当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

锐能微单相计量芯片RN8209C、RN8209D用户手册


Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

RN8209C/RN8209D 用户手册
Data: 2014-3-20 Rev: 1.0 Data:2014-3-29 Rev:1.1 Data:2014-8-26 Rev:1.2 Data:2014-12-22 Rev:1.3

深圳市锐能微科技有限公司

page 1 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

版本更新说明

版本号 V1.0 V1.1 V1.2

修改时间 2014-3-20 2014-3-29 2014-8-26

修改内容 创建 增加: 软件区分 RN8209 各个版本的方法说明 增加内部未开放功能: 电能寄存器 2A/2C 功能定义更改; 扩展频率测量范围,增加 35H 寄存器; RN8209D 的 RX 引脚也支持复位功能; 对 RX 引脚复位功能做补充说明; 修改错误: 2.7 章节关于 Hfconst 寄存器地址的描述错误; 修改 RN8209 各版本功能对比说明; 修改一些文字错误; 3.2.2 hfconst 计算公式修改 HFConst= INT [14.8528*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)] 改为: HFConst=INT[16.1079*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)]

V1.3

2014-12-22

深圳市锐能微科技有限公司

page 2 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

目录

RN8209 各版本功能对比说明 ............................................................................................................. 4 1 芯片介绍.......................................................................................................................................... 6 1.1 芯片特性.............................................................................................................................. 6 1.2 功能简介.............................................................................................................................. 6 1.3 功能框图.............................................................................................................................. 7 1.4 管脚定义.............................................................................................................................. 7 1.5 典型应用............................................................................................................................ 10 2 系统功能........................................................................................................................................ 11 2.1 电源监测............................................................................................................................ 11 2.2 系统复位............................................................................................................................ 11 2.3 模数转换............................................................................................................................ 12 2.4 有功功率............................................................................................................................ 12 2.5 无功功率............................................................................................................................ 13 2.6 有效值................................................................................................................................ 14 2.7 能量计算............................................................................................................................ 14 2.8 通道切换............................................................................................................................ 15 2.9 频率测量............................................................................................................................ 15 2.10 过零检测........................................................................................................................... 16 2.11 中断................................................................................................................................... 16 2.12 寄存器............................................................................................................................... 17 3 校表方法........................................................................................................................................ 33 3.1 概述.................................................................................................................................... 33 3.2 校表流程和参数计算 ........................................................................................................ 33 3.3 举例.................................................................................................................................... 36 4 通信接口........................................................................................................................................ 38 4.1 SPI接口 .............................................................................................................................. 38 4.2 UART接口 ......................................................................................................................... 40 5 电气特性........................................................................................................................................ 45 6 芯片封装........................................................................................................................................ 47

深圳市锐能微科技有限公司

page 3 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

RN8209 各版本功能对比说明
老版(A) 型号 封装 RN8209G SSOP24 新版(B) RN8209G 新版(B) SSOP24,与老版 8209 兼容 新版(C) RN8209C-SOP16L RN8209D-SSOP24 RN8209D:SSOP24, 与老版 8209 兼容; RN8209C:SOP16L 8000:1 3V-5.5V,选定典型供 电 电 压 ( 如 5V 或 3.3V )后,应保证电 源波动在± 10% 范围 内。 同 RN8209G 新版 (B) 同 RN8209G 新版 (B) 同 RN8209G 新版 (B) 同 RN8209G 新版 (B) 同 RN8209G 新版 (B)

动态范围 电源电压

1500:1 5V±10%

5000:1 5V±10%

温度系数 电压基准监测 功耗 ADC 输入范围 B 路电流及电 压通道增益 无功功率及无 功电能

典型值 25ppm 无 32mW 800mv 峰值 1、2、8、16 倍可配 置 有

典型值 5ppm 有,用于防止电压基准在外部 被短接; 15mW 1000mv 峰值 1、2、4 倍可配置

不具备无功相关功能。 具备无功相关功能 删除 0x09H 无功相位补偿寄存 同 RN8209G 老版 (A) 器; 删除 0x0CH 通道 A 无功功率 offset 寄存器; 删除 0x0DH 通道 B 无功功率 offset 寄存器; 删除 0x28H 无功功率寄存器; 不建议客户应用程序操作以上 保留寄存器位。 增加 0x11H、0x12H 自定义功 率寄存器;增加计量控制寄存 器 2,经配置可实现通道 1 和 通道 2 双路有功电能同时计 量、通道 1 与通道 2 矢量和有 功电能计量、自定义有功电能 计量; 新增寄存器位,最小刻度可达 电能寄存器 2 恢复为 RN8209G(A) 的 读 后 清零型电能寄存器, 其他同 RN8209G 新版 (B)

自定义电能输 出



相位校正

最小刻度 0.02 度

同 RN8209G 新版 (B)

