1、Renergy RN8209C/D 直流测试 应用笔记 Date: 2014-07-23 Rev: 1.0 深圳市锐能微科技有限公司深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 目录 1. 硬件要求 . 3 2. 校表流程 . 3 2.1 初始化 3 2.2 有效值零点校正 3 2.2.1 ADC 直流偏置( DC_OFFSET)校正 . 3 2.2.2 有效值 offset 校正 . 4 2. 3 HFCONST 设置 . 5 2.4 直流符合判断 5 3. 实测结果 . 5 3.1. 有效值 . 5 3.1.1. IA 通道
2、有效值 5 3.1.2. IB 通道有效值 5 3.1.3. U 通道有效值 6 3.2. 功率测试 . 6 3.3. 能量(脉冲频率)测试 . 7 4. 相关寄存器列表 . 7 4.1. 系统控制寄存器 SYSCON (0X00) . 8 4.2. 计量控制寄存器 EMUCON (0X01) . 8 深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 第 3 页 1. 硬件要求 IA/IB/U 外围抗混叠电路参数使用 100/330nF 电流 通道 分流器 采样电路 示意 图 100 100 330 nf330 nfIPININ +
3、IN -R 电压 通道 电阻列分压采样电路 示意 图 100 100 330 nf330 nfIP / UPIN / UNUN +UN -R 2N x R 1 3 路 ADC 增益配置:推荐配置 PGA=2; 3 路 ADC 单端输入满量程均为 500mV;用户可根据实际测量范围合理选取采样电阻值 2. 校表 流程 2.1 初始化 1) 开启 8209C 写使能功能, 向 8209C 写使能命令寄存器 0xEA 填写 0xE5 2) 配置 8209C PGA 为 2;若使用电流通道 B 通道,开启 ADC 电流通道 B 配置 系统控制寄存器 ( SYSCON)中 BIT1:0、 BIT3:2、
4、 BIT5:4写入 1 将 IA/IB/U 三路的 ADC 增益 PGA 配置为 2 倍增益,同时将 BIT6写入 1 开启 ADC 电流通道 B。 3) 配置 8209C 关闭 高通功能 ;若要直流电能计量,使能有功电能计量功能 配置 计量控制寄存器 ( EMUCON) BIT14、 BIT6:5配置为 1,将三路 ADC 的高通关闭 ;同时将 BIT1:0配置为 1 使能 脉冲输出和有功电能寄存器累加 功能 2.2 有效值 零点校正 2.2.1 ADC 直流偏置( DC_OFFSET)校正 1) 首先将 IA/IB/U 三路 信号输入对地短接 信号输入对地短接图 深圳市锐能微科技有限公司
5、版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 第 4 页 1 0 0 欧1 0 0 欧3 3 0 n F3 3 0 n FPN2) 进行 ADC 直流偏置( DC_OFFSET)校正,该步骤为消除 ADC 直流偏置 读 IA、 IB、 U 三路的有效值(即读取 IARMS(地址: 0x22)、 IBRMS(地址: 0x23)、 URMS(地址: 0x24)寄存器) 10 次,计算有效值的平均值 IARMS1、 IBRMS1、 URMS1; 将 IARMS1 有效值的 BIT23:8写入 DCIAH 寄存器(地址: 0x13), BIT7:4写入 DCL
6、寄存器( 地址: 0x16) 的 BIT3:0 将 IBRMS1 有效值的 BIT23:8写入 DCIBH 寄存器( 地址: 0x14) , BIT7:4写入 DCL 寄存器( 地址: 0x16) 的 BIT7:4 将 URMS1 有效值的 BIT23:8写入 DCUH 寄存器( 地址: 0x15) , BIT7:4写入 DCL 寄存器( 地址: 0x16) 的 BIT11:8; 等待 2S 后读 IA、 IB、 U 三路的有效值 10 次,计算有效值的平均值 IARMS2、 IBRMS2、URMS2,若有效值相对于未校正前变小,则校正完成,若值变大为原来的约为 2 倍,则需继续进行下一步操作
