基于ADE7878的智能三相电度表的设计.doc

学号_2008302540101_ 密级_ 武汉大学本科毕业论文基于ADE7878的智能三相电度表的设计 院（系）名 称：电气工程学院专 业 名 称 ：电气工程与自动化学 生 姓 名 ：黄鹤鸣指 导 教 师 ：蒋云峰 副教授 二一二年六月武汉大学本科生毕业论文基于ADE7878的智能三相电度表的设计College ： 电气工程学院Subject ：电气工程与自动化Name ： 黄鹤鸣Director ： 蒋云峰 Professor 二一二年六月BACHELORS DEGREE THESIS OF WUHAN UNIVERSITYThe design of smart three-phase electricity meter based on ADE7878College ：Electrical Engineering CollegeSubject ：Electrical Engineering and automationName ： Heming HuangDirector ： Yunfeng Jiang Professor June 2012郑 重 申 明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要随着电网的大规模的改造与建设，电力系统对三相智能电度表的需求不断增长，提出了高精度、多参数测量、谐波功率电能计量，实时测量等技术要求。本文以智能三相电表为研究对象，采用电能计量芯片ADE7878和单片机AT89S52设计三相电度表，介绍了计量电路原理、系统结构特点及硬件电路设计。针对配电网正常负荷情况下的精确计量，提出了分时段计量的远程通信电度表设计方案。本文中智能三相电度表实现的基本思路概述为:1、通过CT与PT，实现七路模拟信号输入计量芯片ADE7878； 2、ADE7878通过模数转换、数字信号处理、电能计量、数频转换，实现电量的SPI输出和脉冲输出；3、单片机AT89S52通过对瞬时有功功率的检测，实现了功率的精确计量；通过对时间参数的检测，实现了定时存储和分时计量。本文包括以下三个方面的具体设计：1、实现三相电参量的测量，即电压和电流信号的精确采集；2、系统结构框图的设计；3、系统硬件电路设计，具体包括计量电路的设计，计量芯片ADE7878与单片机AT89S52的接口电路设计，单片机外围电路设计以及显示模块、数据存储、时钟芯片和电源模块的设计。本次设计重点完成了智能三相电度表硬件部分的理论设计和软件部分程序流程图设计。鉴于能力和实验环境的局限，未分别进行各个模块的软件设计、样表的设计及仿真调试。但提出了一种高精度的配电网电力负荷计量电表的设计方案，具有一定的参考性。关键词： ADE7878，AT89S52，精确计量，分时段计量ABSTRACTWith the large-scale upgrading and construction of the power grid, power system asks for a growing demand of the three-phase smart energy meter, and puts forward a high-precision, multi-parameter measurement, harmonic power energy metering, real-time measurement of technical requirements.The intelligent three-phase energy meter is studied and discussed in this paperWith ADE7878 as electrical energy measurement IC and AT89S52 as control unit，the principium of measuring circuit, the design of hardware circuit, and characters of system structure are introducedAs to achieving accurate metering under normal load for power system，this Paper presents a new