深圳市锐能微科技有限公司

page 4 of 48

Rev 1.2

Renergy 0.01 度; 直流偏置校正 电能寄存器 无 0x29H/0x2BH 为读 后不清零寄存器; 0x2AH/022CH 为读 后清零寄存器;

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

增加直流偏置校正寄存器; 0x29H/0x2BH 读后清零或者不 清零可选,默认为不清零; 0x2AH/022CH 功 能 等 同 于 0x29H/0x2BH;

同 RN8209G 新版 (B) 0x29H/0x2BH 读后清 零或者不清零可选, 默认为不清零; 0x2AH/022CH 默 认 为读后清零寄存器, 也可选择为冻结电能 寄存器; 有 RN8209D:SPI/UART RN8209C:UART RN8209C/D 管脚复位 与 RX 功能复用 推荐为 1K/33nF 或 100 欧/330nF

ADC 瞬时采样 值 通信接口 Uart 管脚复位 功能 锰铜取样电流 通道抗混叠电 路设计

无 SPI/单线通信 无 推荐为 1K/33nF

有 SPI/UART 无 推荐为 1K/33nF 或 100 欧/330nF

软件区分 RN8209 各个版本的方法: 第一步: 初始化计量芯片时, 写计量控制寄存器 EMUCON (地址 01) 的 bit15 (EnergyCLR) , 如果写 1 后读出为 0,那么可以判定为 RN8209G 老版(第一代产品) ,否则为 RN8209G 新版 (第二代产品)或者 RN8209C/RN8209D(第三代产品) 。 第二步:写中断配置和允许寄存器 IE(地址 0x40)的 bit6(FZIE) ,如果 写 1 后读出为 0, 那么可以判定为 RN8209G 老版(第一代产品)或者 RN8209G 新版(第二代产品) ,否则为 RN8209C/RN8209D(第三代产品) 第三步:将上述两个寄存器恢复到默认值。

深圳市锐能微科技有限公司

page 5 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

1 芯片介绍
1.1 芯片特性
? 计量 ? 提供三路∑-△ADC ? 有功电能误差在 8000:1 动态范围内<0.1%,支持 IEC62053-22:2003 标准要求 ? 无功电能误差在 8000:1 动态范围内<0.1%,支持 IEC62053-23:2003 标准要求 ? 提供两路电流和一路电压有效值测量,在 1000:1 动态范围内,有效值误差<0.1% ? 提供一路脉冲频率发生器,可用于对用户自定义功率进行电能量累加积分 ? 提供三路 ADC 的瞬时采样值 ? 潜动阈值可调 ? 提供反相功率指示 ? 提供电压通道频率测量 ? 提供电压通道过零检测 ? 提供参考基准监测功能 软件校表 ? 电表常数(HFConst)可调 ? 提供增益和相位校正 ? 提供有功、无功、有效值 offset 校正 ? 提供小信号校表加速功能 ? 提供配置参数自动校验功能 提供 SPI/UART 接口 具有电源监控功能 具备电能寄存器定时冻结功能 UART 的 RX 输入引脚同时具备管脚复位功能 RN8209 +5V/3.3V 电源供电,功耗典型值为 15mW@5V、8mW@3.3V 内置 1.25V±1% 参考电压,温度系数典型值 5ppm/℃,最大 15ppm/℃ 采用 SSOP24(RN8209D)/SOP16L(RN8209C)绿色封装

?

? ? ? ? ? ? ?

1.2 功能简介
RN8209 能够测量有功功率、无功功率、有功能量、无功能量,并能同时提供两路独立的 有功功率和有效值、电压有效值、线频率、过零中断等,可以实现灵活的防窃电方案。 RN8209 支持全数字的增益、相位和 offset 校正。有功电能脉冲从 PF 管脚输出,无功电 能脉冲/用户自定义电能脉冲频率从 QF 引脚输出。 RN8209C 提供串行接口 UART, 固定波特率 4800, 管脚复位与 UART 输入引脚 RX 复用。 RN8209D 提供串行接口 SPI 和 UART,方便与外部 MCU 之间进行通信。

深圳市锐能微科技有限公司

page 6 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

RN8209 内部的电源监控电路可以保证上电和断电时芯片的可靠工作。

1.3 功能框图
AVDD AGND OSCI OSCO IS SDO/TX SDI/RX SCLK/B0 SCSN/B1

电源监控

时钟控制
Ctrl&reg bus

串行接口

X1 X2 X8 X16

fadc

V1P V1N

+ -

PGA

ADC

通道A有功功率 通道B有功功率

CONTROL& REGISTERS

IRQ_N/ ZX

X1 X2 X4

V2P V2N

+

fadc

无功功率 通道A有效值
femu

PGA
-

ADC

X1 X2 X4

通道B有效值 电压有效值 电压线频率 脉冲生成器
PF QF

fadc

V3P V3N

+ -

PGA

ADC

1.25V REF

R

用户自定义功率

EMU
REFV DGND DVDD RST_N

图 1-1 系统框图

1.4 管脚定义

AVDD RST_N NC V1P V1N V2P V2N V3P V3N REFV AGND IS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 IS=0

