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当前位置:首页 > 行业资料 > 酒店餐饮 > RN8209-SSOP24-天高微 单相计量芯片
单相防窃电多功能计量电路版本:Ver1.0第1页共24页1、概述RN8209是一个包含三个通道sigma-delta模-数转换器(ADC)的电能计量电路,它可以精确测量和计算电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、有功能量、无功能量等电能参数,主要应用于各种智能电表及其它电能计量领域中。其特点如下:z有功和无功能量误差在1500:1的动态范围内优于0.1%z支持IEC687/1036、IEC62053-22:2003、IEC62053-23:2003的标准要求z电压和电流有效值误差在400:1的范围内优于0.5%z潜动阀值可调z提供方便的SPI接口,兼容3.3V/5V端口电压z小信号校表加速功能z提供增益和相位校正补偿功能z片内电源监控模块z电压通道过零检测z高性能2.45V±3%片内基准电压源,温度系数典型值±20ppm/℃z封装形式:SSOP242、功能框图与引脚说明2.1、功能框图RN8209RN8209版本:Ver1.0第2页共24页2.2、引脚排列图123456789101112131415161718192021222324AVDDRESTNCV1PV1NV2PV2NV3PV3NREFAGNDNCSDOSDISCLKNCOSCOOSCIDVDDDGNDCSIRQPFQF2.3、引脚说明与结构原理图序号管脚名I/O功能描述1AVDD模拟电源引脚2RESTI复位引脚,低电平有效3NC不连接4,5V1P,V1NI电流通道1的正、负模拟输入引脚,全差分输入方式,最大有效输入电压±660mV6,7V2P,V2NI电流通道2的正、负模拟输入引脚,全差分输入方式,最大有效输入电压±660mV8,9V3P,V3NI电压通道的正、负模拟输入引脚,全差分输入方式,最大有效输入电压±660mV10REFI/O基准电压的输入、输出引脚11AGND模拟地12NC不连接13SDOOSPI串行数据输出引脚14SDIISPI串行数据输入引脚15SCLKISPI串行时钟输入引脚16CSISPI片选信号输入引脚17DGND数字地18DVDD数字电源引脚19OSCII外部晶体输入引脚,或是外部系统时钟输入20OSCOO外部晶体的输出引脚21NC不连接RN8209版本:Ver1.0第3页共24页22IRQO中断或过零检测输出引脚23PFO有功电能校验脉冲输出引脚,默认状态低电平输出24QFO无功电能校验脉冲输出引脚,默认状态低电平输出RN8209版本:Ver1.0第4页共24页3、电特性3.1、极限参数参数符号最小值最大值单位工作电压VDD-VSS-0.37.0V储藏温度TSTG-65+150℃工作温度TO-40+85℃3.3、电特性除非另有规定,Tamb=25℃,AVDD=AVDD=5.0V规范值参数名称符号测试条件最小典型最大单位有功电能测量误差Eerr常温1500:1的动态范围±0.1%有功能量测量带宽Ewind系统时钟3.579MHz10KHz无功电能测量误差Eerr常温1500:1的动态范围±0.1%有效值测量误差Eerr常温400:1的动态范围±0.5%最大信号电平Vmax±660mV直流输入阻抗Rdc330kΩADC失调误差DCoff8mV-3dB带宽W-3dB系统时钟3.579MHz10kHzSPI接口速率11.2MHz输入时钟范围OSCI23.5794KHz基准电压Vref2.42.452.5V基准电压温度系数Tc20ppm/℃输入阻抗Rin4kΩ数字电源DVDD4.55.05.5V模拟电源AVDD4.55.05.5V工作电流1Idd1通道2的ADC不打开5.5mA工作电流2Idd2通道2的ADC打开6.3mARN8209版本:Ver1.0第5页共24页4、系统功能4.1、功能简介RN8209内部包含一个对模拟电源(AVDD)进行监测的电路单元,当电源电压低于4V±0.1V时芯片被复位,当电源电压高于4.3V±0.1V时芯片正常工作。