strategy of three-phase energy meter with the function of sub-period metering and remote communication.In this article, the basic idea which smart three-phase watt-hour meter is to achieve is summarized as follows:1、With the use of CT and PT, seven channels of analog signals input the measurement chip ADE7878；2、With the use of analog-to-digital conversion, digital signal processing, energy measurement, and digital-to- frequency conversion, the measurement chip ADE7878 achieves electricity SPI output and pulse output；3、MCU AT89S52 achieves accurate metering of power by the detection of the instantaneous active power, and complies timing storage and instantaneous measurement by the detection of time parameter.This article includes the following three aspects of the specific design：1、achieving the measurement of the three-phase power parameters, which include the accurate acquisition of voltage and current signals；2、the design of the system block diagram；3、the system hardware circuit design, specifically including the design of the metering circuit, the interface circuit between the measurement chip ADE7878 and the MCU AT89S52 ,MCU peripheral circuit design, and the design of the display module, data storage, the clock chip and power supply modules.This design completed the theoretical design of the hardware part of the smart watt-hour meter. Given the capabilities and limitations of the experimental environment, we havent done the design of software part, the sample meter and simulation debugging. However, we proposed a kind of distribution grid electricity load measurement program for the design of energy-metering meter, which has high accuracy and some kind of referring value.Keywords：ADE7878，AT89S52，accurate metering ，sub-period metering目 录第1章 绪论11.1 概述11.2 智能电度表技术现状与发展趋势21.3 本文设计方案的特点和相应需要解决的问题31.4 电度表参数配置31.5 论文组织结构4第2章 电能计算的理论基础52.1 