本文研究的主要內容是設計一種可用于工業現場的高性能的交流電壓、電流、功率、電能測量系統，提出并研制了一種基于AT89S52單片機的高性能的多路交流電壓、電流、功率、電能測量系統。系統采用ATMEL公司的AT89S52單片機作為主處理芯片，通過RS485總線將采集到的現場電能參數數據傳輸至上位機，上位機對采集到的數據進行顯示、存儲，從而達到現場監測與控制的目的。

　　系統總體方案設計

　　系統選用德國CIRRUS LOGIC公司推出的帶有串行接口的單相雙向功率/電能計量專用芯片CS5460，其內部集成了2個2kHz帶寬的同時采樣的16位Δ-ΣA/D、高低通數字濾波器、能量計算單元、串行接口、數字/頻率轉換器寄存器數組和片內看門狗定時器等功能單元，與低成本的分流器或變壓器相連測量電流，與電阻分壓器或變壓器相連測量電壓。CS5460可以精確測量和計算瞬時電壓、瞬時電流、瞬時功率、電能、電壓有效值（VRMS）和電流有效值（IRMS）。CS5460作為專用的計量芯片能夠完成電力參數的測量任務，通過 SPI 串口，單片機對CS5460寄存器讀寫操作，進行各種測量。單片機將讀取的電壓、電流、電能、功率因數等參數經RS485總線傳輸至主控制室內的上位機，上位機主要進行測量過程的控制以及測量分析并顯示各測量現場的電參數，當檢測到電壓、電流及功率、電能值大于或小于設定的閥值時系統報警。

　　系統硬件電路

　　單片機是整個電路中最核心的元件，本文采用的是AT89S52單片機。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其與工業80C51產品指令和引腳完全兼容。CS5460 的電流通道可與低功耗分流器或互感器接口；電壓通道可與低功耗分壓器或互感器接口。其電流通道的可編程增益放大器（PGA）的增益可設為10 和50，分別對應于最大有效值為150mV 和30mV 的交流信號輸入；電壓通道的最大有效值輸入為150mV。圖1為電流通道前級參數電路。

　　圖1 電流通道前級參數電路

　　CT比率=1：2000，本系統設定電流測量范圍10A~260A，當原端電流為最大值260A 的時候，應保證 R4 和 R5 兩端的差分電壓 VIMAX 不大于500MV（Vrms《354mV）。互感器的額定串聯電阻為 10歐姆，所以保證R1，R2，R3，R4，R5 部分的等效電阻接近于10歐姆。電壓端直接引入380V 高電壓，通過電阻分壓，使得電壓端輸入參數降到 0.5V 以內。圖2給出了電壓通道的電路圖。

　　圖2 電壓通道的電路圖

　　CS5460 與本系統主控制器AT89S52之間的接口線路圖， 如圖3所示。二者之間的數據傳輸通訊， 大體只要依靠CS、SDI、SDO、SCLK 這四條接口線路即能實現；當需要從CS5460 寄存器中讀取（或寫入） 數據時，操作時序依次為：向CS 發送片選信號（邏輯低電平） ；向SDI 發送8 位讀（寫） 命令；對于數據讀取情形， 根據所發送的命令內容，在此之后的8、16、24 個SCLK周期內， 從SDO 引腳輸出有關寄存器數據（對于數據寫入情形， 則在之后的24 個SCLK 周期內，將從SDI引腳連續輸入串行數據）；因而便于單片機采集程序的精確定時與判斷。

　　圖3 CS5460與AT89S52接口線路圖