24 QF 23 PF 22 IRQ_N/ZX 21 NC

AVDD RST_N NC V1P V1N V2P V2N V3P V3N REFV AGND IS

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 IS=1

24 QF 23 PF 22 IRQ_N/ZX 21 NC

RN8209D

20 OSCO 19 OSCI 18 DVDD 17 DGND 16 B1 15 B0 14 RX/RST_N 13 TX

RN8209D

20 OSCO 19 OSCI 18 DVDD 17 DGND 16 SCSN 15 SCLK 14 SDI 13 SDO

图 1-2 RN8209D-SSOP24 管脚排列图 表 1-1 RN8209D-SSOP24 管脚功能说明 深圳市锐能微科技有限公司 page 7 of 48 Rev 1.2

Renergy 引脚 1 标识 AVDD 特性 电源

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 功能描述 模拟电源引脚。 用于给芯片模拟部分供电。 该引脚应外接 10?F 电容 并联 0.1?F 电容去耦。正常应用范围:3V-5.5V,选定典型供电电压 (如 5V 或 3.3V)后,应保证电源波动在±10%范围内。 复位引脚,低电平有效。当为低电平时,芯片处于复位状态。该引 脚建议外接 10K 上拉电阻,并外接 0.1uF 的去耦电容。 不连接。 电流通道 A 的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式,正常 工作最大输入 Vpp 为±1000mV,最大承受电压为±6V。 电流通道 B 的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式,正常 工作最大输入 Vpp 为±1000mV,最大承受电压为±6V。 电压通道的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式,正常工 作最大输入 Vpp 为±1000mV,最大承受电压为±6V。 1.25V 基准电压的输入、输出引脚。外部基准源可以直接连接到该 引脚上。无论使用内部还是外部基准源,该引脚应使用最少 1?F 电 容并联 0.1?F 电容进行去耦。 模拟地。 串行通信类型选择引脚,确定芯片的通信接口类型。 IS=0,选择 UART 作为通信接口; IS=1,选择 SPI 作为通信接口。 内部悬空,由外部上拉或下拉。 SDO 和 TX 复用引脚。 当 IS=1 时, 该引脚为 SPI 串行数据输出 SDO。 复位后,该引脚为高阻输出。 当 IS=0 时,该引脚为 UART 的数据输出端 TX。 当 IS=1 时,该引脚为 SPI 串行数据输入引脚,3.3V/5V 兼容引脚。 当 IS=0 时,该引脚为 UART 输入端 RX,3.3V/5V 兼容引脚,同时 也具备管脚复位功能。RN8209D 内部复位电路与 UART 通信电路 完全独立,该管脚复位功能完全等同独立的管脚复位。 当 IS=1 时,该引脚为 SPI 串行时钟输入,3.3V/5V 兼容引脚。 当 IS=0 时,B0 和 B1,选择为 UART 接口时作为波特率选择引脚: {B1,B0}=00 2400 波特率 {B1,B0}=10 9600 波特率 {B1,B0}=01 4800 波特率 {B1,B0}=11 19200 波特率

2 3 4,5 6,7 8,9

RST_N NC V1P, V1N V2P, V2N V3P,V3N

输入 NC 输入 输入 输入 输入/ 输出 电源

10 11

REFV AGND

12

IS

输入

13

SDO/TX

输出

14

SDI/RX /RST_N

输入

15

SCLK/B0

输入

16 17 18

SCSN/B1 DGND DVDD

输入 电源 电源

当 IS=1 时,该引脚为 SPI 片选信号,低有效,3.3V/5V 兼容引脚。 内部悬空,由外部上拉。 当 IS=0 时,作为 B1,见 B0 说明。 数字地。 数字电源引脚。 用于给芯片数字部分供电。 该引脚应外接 10?F 电容 并联 0.1?F 电容去耦。正常应用范围:3V-5.5V,选定典型供电电压 (如 5V 或 3.3V)后,应保证电源波动在±10%范围内。 外部晶体的输入端,或是外灌系统时钟输入。晶体频率典型值为 3.579545MHz。外接电容典型值为 15Pf~22pF,内部已有约 4M 欧姆 page 8 of 48 Rev 1.2

19

OSCI

输入

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 的跨接电阻, 外部不需要加跨接电阻。 要求外部晶体的 ESR 小于 50 欧姆。

20 21 22

OSCO NC IRQ_N /ZX

输出 NC 输出

外部晶体的输出端。 不连接。 中断/过零检测输出管脚,复位后,为中断管脚。 Zxcfg=0(EMUCON-bit7)时作为中断请求 IRQ_N; Zxcfg=1(EMUCON -bit7)时作为 ZX:电压通道过零输出。 有功电能校验脉冲输出,默认状态低电平输出。其频率反映瞬时有 功功率的大小。具有 5mA 的输出和吸电流能力。 无功电能校验脉冲或者用户自定义校验脉冲输出,默认状态低电平 输出。其频率反映无功功率或用户自定义功率值的大小,用户自定 义功率值包括三种选择:第二路有功功率、两路有功功率矢量和、 用户自定义功率寄存器。具有 5mA 的输出和吸电流能力。
1 2 3 4 5 6 7 8 16 OSCI 15 DVDD 14 GND

