基于ADE7878的多功能电能表的设计

电流取样采用传统的电流互感器方案。电流互感器选用量程为0～5 A的微型精密电流互感器,其规格为5 A/10 mA，采样电阻选用精密电阻120 Ω，因此额定采样电压有效值为1.2 V，ADE7878电流输入通道采样信号范围为峰值±0.5 V，因此采样电阻比为0.5/(1.414×1.2)=0.29，为留有一定余量，保证采样精度，选用40 Ω、220 Ω两种金属膜电阻，这样采样电阻比就是40/(220+40)=0.15，具体电路见图3。

2.3 LPC2212与ADE7878接口电路
为保护以LPC2212为主的核心控制电路的安全可靠，以及减少数字电路对ADE7878模拟采样的干扰，在设计这两部分的接口电路时，有必要考虑电气隔离的问题。
　 本设计中采用的是ADI公司的采用iCoupler技术的四通道数字隔离器ADUM1411芯片，额定电介质隔离电压为2.5 kV(有效值)，持续1 min。该隔离器将高速CMOS与单芯片空芯变压器技术融为一体，具有优于光耦合器等替代器件的出色性能特征，隔离效果非常好。iCoupler器件不用LED和光电二极管，因而不存在一般与光耦合器相关的设计困难。简单的iCoupler数字接口和稳定的性能特征，可消除光耦合器通常具有的电流传输比不确定、非线性传递函数以及温度和使用寿命影响等问题。这些iCoupler产品不需要外部驱动器和其他分立器件。此外，在信号数据速率相当的情况下，iCoupler器件的功耗只有光耦合器的1/10至1/6[5]。
　 ADE7878提供两种串口通信模式：SPI接口模式；I2C接口+HSDC接口模式。本设计采用速度较高的SPI接口模式。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通信模式，其最高的通信速度为2.5 MHz。SS引脚的具体操作可以通过两种方式来实现：一是由MCU使用一个I/O引脚触发SS引脚切换3次；二是对ADE7878没有分配特定寄存器的地址(例如0xEBFF)执行3次SPI写操作。在串口选择完成后，必须进行端口锁定，对CONFIG2[7:0]寄存器的任何写操作即可锁定端口，一旦锁定，串口模式将无法更改，直到复位为止[1]。
3 整体软件设计

本设计的软件是基于Keil uVision3开发环境编写的，主要包括系统主程序设计以及软件校表设计。
3.1 主程序设计
系统主程序流程如图4所示。主程序分为初始化部分和主循环部分。

初始化部分包括对FRAM、Flash两种存储器的格式化，对MCU的ADC、SSP、I2C、UART各种端口的设置，对GPIO引脚的功能设定与方向选择，对内部中断、外部中断的设置，对RTC时钟的设置，等以上均初始化完毕之后，将相关参数导入FRAM中，然后配置ADE7878，启动电量信息的采集。
主循环部分依次对外设的情况进行检测，按键扫描处理，计算各种电量信息并通过LCD显示、存储数据以及RS485通信。当外设出现异常情况，或者检测到开盖、电池欠压、掉电情况时，进行相应声光报警以及参数存储。
3.2 软件校表设计[3]
ADE7878的校准有两种方法可供选择。一种方法是利用ADE7878的三路校表脉冲输出，通过校表台来进行校准。这种方式最为常用，但是效率较低。另一种方法是利用精密基准源，通过设置ADE7878使其工作在线路周期累计模式下。这种模式的优点是效率高，校准比较快，但对基准源的要求比较高。
ADE7878简化了校表方式，一般流程为：电表外接PF=1的额定电流、额定电压，依次校准电流增益IGAIN、电压增益VGAIN。根据电流、电压修正的结果相应修改WTHR的阈值，同时设置芯片工作于线周期累积模式，接入PF=1的额定电流、额定电压之后，校准有功功率增益WGAIN。然后将PF调至0.5L，进行相位修正。无功功率增益VARGAIN、视在功率增益VAGAIN理论上可以等于有功功率增益WGAIN。
校准完成之后，可以采用如下方法检测校准的精度：将校准后的电能表接入标准源额定值，对比其与标准表的电能脉冲输出，通过观察两路脉冲的周期是否十分接近，可以初步得知校准的成功与否，然后再通过观察规定时间内两路脉冲的个数是否一致，从而得知此次校准的实际精度。
由于在芯片复位之后，所有的校表寄存器都会恢复到缺省值，因此，必须将求得的各个校准寄存器的值存放在FRAM中长久保存，在系统复位后由LPC2212控制将这些修正值依次写入相关寄存器中。

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