信號采集模塊 - ATT7022C的電參數(shù)測量模塊設計

　　電壓、電流采集采用雙端差分信號輸入的方式采集數(shù)據(jù)。正常工作時最大輸入電壓為±1.5 V.2個引腳內(nèi)部都有ESD保護電路，最大承受電壓為±6V。

　　電壓信號的采集可選擇分壓方式或互感器方式。本系統(tǒng)為了能得到較穩(wěn)定的信號，決定采用互感器來采集信號。這樣不僅起到了電氣隔離的作用。還可防止電流過大燒毀芯片。由于電能計量芯片的電壓通道在互感器的次級電壓為0.5 V時有較好的精確度和線性度，所以在設計時，選擇LCTV3JCF-220V/0.5V規(guī)格的電壓互感器作為電壓信號的采集端。電壓采集電路如圖4(a)所示。電路中的1.2 kΩ電阻和0.01μF電容構成了抗混疊濾波器。REFO信號連接電能計量芯片輸出的2.4 V參考電壓，這個電壓起到直流偏置的作用。

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　　電流信號的采集是通過把電流互感器輸出的電流信號并接一個適當?shù)碾娮?，采集電阻兩端電壓的方式來間接測量電流值。電流通道在采集電壓為0.1 V時芯片有較好的精確度和線性度，因此在設計時選用HTTA-5 A/5 mA規(guī)格的電流互感器。在輸入額定電流的情況下，輸出的電流信號并接20 Ω的電阻可以得到0.1 V的電壓信號。值得注意的是，電流互感器的選擇應根據(jù)實際應用時初級電路中電流大小的范圍而選擇，電阻也要相應地變化，保證輸入的信號在0.1 V左右。電流采集電路如圖4(b)所示。

　　4 軟件設計

　　模塊的軟件設計首先是對各部分的通信接口進行初始化，然后對芯片進行校正，接著把實驗校正的值寫入ATT7022C的各個寄存器。最后，在主函數(shù)的循環(huán)語句中瀆取芯片各個寄存器的數(shù)據(jù)進行顯示、存儲、向上位機傳輸。

　　4.1 ATT7022C與LPC2138的SPI接口函數(shù)

　　圖5、圖6分別為ATT7022C芯片的SPI接口讀、寫時序圖。圖中，CS為芯片的片選信號線;SCLK為時鐘信號線;DIN為串行數(shù)據(jù)輸入線，用于把用戶的數(shù)據(jù)、命令、地址傳輸?shù)紸TT7022C芯片，它與ARM處理器的SPI總線的MOSI連接通信;DOUT為串行數(shù)據(jù)輸出線，用于從ATT7022C芯片讀取數(shù)據(jù)，它與ARM處理器的SPI總線的MISO連接通信。從圖5中可以看出，當向ATT7022C芯片寫一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，SCLK高電平時在DIN引腳準備好數(shù)據(jù)，一個時鐘下降沿，就把一位數(shù)據(jù)寫入芯片中。當從ATT7022C讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)時，一個時鐘上升沿，芯片會把一位數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻OUT引腳，ARM讀取該引腳得到一位數(shù)據(jù)。使用ARM的SPI總線，數(shù)據(jù)在SCLK高電平時有效，所以在設置SPI控制寄存器時CPOL位應置0。SPI傳輸?shù)牡谝晃粩?shù)據(jù)在第二個時鐘沿被采樣，CPHA位應置1。ARM與ATT7022C芯片進行數(shù)據(jù)通信時，需要先向ATT7022C芯片寫入8位的命令字，然后才能通過SPI接口讀出或?qū)懭?4位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸時高位在先，LSBF位應置0。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中CS要保持在低電平的狀態(tài)，傳輸完成后應把CS拉高。同時設置SPI總線為主模式、禁止SPl的中斷。

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　　SPI的接口函數(shù)如下：

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　　程序運行時，要想知道通信函數(shù)是否正確，可以通過讀取校表數(shù)據(jù)校驗和寄存器的值來判斷。在芯片復位后未寫校表數(shù)據(jù)前，它里面存儲的復位數(shù)據(jù)是定值。發(fā)送命令字0x3E或0x5F，讀取24位數(shù)據(jù)。在三相四線模式下，值是0x043C73;在三相三線模式下，值是0x16BC73。如果是其他值.則程序有誤。