电压、电流有效值及谐波参数的计算52.2 功率与电能的计算72.4 频率的计算9第3章 系统结构框图与设计要求103.1 结构框图103.2 电表显示内容及其设计要求11第4章 系统硬件电路设计与实现124.1 计量芯片ADE7878124.1.1 ADE7878引脚配置及功能描述124.1.2 计量电路原理174.2单片机外围电路设计与器件选择184.2.1 单片机AT89S52概述、引脚配置及功能描述184.2.2 接口电路设计214.2.3 AT89S52外围电路设计224.2.4 显示模块HCl602234.2.5 数据存储AT24C02和时钟芯片DS1302234.2.6 RS-485通信接口电路设计244.2.7 电源模块设计25第5章 系统软件程序设计26第6章 总结与展望31参考文献33致谢34第1章 绪论1.1 概述随着我国经济的发展，电力供应呈现出紧张的局面，尤其是在沿海地区，工业、经济发达的城市尤为严峻对电能计量的要求也逐步升高。电子技术和计算机的高速更新换代改变了当前社会，也使电表的设计有了突破性的变化。目前，对电表的要求已经不再是简单的数值计算，而是集合了计量、管理、自动抄表等功能于一体的高科技新技术产品。大规模集成电路的运用使电表自身寿命和准确度均有极大提高。电度表技术正向复费率、多功能、网络化的方向发展。美国ADI公司生产的电能计量芯片ADE7758、ADE7878、ADE7880等在电度表设计中的应用，提高了电能计量精度，简化了电度表设计结构。随着电能计量芯片的推陈出新，复费率电度表、防窃电电度表、配置RS-485通信及红外通信接口的电度表以及三相多功能电度表发展迅速。电度表的计量精度、功能扩展、抄表方式等发生了深刻变化，电能的科学管理和合理利用进入实施和操作阶段。在这种背景下，电度表的功能、性能、以及可靠性设计等都有了显著提高与改进，电度表技术面临难得的发展机遇1。 电力已经成为国家的最重要能源。但是,当前居民用电的管理过于落后,居民用电管理收费多年来一直采用先用电、后抄表、再付费的传统作业方式，绝大多数实行“分表制”。这种用电管理模式,给居民带来诸多不便,而且增加了管理人员的工作。为了适应社会的需要,保证用户安全、合理、方便地用电,对传统的电表和用电的管理模式进行改造, 使之符合社会发展的需要就显得很有必要。长期以来,我国生产的交流电度表均为感应式机械电度表,几十年来不得不采用人工抄读电表的原始方式。在社会走向信息化,网络化,电力系统大踏步现代化的今天,手工抄表更是与无人值班等高度的自动化形成了鲜明对比,成为制约供电系统现代化管理的一大障碍。就系统的完整性而言,电力系统从发电、输电、配电，一直到区域变电所都已基本实现网络化管理,而唯独用户终端没有和网络连接上,造成了系统的不完整，或间接的影响了系统潜能的发挥。正是由于以上背景,智能电度表应运而生。所谓智能电表,就是应用计算机技术、通讯技术等,形成以智能芯片(如CPU)为核心,具有电功率计量计时、记费、与上位机通讯、用电管理等功能的电度表。1.2 智能电度表技术现状与发展趋势随着信息化的高速发展和智能电网研究的逐步展开，配电网的电能计量表计也在逐渐适应信息化的发展要求。当前，传统的感应式电表已不能满足电网建设的需求。鉴于电子式电度表在可靠性、准确度、功能扩展、性价比等方面显著优于感应表，因此已有全面取代感应表的趋势。早在本世纪初，电子式电度表就已经取代感应式表，成为工商业用表的主流。随着电力系统在不断扩展智能三相多功能表的应用领域，智能三相多功能表的需求呈明显上升趋势。功能的扩展提升了供电部门对居民用电的现代化管理，为将来实现大规模自动抄表提供了基础。其中复费率表得到了很多经济发达而电力紧张的地区供电部门的青睐，复费率表的技术因此也得以迅速提高和发展。预付费表技术趋于完善。一方面由于供电部门加大对欠费用户的管理力度，使市场需求升温，另一方面由于技术改进，特别是使用了IC卡和非接触式卡等最新技术，使预付费表的性能尤其是安全性和可靠性方面已逐步趋于完善。自动抄表技术发展颇具前景。近几年来，随着通信技术的不断进步以及电力市场应用的需要，国内自动抄表技术水平取得了长足的进步。低压电力线载波技术逐步被越来越多的电力部门所采纳，短距离红外抄表技术得到应用和推广。在无线抄表方式中，红外方式用于短距离通信，而GPRS技术可以实现远程长距离通信。随着社会需求的发展和科学技术的进步，无线通信技术和远程管理系统得到了广泛应用。