TERIDIAN 71M6534H演示板：三相電能表芯片評估利器

在當今電子工程師的工作中，對于三相電子電能計量應用的評估和開發(fā)，一款優(yōu)質的演示板必不可少。TERIDIAN Semiconductor Corporation的71M6534H演示板就是這樣一款出色的工具，它為我們提供了便捷且高效的途徑來評估71M6534H器件在三相電子電能計量中的性能。下面，我們就一起來深入了解這款演示板。

文件下載：71M6534H-DB.pdf

一、入門須知

1.1 演示板概述

71M6534H演示板集成了71M6534或71M6534H集成電路、諸如串行EEPROM、仿真器端口和板載電源等外圍電路，還配備了一個調試板，可通過RS232端口與PC連接。其閃存中預先編程了演示程序，能執(zhí)行所有底層函數(shù)調用，直接管理外設、閃存編程和CPU相關功能。并且，板上的71M6534/6534H IC預先設置了默認校準因子。

1.2 安全與防靜電注意事項

連接帶電電壓到演示板系統(tǒng)會使板上存在潛在危險電壓，該演示系統(tǒng)對靜電放電（ESD）敏感，因此在處理演示板時務必采取防靜電措施。在連接帶電電壓后操作演示板時，要格外小心！

1.3 演示套件內容

演示套件包含D6534T14A2演示板（帶有71M6534H IC和預加載的演示程序）、調試板、兩個5VDC/1000mA通用壁式變壓器、一根2m長的DB9串行電纜以及一張包含文檔、演示代碼和實用程序的CD - ROM。

1.4 演示板版本

本文檔發(fā)布時，僅有D6534T14A2（標準）版本的演示板可供使用。

1.5 兼容性

本手冊適用于71M6534或71M6534H芯片版本A03、演示套件固件版本4p6q以及D6534T14A2演示板。

1.6 建議配備但未包含的設備

進行功能演示需要配備帶有RS232端口（COM端口）的PC（運行MS - Windows? XP、ME或2000版本）；進行軟件開發(fā)（MPU代碼）則需要Signum ICE（ADM - 51）和Keil 8051 “C” 編譯器套件（CA51）。

1.7 演示板測試設置

1.7.1 電源設置

演示板的電源有多種選擇，可以使用交流線路電壓的A相（內部電源，僅適用于A相電壓超過220V RMS時），也可以使用演示板上的外部5VDC連接器（J1）或調試板上的外部5VDC連接器（J1）。電源跳線JP1的設置要與電源選擇一致，通常情況下，JP1應該保持連接狀態(tài)。

1.7.2 串行連接電纜（調試板）

連接DB9串行端口到PC時，可以使用直連電纜或“零調制解調器”電纜。使用直連電纜時，JP1和JP2插入，JP3和JP4空置；使用“零調制解調器”電纜時，跳線配置相反。不同電纜的具體連接方式可參考文檔中的表格。

1.7.3 運行檢查

上電幾秒后，演示板上的LCD顯示屏應顯示“HELLO”問候語，隨后交替顯示累積能量和“Wh”。按下并按住演示板上的PB開關，顯示屏將循環(huán)顯示一系列參數(shù)。調試板插入演示板的J2后，調試板上的LED DIO1將以1Hz的頻率閃爍，表示CE活動；LED DIO0將以5Hz的頻率閃爍，表示MPU活動。

1.7.4 串行連接設置

連接DB9串行端口到PC后，啟動HyperTerminal應用程序，創(chuàng)建一個會話，設置端口速度（根據(jù)跳線JP16選擇9600bd或300bd）、數(shù)據(jù)位為8、奇偶校驗為無、停止位為1、流控制為XON/XOFF。連接建立后，按下 鍵，應出現(xiàn)提示符“>”，輸入“>? ”可查看演示代碼幫助菜單，輸入“>i ”可驗證演示代碼版本。

二、演示板使用方法

2.1 串行命令語言

演示板通過命令行界面（CLI）與演示代碼進行通信，使用CLI可以方便地修改計量參數(shù)、訪問EEPROM、啟動自動校準序列、選擇顯示參數(shù)和更改校準因子等。例如，輸入“?”可查看命令列表，不同的命令組合可實現(xiàn)不同的功能，如訪問CE數(shù)據(jù)RAM、MPU數(shù)據(jù)RAM等。

