探索CIRRUS LOGIC CDB5484U評估板：硬件與軟件的完美融合

在電子工程師的世界里，評估板是驗證和開發(fā)新技術(shù)的得力工具。今天，我們來深入了解CIRRUS LOGIC的CDB5484U評估板，它專為評估CS5484功率/能量測量設(shè)備的功能和性能而設(shè)計，具備豐富的特性和強大的軟件支持。

文件下載：CDB5484U-Z.pdf

一、硬件特性剖析

1.1 整體介紹

CDB5484U評估板為評估CS5484能量測量IC提供了便捷途徑。它可通過單一的USB或5V電源供電，還提供可選的3.3V電源輸入，能直接為CS5484供電。板上配備C8051F342微控制器和USB接口，可通過USB電纜將CS5484與PC相連。同時，CDB5484U GUI軟件能方便地訪問CS5484的內(nèi)部寄存器，并展示片上ADC在時域或頻域的性能。

1.2 評估板概述

評估板主要分為模擬和數(shù)字兩個部分。模擬部分包含CS5484、無源抗混疊濾波器以及帶有衰減電阻網(wǎng)絡(luò)的高壓部分；數(shù)字部分則由C8051F342微控制器、LCD、測試開關(guān)、復(fù)位電路和USB接口組成。此外，評估板還具備用戶友好的電源連接方式。

1.3 模擬部分

1.3.1 電壓傳感器連接

電壓通道輸入（VIN1±, VIN2±）有三種輸入信號選項，包括外部低壓信號（通過螺絲端子或XLR連接）、高壓線路輸入或接地。評估板提供螺絲型端子（J3和J2）或XLR連接器（J30和J29）連接低壓輸入信號，每個通道輸入處的R - C網(wǎng)絡(luò)可提供簡單的可配置抗混疊濾波器。對于高壓輸入，通過特定的跳線設(shè)置，可從螺絲型端子（J4和J5）連接高壓線路輸入。默認(rèn)的衰減網(wǎng)絡(luò)提供1/1689的衰減，在CS5484輸入范圍為250mVp時，最大AC線路輸入300Vrms是可接受的。同時，評估板還提供輸入短路選項，用于校準(zhǔn)和噪聲性能測量。

1.3.2 電流傳感器連接

電流輸入選項包括外部信號（通過螺絲端子或XLR連接器）或接地。評估板提供螺絲型端子（J1和J2）或XLR連接器（J28和J31）連接輸入信號，每個通道輸入處的R - C網(wǎng)絡(luò)同樣提供抗混疊濾波器。通過特定的跳線設(shè)置，可從這些連接獲取輸入電流信號，并且也有輸入短路選項用于相關(guān)測量。

1.4 數(shù)字部分

1.4.1 串口選擇

與CS5484的通信提供UART或SPI兩種串口選項。在與CS5484建立串口通信協(xié)議之前，需要先與MCU建立通信。通過設(shè)置SSEL跳線和在串口選擇窗口中選擇相應(yīng)的通信方式，可實現(xiàn)UART或SPI通信。

1.4.2 與微控制器的接口

評估板提供接口頭J17和J19，可將CDB5484U連接到外部能量注冊設(shè)備或外部微控制器。J17可直接訪問CS5484引腳，J19提供隔離連接，在使用高壓信號時必須使用隔離連接，否則可能導(dǎo)致組件損壞或電擊危險。

1.4.3 數(shù)字隔離

評估板提供兩種隔離方式，包括用于UART的低速光耦合器和用于UART和SPI通信的高速數(shù)字隔離器。默認(rèn)跳線設(shè)置為高速數(shù)字隔離器，通過不同的跳線設(shè)置可啟用不同的隔離方式。

1.4.4 額外設(shè)備引腳訪問

CS5484的數(shù)字輸出引腳（DO1, DO2, DO3, 和DO4）連接到LED，可直觀檢查數(shù)字輸出。MODE引腳跳線（J15）應(yīng)安裝在VDDA到MODE位置，CS5484系統(tǒng)時鐘可連接到板載石英晶體或外部時鐘。

1.5 電源供應(yīng)部分

評估板的電源供應(yīng)連接可通過多種方式實現(xiàn)。CS5484的正模擬電源（VDDA）可通過+3.3V接線柱（J36和J37）或板載+3.3V穩(wěn)壓器提供。DC - DC轉(zhuǎn)換器（U8）為板載+3.3V穩(wěn)壓器供電，+5V電源可來自+5V EXT螺絲連接器（J27）或+5V USB電源。在通過非隔離傳感器將CDB5484U板連接到AC線路時，強烈建議將CS5484 GND參考連接到中性線，非隔離電流傳感器連接到中性線，并使用與AC線路隔離的+3.3V電源。

1.6 典型傳感器連接

評估板可直接連接不同類型的傳感器，板載靈活的濾波器網(wǎng)絡(luò)為常見的三種傳感器（電流分流器、電流互感器或Rogowski線圈）提供了便捷的配置。

1.6.1 分流功率計示例

使用CDB5484U評估板可輕松實現(xiàn)低成本的電流分流器配置。建議在高壓情況下使用低側(cè)（中性路徑）電流分流器，確保所有信號在電源開啟前連接良好。在此配置中，不需要使用負(fù)載電阻，電流通道只需一個抗混疊濾波器。

