锐能微第三代单相计量芯片应用笔记v1.2.pdf

Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 1 of 25 Rev ２.２ 锐能微锐能微第三代单相计量芯片第三代单相计量芯片应用笔记应用笔记 Data: 2014-3-20 Rev: 1.0 Data:2014.7.6 Rev: 1.1 Data:2014.12.22 Rev: 1.2 Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 2 of 25 Rev 1.0 版本更新说明 版本号 修改时间 修改内容 V1.0 2014-3-20 创建 V1.1 2014.7.06 5.1 脉冲法校表步骤及算法： HFConst=[23.2075*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)] 修改为：HFConst=[14.8528*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)] V1.2 2014.12.22 5.1 4.相位校正计算公式规范 5.2 3.增益和相位单点校正 中公式更改： θ= [ArcSin (-ERR/1.732)] ]*（180/3.14159）/0.02； 改为：θ= [ArcSin (-ERR/1.732)] ]/0.02；注：θ为角度 θ= [ArcSin (-ERR/1.732)] ]*（180/3.14159）/0.01； 改为：θ= [ArcSin (-ERR/1.732)] ]/0.01；注：θ为角度 5.1 1.确定基本参数 5.2 1.确定基本参数 6.1 确定基本参数 中 HFConst 计算公式更改 HFConst=INT[14.8528*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)] 改为：HFConst=INT[16.1079*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)] “7 双路有功电能同时计量的实现” 中 EMUCON2 配置表 格错，更改为： =00：自定义电能输入选择为无功功率； =01：自定义电能输入选择为通道 A 和通道 B 有功功率的矢量和； =10：自定义电能输入选择为自定义功率寄存器 D2FP; =11：自定义电能输入选择为通道 B 有功功率； SPI 写操作程序示例 c 程序 SPI 读操作程序示例 c 程序 更改错误，及增加备注 5 校表方法 中 增加： 注意： 有功 PF1.0 和 0.5L 校好后， 无功 PF0.5L 的精度误差均 值约-0.16%左右，需要再进行无功相位补偿 Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 3 of 25 Rev 1.0 目录 1 概述 4 2 硬件电路设计 . 4 2.1 采样电路 . 5 2.2 基准电压电路 . 6 2.3 晶振电路 . 6 2.4 复位电路 . 7 2.5 芯片电源电路 8 2.6 SPI/UART通信接口电路 8 2.7 脉冲输出电路 9 3 可靠性设计 . 9 3.1 强电区域 10 3.2 电源和复位 11 3.3 通信接口 11 3.4 脉冲输出 12 3.5 晶体 12 4 软件设计 . 12 4.1 上电配置步骤 12 4.2 运行中计量芯片参数校验 13 4.3 SPI通信接口 13 5 校表方法 . 18 5.1 脉冲法校表步骤及算法 19 5.2 功率校表法步骤及算法 20 5.3 无功校正 22 5.4 有效值offset校正 . 22 5.5 启动功率设置 22 6 直流测量的应用 . 23 6.1 确定基本参数 23 6.2 直流offset校正 . 23 6.3 有效值OFFSET校正 . 24 6.4 电压、电流、功率转换系数确定 24 6.5 增益校正 24 7 双路有功电能同时计量的实现 . 25 8 应用注意事项 . 25 Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 4 of 25 Rev 1.0 1 概述概述 本应用笔记介绍了使用 RN8209C、RN8209D 设计单相多功能电表的硬件设计、可靠性设 计、软件设计方法和校表方法。

阅读本文档时，请参阅相应的用户手册 RN8209C、RN8209D 是一款两路电流输入，一路电压输入，支持采样零线电流的防窃电 表的计量芯片，它可提供多种电力参数：有功电能、无功电能、自定义电能，有功功率、电 流、电压、频率，其中有功功率和电流是同时提供火线和零线两路参数，用户可根据电流的 大小进行电能计量通道的切换 RN8207C 只是封装与 RN8209C/RN8209D 有所不同，具体使用方法可参阅用户手册及该 应用笔记，不再单独描述 2 硬件电路设计硬件电路设计 RN8209 单相防窃电 计量芯片 单片机 LCD显示模块 EEPROM 通讯模块 L N 负载 220V + - 100欧 1K 1K 1K 1~2M 33nF 33nF 33nF 100欧 330nF 330nF 33nF 1K 1~10 UF 0.1UF 0.1UF 10UF 10欧 10UF 0.1UF 3.579545MHz QF PF SPI/UART IRQ_N REFAGNDDGND /RST AVDD DVDD CLKIN CLKOUT V1P V1N V2P V2N V3P V3N +5v 15~22pF +5v 10K 0.1UF 15~22pF CPU 备注：1.电压采样的分压电阻选择为1~2M欧姆，一般采用６～８个１２０６贴片电阻 2.通道1(锰铜采样回路)，抗混叠的电阻电容可以用1K/33nF或者１００欧/３３０nF 用 RN8209D 设计的单相电能表参考原理框图 上图为 RN8209D 设计的单相电能表参考图。