2.2 用于能量測量

該演示板專為電流互感器設計，可直接與匝數(shù)比為2000:1的電流互感器配合使用，預設的Kh因子為3.2。施加電壓且有負載電流流動時，紅色LED D5每采集到3.2Wh的能量總和就會閃爍一次，LCD顯示屏設置為顯示模式3（通過串行接口輸入命令 >M3 ）時將顯示累積的Wh能量；同理，紅色LED D6每采集到3.2VARh的能量總和就會閃爍一次，LCD顯示屏設置為顯示模式5（通過串行接口輸入命令 >M5 ）時將顯示累積的VARh能量。

2.3 調整Kh因子

演示板出廠時預設的縮放因子Kh為3.2，若要與校準負載或電表校準系統(tǒng)配合使用，需要將其連接到交流電源，并正確連接電流互感器。Kh值可以通過讀取IMAX和VMAX的值，并代入相應公式計算得出。幾乎可以通過公式求解WRATE來選擇任何所需的Kh因子。

2.4 適配不同的電流互感器

演示板默認適用于2000:1的電流互感器，若使用不同匝數(shù)比的電流互感器，需要根據(jù)公式計算并更換二次側電阻，以確保71M6534 IC的輸入電壓在合適范圍內。不建議簡單縮放IMAX，因為這可能導致輸入電壓超出范圍，影響測量精度。

2.5 適配不同的電壓分壓器

演示板配備了用于電壓測量的電阻分壓器網(wǎng)絡，默認的電壓縮放比為1:3393.933。若使用不同的電壓分壓器或外部電壓互感器，需要采用類似電流互感器的縮放技術進行調整。使用電壓互感器時會引入相移，需要進行負相角補償。

三、校準參數(shù)

3.1 通用校準程序

71M6534/6534H芯片可以使用任何校準方法，本手冊推薦采用三次或五次測量的校準方法，因為它們適用于大多數(shù)基于計數(shù)“脈沖”的手動校準系統(tǒng)。無論使用哪種校準程序，都需要將校準因子應用到芯片中，以確保芯片準確運行。校準因子存儲在CE RAM的特定地址中，可以通過命令行界面進行設置。

3.2 校準宏文件

校準宏文件是一個包含串行接口命令序列的簡單文本文件，可以使用記事本或等效的ASCII編輯器程序創(chuàng)建。通過HyperTerminal的“Transfer -> Send Text File”命令可以執(zhí)行該文件，實現(xiàn)臨時校準。但在更新閃存之前，每次上電都需要重新加載宏文件。

3.3 更新6534_demo.hex文件

使用d_merge程序可以將宏文件中的值更新到6534_demo.hex文件中，該程序在DOS命令行窗口中執(zhí)行。更新后的十六進制文件可以通過ICE端口寫入71M6534H芯片，使校準永久生效。

3.4 不使用ICE或編程器更新閃存中的校準數(shù)據(jù)

可以通過串行接口命令“> ]U ”將臨時輸入到CE RAM的數(shù)據(jù)永久保存到EEPROM中。復位后，如果EEPROM中存在數(shù)據(jù)，則從EEPROM復制校準數(shù)據(jù)；否則，從閃存中復制。

3.5 自動校準（Auto - Cal）

演示代碼可以執(zhí)行單點快速自動校準，校準步驟包括：在I/O RAM中輸入電壓和電流的操作值，將操作電壓和電流以零度相角施加到電表，通過串行接口輸入CLB命令，校準程序會自動將存儲校準因子的CE地址重置為默認值，并進行溫度補償。校準完成后，可以通過CLS命令將校準因子存儲到EEPROM中。

3.6 加載6534_demo.hex文件到演示板

71M6534/6534H IC提供了用于將代碼加載到內部閃存的接口，編程需要特定的在線仿真器（如ADM51）或閃存編程器（TFP - 2）。在加載新文件之前，需要先擦除閃存中的現(xiàn)有固件，然后使用相應工具加載新文件。