RN8209内部包括三路ADC,一路用于相线电流采样,一路用于零线电流采样,一路用于电压采样。ADC采用全差分方式输入,电流、电压通道最大信号输入幅度峰值为660mV。芯片测量三个通道的真有效值参数输出,提供两路有功功率、无功功率的计算和校正。同时提供频率测量、过零检测和能量脉冲输出。4.2、能量脉冲输出RN8209带有专用的有功、无功能量的脉冲输出端口PF、QF,可以通过这两个端口直接进行误差比对。PF/QF输出满足下面的时序关系:注意:当脉冲输出周期小于180ms时,脉冲以等duty形式输出。为了提高生产效率,加快小信号校正速度,在小信号校正时通过配置相关的寄存器,使PF/QF的输出频率提高,最快可以提高16倍。4.3、中断RN8209内部中断资源包括一个中断允许寄存器IE、两个中断状态寄存器IF和RIF。IRQ引脚是中断输出和过零检测输出复用,通过配置EMUCON寄存器(0x01H)的ZXCFG位确定该引脚的用途。当中断允许寄存器相应的中断允许位使能且中断事件发生时,IRQ引脚为低电平。当CPU通过SPI接口读RIF,先写命令寄存器,在写完命令字节最后一个比特(LSB)的SCLK下降沿,IRQ引脚恢复为高电平。4.3.1、读RIF寄存器1.在SCLK时钟的驱动下,MCU先通过SDI引脚发出读寄存器命令,在读命令字节最后一个比特(LSB)的SCLK下降沿清中断状态寄存器IF,而此时RIF寄存器内容保持不变,同时IRQ由低电平变为高电平。2.芯片响应读RIF命令,在SCLK时钟的驱动下,将RIF寄存器内容移出SDO引脚。RIF在此过程中始终保持读操作前的值,而IF寄存器在通信该过程中能接收新的中断。3.在最后一个比特移出SDO后,CS由低至高时将RIF寄存器的内容和IF同步。除了读RIF寄存器操作,其他情况下IF和RIF都保持一致。为了在SPI读中断标志过程中不丢失中断,在中断处理程序中推荐用户使用RIF寄存器。RN8209版本:Ver1.0第6页共24页读RIF寄存器时序图4.3.2、中断处理过程芯片的IRQ通常和MCU的外部中断管脚/INT相连,当IRQ由高变低时MCU产生/INT中断,程序进入中断处理程序,中断处理过程如下:步骤一:中断初始化1、MCU通过串口读RIF寄存器,清IF和RIF中断标志;2、配置RN8209的IE寄存器,使能需要的中断允许位;3、MCU使能/INT外部中断,等待RN8209中断事件的发生,IRQ输出触发/INT中断,程序跳转到/INT中断的入口地址。步骤二:中断服务程序1、关闭MCU全局中断和/INT中断;2、MCU通过串口读RIF寄存器,清IF和RIF寄存器,将IRQ恢复到高电平;3、MCU通过判断RIF的中断标志来判断RN8209的中断源,转而执行相应的中断处理程序;在此过程中,RN8209若发生新的中断事件,IF相关标志置位,IRQ也会由高变低,触发MCU的/INT中断标志置位,记录了此事件;4、执行完中断处理程序,MCU打开全局中断和/INT中断,并恢复现场后中断返回。中断返回后,若检测到/INT中断标志,程序又进入到外部中断ISR中,重复2。若未检测到/INT中断标志,说明中断处理过程中未发生中断事件,程序继续运行。RN8209版本:Ver1.0第7页共24页4.4、通信接口4.4.1、SPI接口说明CS是RN8209的片选输入信号,低电平有效,内部悬空,建议外接上拉电阻。CS由高电平变为低电平时,表示当前芯片被选中,处于通讯状态;CS由低电平变为高电平时,表示通讯结束,通讯口复位处于空闲状态。SCLK是串行时钟输入信号,决定数据移出或移入的传输速率。所有的数据传输操作均与SCLK同步,RN8209在上升沿将数据从SDO引脚输出;主机在上升沿将数据从SDI引脚输出。RN8209和主机都在下降沿读取数据。SDI是串行数据输入信号,用于将MCU的数据传输到RN8209内部。SDO为串行数据输出信号,用于把RN8209数据输出给MCU。在CS为高电平时,SDO为高阻状态。