联后进行去耦合。 AVDD⑷ ：模拟电源端。该引脚为 ADE7758模拟部分提供电压源。电压维持在 5V±5%。 该引脚应该采用正确的去耦方法，尽量减小电源波动和噪声。该引脚用一个 10µF的电容和一个 100nF的瓷片电容并联后，再连接到 AGAND引脚来去耦合。 ~ IAP⑸ ⑽ ，IAN；IBP，IBN；ICP，ICN：电流通道模拟输入。 这些输入是全差动电压输入，最大的差动输入信号为±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，并具有静电释放保护电路。 (11) AGND：模拟电路部分的参考地端。 该引脚为内部的 ADCS、温度敏感元件、参考电压端等部分的参考地端。该引脚应该连接到系统 的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 模拟地或者干扰最小的接地参考点。干扰最小的接地参考点应该跟所有的模拟线路相连。为了减小 ADE7758的地端噪声，模拟地端应该和数字地端只用一个点来连接。也可以把整个器件都安放在模拟接地 面上。 （12) REFIN/OUT：该引脚是片上基准电压。 片上基准电压标称值为 2.5V±8% 。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 1µF的瓷片电容跟 AGND端连接以去偶合。 (13)~(16) VN，VCP，CBP，VAP：电压通道的模拟输入。 这些输入是单端电压输入，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，并具有静电释放保护电路。 (17) VARCF：复功率校准频率逻辑输出。 通过设置WAVMODE寄存器的 VACF位来选择输出复功率或者视在功率。该输出常用于电能表 的校准。满刻度输出可以通过写入 VARCFNUM和 VARCFDEN寄存器的数值来调节。 (18) 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：有功能量寄存器和视在功率寄存器半满和波形采样速率达到 26kSPS。 (19) CLKIN：数字信号处理 ADCS的主时钟。最高为 15MHZ。 可以用一个外部时钟信号来提供时钟输入，也可以在 CLKIN和 CLKOUT端并联一个 AT晶体 来提供时钟信号。应该根据晶体的参数确定所需要的负载电容值，接一个几十 PF的瓷片电容到振荡门电。 (20) CLKOUT：当外部时钟提供或者连接一个晶体时，该引脚能驱动一个 CMOS负载。 (21) CS：片选信号，低电平有效。这时 ADE7758与数据总线接通。 (22) DIN：串行接口的数据输入端。在串行口的时钟信号 SCLK的下降沿输入数据。 (23) SCLK：串行时钟信号输入端。 所有串行数据被该信号同步。该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。 (24) DOUT：串行口的数据输出端。 在 SCLK信号的上升沿数据从该引脚传输出去。在没有数据的时候该引脚为高阻抗状态。 2 ADE7758的工作原理与内部框图 ADE7758功能框图如图 2所示。 ADE7758是一种高精确度三相电能测量 IC，带有一个串行口，两路脉冲输出。ADE7758集成了数字 积分、参考基准电压源、温度敏感元件等，有可用于有功功率、复功率、视在功率、有效值的测量以及以 数字方式校正系统误差(增益、相位和失调等)所必须的信号处理电路。该芯片适用于各种三相电路（不论 三线制或者四线制）中测量有功功率、复功率、视在功率。 来自电流传感器和电压传感器的电压信号经信号放大 PGA1,PGA2和模数变换 ADC转换为对应的数字 信号，然后，电流信号经电流通道内的高通滤波器 HPF滤除 DC分量并数字积分后，与经相位校正 Φ的 电压信号相乘，产生瞬时功率;此信号经低通滤波 LPF2产生瞬时有功功率信号;各相功率相加得到总 的三相瞬时有功功率，经 DOUT引脚输出。视在功率和复功率的计算与此类似。 ADE7758有六路模拟量输入，分成电流和电压两个通道。 流通道由三对差分电压输入，分别是 IAP，IAN；IBP，IBN；ICP，ICN。这三个电流通道最大的信号 电压变化范围为±0.5V。电流通道有一个可编程增益放大器（PGA1），放大器增益为 1，2或 4。除了 PGA 功能外，用于 A/D转换时，通道 1还具有输入信号满刻度选择的功能。前面提到了，最大输入电压变化范 围为±0.5V，利用增益寄存器的 3和 4位，ADC的输入电压可以设置为±0.5V，±0.25V，±0.125V。这是利 用 ADC的基准参考端来实现的。 图 2 ADE7758内部功能框图 电压通道具有三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±0.5V。