防窃电要求进一步加强。随着窃电方式的更加多样化和隐蔽化，对电度表防窃电的要求也越来越高，电子式电度表表现出强大的优势。模块化设计成为趋势。随着电力市场改造力度加大，对电度表的技术更新速度也提出了更高的要求。电度表的硬件和软件可以采用模块化设计，将技术相对成熟和标准的部分进行封装入库，如计量模块、电源模块、RS485模块、RTC模块、显示模块、继电器控制模块、IC卡模块、数据存储模块等。当设计一个新的产品时，开发人员只需要将精力集中于产品的新模块、新功能的开发，以及模块的集成上，进而有效缩短产品的开发周期，提高产品设计的可靠性2。测量电路的集成化、模块化是计量芯片的发展趋势。当前，各大型器件公司纷纷推出自己的计量芯片，并不断的进行产品更新换代。比较典型的有美国ADI公司推出的ADE7878系列计量芯片，珠海炬力公司推出的ATT7026A和北京福星晓程电子公司推出的PL3223。上述三种芯片都集成了DSP数字信号处理技术，支持硬件和软件两种校表方式，计量精度高，且外围电路设计简单。其中，ADE7878是美国ADI公司推出的三相高精度多功能电能计量芯片，超越了工业上对电能计量0.2级表的精度和动态的要求3。ADE7878的突出的功能主要包括：1、防窃电功能。提供电池供电模式下的电流监测，通过检测中性电流与三相电流代数和是否匹配，进行防窃电检测。2、系统校准功能。提供有效值偏移校正，相位校准和增益校准。3、成熟的电能计量功能。三路可配置脉冲输出CF1，CF2和CF3提供多种输出选择：基波有功功率和无功功率、总(基波+谐波) 有功和无功功率，视在功率计量。ADE7878的DSP还能提供谐波能量的计量。目前，虽然我国感应式电度表仍占据相当的市场。但随着电网的发展智能电网应用技术的研究，三相高精度多功能表也将得到重点发展。该电度表目前主要用于发电厂、变电站和各大用户，并不断扩大到普通三相表用户中。智能三相电度表有多功能、高精度、多费率、自动抄表等优势，必将逐步成为电度表发展的主流4。1.3 本文设计方案的特点和相应需要解决的问题 本文提出了基于ADE7878电能计量芯片和单片机AT89S52的具有远程通信功能的智能三相电度表的原理图和硬件电路设计方案。该方案构建的智能电度表在普通单显示电表基础之上实现了以下扩展功能：1、更为精确的计量功能；采用ADE7878作为电能计量芯片，且配合电压、电流模拟信号采样电路元件参数设计及滤波网络，具有更高的计量精度。 2、电能分时段计量功能。3、远程通信功能；通过RS-485总线进行电量参数的远程传送。4、按键查询功能；按键与显示相结合，实现电量参数和异常事件记录的查询显示以及时钟参数初值输入调整结果显示。5、主/从电源供电功能；保证掉电后，仍能通过电池为电表供电。针对以上四条扩展功能，本文需要解决以下问题：1、模拟信号采样电路元件参数的计算与滤波网络的设计；2、分时段计量的软件实现；3、远程通信端口的设计及其与单片机接口电路的设计；4、功能按键的设计以及软件部分主程序实现按键查询与显示的配合；5、主/从电源切换电路的设计。1.4 电度表参数配置电度表参数配置如表1.1和表1.2所示。表1.1 电度表参数设计1电度表规格脉冲常数电流电压变换电阻/CT规格电流传感器PT规格150（250）A2000.3150/5A5A/500mA500/5V表1.2 电度表参数设计2ImaxVnIfullscaleVfullscale250A500V353.6A0.83KV电度表配置量程为150A(250A)。有功、无功脉冲常数设计分别为200impulseskWh和200impulsesKvar；匹配电阻为电流传感器二次端的串联分流电阻，其作用是把电流信号转换为电压信号；Vn、Imax对应额定电压值和负荷最大额定电流值，Ifullscale、Vfullscale为ADE7878满刻度输入时对应的负荷电流、电压值。根据电度表参数设置和ADE7878计量芯片特点，计算公式如下： (1.1)式中O5V为ADE7878电流通道满刻度输入信号，300为两级电流传感器变比，0.3为电流传感器二次端分流电阻大小，电路结构设计参考计量原理图4.3。根据国家标准GBT15283-94和国际标准IEC5211988，电度表标有两个电流值，如150(250)A。这里150A为基本电流(basic current)，符号Ib，是确定仪表有关特性的电流值，也称此电流值为标定电流。