3.7 編程接口

該芯片的閃存下載器/ICE接口信號包括E_RXTX（數(shù)據(jù)）、E_TCLK（時鐘）、E_RST（復位）、ICE_E（ICE使能）等，這些信號在仿真器接口連接器J14上可用。其他信號可用于可選的跟蹤調試器。

四、演示代碼

4.1 演示代碼描述

演示板出廠時在71M6534或71M6534H芯片中預加載了版本4.6q或更高的演示代碼。該代碼提供了基本的計量功能、實時時鐘（RTC）管理、通過串行接口進行控制和顯示的功能，還提供了訪問底層IC功能的庫，可作為代碼開發(fā)的基礎。詳細描述可參考《軟件用戶指南》（SUG）。

4.2 重要的演示代碼MPU參數(shù)

演示代碼中，某些MPU XRAM參數(shù)被賦予固定地址，方便外部訪問。這些參數(shù)包括計量輸入?yún)?shù)、可選脈沖源、瞬時輸出變量、狀態(tài)字和累積輸出變量等?？梢酝ㄟ^串行接口使用特定命令讀取和寫入這些變量。

4.3 涉及MPU和CE的有用CLI命令

文檔中列出了一些涉及MPU數(shù)據(jù)內存的重要CLI命令，如清除累加器、設置IMAX和VMAX值、顯示累積能量、控制LCD顯示等。這些命令可以幫助我們更方便地操作和調試演示板。

五、應用信息

5.1 校準理論

典型電表存在相位和增益誤差，校準過程中需要測量這些誤差并引入校正因子?？梢圆捎萌螠y量、五次測量或快速校準的方法進行校準。不同方法的計算過程和公式在文檔中有詳細介紹。

5.2 校準程序

校準需要使用校準系統(tǒng)，確保電壓在施加電流前穩(wěn)定幾秒，以初始化芯片和穩(wěn)定相關電路。每個電表相位需要單獨校準，分別介紹了三次測量、五次測量、快速校準（自動校準）和Rogowski線圈傳感器的校準程序。同時，文檔中還提供了校準電子表格，方便進行校準計算。

5.3 補償非線性

非線性在低電流時最為明顯，可通過使用QUANT_n變量消除每個通道的非線性。該變量可以根據(jù)觀察到的誤差、VMAX、IMAX和LSB值計算得出。

5.4 校準和補償RTC

71M6534的實時時鐘（RTC）由晶體振蕩器控制，可通過模擬速率調整和數(shù)字速率調整兩種機制進行校準和補償。模擬速率調整使用I/O RAM寄存器RTCA_ADJ[6:0]，數(shù)字速率調整通過寫入PREG[16:0]和QREG[1:0]實現(xiàn)。

5.5 原理圖信息

文檔提供了演示板的原理圖設計提示，包括V1引腳的組件選擇、復位電路、振蕩器、EEPROM、LCD和光接口等方面的設計注意事項。

5.6 測試演示板

介紹了如何測試71M6534/6534H IC和外設，包括功能電表測試、EEPROM測試、RTC測試、硬件看門狗定時器測試和LCD測試等。通過這些測試，可以評估演示板的功能和性能。

六、硬件描述

6.1 D6534T14A2板描述

詳細介紹了演示板上的跳線、開關和測試點的功能和用途，包括電壓輸入、電源選擇、LED控制、通信接口等方面的設置。

6.2 板硬件規(guī)格

演示板的硬件規(guī)格包括PCB尺寸、工作溫度、電源供應、輸入信號范圍、接口連接器、功能規(guī)格、控制和顯示以及測量范圍等方面的參數(shù)。

七、附錄

附錄包含了D6534T14A2演示板和調試板的詳細信息，包括原理圖、PCB布局、物料清單、71M6534H IC描述以及快速校準公式等。這些信息為工程師進行深入的設計和開發(fā)提供了有力的支持。

總的來說，TERIDIAN 71M6534H演示板為三相電子電能計量應用的評估和開發(fā)提供了全面而強大的功能。通過本文的介紹，相信大家對該演示板有了更深入的了解。在實際應用中，我們可以根據(jù)具體需求，靈活運用演示板的各項功能，進行精確的計量和校準，從而推動電子電能計量技術的發(fā)展。你在使用類似演示板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。