23

PF

输出

24

QF

输出

OSCO PF QF AVDD V1P V1N V2P V2N

RN8209C

13 RX/RST_N 12 TX 11 REFV 10 V3N 9 V3P

图 1-3 RN8209C-SOP16L 管脚排列图 表 1-2 RN8209C 管脚功能说明 引脚 1 2 3 标识 OSCO PF QF 特性 输出 输出 输出 外部晶体的输出端。 有功电能校验脉冲输出,默认状态低电平输出。其频率反映瞬时有 功功率的大小。具有 5mA 的输出和吸电流能力。 无功电能校验脉冲输出,默认状态低电平输出。其频率反映瞬时无 功功率的大小。具有 5mA 的输出和吸电流能力。 模拟电源引脚。 用于给芯片模拟部分供电。 该引脚应外接 10?F 电容 并联 0.1?F 电容去耦。正常应用范围:3V-5.5V,选定典型供电电压 (如 5V 或 3.3V)后,应保证电源波动在±10%范围内。 电流通道 A 的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式,正常 工作最大输入 Vpp 为±1000mV,最大承受电压为±6V。 电流通道 B 的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式,正常 工作最大输入 Vpp 为±1000mV,最大承受电压为±6V。 电压通道的正、负模拟输入引脚。采用完全差分输入方式,正常工 作最大输入 Vpp 为±1000mV,最大承受电压为±6V。 1.25V 基准电压的输入、输出引脚。外部基准源可以直接连接到该 功能描述

4

AVDD

电源

5,6 7,8 9, 10 11

V1P, V1N V2P, V2N V3P,V3N REFV

输入 输入 输入 输入/

深圳市锐能微科技有限公司

page 9 of 48

Rev 1.2

Renergy 输出 12 TX 输出

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 引脚上。无论使用内部还是外部基准源,该引脚应使用最少 1?F 电 容并联 0.1?F 电容进行去耦。 该引脚为 UART 的数据输出端 TX。 该引脚为 UART 输入端 RX,同时也是复位引脚,当输入信号低电 平超过 20ms 时 RN8209C 认为是复位有效。 RN8209C 内部复位电路与 UART 通信电路完全独立,该管脚复位 功能完全等同独立的管脚复位。 芯片地, 注意该引脚不应与 DVDD 去耦电容等数字噪声大的接地点 直接连接,而是应尽量距离远一些。 数字电源引脚。 用于给芯片数字部分供电。 该引脚应外接 10?F 电容 并联 0.1?F 电容去耦。正常应用范围:3V-5.5V,选定典型供电电压 (如 5V 或 3.3V)后,应保证电源波动在±10%范围内。 外部晶体的输入端,或是外灌系统时钟输入。晶体频率典型值为 3.579545MHz。 外接电容典型值为 15pF 或 22pF, 内部已有约 4M 欧 姆的跨接电阻,外部不需要加跨接电阻。要求外部晶体的 ESR 小于 50 欧姆。

13

RX/RST_N

输入

14

GND



15

DVDD

电源

16

OSCI

输入

1.5 典型应用
负载

CPU 10欧

+5v
0.1UF 10UF

+5v
10K 0.1UF

0.1UF 10UF

+

100欧 330nF 100欧 1K 330nF

/RST AVDD DVDD V1P

IRQ_N SPI/UART

RN8209 单相防窃电 V1N V2P 计量芯片
V2N V3P

单片机

33nF 33nF

PF QF

LCD显示模块
3.579545MHz

1K 1~2M 1K 33nF

CLKIN

15~22pF

通讯模块

V3N
1K 33nF

REF

CLKOUT AGND DGND

15~22pF

EEPROM

0.1UF

1~10 UF

备注:1.电压采样的分压电阻选择为1~2M欧姆,一般采用6~8个1206贴片电阻 2.通道1(锰铜采样回路),抗混叠的电阻电容可以用1K/33nF或者100欧/330nF

N 220V

L

图 1-4 单相防窃电表典型应用

深圳市锐能微科技有限公司

page 10 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

2 系统功能
2.1 电源监测
RN8209 片内包含一个电源监测电路,连续对模拟电源(AVDD)进行监控。当电源电压 低于 2.6V±0.1V 时芯片被复位,当电源电压高于 2.75V±0.1V 时芯片正常工作。
AVDD 5V 2.75V 2.6V 0V Time
内部复位 复位 运行 复位 运行 复位

