多功能防窃电基波谐波三相电能
专用计量芯片ATT7022B
芯片高频脉冲输出口所串电阻要尽量靠近芯片，靠近输出口应并一个0.01uF去耦电容 8、晶振是高频器件，在它的信号线附近布大面积地，不要有其他信号线从中穿过。 晶体外壳要良好接地，以保证其振荡 不容易受干扰， 从而保证整个系统的稳定。 9、 SPI口走线尽可能短，在通讯速率允许的条件下，增加阻容滤波是防止误读、误写的措施之一，注意CS、SCLK、DIN所加电容和所串电阻要尽量靠近芯片，DOUT所加电容和所串电阻尽量靠近单片机。 10、RESET管脚上加0.1uF的去耦电容，SIG与单片机的连接加0.01uF的去耦电容靠近单 三、软件设计 SPI时序 http://www.Actions.com.cn Page 11 of 28 Rev 1.04
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通讯 ATT7022B的SPI通讯格式是相同的，8位地址，24位数据，MSB在前，LSB在后，对每个寄存器的读写CS信号需动作一次，换句话说，通讯开始时SCLK为低电平，CS由高到低，经过32个时钟脉冲SCLK，CS由低到高，完成一个寄存器的读或写操作。ATT7022B在时钟的下降沿从DIN线上取单片机送出的数据，在上升沿从DOUT线上向单片机送出数据。 下面是读操作时序： CSSCLKDIN7654321023222120191817161514131211109876543210DOUT 单片机送出8位地址后，至少等待3微秒后可以从DOUT线上读取数据。 SPI读时序： ReadSpi(Com) { ; Enable SPI CS=1; SCLK=0; CS=0; ; Send 8-bits Command to SPI for(n=7;n>=0;n--) { SCLK=1; DIN=Com.n; NOP NOP NOP SCLK=0; } ; waiting 3us delay(3); ; Read 24-bits Data From SPI for(n=23,Data=0;n>=0;n--) { SCLK=1; nop nop Page 12 of 28
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} } ; Disable SPI CS=1; ; Return Data From SPI return(Data); nop Data.n=DOUT; SCLK=0; 下面是写操作时序： CSCommandDataSCLKDIN7654321023222120191817161514131211109876543210 SPI读写操作要掌握几个要点： 1、 每次操作完毕要将CS拉高，下一次读写操作时再拉低。 2、 CS在拉低之前，SCLK应处于低电平状态。 3、 在写命令字或地址或数据时，在SCLK的高电平把要写进入的数据准备好，DIN在SCLK的下降沿把数据采进去，读数据时则是SCLK上升沿DOUT把数据放出来。 4、 数据放到口线上，经过几个NOP，等待数据稳定后读入单片机或写入计量芯片。 SPI写时序： WriteSpi(Com,Data) { ; Enable SPI CS=1; SCLK=0; CS=0; ; Send 8-bits Command to SPI for(n=7;n>=0;n--) { SCLK=1; DIN=Com.n; NOP NOP http://www.Actions.com.cn Page 13 of 28 Rev 1.04
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}
NOP SCLK=0; }
; Send 24-bits Data to SPI for(n=23,Data=0;n>=0;n--) { SCLK=1; DIN=Data.n; NOP NOP NOP SCLK=0; }
; Disable SPI CS=1;
计量参数输出寄存器中，0x2D、0x2E为上一次SPI写入的数据，0x28为上一次读出的数据，在编写SPI读和写的程序时，用到这几个寄存器做比对，可提高通讯的可靠性。另外建议在做完SPI写操作后，发送命令0xC9，数据0x000001，关闭SPI校表寄存器的写操作，防止校表数据寄存器被SPI误写，如要进行SPI写操作时，发送命令0xC9，数据0x000000，再进行SPI的写操作。ATT7022B还专门提供两个寄存器ChkSum1(0x3E)和ChkSum2(0x5F)，用于存放ATT7022B内部所有校表数据的校验和，每秒做3次更新，定时读取校验和寄存器的值，与单片机保存的校验和值做比较，如相等则说明校表数据寄存器的数据正确，如不等说明校表数据寄存器的数据受干扰改变，需要重新送校表数据。
使用好读、写校验寄存器，校验和寄存器，以及SIG信号，可以从软件设计上提高产品的抗干扰能力。
计量参数
