智能变电站控制系统的硬件设计(4)

1、精度高

ATT7022在输入动态工作范围内，非线形误差小于0.1％。在智能变电站控制系统的的设计中，采用高精度的电能计量芯片能够明显提高设备的测量准确度。以下两个方面保证了较高的测量精度：

一、对周期性电参量采用了同步采样的方式。所谓同步采样就是将信号的一个周期(或多个周期)进行均匀离散，在每一离散点处取其信号的瞬时值。进行同步采样是准确测量实时信号的关键，它对于计算功率和功率因数等的同时需要计算某瞬时电压、电流值尤其重要，可以保护测量的正确性和准确度。

二、支持全数字校表，即软件校表。经过校正的仪表，有功精度可高达0.5S，无功精度2级。

2.参数寄存器齐全

ATT7022的计量参数寄存器多达82个，分为计量参数寄存器和校表参数寄存器，它们使得外部单片机读取数据非常方便。

3、计量参数齐全

ATT7022 主要测量参数列表如表1所示。

表1 ATT7022 主要测量参数表

（注： √：表示支持；×：表示不支持；——表示无此项目）。

4、具有SPI(Series Peripheral Interface)串行外设接口

在智能变电站控制系统的设计中，芯片和芯片之间的数据传递方式也是一个重要的考虑方面。ATT7022内部集成了一个SPI串行通讯接口，所有计量参数都可以通过SPI接口读出，SPI接口采用从属方式工作，使用2条控制线和2条数据线：CS、SCLK、DIN和DOUT。ATT7022的读写时序图如图7所示。

图7 ATT7022的读写时序图

命令格式说明：

Bit7: 0 表示读命令，用于外部 MCU 读取 ATT7022 的计量数据

Bit7: 1 表示写命令，用于更新校表数据 (可参考校表方法部分)

Bit6...0: 表示数据地址，参照参数输出部分的寄存器定义工作过程为：

先通过SPI写入1个8 Bits 的命令字，可能需要一个等待时间，然后才能通过 SPI 读取 24 Bits 的数据。在 SCLK 低于 200KHz 时，可以不需要等待，即等待时间为 0μs；当 SCLK 频率高于 200KHz 时，则需要等待大约 3us。数据格式参见第四部分数据格式化。

在智能变电站控制的方案设计中，由于ATT7022电能计量芯片具有的以上优点，所以被采用来实现设备的测量功能。

ATT7022是珠海炬力集成电路设计有限公司生产的一款高精度三相电能计量芯片，是专门的DSP三相电能计量芯片，该芯片用+5V供电，智能化程度比较高，支持ICE687／1036，GB／T17215—1998，有功测量满足0.5s／0.2s，芯片内部集成了六路二阶ADC、参考电压电路以及所有功率、电量、有效值、功率因子以及频率测量的数字信号处理电路等，能够测量各相电流、电压有效值、功率因子、相角、频率等参数，充分满足电能量测量的需求，ATT7022框图如图8所示。

图8 ATT7022框图

ATT7022的模拟信号的采样部分集成了多路二阶A/D转换器，几个通道可同步采样，通过双端差分信号输入方式分别针对三相电压、三相电流进行检测，各路采样是16位

模数转换，经过片内运算电路的处理，得到24位的参数输出。ADC转换后的数据先经过数字滤波器滤波，然后分别计算各相的有效值、有功功率、相位、功率因数、电能和合相的有功功率、频率、功率因数等电力参数。同时还提供电阻网络校正和软件校正两种方式做误差校正用。软件校正是通过相关的校表寄存器对增益、相位进行补偿，从而保护三相电压、三相电流的增益、相位精度要求。在有功功率计量中由于数模转换器采用了采样技术，可充分保证测量速度和精度，可包含高达21次的谐波信息。转换后的数字量经过24位DSP数字信号处理完成全部三相电能参数的运算后，将结果保存在相应的寄存器中并通过SPI口与MCU进行数据交换。

在ATT7022与单片机的接口设计中，为了消除SPI传输信号线上可能受到干扰或出现抖动，在SPI信号线上串联一个10 的小电阻。这个电阻与芯片输入端的lOpF的电容结合起来构成一个低通滤波器，可以消除SPI接口上的振荡。具体引脚分配如下：

V1P／VlN、V3P／V3N、V5P／V5N为A、B、C相电流信道正、负模拟输入引脚； v2P／v2N、V4P／V4N、V6P／V6N为A、B、C相电压信道正、负模拟输入引脚； OSCI、OSCO：频率为24．576MHz的晶振的输入和输出端。

CS、SCLK、DIN、DOUT与单片机AT89C51相连，分别完成SPI片选信号、

SPI串行时钟、SPI串行数据的输入，及SPI串行数据输出。

REST是与单片机AT89C51相连的复位引脚。

电能计量芯片ATT7022与单片机接线图如图9所示。

图9 ATT7022与单片机接线图