7、; 将 IARMS1 取反得到 IARMS3,将 IARMS3 的 BIT23:8写入 DCIAH 寄存器, BIT7:4写入 DCL 寄存器的 BIT3:0, 将 IBRMS1 取反得到 IBRMS3,将 IARMS3 的 BIT23:8写入 DCIBH 寄存器, BIT7:4写入 DCL 寄存器的 BIT7:4, 将 URMS1 取反得到 URMS3,将 IARMS3 的 BIT23:8写入 DCUH 寄存器, BIT7:4写入DCL 寄存器的 BIT11:8;该步校正完成; 2.2.2 有效值 offset 校正 3) 完成直流偏置校正后,进行有效值 offset 校正,该步骤为了减小
8、PCB 上噪声对小信号精度的影响 。 以 A 相电流有效值为例, IA_OS 寄存器(地址: 0x0E)计算过程: MCU 取 IA 寄存器值,取 40 个数据求平均得 IAave; 求 IAave 的平方 IAave2;取 bit14bit29,求其二进制补码,填入 IA_OS 寄存器 bit14bit0,取符号位 1 填入 IA_OS 寄存器的 bit15。 A 相电流有效值 offset 校正结束 使用相同的 OFFSET校正算法算出 B路 ADC的 OFFSET的值( IB_OS寄存器,地址 :0x0F),完成 A 路和 B 路的 ADC 的电流有效值 OFFSET 校正。 8209C
9、/D 不支持 U 路的 ADC 电流有效值 OFFSET 校正,故无需校正 U 路。 例如: 芯片提供了电流有效值偏置校正寄存器,在电流输入为零的条件下,读取电流有效值寄存器的值为 0x000483,( 读 40次取平均值)十进制数为 1155。将其平方后求其反码:1155*1155=1334025=0x145B09, 32位反码为 0Xffeba4f6。取中间 4位数 0xeba4写入电流有效值偏置校正寄存器。 深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 第 5 页 2. 3 Hfconst 设置 调整 Hfconst 的值
10、,使 额定输入时 (例如 Ib 点 75mV)时的 PF 脉冲输出频率为 EC,其中 EC 为电表常数。 2.4 直流符合判断 读取 SPL_IA( 0x30)寄存器的值,若该寄存器的值为正,则 IA 值为负,若为正,则 IA 值为负,同理IB/U 值正负分别取决于 SPL_IB( 0x31)、 SPL_U( 0x32)寄存器值的符合。 3. 实测结果 3.1. 有效值 3.1.1. IA 通道 有效值 T=25, DVCC=AVCC=5V 直流源输入( mV) 实测( mV) 相对 误差(%) 90 89.99946 -0.0006 75 75 0.0000 60 59.99976 -0.0
11、004 37.5 37.502175 0.0058 15 15.004845 0.0323 7.5 7.50558 0.0744 3.5 3.502632 0.0752 0.375 0.38027175 1.4058 3.1.2. IB 通道有效值 T=25, DVCC=AVCC=5V 直流源输入( mV) 实测( mV) 相对 误差(%) 90 89.99757 -0.0027 75 75 0.0000 深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 第 6 页 60 59.99514 -0.0081 37.5 37.49583
12、75 -0.0111 15 14.99778 -0.0148 7.5 7.5072975 0.0973 3.5 3.5059885 0.1711 0.375 0.384132375 2.4353 3.1.3. U 通道有效值 T=25, DVCC=AVCC=5V 直流源输入( mV) 实测( mV) 相对 误差(%) 90 90.00072 0.0008 75 75 0.0000 60 59.99328 -0.0112 37.5 37.4993625 -0.0017 15 14.999385 -0.0041 7.5 7.4991225 -0.0117 3.5 3.49615 -0.1100 0
13、.375 0.391646625 4.4391 3.2. 功率测试 基本误差 (额定工作条件 ), T=25, DVCC=AVCC=5V, Un=200mV, 调节 IA 通道 直流 输入 PowerPA 1.5mV 3.5mV 5mV 15mV 30mV 45mV 60mV 75mV 90mV 112.5mV 误差 (%) 0.023 -0.049 -0.017 0.019 -0.021 0.007 -0.023 0.000 0.016 -0.006 基本误差 (额定工作条件 ), T=25, DVCC=AVCC=5V, Un=200mV, 调节 IB 通道 直流 输入 PowerPB 1.