相对于 VN来说，电流和电压通道都有一个 PGA（可编程放大器），增益为 1，2或 4，由用户编程来决定，所有的输入通道的增益相同。 ADE7758提供系统的校正功能如：有效值偏移的校正、相位和功率的校正等等。引脚 APCF的逻辑输 出给出了有功功率的信息，引脚 VARCF的输出提供了瞬时复功率和视在功率的信息。ADE7758具有一个 波形取样寄存器，其值来自于 ADC的输出。波形采样部分集成有一个用于短时持续低电平或高电平的监 测电路，门槛电平和持续时间是由用户编程来决定的。三相中的任一相过零监测是同步进行的，过零监测 的结果可用于测量三路电压输入中任一路的周期。 ADE7758的所有功能都是通过读、写片上寄存器来实现的，即 ADE7758的各种设定和操作主要是对 其众多寄存器的读和写。每个寄存器在读、写时，首先要执行一个写通信寄存器的操作，然后开始传输数 据。 电能表的测控命令和测量信息可以多种方式与MCU通讯。MCU输入的命令字控制着 ADE7758的工 作模式、测量模式、波形采样模式、有效值偏差补偿量和中断模式等。例如：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±50%，这主要是由写入 12位有符号电流波形增益寄存器（AIGAIN， BIGAIN ，CIGAIN）中的 2进制数决定的：如果 7FFH写入这三个寄存器，则 ADC的输出标定值将增加 50%；如果 800H被写入，则输出减小 50%。 3 ADE7758与 16F877的中断接口与时序 一个基于 ADE7758和美国微芯公司MCU（PIC16F877）等构成的三相多功能电子电能表的原理框图 参见 图 3。被测三相电压、电流经传感器和调理电路后，送 ADE7758的 A相/B相/C相电压和电流输入 端，经 ADE7758计算后，转换为有功功率、无功功率、视在功率、复功率等电能信息 ， 数据通过 ADE7758 的串行口读出。MCU通过 SPI串行接口读出电能数据信息并处理后，送 LCD显示和无线网络接口。 ADE7758与 16F877的中断管理接口时序。 AED7758的中断是通过中断状态寄存器 STATUS和中断 屏蔽寄存器MASK来实现的。当 AED7758有中断事件发生时，STATUS相应的位被置 1，如果中断屏蔽 寄存器MASK内该中断相应的位为 1，则 IRQ输出变为有效的低电平。STATUS的中断标志位和MASK 中的中断屏蔽位是相互独立的。为了确定中断源，主控单元（16FF877MCU）必需执行一个从 STATUS读 数据的操作，同时重设 STATUS。这个操作的实现用一个读地址 11H的操作来完成（注：11H 是 STATUS 的地址）。在完成操作的读出命令后，IRQ端恢复高电平。 图 3 三相多功能电子电能表的原理框图 假设中断事件发生在 STATUS正在读的时间段内，ADE7758也可以保证没有中断事件被丢失。 ADE7758与MCU串行接口的中断管理时序参见图 4。在时间 t1处，IRQ线变为有效低电平，表明 ADE7758 内已发生一个或多个中断事件。IRQ逻辑输出应与MCU的下降沿触发外部中断相对应。 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 下降沿时， 应将MCU设置成启动执行其中断服务程序(ISR )。在进人 ISR时，所有中断都应通过全局中断允许位加以 禁止。这时，MCU外部中断标志可能被清除，以捕获在当前 ISR期间发生的中断事件。 当MCU中断标志被清除时，利用复位完成从状态寄存器读出。这将使 IRQ线复位到逻辑高电平(t2 )， 状态寄存器的内容用来确定中断源，以确认应采取的操作。若在 ISR期内发生相继的中断事件，则该事件 便重新由所设定的MCU外部中断标志(t3)加以 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 。从 ISR返回时，全局中断屏蔽将被清除(在相同指令 周期)，外部中断标志将再次引起MCU转移到它的 ISR上。这就保证MCU不会丢失任何外部中断。 图 4 ADE7758与 16F877的中断接口时序 ADE7758具有一个内置的 SPI接口。它与MCU的串行接口由 SCLK、DIN、DOUT和 CS 四个 信号来完成。当 IRQ输出变为低电平时，MCU的 ISR必须对中断状态寄存器进行读操作，以确定中断源。 在对状态寄存器的内容进行读操作时，IRQ的输出在第一个字节传送的最后一个 SCLK下降沿上被设定为 高电平(对中断状态寄存器读出的命令)。直到下一次 8位传送的最后一位(中断状态寄存器的内容)被移出之 前，IRQ输出都保持高电平，若这时中断尚未决定，则 IRQ输出将再次变为低电平。若没有任何中断处于 等待状态，则 IRQ输出将保持高电平。 A相电 流 B相电流 C相电流 A相电压 B相电压 C相电压 ADE775 8 ADC DSP SPI MCU 16F877 LCD 显示 无线 网络 红外抄表 WDT