近年来，电子式电能表在、国内得到了迅速推广。国外许多ic厂家不失时机地推出了各种电子式电能表芯片。目前，国内较为常用的单相电子式电能表芯片有德国cirruslogic公司的cs5460、美国ad公司的ad7751和ad7755；三相电子式电能表芯片有美国atmel公司的at73c500+at73c501（at73c502）等。它们的共同特点是：①高度集成（集成了adc、电压基准、功率计算模块）；高精度（测量误差大多小于0.3%）；②易接口（易于与微控制器或步进电机接口）。这些芯片为设计低成本、高性能的电子式电能表提供了非常理想的解决方案。
值得注意的是，在这些芯片中，有一些不仅能够测量功率、电能，而且能够测量电压、电流等其它电量，如cs5460、at73c500+at73c501（at73c502）等。而许多电测仪表功能的实现都是以测量功率、电能、电压、电流为基础的，如电力设备交流阻抗测试仪、电力变压器综合参数测试仪等。因此，如果拓展思路，将这些电子式电能表芯片用于测仪表产品的开发中，不仅可以缩短产品开发周期，而且能大大提高产品的性能。笔者就运用cs5460成功地开发出了多功能电量监测仪。
1、cs5460的特点和内部结构
1.1cs5460主要特点
·符合iec521/1036、jis工业标准
·能够测量瞬时电压、瞬时电流、瞬时功率、电能、电压有效值和电流有效值；能完成电能/脉冲转换
·电能测量精度：0.1%
·具有相位补偿和系统校准功能
·具有2.5v片内电压基准（温漂60ppm/℃）
·功率消耗<12mw
·电源配置：
va+=+5v,va-=0v;vd+=+3v～+5v或va+=2.5v,va-=-2.5v;vd+=+3v
1.2cs5460的内部组成模块如下：
·一个电流通道可编程增益放大器，其增益为10和50个可选
·一个电压通道固定增益放大器，其增益为10
·两个同时采样的∑-δ模/数转换器
·两个高速数字滤波器
·两个可选用的高通滤波器
·一个功率计算引擎
·一个2.5v片内电压基准
·一个可以检测电力不足或电源故障的电源监视器
·一个持续监视串口通讯的看门狗
·一个2.5mhz～20mhz可选的内部时钟发生器
·一个双向串行接口
·一个电能/脉冲变换器
·一个校准用sram
2、cs5460的功能控制和测量数据输出方式
2.1cs5460的功能控制
cs5460的功能控制是通过写命令字的方式实现的。这些8位长度的命令字包括“启动转换”、“同步调整”、“上电/暂停控制”、“掉电控制”、“校准控制和“寄存器读/写”等命令。cs5460内部有16个24位长度的用户可访问的寄存器。对这些寄存器的访问是根据填写在“寄存器读/写”命令中的地址进行的。这些寄存器包括“基本配置”、“电流、电压偏移校准”、“电流、电压增益校准”、“循环计数值n”、“电能/脉冲转换尺度”、“前次转换的电流、电压、功率瞬时值”、“前个计算周期的电能、电流有效值、电压有效值”、“时基校准”、“状态”、“中断屏蔽”等寄存器。
2.2cs5460的测量数据输出方式
在cs5460接收到“启动转换”命令（设置为多计算循环方式）后，电能寄存器和电压、电流有效值寄存器内的数据，每n（n值在循环计数寄存器中设置）次a/d转换（等于一个计算周期）完毕后更新一次。而电压、电流、功率瞬时值寄存器内的数据，则每一次a/d转换完毕后便更新一次。应当注意是：cs5460的状态寄存器中的“drdy”（数据有效）位，在每个计算周期（n次a/d转换完毕）后才置位，同时在/int引脚产生中断信号（当屏蔽寄存器的“drdy”位未被屏蔽时），所以若让电压、电流、功率的瞬时值数据每更新一次就产生一个中断请求，需将循环计数寄存器的值n设为1.微控制器进行中断算是一般过程是：读cs5460状态寄存器→屏蔽中断→进行中断服务处理→将步骤一读出的值写回cs5460状态寄存器（清状态位）→开中断→返回。
3、cs5460的模拟信号输入电路
cs5460的电流通道可与低功耗分流器或互感器接口；电压通道可与阻笥分压器或互感器接口。其电流通道的可编程增益放大器（pga）的增益可设为10和50，分别对应于zui大有效值为150mv和30mv的交流信号输入；电压通道的zui大有效值输入为150mv。由于cs5460的∑-δ型模/数转换器采有过采样原理，对高频噪声有较强的抑制八月，因而对输入信号无需进行复杂的滤波器处理（引入阻容滤波电路反而容易引起相移）。
图1是笔者在课题中采用的模拟信号输入电流。在图1中，pt为变比1：1的电流型电压互感器，ct为变比2000：1的电流互感器。取样电阻r1、r2、r5、r6的阻值由被测信号的zui大值决定。经变换后的补测信号以差模电压的形式接到cs5460的模拟信号输入端。由于互感器角差的影响，可能造成输入信号的相移，使功率测量的误差增大。而cs5460具有相位补偿功能（可进行-2.4°至+2.5°的相位补偿，步进0.34°），可以大大减小互感器角差的影响。
4、cs5460与微控制器的接口及编程
cs5460有四条串行接口线：/cs、sdi、sdo和sclk。/cs为片选控制线，低电平有效；sdi为串行数据输入线；sdo为串行数据输出线；sclk为串行时钟，用于控制cs5460与微控制器之间数据传输同步。
每次数据读/写操作都要通过sdi引脚写入一个8位的命令字节，该操作需要8个sclk时钟周期。如果写入的是“寄存器读/写”命令，那么接下来应通过sdi引脚写入24位数据或通过sdo引脚输出8、16、24位数据。sclk时钟周期的个数由数据位数决定。应当注意的是，在通过sdo引脚读取数据的时候，必须同时向sdi引脚写入与8、16、24位数据大小相对应的1、2、3个空操作（nop）命令字节（0xfe）。
下面是与此接口方式相对应的写命令字、写寄存器和读寄存器操作的51汇编指令。
；sdibitp1.0
；sdobitp1.1
；sclkbitp1.2
rd_reg：；读寄存器程序入口
；in：a存放“读寄存器”命令字
；out：32h存放读出数据高字节
；31h存放读出数据中字节
；30h存放读出数据低字节
lcallset_com
movr2，#32h
movr3，#03h
rdlp1：movr4，#08h
movr0，#0feh
rdlp2：clrsclk
nop
movc，sdo
rlca
movr1，a
mova，r0
rlca
movr0，a
movsdi，c
setbsclk
mova，r1
djnzr4，rdlp2
mov@r2，a
decr2
djnzr3，rdlp1
sjmpcom_end
wr_reg：；写寄存器程序入口
；in：a存放“写寄存器”命令字
；32h存放写入数据高字节
；31h存放写入数据中字节
；30h存放写入数据低字节
lcallset_com
movr2，#32h
movr3，#03h
rwlp1：movr4，#08h
mova，@r2
rwlp2：rlca
movsdi，c
clrsclk
nop
setbsclk
djnzr4，rwlp2
decr2
djnzr3，rwlp1
sjmpcom_end
set_com：；写命令字程序入口
；in：a存放命令字
movr4,#08h
comlp1：rlca
movsdi，c
clrsclk
nop
setbsclk
djnzr4，comlp1
com_end：ret
5、cs5460在多功能电量检测仪中的应用
5.1多功能电量检测仪简介
多功能电量检测仪是笔者研