4.4.2、SPI数据格式通信数据包括读操作帧、写操作帧和特殊命令帧。每一帧的传输过程如下:当RN8209检测到CS下降沿,SPI进入通信方式,在此模式下,RN8209等待MCU向命令寄存器传送命令字节。命令寄存器是一个8bit的寄存器。对于读写操作,命令寄存器的bit7用来确定本次数据传输操作的类型是读操作还是写操作,命令寄存器的bit6-0是寄存器的地址。对于特殊命令操作,命令寄存器的bit7-0固定为0xEAH。SPI帧格式说明见下表:命令名称命令寄存器数据描述读命令{0,REG_ADR[6:0]}RDATA从地址为REG_ADR[6:0]的寄存器中读数据。读无效地址,返回值为00h。写命令{1,REG_ADR[6:0]}WDATA向地址为REG_ADR[6:0]的寄存器中写数据。写使能命令0xEAH0xE5H写保护命令0xEAH0xDCH电流通道A选择命令0xEAH0x5AH电流通道B选择命令0xEAH0xA5H参见特殊命令介绍。4.4.3、SPI写操作RN8209版本:Ver1.0第8页共24页MCU在选通CS后,先通过SPI写入命令字节(8bit,包含寄存器地址),再写入数据字节。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.MCU在SCLK上升沿写数据,RN8209在SCLK下降沿读数据;4.数据字节之间的时间间隔t1要大于等于半个SCLK周期;5.最后一个字节的LSB传送完毕,CS由低变高,结束数据传输。SCLK下降沿和CS上升沿之间的时间间隔t2要大于等于半个SCLK周期。注意:有写保护功能的寄存器在写操作之前要先写入写使能命令。4.4.4、SPI读操作MCU在CS有效后,先通过SPI写入命令字节(8bit,包含寄存器地址),RN8209收到读命令后,在SCLK的上升沿将数据按位从SDO引脚输出。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.RN8209在SCLK上升沿写命令字节,MCU在SCLK下降沿将数据从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,CS由低变高结束数据传输。SCLK下降沿和CS上升沿之间的时间t2要大于等于半个SCLK周期。RN8209版本:Ver1.0第9页共24页4.5、寄存器4.5.1、寄存器列表地址名称R/W字长复位值功能描述校表参数和计量控制寄存器00HSYSCONR/W20003h系统控制寄存器,写保护01HEMUCONR/W20003h计量控制寄存器,写保护02HHFConstR/W21000h脉冲频率寄存器,写保护03HPStartR/W20060h有功起动功率设置,写保护04HQStartR/W20120h无功起动功率设置,写保护05HGPQAR/W20000h通道A功率增益校正寄存器,写保护06HGPQBR/W20000h通道B功率增益校正寄存器,写保护07HPhsAR/W100h通道A相位校正寄存器,写保护08HPhsBR/W100h通道B相位校正寄存器,写保护09HQPhsCalR/W20000h无功相位补偿,写保护0AHAPOSAR/W20000h通道A有功功率偏移校正寄存器,写保护0BHAPOSBR/W20000h通道B有功功率偏移校正寄存器,写保护0CHRPOSAR/W20000h通道A无功功率偏移校正寄存器,写保护0DHRPOSBR/W20000h通道B无功功率偏移校正寄存器,写保护0EHIARMSOSR/W20000h电流通道A有效值偏移补偿,写保护0FHIBRMSOSR/W20000h电流通道B有效值偏移补偿,写保护10HIBGainR/W20000h电流通道B增益设置,写保护计量参数和状态寄存器20HPFCntR/W20000h快速有功脉冲计数,写保护21HQFCntR/W20000h快速无功脉冲计数,写保护22HIARMSR3000000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