括号内所标250A为额定最大电流(rated maximum current)，符号Imax，为满足标准规定的准确度的最大电流值。设计时在外加额定电压Vn=500V时，ADE7878电压通道信号输入为0.3V。在负荷电流Imax=250A时， ADE7878电流通道信号输入为0.3V。1.5 论文组织结构 本设计分为6个章节进行论述。第1章阐述了电度表技术现状和发展趋势，提出设计方案的特色以及本文拟解决的问题，并说明了电度表参数配置；第2章介绍了电能计算的理论基础；第3章介绍了系统结构框图，提出电表显示内容的设计方案；第4章分析了硬件电路结构，阐述了以ADE7878为核心的计量电路设计和以单片机AT89S52为核心的外围电路设计，并展示了通过Protel99软件绘制的六个部分电路图；第5章进行系统软件部分主程序流程图的设计；第6章进行论文总结工作，阐述了本次设计工作中的重点和难点，并对个人设计方案的优点和不足进行了分析，最后对智能电表的发展前景进行了展望。第2章 电能计算的理论基础电能表不仅要能精确的计量用户有功电能的消耗，还应能够记录显示电网运行质量的参数，这些参数包括有功功率、无功功率、总功率、有功电能、无功电能、视在电能、电压有效值、电流有效值、功率因数、工作频率等5。对于理想的三相交流电，A、B、C三相电压信号可以表示为下列函数： (2.1) (2.2) (2.3)2.1 电压、电流有效值及谐波参数的计算信号的有效值也叫均方根值（RMS），是表示信号发送功率的能力，不管什么样的波形，具有相同均方根值的信号发送到阻性负载上的功率是相同的。在三相电路中，电压、电流的测量一般均为有效值的测量。根据电压有效值、电流有效值的定义： (2.4) (2.5)由于A/D转换器是对电信号离散采样的，假设对电压u(t)、i(t)分别进行N次采样，u(k)、i(k)相应为第k个采样点，总采样点数为N，则 (2.6) (2.7)在三相电路中，A、B、C相的电压有效值分别为： (2.8) (2.9) (2.10)A、B、C相的电流有效值分别为： (2.11) (2.12) (2.13)在进行谐波分析时，常用一些特征量来表示畸变波形偏离正弦波形的程度，最常用的特征量有谐波含量、电压总畸变率、电流总畸变率和n次谐波的含有率等。谐波电压含量UH可表示为： (2.14)谐波电流含量IH可表示为： (2.15)谐波总畸变率用THD表示，等于谐波含量与基波分量比值的百分数。电压总畸变率为： (2.16)电流总畸变率为： (2.17)谐波含有率记为HR，通常以某次谐波的有效值与基波有效值的比值来表示。第n次谐波电压含有率为： （2.18）第n次谐波电流含有率为： （2.19）含有谐波时，电力系统的平均功率为： （2.20）其中，为n次谐波电流落后于n次谐波电压的相位角。含有谐波时的视在功率可以表示为： （2.21）含有谐波时，功率因数可已表示成： (2.22)其中，和分别代表电度表上显示的有功电能和无功电能。2.2 功率与电能的计算功率是电流做功的速率，通常用字母P表示。在交流电路中 (2.23)由于储能元件的存在，交流电路的功率分为有功功率、无功功率和视在功率。1、有功功率的计算有功功率又叫平均功率，即瞬时功率在一个周期内的平均值。它是指电路中 耗能元件所消耗的功率。 在正弦交流电路中，设瞬间电压为u(t)，瞬间电流为i(t)，则瞬间功率P(t)=u(t)i(t)P(t)是个随时间变化的函数，它在某个周期内的平均值应等于该函数对时间积分后，除以时问间隔，所以平均功率应为： (2.24)当用计算机处理时，需要将连续量离散化，用和式代替积分。若以t的时 间间隔对电压和电流进行采样，用N表示每周期采样的次数（即TNt），则有功功率可以表示为： (2.25)式中，u(k)、i(k)分别代表电压、电流的第k次采样值，N为采样总点数，芯片就可按公式2.25计算出有功功率。t取得越小，离散采样的波形就越接近实际值，则计算结果越精确。在三相交流电中，A、B、C三相的有功功率分别为： (2.26) (2.27) (2.28)在三相电路中，总功率等于每相功率之和。所以，三相电路的总功率可表示为： (2.29)2、视在功率的计算在具有复阻抗的交流电路中，电压有效值与电流有效值的乘积值称为视在功 率，它反映的是额定功率的大小，即 (2.30)通常，为了电路设计的方便性，芯片内部使用公式2.30的方法实现视在功率的计算。