ATT7022B的所有测量值都可以从计量参数寄存器中读取，每秒做三次数据更新（0x3f第七路ADC采样数据输出更新速率为3.2K），这些参数有：
功率： 基波、谐波、全波有功功率、无功功率、视在功率，其中有分各相的和合相的
值。功率是有符号的量，所有的有功和无功功率都有方向，寄存器里以补码形式存放，数据的最高位表示功率的方向，0表示正向，1表示反向。合相功率是各分相功率的代数和，利用合相有功功率、无功功率的方向，可以做四象限功率测量。ATT7022B专门设置了功率方向寄存器，将各相和合相的有功、无功的功率方向集于其中，便于用户使用。
功率的计算，对分相参数是寄存器读数还原为原码（即寄存器的读数是二进制
数，在读数最高位为1时，需寄存器读数进行取反加1的操作。读数最高位为0时，读数本身就是原码）后除以2^8, 对合相参数是寄存器读数还原为原码后除以2^6,计算出的值还应乘以系数3200/N（N是脉冲常数），当完成功率增益补偿的校正后，这就是实际的功率了。
无功测量中采用了数字移相滤波器，完成对电压信号移相90度的信号处理，
在保证信号幅频响应不衰减的前提下，能够对30-1500Hz的采样信号进行移相90http://www.Actions.com.cn
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度的处理。
功率因数和相角：基波、谐波、全波分相和合相的功率因数及相角。功率因数和相角都是有
符号的值，在寄存器里以补码形式存放，数据的最高位表示功率因数或相角的方向，其定义与无功功率方向定义相同，0表示正，1表示负。将功率因数寄存器读数还原为原码后除以2^23就得到功率因数值，当校表完成相位补偿后，这就是电网实际的功率因数值。
相角的计算是将寄存器读数还原为原吗α后，Ф=（α/2^23）*2*180/π。在不同的象限中，表示的角度需做如下转换：当有功功率为正，无功为正时，实际角度是Φ；当有功功率为正，无功为负时，实际角度是360－Φ；当有功功率为负，无功为正时，实际角度是180°－Φ；当有功功率为负，无功为负时，实际角度是180°＋Φ。
功率因数和相角参数都不需要校正。
电压夹角： ATT7022B给出各分相的电压的夹角，只有全波的参数,提供三个寄存器
YUaUb 、YUaUc、YUbUc分别表示AB/AC/BC电压的夹角。需将电压相角测量功能开启才能测到，读取寄存器值除以2^13,即为测量值。
电压夹角参数不需要校正，但只有当电压夹角测量使能控制寄存器EnUAngle=0x003584时，ATT7022B才能够对电压相角测量进行测量，从而可以得到电压夹角参数；而当EnUAngle寄存器为其他不等于0x003584的内容时ATT7022B则电压夹角测量功能被关闭。在基波、谐波电能计量功能开启时，电压夹角测试功能不能长期打开。
有效值： ATT7022B提供基波、谐波和全波的各分相电压有效值和三相的电压矢量和有
效值，以及全波的电流有效值，三相电流矢量和有效值。读取寄存器值除以2^13,即为测量值。由ATT7022B信号处理流程可以看出有效值的增益补偿与功率增益补偿是分别进行的，即使电能误差校准了，有效值还需一一进行校正。
通常第7路ADC用于检测零线电流大小，其有效值计算公式与其它电压电流
的计算公式相同，但第7路ADC需由寄存器GCtrlT7Adc的bit0控制是否开启，Bit0=1开启，Bit0=0则关闭。
三相电流矢量和：ATT7022B提供三相电流的矢量和的有效值输出，在三相四线的应用中可
以用它检测出零线电流的大小。为了保证该矢量和计算的精度，建议校正后的电流值与采样值接近，在单片机中将校正值乘以一个系数，得到测量值。
举例来说，在电流Ib输入条件下，如Ib为1.5A，校正前A相电流寄存器的
值为66A，B相电流寄存器的值为63A，C相电流寄存器的值为61A，做电流校正时将A、B、C相电流值均校正到60A，这样，做矢量和时就能保证参与计算的数据的有足够的有效位数，从而保证三相电流矢量和的精度。单片机将校正后的电流值读出后，乘以系数1.5/60=0.025，即可得到测量值1.5A。
电压及电流相序的检测：在三相四线的应用中，通过检测电压、电流信号的过零点的顺序
来判断电压、电流的相序是否正常。只要有一相电压失压，电压逆相序标志就置位；同样只要有一相电流为零，电流逆相序标志就置位。在三相三线的应用中，电压相序是通过电压夹角的大小来做判断，这时不提供电流相序的判断功能。注意电流相序的测量需要先使能其控制器，即将校表寄存器0x30赋值0x005678。在基波、谐波电能计量功能开启时，电流逆相序检测功能不能长期打开。在计量参数寄存器0x2C中，bit3、bit4给出了电压逆相序和电流逆相序的状态标志。
失压检测：ATT7022B有一个断相阈值寄存器，当检测到电压有效值寄存器的值低于断相
阈值寄存器的值，在计量参数寄存器0x2C中的bit0、bit1、bit2就给出了A、B、Chttp://www.Actions.com.cn
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