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　　給出一種基于電能計量芯片ATT7022C和LPC2138的電參數測量模塊的設計方案。詳細描述了硬件電路接口和電能計量芯片與ARM通信接口的實現過程。通過實驗對芯片進行軟件校表，實現了電參數的精確測量。設計的電參數測量模塊具有實時顯示和與上位機通信的功能。為了獲得電網的電參數信息，本文采用電能計量芯片ATT7022C結合ARM微控制器設計電參數測量模塊。該模塊可以使用液晶實時顯示數據，也可以把采集的電參數傳輸到上位機來對電網的狀況進行實時監測。

　　1 ATT7022C芯片介紹

　　ATT7022C芯片是鉅泉光電科技(上海)有限公司推出的一款高精度三相電能專用計量芯片。它適用于三相三線和三相四線的接線方式，其內部結構框圖如圖1所示。該芯片集成了7路二階sigma-delta ADC，參考電壓電路以及包括功率、有效值、功率因數、能量等的數字信號處理電路。芯片內置溫度測量傳感器，提供基波有功、基波無功校表脈沖輸出;還具有ADC采樣數據緩存功能，緩存長度為240，可以實時保存原始采樣數據。同時芯片還支持單通道、雙通道和三通道的同步采樣功能，供用戶進行采樣數據的分析。芯片提供一個SPI接口與外部MCU進行數據傳遞，外部控制器只需要通過SPI總線對各寄存器進行讀寫操作，就可以得到三相電參數的值。為了得到精確的電參數數值，必須進行校表操作。芯片支持純軟件校表，經過校正的儀表，有功精度可高達0.5級，無功精度可達2級。

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　　2 電參數測量模塊設計方案

　　電參數測量模塊的總體結構框圖如圖2所示。模塊主要由電參數實時測量、LCD顯示、存儲、與上位機通信等部分組成。LCD液晶主要用來顯示電壓、電流、耗能、功率因數、時間、溫度等參數。模塊采用RS485總線或無線組網傳輸的方式把測量的各種電參數傳輸到上位機，對電網的運行狀況進行實時的監測。

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　　模塊設計的目標是以較低能耗實時測量、顯示電參數，并能夠與上位機進行通信。這就要求處理器的運行速度要快、功耗要低。LPC2138芯片可以滿足這個要求。它有2個SPI、I2C接口、多達47個可承受5 V電壓的通用I/O口，以及帶有獨立電源與時鐘源的實時時鐘模塊。

　　電能計量芯片復位時內部的能量寄存器將復位為0。如果發生意外斷電，芯片中能量寄存器中的值將會丟失，設計時選用AT24C02芯片保存能量寄存器的值。在軟件程序設計中，當負載消耗1度電或其他數據量的時候刷新一次存儲器。

　　實時時鐘采用ARM系統與外接電池共同供電的方式，當系統意外斷電時，時鐘模塊可由外部電池供電，保證時鐘的正常運行。值得注意的是，實時時鐘初始化時，第一次把準確的時間寫到時鐘芯片后，時鐘就開始正確地運行，然后應當把程序中的時鐘初始化函數去掉，把整個程序再加載一遍。否則，模塊每次復位都會對時鐘初始化一次，這樣時鐘就不能正確地運行了。

　　3 硬件設計

　　3.1 模塊外圍電路設計

　　ATT7022C外圍電路如圖3所示。在設計時，為使電源的紋波和噪聲減小到最低，要在芯片的各個電源引腳使用10μF和0.1μF電容進行去耦。在圖3中，V1P/V1N、V3P/V3N、V5P/V5N分別是A、B、C三相的電流采集通道;V2P/V2N、V4P/V4N、V6P/V6N分別是A、B、C三相的電壓采集通道。電路連接時，把ATT7022C的SP1口、SIG、CS、RESET分別與LPC2138的SPI口、P0.28、P0.29、P0.30相連進行通信。SIG為握手信號，控制器通過該引腳監測芯片的運行狀況。SEL為三相電接線方式選擇引腳。電能芯片內部有300 kΩ上拉電阻，當該引腳懸空時為三相四線接線方式，當該引腳接地時為三相三線的接線方式。在硬件電路連接時必須要注意的是，電能計量芯片與LPC2138的電源要共地，否則控制器讀寫芯片將會出錯。

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