即先计算出电压有效值和电流有效值，然后相乘得到视在功率。 三相交流电的总视在功率为各相视在功率之和： (2.31)3、无功功率的计算无功功率是视在功率中不消耗电能的部分，它的产生与储能元件有关。在实际的电路中，一般采用先计算有功功率、视在功率，然后通过三者的关系式来计算无功功率。视在功率、无功功率、有功功率满足下面的关系： (2.32)所以，无功功率的计算方法如下： (2.33)4、功率因数的计算在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号 cos表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即 (2.34)由上式可以看出，功率因数的最高值为1。功率因数的大小与电路的负荷性 质有关，具有电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。功率因数是电力系统 的一个重要的技术数据，也是衡量电气设备效率的一个系数。功率因数低，说明 电路用于交变磁场转换的无功功率大，从而降低了设备的利用率，增加了线路供 电损失。5、电能是消耗的能量的累积，是时变函数功率对时间的累积，到时刻T时的电能为： (2.35)将公式2-16带入上式得： (2.36)所以三相电流所消耗的总有功电能为： (2.37)三相总视在电能为： (2.38)三相总无功电能为： (2.39)2.4 频率的计算频率的测量一般采用过零检测法，设电压信号每个过零点的时刻ti，由此可得到周期T满足： (2.40)由周期与频率之间的关系得到频率的计算公式： (2.41)第3章 系统结构框图与设计要求3.1 结构框图系统结构框图是系统硬件电路设计的基础，它包含了系统的硬件选择及软件开发，是在对系统功能、技术指标、性价比、元器件的可购性等因素进行可行性分析的基础上，对多个方案比较权衡后确定。本次设计的系统结构框图参考图3.1所示。单 片 机 AT89S52实时时钟DS1302数据存储AT24C02按键扫描及复位液晶显示HC1602计 量 芯 片 ADE7878电流信号变换(CT)电压信号变换(PT)SPICF1CF2IRQINT0I2CSPICF3RS-485接口SCI看门狗MAX813L复位电力线信号衰减采样电流通道电压通道后备电源LIR2032N C B A图3.1 系统结构框图设计系统结构框图由以下几个模块组成：计量模块、主控模块、RS-485通信模块、显示模块、存储模块、看门狗复位模块、时钟模块、主/从电源供电模块等。采用ADE7878计量芯片和AT89S52设计三相电度表，单片机的TO、T1、T2端子对ADE7878的CF1、CF2、CF3端子发出的脉冲计数，实现有功、无功等电量参数的计量。单片机通过12C总线并采用AT24C02芯片进行电量参数的定时存储，通过按键进行电量参数的查询，通过液晶HCl602进行电量参数的显示，通过RS-485总线进行电量参数的远程传送。DSl302为实时计量和定时存储提供时间参数，通过三个功能键实现DSl302芯片时钟的初值输入调整。后备电源LIR2032为可充电的36V锂电池。单片机复位采用MAX813L芯片。单片机的SPI接口复用，所以AT89S52要对ADE7878和DS1302进行片选。3.2 电表显示内容及其设计要求课题内容围绕三相电度表多个电量参数的计量、存储、显示、按键查询展开。显示分两行显示，每行16个字符。在参数显示的同时进行代码的显示。若系统无中断发生,液晶显示当前总的有功电量和无功电量，有功电量和无功电量代码已为E0、R0，数据显示格式如下：EO：00000000.1RO：00000000.1由8个整数位和1个小数位组成，显示范围O-999999999。系统配置三个功能按键，记为K1、K2、K3功能描述参考表3.l所示.表3.1 按键的功能描述按键类型显示界面示例功能描述K1E1:00000000.0显示时段1内计量的有功、无功电量R1:00000000.0K2E2:00000000.0显示时段2内计量的有功、无功电量R2:00000000.0K3P:00000000.0显示瞬时有功功率P、无功功率VV:00000000.0K1、K2组合1206/01/00:00:00进入时钟初值调整，光标指示调整对象K1、K3组合H1:0002异常事件记录查询1206/01/00:00:00K2、K3组合E0:00000000.1退出时钟初值调整并返回主显示R0:00000000.1电能计量结果通过三个功能按键进行查询显示，具体设计要求如下。