基于SA9903B的單相電能表的設計

　　1 引言

　　隨著(zhù)電力事業(yè)及科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機械式電能表逐漸被電子式電能表取代。與傳統機械式電能表相比，電子電能表精度高、制造成本低，并且計量參數全，易于電源管理和電力運行過(guò)程的遠程監控。

　　本文給出了基于SAMES公司的SA9903B單相電能計量器件，并以宏晶公司的STC12C5410單片機為控制器設計開(kāi)發(fā)的一款新型單相電能表。該器件具有SPI接口，單片機可通過(guò)SPI接口讀取內部的電參數。STC12C5410是新一代增強型、低功耗51單片機，具有2 KB非易失性E2PROM和SPI接口，易于與計量器件SA9903B接口，存儲電能累計量。

　　2 SA9903B的簡(jiǎn)介

　　SA9903B的主要特性：實(shí)時(shí)測量單相有功/無(wú)功能量;實(shí)時(shí)測量電壓有效值和頻率;集成內置參考電壓源;具有SPI(串行外圍接口)總線(xiàn)接口;功耗低于60 mW，具有靜電保護功能;工作溫度范圍寬：符合IEC6103一級交流電能表要求。

　　SA9903B的內部結構如圖1所示。它由2路模數轉換器、4個(gè)24位寄存器、內部參考電壓基準和SPI串行通信接口控制器等組成。其中，寄存器用于存儲有功電能、無(wú)功電能、電壓有效值及頻率。GND為模擬地。VDD為電源正極，當采用分流電阻檢測電流時(shí)，接+2.5 V;當采用電流互感器時(shí)，接+5 V。VSS為電源負極，當使用分流電阻檢測電流時(shí)，接-2.5 V;當使用電流互感器時(shí)，接地。IVP為模擬電壓輸入端，當測量的電壓為額定電壓時(shí)，要保證流入到內部模數轉換器電流的有效值為14μA，峰值不超過(guò)+25μA。VREF為參考電源的外接電阻端，通常需要接對地24 kΩ電阻。FMO為電壓過(guò)零脈沖輸出端，在輸入電壓的上升沿產(chǎn)生占空比50%的脈沖。CS為片選信號輸入端，高電平有效。DI、DO為串行數據的輸入、輸出端。SCK為串行時(shí)鐘信號輸入端。OSC1、OSC2為外部晶體振蕩器的輸入、輸出端。

　　3 工作原理和SPI接口通信

　　3.1 SA9903B的工作原理

　　SA9903B為混合模擬/數字信號的CMOS集成電路，內部含有兩個(gè)16位二階的∑-△模/數轉換器，分別對電壓和電流模擬信號進(jìn)行數字化處理，將瞬時(shí)電壓與瞬時(shí)電流直接相乘得到瞬時(shí)功率。瞬時(shí)功率經(jīng)低通濾波處理可獲得瞬時(shí)有功功率，而瞬時(shí)無(wú)功功率是通過(guò)對電流信號移相90