外围硬件包括电压电流采样电路、 SPI/UART 通信接口电路、脉冲输出电路、电源和复位电路、时钟电路等 RN8209C 与此设计图类似， cpu 与 RN8209C 仅需要通过 UART 口连接， 外部复位引脚的 功能与 RX 引脚复用是否需要将有功脉冲输出口连接到 CPU 由客户决定 Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 5 of 25 Rev 1.0 2.12.1 采样电路采样电路 RN8209 包含 3 路高精度Σ-ΔADC，三路 ADC 设计一致，ADC1（V1P/V1N 输入）为火 线锰铜采样输入，ADC2（V2P/V2N 输入）为零线互感器采样输入，ADC3（V3P/V3N 输入） 为电压采样输入其中 ADC1 锰铜采样输入信号小，配置为 16 倍增益；ADC2 和 ADC3 输入 信号大，配置为 1 倍增益 电压采样电路： 推荐额定采样值 电压通道 ADC3 推荐输入信号为 100～220mVrms 设计参考原理图： L N 220V 1K 电阻串1~2兆欧 33nF 33nF 1K V3P V3N 注意电阻分压串的电阻通常采用 6 个~8 个 1206 片阻，总阻值在１～２兆欧。

电压通道 ADC 增益配置成１倍: PGAU[1:0] =00 抗混叠滤波电路推荐为 1K/33nF 电流通道 A 采样电路： 负载 220V 1K／１００欧 1K／１００欧 33/330nF 33／330nF V1P V1N 锰铜 通道 A 采用锰铜取样，其锰铜阻值根据电流规格进行选择，推荐： ５（６０）A: 250~350 微欧 １０（１００）A: １２５~１７５微欧 通道 ADC 增益配置成１６倍: PGAIA[1:0]=11 抗混叠滤波电路可选择为 1K/33nF 或者 100 欧/330nF 电流通道 B 采样电路： L 负载 + - 1K 1K 33nF 33nF V2P V2N Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 6 of 25 Rev 1.0 通道 B 采用互感器取样抗混叠电路推荐为 1K/33nF 通道 ADC 增益配置成１倍: PGAIB[1:0]=00 Ib 点输入采样信号：３０mv 左右 采样电路 PCB 设计参考如下： 采样电路 PCB 设计参考图 采样电路 PCB 设计注意事项： 1、 同一路 ADC 的 P 端和 N 端抗混叠滤波电容接地端尽量靠近；三路 ADC 的接地点需 有大面积地平面，将三路 ADC 的接地点连接起来。

2、 ADC 输入信号需走差分线 3、 ADC 输入信号应远离其他信号 2.22.2 基准电压电路基准电压电路 RN8209 内置 1.25V±1% 基准电压，电表设计时需在 RN8209 REF 引脚上加两个电容， 其中一个为 1~10uF(必须至少保证 1uf )，另外一个为 0.1uF 电容PCB 设计时，应注意基准 电压走线尽量短，滤波电容尽量靠近芯片管脚 2.32.3 晶振晶振电路电路 RN8209 系统时钟为 3.579545MHz，请使用 3.579545MHz 晶振参考设计电路请见图 3.579545MHz CLKIN CLKOUT 15pF～22pF 15pF～22pF Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 7 of 25 Rev 1.0 内部有 4M 欧姆串联电阻，外部不需要再加电阻 推荐晶振参数：ESR0;Num--) { TX_ONEBYTE(TX_DATA[i]); //发送地址及写数据 i++; } NOP(); ; //若干个 nop NOP(); SPI_SCS=1; //片选禁止 return(0); } void TX_ONEBYTE(unsigned char TxData) { unsigned char i,j,k; i=0x80; j=8; for(;j0;j--) { SPI_SCLK=1; Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 16 of 25 Rev 1.0 NOP(); ; //若干个 nop NOP(); k=TxData if(k0) SPI_SDO=1; else SPI_SDO=0; NOP(); ; //若干个 nop NOP(); SPI_SCLK=0; i=i1; NOP(); .; //若干个 nop NOP(); } } SPI 读操作读操作 DB7DB0DB7 SCSN SCLK SDI DB0 0A6A5A4A3A2A1A0 读命令字节 最高有效字节 t1 t2 SDO 最低有效字节 图 9 SPI 读时序 工作过程： 主机在 SCSN 有效后，先通过 SPI 写入命令字节（8bit，包含寄存器地址） ，从机收到读命 令后，在 SCLK 的上升沿将数据按位从 SDO 引脚输出。

注意： 1． 以字节为单位传输，高比特在前，低比特在后； 2． 多字节寄存器，先传输高字节内容，再传输低字节内容； 3． 主机在 SCLK 上升沿写命令字节，从机在 SCLK 上升沿将数据从 SDO 输出； 4． 数据字节的时间 t1 要大于等于半个 SCLK 周期； 5． 最后一个字节的 LSB 传送完毕， SCSN 由低变高结束数据传输 SCLK 下降沿和 SCSN 上升沿之间的时间 t2 要大于等于半个 SCLK 周期 SPI 读操作程序示例汇编：读操作程序示例汇编： RX_FRAME: ；接收数据帧 Renergy 锐能微第三代单相计量芯片应用笔记 深圳市锐能微科技有限公司 page 17 of。