14、5mV 3.5mV 5mV 15mV 30mV 45mV 60mV 75mV 90mV 112.5mV 误差 (%) 0.291 0.134 0.116 0.001 -0.072 -0.069 -0.067 0.000 0.039 0.020 深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 第 7 页 3.3. 能量(脉冲频率)测试 基本误差 (额定工作条件 ), EC=3600, T=25, DVCC=AVCC=5V, Un=200mV,调节 IA 通道 直流 输入 脉冲频率 EA 1.5mV 3.5mV 5mV 15mV 30
15、mV 45mV 60mV 75mV 90mV 112.5mV 误差 (%) 0.427 0.016 0.013 0.020 -0.014 -0.010 -0.017 0.000 0.006 -0.009 基本误差 (额定工作条件 ), EC=3600, T=25, DVCC=AVCC=5V, Un=200mV,调节 IB 通道 直流 输入 脉冲频率 EB 1.5mV 3.5mV 5mV 15mV 30mV 45mV 60mV 75mV 90mV 112.5mV 误差 (%) 0.829 0.052 0.025 0.041 -0.034 0.000 -0.015 0.000 0.042 0.07
16、7 4. 相关寄存器列表 地址 名称 R/W 字长 复位值 功能描述 00H SYSCON R/W 2 0003h 系统控制寄存器,写保护 01H EMUCON R/W 2 0003h 计量控制寄存器,写保护 0EH IARMSOS R/W 2 0000h 电流通道 A有效值 Offset补偿,写保护 0FH IBRMSOS R/W 2 0000h 电流通道 B有效值 Offset补偿,写保护 13H DCIAH R/W 2 0000h IA通道直流 offset校正寄存器的高16bit,写保护 14H DCIBH R/W 2 0000h IB通道直流 offset校正寄存器的高16bit,写
17、保护 15H DCUH R/W 2 0000h U通道直流 offset校正寄存器的高 16bit,写保护 16H DCL R/W 2 0000h 三个直流 offset校正寄存器的低 4bit:DCL11:0=DCU3:0,DCIBL3:0,DCIAL3:0,写保护 22H IARMS R 3 000000h 通道 A电流的有效值 23H IBRMS R 3 000000h 通道 B电流的有效值 24H URMS R 3 000000h 电压有效值 特殊命令 命令名称 命令寄存器 数据 描述 写使能命令 0xEA 0xE5 使能写操作 写保护命令 0xEA 0xDC 关闭写操作 电流通道 A
18、 选择命令 0xEA 0x5A 电流通道 A 设置命令,指定当前用于计算有功电能的电流通道为通道 A; 当写使能之后,系统才接受该命令; 计量状态寄存器中的 CHNSEL 寄存器位反映了该命令的执行结果。 电流通道 B 选择命令 0xEA 0xA5 电流通道 B 设置命令,指定当前用于计算有功电能的电流通道为通道 B; 当写使能之后,系统才接受该命令; 计量状态寄存器中的 CHNSEL 寄存器位反映了该命令的执行结果。 命令复位 0xEA 0xFA 命令复位,等效于外部 PIN 复位;当写使能之后,系统才接受该命令; 深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Al
19、lrights reserved. 第 8 页 建议客户 CPU 对计量初始化前先进行命令复位或者PIN 复位; 4.1. 系统控制寄存器 SYSCON (0x00) SYSTEM Control Register (SYSCON) Address: 0x00 H Default Value: 0003H 位 位名称 功能描述 15 保留 默认为 0,不要对该位写 1 14-8 Uartbr6:0 UART 波特率选择,只读,其值由硬件管脚 B1 和 B0 决定。 B1,B0=00, Uadrbr=7h2E, 2400 波特率 B1,B0=01, Uadrbr=7h16, 4800 波特率 B