Time

图 2-1 电源检测特性 正常应用范围:3V-5.5V,选定典型供电电压(如 5V 或 3.3V)后,应保证电源波动在± 10%范围内。

2.2 系统复位
RN8209 支持三种全局复位方式: ? 上下电 ? 外部引脚复位或 RX 引脚复位 ? 命令复位 任一全局复位发生时,寄存器恢复到复位初值,外部引脚电平恢复到初始状态。 命令复位命令之后 15us,芯片完成复位。 RN8209D 的外部复位引脚高电平变低电平并保持 50us 以上,再由低电平变高电平 300us 以上后完成复位动作。 RN8209C/D 的 RX 引脚同时也是复位引脚,当输入信号低电平超过 20ms 时计量芯片认 为是复位有效。此功能可在隔离应用情况下节省光耦数量。 RN8209C/D 内部复位电路与 UART 通信电路完全独立,该管脚复位功能完全等同独立的管脚复位。 建议的 RX 引脚复位操作方式是: 先将 RX 引脚置低 25ms, 然后再将 RX 引脚置高 20ms,

深圳市锐能微科技有限公司

page 11 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

最后再开始正常的 UART 通信。 相关寄存器: 系统状态寄存器中的 RST 是复位标志:当外部 RST_N 引脚或者上电复位结束时,该位 置 1,读后清零。可用于复位后校表数据请求。 建议 CPU 在初始化计量芯片前使用管脚复位或者命令复位对计量芯片进行一次复位操 作。

2.3 模数转换
RN8209 包括三路 ADC,一路用于相线电流采样,一路用于零线电流采样,一路用于电 压采样。配置系统控制寄存器中的 ADC2ON 寄存器位打开/关闭电流通道 B。 ADC 采用全差分方式输入,电流、电压通道最大信号输入幅度为峰值 1000mv。 通过配置系统控制寄存器(SYSCON 0x00H)中的 bit5~bit0 位,可以分别对三路 ADC 配置 放大倍数,电流通道 A 的 ADC 放大倍数 4 档可选:1、2、8、16;电流通道 B 和电压通道 ADC 放大倍数 3 档可选:1、2、4。电流通道 A 的增益放大倍数默认为 16 倍。

2.4 有功功率

PhsA

DCIA APOSA GPQA PowerPA

电流A 采样值
相位校正 DCU

+

高通滤波

DataIA
Pm1A

+

Pm2A

DATAPA
功率计算

电压 采样值

DataU

PowerPA

+
DCIB

高通滤波
Pm1B

电流B 采样值
相位 校正

+
APOSB

Pm2B

PowerPB
功率计算

+

高通 滤波

DATAPB
GPQB PowerPB

增益校正

DataIB

PhsB CHNSEL

IBGain CHNSEL

PowerPA MUX PowerPB

|PowerP|
Compare PStart[15:0] NoPLd

DATAPA DATAPB MUX

DATAP 用于有功 能量计量

图 2-2 有功功率框图 RN8209 提供两路有功功率的计算和校正,分别为电流 A 和电压有功功率计算和校正、 电流 B 和电压有功功率计算和校正。 寄存器也包含 A/B 两套相位校正、有功 Offset 校正、有功增益校正和平均功率寄存器。 深圳市锐能微科技有限公司 page 12 of 48 Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

电流通道 B 还包含增益校正寄存器 IBGain, 该寄存器会影响通道 B 有功功率、 通道 B 电流有 效值。 当前用于判断潜动和启动的平均有功功率(PowerP)通道,以及当前用于计算有功电能 的瞬时有功功率通道(DATAP),来自哪个通道可以由特殊命令决定,见特殊命令章节。 用户可以通过特殊命令对通道选择进行配置,配置的结果可以通过 CHNSEL 寄存器位进 行查询。 图中的数字高通滤波器主要是用于去除电流、电压采样数据中的直流分量。 图中的 DCIA、DCIB、DCU 用于对 ADC 通道的直流偏置进行校正,RN8209 用于直流测 量应用时,需要对直流偏置进行校正,同时需要将高通滤波器关闭。

2.5 无功功率

DataU

DataUT

RPOSA/RPOSB
Qm1

GPQA/GPQB
Qm2 Qm3 Qc

移相90度

+

DataIA

- 选择
DataI

+

DataQ

DataIB

QPhsCal

CHNSEL
Qc

DataP
功率计算
PowerQ

DataQ

|PowerQ| 用于无功能量计量 QStart[15:0] Compare NoQLd

图 2-3 无功功率框图 RN8209 包含一路无功功率计量电路。其中用于计量的 DataUT 是 DataU 移相 90 度的结 果;DataI 来自 DataIA 或者 DataIB,选择哪路电流可以通过特殊命令进行配置,通过寄存器 位 CHNSEL 查询配置结果。