1.6.2 電流互感器功率計示例

使用電流互感器（CT）將AC電流連接到評估板是一種稍貴的選擇。在CT應(yīng)用中，負(fù)載電阻（R11/R22）是必要的，用于將二次電流轉(zhuǎn)換為電壓。通過已知電流互感器的匝數(shù)比（N），可確定CS5484的最佳輸入電壓。

1.6.3 Rogowski線圈功率計示例

Rogowski線圈功率計可連接到CDB5484U評估板，更多信息可參考AN365文檔。

1.7 獨立電表應(yīng)用

評估板使用CS5484、MCU和LCD提供獨立功率計功能。用戶通過將傳感器連接到模擬輸入、為板提供電源并按下RESET開關(guān)重置MCU，即可啟用功率計。需要注意的是，一旦GUI連接到CDB5484U板，獨立功率計功能將被禁用，關(guān)閉GUI軟件可重新啟用該功能。獨立功率計最初顯示電壓通道的RMS寄存器值，通過點擊板上的開關(guān)S2，可顯示多種測量結(jié)果。

二、軟件使用指南

2.1 安裝步驟

評估板附帶軟件和USB電纜，軟件基于LabWindows?/CVI?開發(fā)，適用于Windows XP和Windows 7系統(tǒng)。安裝步驟如下：

1. 訪問http://www.cirrus.com/en/support網(wǎng)站。
2. 導(dǎo)航到Energy Measurement下的CDB5484U軟件鏈接，同意軟件許可協(xié)議。
3. 下載壓縮文件夾并選擇存儲位置。
4. 解壓文件夾，運行setup.exe文件并按照安裝說明完成安裝。
5. 從開始菜單啟動軟件。

2.2 軟件使用

在啟動軟件之前，需檢查評估板上的所有跳線設(shè)置，并使用提供的電纜將板連接到PC的USB端口。板上電后即可啟動軟件。

2.3 啟動窗口

軟件啟動時顯示啟動窗口，包含軟件的標(biāo)題、版本號和版權(quán)日期。頂部菜單欄顯示四個選項：System、Cirrus Test、Connect和Quit，建立數(shù)據(jù)源鏈接后，System和Cirrus Test選項將可用。

2.4 連接菜單

連接菜單用于建立與CDB5484U板的USB通信鏈接，連接過程分為兩步：

1. 使用“USB Item”連接到MCU。
2. 使用“CS5484 Serial Port Config Item”將MCU連接到CS5484。

2.5 系統(tǒng)菜單

系統(tǒng)下拉菜單提供三個選項：Setup CS5484、Calibration和Conversion，每個窗口可用于評估CS5484的不同功能和性能。

2.5.1 設(shè)置窗口

設(shè)置窗口可訪問CS5484的常見內(nèi)部寄存器，以十六進(jìn)制顯示并解碼，方便用戶讀取。用戶可通過更新寄存器的十六進(jìn)制值或定義來修改配置，還可使用刷新屏幕、重置DUT、保存配置和加載配置等按鈕進(jìn)行操作。

2.5.2 校準(zhǔn)窗口

校準(zhǔn)窗口用于顯示和寫入CS5484的偏移和增益校準(zhǔn)寄存器，可對電壓通道、電流通道或兩者同時進(jìn)行AC/DC偏移和增益校準(zhǔn)。校準(zhǔn)前建議對CS5484進(jìn)行軟件復(fù)位，以確保校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確。

2.5.3 轉(zhuǎn)換窗口

轉(zhuǎn)換窗口可查看單次和連續(xù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果、CS5484的狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)平均和使用CS5484的節(jié)能模式。用戶可通過點擊相應(yīng)按鈕進(jìn)行單次轉(zhuǎn)換、連續(xù)轉(zhuǎn)換、進(jìn)入待機模式和喚醒設(shè)備等操作。

2.6 Cirrus測試窗口

Cirrus測試下拉菜單提供三個選項：Test and Debug、ADC Data Collection和ADC Data Collection to File，每個窗口可用于評估CS5484的不同功能和性能。

2.6.1 數(shù)據(jù)收集窗口

數(shù)據(jù)收集窗口可收集CS5484的樣本數(shù)據(jù)集，并使用時域、FFT和直方圖分析。該窗口僅在SPI模式下可用，用戶可通過配置按鈕設(shè)置數(shù)據(jù)收集參數(shù)，使用收集按鈕收集數(shù)據(jù)，使用輸出按鈕輸出數(shù)據(jù)。

2.6.2 數(shù)據(jù)收集到文件窗口

數(shù)據(jù)收集到文件窗口可將瞬時電壓和電流寄存器數(shù)據(jù)長時間收集到數(shù)據(jù)文件中，用戶需設(shè)置收集時間、延遲時間、選擇通道、指定文件名并啟動收集。

2.6.3 設(shè)置和測試窗口

設(shè)置和測試窗口可直接訪問CS5484寄存器并發(fā)送命令，支持寫入、讀取和發(fā)送三種事務(wù)類型。

三、總結(jié)

CIRRUS LOGIC的CDB5484U評估板是一款功能強大、配置靈活的工具，無論是硬件設(shè)計還是軟件支持，都為電子工程師提供了豐富的選擇和便利。通過對評估板的硬件特性和軟件使用的詳細(xì)了解，工程師們可以更好地利用它進(jìn)行功率/能量測量應(yīng)用的開發(fā)和驗證。在使用過程中，一定要嚴(yán)格遵守安全說明，確保操作安全。你在使用類似評估板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。