基于C8051F310和CS5460A的電壓電流表設計

0 引言
CS5460A是美國Crystal公司推出的一款用于測量電壓、電流、功率、能量的集成芯片，該芯片的主要特點是精度高、性能強、成本低且無需微控制器也可獨立運行，它是CS5460的增強版。C8051F310是美國Silicon Labs公司推出的一款具有8051內(nèi)核的高性能單片機，它的運行速度為普通8051單片機的12倍，主要特點是高速率、低功耗、外圍器件少、可靠性高。所以，本文基于芯片CS5460A和單片機C8051F310設計了一種用于測量電壓電流值的電壓電流表。

1 系統(tǒng)電路設計
1．1 C8051F310簡介
C8051F310是一款完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU芯片。它具有高速、流水線結(jié)構且與8051兼容的CIP-51內(nèi)核，工作頻率可達25MIP-S，片內(nèi)有全速、非侵入式系統(tǒng)調(diào)試接口。此外，此單片機還帶有模擬多路器、真正的10位、200ksps的25通道單端／差分ADC。其片內(nèi)RAM為1280字節(jié)。C8051F310內(nèi)含4個通用的16位定時器、高精度可編程的25 MHz的內(nèi)部振蕩器和可硬件實現(xiàn)的SMBus／C、增強型UART和增強型SPI串行接口等。
1．2 CS5460A簡介
CS5460A是帶有串行接口的單相雙向功率／電能計量集成電路。此芯片具有測量瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率、電壓有效值、電流有效值、功率有效值及電能計量的功能。CS5460A內(nèi)部集成了兩個可同時采樣的△-∑模／數(shù)轉(zhuǎn)換器、高、低通數(shù)字濾波器、能量計算單元、雙向串行接口、數(shù)字／頻率轉(zhuǎn)換器、寄存器陣列和看門狗定時器等模擬、數(shù)字信號處理單元。其中雙向串行接口和寄存器陣列可以方便地與微處理器(MPU)相連接，從而實現(xiàn)電壓、電流、功率、電能的測量。
1．3 系統(tǒng)總體設計
本電壓電流測量系統(tǒng)的總體框圖如圖l所示。該設計通過電壓互感器和電流互感器來對回路的電壓、電流信號進行采樣，并將得到的電壓、電流信號輸入到芯片CS5460A的電壓電流信號輸入端，兩路信號在芯片內(nèi)部實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換，并通過內(nèi)部運算將電流、電壓等各種數(shù)據(jù)的結(jié)果存入指定的寄存器中。以等待單片機C8051F310通過芯片CS5460A的串行接口讀取，最后將其結(jié)果通過LED數(shù)碼管顯示出來。