深圳市锐能微科技有限公司

page 13 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

2.6 有效值

IARMSOS
DataIA

+
IBRMSOS

IARMS

开平方

DataIB

+

IBRMS

开平方

URMS DataU

开平方

图 2-3 有效值计算框图 RN8209 提供三个通道的真有效值参数输出, 包括 URMS、 IARMS、 IBRMS。 字 长 为 24bit, 每 3.495HZ 或 13.982Hz 更新一次。此外还包括两个有效值 Offset 寄存器:IARMSOS 和 IBRMSOS。 通道 2 增益校正(IBGain)会影响到 IBRMS 的输出,其他的相位校正、功率增益校正、 功率 offset 校正等不会影响有效值的计算结果。

2.7 能量计算
CHNSEL

PRun

PStart

DATAPA DATAPB MUX
DataP 脉冲生成器 PF EnergyP HFConst CFSU EnergyP2 QF 脉冲生成器 EnergyD DRun DStart EnergyD2

PMOD

DATAQ DATAPB PA+PB MUX
DataD

DMOD D2FP D2FM

图 2-4 能量计算 能量脉冲输出: 脉冲输出,也即校表脉冲输出,可以直接接到标准电能表进行误差比对。 PF/QF 输出满足下面时序关系:

深圳市锐能微科技有限公司

page 14 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

t1 t2 t1 t2 90ms ----

图 2-5 输出脉冲宽度 注意:当脉冲输出周期小于 180ms 时,脉冲以等 duty 形式输出。 PFcnt/DFcnt、HFConst、脉冲输出、能量寄存器的关系: 当 2*|PFcnt| (0x20H)=HFConst (0x03H)时,PF 有一个脉冲输出。同时能量寄存器 EnergyP (0x29H)和 EnergyP2 (0x2AH)加 1。 当 2*|DFcnt| (0x21H)=HFConst (0x03H)时, QF 有一个脉冲输出。 同时能量寄存器 EnergyD (0x2BH)和 EnergyD2 (0x2CH)加 1。 脉冲输出、能量寄存器和 PRun/DRun 以及 PStart/DStart 的关系: 有功/自定义能量寄存器和 PF/QF 输出还受到 PRun/DRun 以及 PStart/DStart 的控制。 ? 当 PRun=0 或者|P|小于 PStart 时,PF 不输出脉冲,PFcnt 和有功能量寄存器不增加。 ? 当 DRun=0 或者|DataD|小于 DStart 时,QF 不输出脉冲,DFcnt 和自定义能量寄存器不 增加。 自定义脉冲输出: DataD 的来源默认是 DATAQ(无功功率) ,也可以选择为 DATAPA(第二路有功功率) 、 DATAPA+DATAPB(两路功率矢量和) 、D2FP(用户写入) ,通过 D2FM 寄存器来选择 具体使用哪个功率。 脉冲输出加速: 为加快小信号校正速度,提供脉冲输出加速功能。在小信号校正时可以配置 EMUCON (0x01H)寄存器的 CFSUEN 和 CFSU[1:0]位,使 PF/QF 的输出频率提高,最快可以提高 16 倍。 反向指示: 当有功或自定义功率为负时, EMUStatus 寄存器的 REVP 位或 REVQ 位会变为 1, REVP 位与 PF 脉冲同步更新,REVQ 位与 QF 脉冲同步更新。

2.8 通道切换
RN8209 专门提供一路 ADC 用于零线电流有效值和有功功率测量,并提供相线电流和零 线电流通道的切换功能,供用户选择用某一路电流计量有功电能。 电流通道切换是通过特殊命令字来实现的,见特殊命令寄存器章节。通过寄存器位 CHNSEL 可以查询配置结果。

2.9 频率测量
RN8209 可以直接输出线频率参数(UFreq 0x25H 2 字节),测量基波频率,最小测量频率 为 6.8Hz,测量带宽 250Hz。 RN8209 同时提供另外一个线频率参数寄存器(UFreq2 0x35 3 字节) ,测量基波频率,最 小测量频率为 1Hz,测量带宽 250Hz。 深圳市锐能微科技有限公司 page 15 of 48 Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

2.10 过零检测
RN8209D 通过配置 ZXCFG(EMUCON.7)选择引脚 IRQ_N/ZX 开启/关闭过零输出。 RN8209D 通过配置 ZXD1(EMUCON.9) 、ZXD0(EMUCON.8)寄存器位选择四种过零 输出方式。