通过按链查询实现总的有功、无功等电能的计量与显示。 通过对时间参数的检测，实现电量参数的定时存储。通过按键进行时钟初值输入调整。实现异常事件的中断记录，其中异常事件包括断相、过流、过压等三种情况。可采集瞬时分相电压、电流、功率因数等数据，并进行显示6。第4章 系统硬件电路设计与实现本章节进行系统硬件电路设计、功能模块划分和元器件选型。围绕ADE7878外围电路设计，阐述了电能计量原理，并进行了有关电路参数的计算；围绕AT89S52外围电路设计，阐述了各功能模块与单片机的接口电路设计；最后介绍了电源模块设计及其特点。4.1 计量芯片ADE7878ADE7878是美国ADI公司推出的三相高精度多功能电能计量芯片，超越了工业上对电能计量0.2级表的精度和动态的要求。ADE7878的电压和电流通道为24bit -型ADC，电压和电流有效值在动态范围为1000：1的动态下小于0.1%，电能在动态1000：1下小于0.1%，在动态3000：1下小于0.2%。ADE7878提供I2C，SPI，HSDC多种数据接口和3个灵活的脉冲输出，ADE7878可以同时提供基波有功和无功功率，总（基波+谐波）有功和无功功率，视在电能计量，基波有功和无功电能计量和均方根值（RMS）计算7。ADE7878适合测量各种三相配置下有功，无功和视在电能，如三相三线（角接）、三相四线（星形）以及其他的计量方式，同时也支持电流互感器（CT）和微分线圈电流传感器，支持所有通道的波形数据输出。该ADE7878支持多种校表方式，每一相阶段，也就是有效值偏移校正，相位校准和增益校准。该CF1 ， CF2和CF3逻辑输出提供了多种可供选择：总/基波有功/无功功率，总视在功率，或总当前有效值。ADE7878包含一个内部的信号处理器（DSP）用来计算所有功率和有效值。4.1.1 ADE7878引脚配置及功能描述1、计量芯片ADE7878引脚配置如图4.1所示：图4.1 ADE7878引脚配置表4.1 ADE7878引脚功能表引脚标号描述1,10,11,20,21,30,31,40NC空脚2PM0运行模式控制脚0，此引脚配合PM1控制ADE7878的运行模式3PM1运行模式控制脚0，此引脚配合PM1控制ADE7878的运行模式4RESET复位输入脚，低电平有效5DVDD该引脚连接到对片内数字部分供电的LDO 2.5V输出，此引脚对地接一个10uF和100nF的电容6DGNDADE7878的数字参考地7,8IAP,IAN电流通道的模拟输入。该通道与电流转换器一起使用，在本文中称之为电流通道。这些输入引脚是全差分电压输入，最大差分输入信号为0.5V，带两个PGA：一个用于IA,IB,IC，一个用于IN通道。9,12IBP,IBN13,14ICP,ICN15,16INP,INN17REFINOUT该引脚提供对片上基准电压的访问，片上基准电压额定标称值为1.2V0.075%,典型温度系数为10ppm/。外部参考源1.2V0.8%也可以与该脚相连。如论是否连接外部电压端，该引脚都应该用一个10uF的瓷片电容跟AGND端连接去耦。18,19VN,VCP电压通道的模拟输入。这些通道与电压转换器一起使用，在本文中称之为电压通道。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）这些通道内部也有三个同步调整的PGA22,23VBP,VAP24AVDD该引脚连接到对片内模拟部分供电的LDO 2.5V输出，此引脚对地接一个10uF和100nF的陶瓷电容25AGND该引脚提供ADE7878中模拟电路部分的接地参考点，即数模转换器、温度传感器、基准电压源、电压电流传感器、抗混叠滤波器。26VDD该引脚为ADE7878提供电源，在PSM0（正常运行模式）电源电压应保持在3.3V10%的工作电压。在PSM1（降低功耗模式），PSM2（低功耗模式）和PSM3（睡眠模式），ADE7878的供电可以来自电池，电源电压应保持2.4V和3.7V，此引脚应该对DGND接10uF的电容和100nF的陶瓷电容。27CLKINADE7878时钟输入端28CLKOUT可按照上述方式在该引脚上连接一个晶体，为ADE7878提供一个时钟源，当CLKIN提供有外部时钟或者连接了一个晶体时，该引脚能驱动一个CMOS负载。