20、1,B0=10, Uadrbr=7h0B, 9600 波特率 B1,B0=11, Uadrbr=7h05, 19200 波特率 只在通信口选择为 UART 时有意义,在选择为 SPI 时读出为 0。 请注意: uartbr6:0参与校验和计算,在通信口选择为 uart 时会影响到校验和计算结果。 RN8209C 固定为 4800 波特率。 7 保留 默认为 0,不要对该位写 1 6 ADC2ON ADC2ON =1:表示 ADC 电流通道 B 开启; =0:表示 ADC 电流通道 B 关闭, ADC 输出恒 为 0。 5-4 PGAIB1:0 电流通道 B 模拟增益选择 : PGAIB1 PG
21、AIB0 电流通道 B 0 0 PGA=1 0 1 PGA=2 1 0 PGA=4 1 PGA=1 3-2 PGAU1:0 电压通道模拟增益选择 : PGAU1 PGAU0 电压通道 0 0 PGA=1 0 1 PGA=2 1 0 PGA=4 1 1 PGA=1 1-0 PGAIA1:0 电流通道 A 模拟增益选择 , 默认值为 16 倍。 PGAIA1 PGAIA0 电流通道 A 0 0 PGA=1 0 1 PGA=2 1 0 PGA=8 1 1 PGA=16 4.2. 计量控制寄存器 EMUCON (0x01) 计量控制寄存器用于计量功能的设置。 Energy Measure Contro
22、l Register (EMUCON) Address: 0x01 H Default Value: 0003H 深圳市锐能微科技有限公司 版权所有 Renergy2008-2014, Allrights reserved. 第 9 页 位 位名称 功能描述 15 EnergyCLR 默认为 0 =0:电能寄存器为累加型; =1:电能寄存器为读后清零型; 14 HPFIBOFF HPFIBOFF=0:使能 IB 通道数字高通滤波器 HPFIBOFF=1:关闭 IB 通道 数字高通滤波器 13-12 QMOD1:0 自定义能量累加方式选择: QMOD1 QMOD0 累加功率 Qm 0 0 Qm=
23、DataQ,正反向功率都参与累加,负功率有 REVQ 符号指示。 0 1 只累加正向功率 1 0 Qm=|DataQ|,正反向功率都参与累加,无负功率符号指示。 1 1 Qm=DataQ(保留 ) 11-10 PMOD1:0 有功能量累加方式选择:同上表自定义能量累加方式。 9 ZXD1 ZX 输出初始值为 0,根据 ZXD1 和 ZXD0 的配置输出不同的波形: ZXD1=0,表示仅在选择的过零点处 ZX 输出发生变化; ZXD1=1,表示在正向和负向过零点处 ZX 输出均发生变化。 8 ZXD0 ZXD0=0,表示选择正向过零点作为过零检测信号; ZXD0=1,表示选择负向过零点作为过零检
24、测信号。 7 ZXCFG ZXCFG =0:引脚 IRQ_N/ZX 作为 IRQ_N。 ZXCFG =1:引脚 IRQ_N/ZX 作为 ZX。 6 HPFIAOFF HPFIAOFF=0:使能 IA 通道数字高通滤波器 HPFIAOFF=1:关闭 IA 通道 数字高通滤波器 5 HPFUOFF HPFUOFF=0:使能 U 通道数字高通滤波器 HPFUOFF=1:关闭 U 通道 数字高通滤波器 4 CFSUEN CFSUEN 是 PF/QF 脉冲输出加速模块的控制位, CFSUEN=1,使能脉冲加速模块,脉冲的输出速率提高 2( CFSU1:0 1)倍。 CFSUEN=0,关闭脉冲加速模块,脉冲正常输出。 3,2 CFSU1:0 该位和 CFSUEN 配合使用。见 CFSUEN 说明。 1 DRUN DRUN=1,使能 QF 脉冲输出和自定义电能寄存器累加; DRUN=0,关闭 QF 脉冲输出和自定义电能寄存器累加。默认状态为1。 0 PRUN PRUN=1,使能 PF 脉冲输出和有功电能寄存器累加; PRUN=0,关闭 PF 脉冲输出和有功电能寄存器累加。默认状态为 1。