2.11 中断
RN8209D 中断资源包括 1 个中断允许寄存器 IE、2 个中断状态寄存器 IF 和 RIF、一个复 用的中断请求管脚 IRQ_N/ZX。其中 RIF 同 IF,读 RIF 可清 IF,读 IF 也可清 RIF。 1.中断请求信号 IRQ_N IRQ_N/ZX 引脚为 IRQ_N 和过零检测输出 ZX 复用, 通过配置 EMUCON 寄 存 器 (0x01H) 的 ZXCFG 位确定该引脚的用途。 当中断允许寄存器相应的中断允许位使能且中断事件发生时,IRQ_N 引脚为低电平。当 CPU 通过 SPI 接口读 RIF 或 IF, 在发完命令字节最后一个比特 (LSB) 的 SCLK 下降沿, IRQ_N 引脚恢复为高电平。 2.中断处理过程 硬件: ? RN8209D 的 IRQ_N 通常和 MCU 的外部中断管脚/INT 相连,当 IRQ_N 由高变低时 MCU 产生/INT 中断。 ? MCU 作为 SPI 或 UART 主机,RN8209D 作为 SPI 或 UART 从机。 中断处理程序: 步骤一:MCU 中断初始化 1. MCU 读 RN8209D RIF,清 IF 和 RIF 中断标志; 2. 配置 RN8209D IE 寄存器,使能需要的中断允许位以产生 IRQ_N; 3 .MCU 使能/INT 外部中断, 等待 RN8209D 中断事件发生, IRQ_N 输出触发/INT 中断, 跳入/INT 的中断入口地址。 步骤二:MCU 中断服务程序 1. 关闭 MCU 全局中断和/INT 中断; 2. MCU 通过 SPI 读 RIF 寄存器,清 IF 和 RIF 寄存器,将 IRQ_N 恢复到高电平。 3. MCU 通过判断 RIF 的中断标志来判断 RN8209D 的中断源,转而执行相应的中断处理 程序。 4. 执行完中断处理程序,MCU 打开全局中断和/INT 中断,并恢复现场后中断返回。 中断返回后,若检测到/INT 中断标志,程序又进入到外部中断 ISR 中,重复 2。若未检 测到/INT 中断标志,说明中断处理过程中未发生中断事件,程序继续运行。

深圳市锐能微科技有限公司

page 16 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

IRQ_N

MCU ISR程序

跳到 ISR

关中断 保存现场

读RIF寄存器

判断中断源

执行相应中断 处理程序

开中断恢复现场 返回目标地址

跳到 ISR

IE允许的中断事件发生

IE允许的中断事件发生

图 2-6 RN8209D 中断处理过程

2.12 寄存器
2.12.1 寄存器列表 表 2-3 RN8209 寄存器列表 字长 复位值 功能描述 校表参数和计量控制寄存器 2 0003h 系统控制寄存器,写保护 2 0003h 计量控制寄存器,写保护 2 1000h 脉冲频率寄存器,写保护 2 0060h 有功起动功率设置,写保护 2 0120h 自定义电能起动功率设置,写保护 2 0000h 通道A功率增益校正寄存器,写保护 2 0000h 通道B功率增益校正寄存器,写保护 1 00h 通道A相位校正寄存器,写保护 1 00h 通道B相位校正寄存器,写保护 2 0000h 无功相位补偿,写保护 2 0000h 通道A有功功率Offset校正寄存器, 写保护 2 0000h 通道B有功功率Offset校正寄存器, 写保护 2 0000h 通道A无功功率Offset校正寄存器, 写保护 2 0000h 通道B无功功率Offset校正寄存器, 写保护 2 0000h 电流通道A有效值Offset补偿,写保护 2 0000h 电流通道B有效值Offset补偿,写保护 2 0000h 电流通道B增益设置,写保护 自定义功率寄存器D2FP 的低 16bit,写保 2 0000h 护 自定义功率寄存器D2FP 的高 16bit,用户 2 0000h 需要先写D2FPH, 再 写 D2FPL, 然后D2FP 才进行电能积分,写保护。 IA 通道直流 offset校正寄存器的高 16bit, 2 0000h 写保护 IB 通道直流 offset 校正寄存器的高 16bit, 2 0000h 写保护 2 0000h U通道直流offset校正寄存器的高16bit, 写 page 17 of 48 Rev 1.2

地址 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 13H 14H 15H

名称 SYSCON EMUCON HFConst PStart DStart GPQA GPQB PhsA PhsB QPhsCal APOSA APOSB RPOSA RPOSB IARMSOS IBRMSOS IBGain D2FPL D2FPH DCIAH DCIBH DCUH

R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 保护 三个直流offset校正寄存器的低4bit: DCL[11:0]={DCU[3:0],DCIBL[3:0],DCIA 0000h L[3:0]} ,写保护 0000h 计量控制寄存器2,写保护 计量参数和状态寄存器 0000h 快速有功脉冲计数,写保护 0000h 自定义电能快速脉冲计数,写保护 000000h 通道A电流的有效值 000000h 通道B电流的有效值 000000h 电压有效值 0000h 电压频率 00000000h 有功功率A 00000000h 有功功率B 00000000h 无功功率 有功能量,读后清零、不清零可选,默认 000000h 为读后不清零 000000h 有功能量冻结寄存器 自定义能量,读后清零、不清零可选,默 000000h 认为读后不清零 000000h 自定义能量冻结寄存器 00EE79h 计量状态及校验和寄存器 000000h IA通道ADC采样值 000000h IB通道ADC采样值 000000h U通道ADC采样值 电压频率寄存器2, 扩展了测频范围, 50Hz 000000h 时读出值同UFreq(0x25H) 中断寄存器 00h 中断允许寄存器,写保护 00h 中断标志寄存器,读后清零 00h 复位中断状态寄存器,读后清零 系统状态寄存器 -系统状态寄存器 -上一次SPI/UART读出的数据 -上一次SPI/UART写入的数据 820900h RN8209 Device ID