29,32IRQ0,IRQ1ADE7878中断输出口，低电平有效33,34,35CF1，CF2，CF3/HSCLK校准脉冲输出口36SCLK/SCLSPI/I2C的时钟输入端口37MISO/HSDSPI的数据输出口/I高速SPORT接口的数据端口38MOSI/SDASPI的数据输入口/I2C接口的数据端口。39SS/HASSPI/高速SPORT接口使能端2、ADE7878计量芯片的功能描述：ADE7878是一种高精确度的，支持EN50470-1，EN50470-3的标准，兼容三相三线，三相四线以及其他接线的多功能测量IC，带有二路独立的中断申请输出口，三路独立的脉冲输出口，更多的通讯接口（I2C， SPI， HSDC）。ADE7878集成了数字积分、参考基准电压源、温度敏感元件等，内置成熟的专用电能计量功能数字信号处理器，有可用于电流/电压有效值测量，基波有功功率和无功功率、总(基波+谐波) 有功和无功功率，视在功率计量，同时提供有功和无功(基波+谐波)总能量，和基波有功和无功能量，谐波能量可通过简单减法运算获得。提供电池供电模式下的电流监测，通过检测中性电流与三相电流代数和是否匹配，进行防窃电检测。ADE7878大部分内部电路工作在 2.5V 电源上(芯片内置的 LDO)， 宽电源输入范围2.4-3.7V供电。ADE7878有七路模拟量输入，分成电流和电压两个通道。电流通道由四对差分电压输入，分别是IAP，IAN；IBP，IBN；ICP，ICN，INP，INN。INP，INN可提供零线电流的有效值及瞬时值测量8。这四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1，2，4，8或16。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。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，电压通道有一个可编程放大器PGA3，放大器增益为1，2，4，8或16。由用户编程来决定，所有的输入通道的增益相同。ADE7878提供系统校准功能，每一相阶段，也就是有效值偏移校正，相位校准和增益校准， 提供了三路可配置脉冲输出CF1 ， CF2和CF3，他们的逻辑输出提供了多种可供选择：总/基波有功/无功功率，总视在功率，或总的当前有效值，在IRQ0中有三个独立的中断标志位对应3路脉冲，当CF脉冲发生时，能量寄存器中的内容可以被锁存，从而确保多个相关的能量寄存器的内容和CF发生时刻同步。ADE7878提供四种不同的电源模式，引脚PM0和PM1可以控制ADE7878进入不同的功耗模式，如下表4.2所示：表4.2 ADE7878的功耗模式电源模式PM1PM0电流消耗备注PSM0-正常模式0117mA max复位RESET引脚只有在PSM0模式下有效PSM1-省电模式003mA max测量三相电流绝对值的平均值PSM2-低功耗模式10200uA max提供三相电流采样值和设定门限值进行比较，可以在掉电模式下进行电流检测，实现防窃电PSM3-睡眠模式111uA max电路休眠，配置寄存器保持不变。ADE7878提供了防窃电功能，可以在全失压情况下提供电流信息，其零线可以提供瞬时值和有效值电流检测，可计算各相电流瞬时值总和并与零线电流比较是否匹配。所有角度测量使用电压和电流从负到正时的过零点，同时提供3个角度寄存器，可通过不同配置方式以获取各种角度测量信息。ADE7878提供三种串行通讯口: 复位后默认为I2C 接口，其最高的通讯速度为400KHz, 读操作最大64位数据被传送速率= 64/400KHz = 160us. 在上电或硬件复位后,通过SS引脚上连续拉高置地三次,ADE7878进入SPI通讯模式，其最高的通讯速度为2.5MHz. 主模式HSDC接口的最高的通讯速度为8MHz, 可以采集电压、电流瞬时值以用于谐波分析计算, HSDC模式可以配置成只传送三相电流零线电流三相电压模式，也可以配置成只传送九相功率瞬时值,在8MHz的时钟下最快通讯耗时=16*32/8MHz=64us.3、ADE7878电能计量芯片的内部功能块如图4.2所示：图4.2 ADE7878内部功能块图结合上述内部功能图，电能计量芯片ADE7878的电能计量原理