16H 17H 20H 21H 22H 23H 24H 25H 26H 27H 28H 29H 2AH 2BH 2CH 2DH 30H 31H 32H 35H 40H 41H 42H 43H 44H 45H 7FH

DCL EMUCON2 PFCnt DFcnt IARMS IBRMS URMS UFreq PowerPA PowerPB PowerQ EnergyP EnergyP2 EnergyD EnergyD2 EMUStatus SPL_IA SPL_IB SPL_U UFreq2 IE IF RIF SysStatus RData WData DeviceID

R/W R/W R/W R/W R R R R R R R R R R R R R R R R R/W R R R R R R

2 2 2 2 3 3 3 2 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 4 2 3

2.12.2 校表参数寄存器

系统控制寄存器 SYSCON(0x00) SYSTEM Control R egister (SYSCON) 位 15 位名称 保留 默认为 0,不要对该位写 1 Address: 0x00 H Default Value: 0003H 功能描述

深圳市锐能微科技有限公司

page 18 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D UART 波特率选择,只读,其值由硬件管脚 B1 和 B0 决定。 {B1,B0}=00, Uadrbr=7’h2E, 2400 波特率 {B1,B0}=01, Uadrbr=7’h16, 4800 波特率 {B1,B0}=10, Uadrbr=7’h0B, 9600 波特率 {B1,B0}=11, Uadrbr=7’h05, 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:uartbr[6:0]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。 默认为 0,不要对该位写 1 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。 电流通道 B 模拟增益选择:
PGAIB1 PGAIB0 0 1 0 1 电流通道 B PGA=1 PGA=2 PGA=4 PGA=4 电压通道 PGA=1 PGA=2 PGA=4 PGA=4 电流通道 A PGA=1 PGA=2 PGA=8 PGA=16 0 0 1

14-8

Uartbr[6:0]

7 6

保留 ADC2ON

5-4

PGAIB[1:0]

电压通道模拟增益选择:
PGAU1 PGAU0 0 1 0 1 PGAIA0 0 1 0 1 0 0 1 1 PGAIA1

3-2

PGAU[1:0]

电流通道 A 模拟增益选择,默认值为 16 倍。
0 0 1 1

1-0

PGAIA[1:0]

计量控制寄存器 计量控制寄存器用于计量功能的设置。 Energy Measure Control Register (EMUCON) Address: 0x01 H 位 15 位名称 EnergyCLR 功能描述 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; 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 Default Value: 0003H

14

HPFIBOFF

深圳市锐能微科技有限公司

page 19 of 48

Rev 1.2

Renergy 自定义能量累加方式选择:
QMOD1 0 QMOD0 0 1 0 1

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

累加功率 Qm Qm=DataQ ,正反向功率都参与累加, 负功率有 REVQ 符号指示。 只累加正向功率 Qm=|DataQ|,正反向功率都参与累加, 无负功率符号指示。 Qm=DataQ(保留)

13-12

QMOD[1:0]

0 1 1

11-10 9

PMOD[1:0] ZXD1

有功能量累加方式选择:同上表自定义能量累加方式。 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。 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测信号。 ZXCFG =0:引脚 IRQ_N /ZX 作为 IRQ_N。 ZXCFG =1:引脚 IRQ_N /ZX 作为 ZX。 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 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 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^ (CFSU[1:0]+1) 倍 。CFSUEN=0, 关闭脉冲加速模块,脉冲正常输出。 该位和 CFSUEN 配合使用。见 CFSUEN 说明。 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。 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。

8 7 6 5

ZXD0 ZXCFG HPFIAOFF HPFUOFF

4 3,2 1

CFSUEN CFSU[1:0] DRUN

0

PRUN

脉冲频率寄存器
High Frequency Impulse Const Register (HFConst) Bit15 Read: Write: Reset: : Read Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bit7 HFC7 0 6 HFC6 0 5 HFC5 1 4 HFC4 0 3 HFC3 0 2 HFC2 0 1 HFC1 0 Bit0 HFC0 HFC15 14 HFC14 13 HFC13
Address: 0x 02H Default Value : 1000H

12 HFC12

11 HFC11

10 HFC10

9 HFC9

Bit8 HFC8

深圳市锐能微科技有限公司

page 20 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

HFConst 是 16 位无符号数,做比较时,将其与快速脉冲计数寄存器 PFCNT/DFCNT 寄存 器值的绝对值的 2 倍做比较,如果大于等于 HFConst 的值,那么就会有对应的 PF/QF 脉冲输 出。 潜动与启动阈值寄存器
Start Power Threshold Setup Register (PStart) Bit15 Read: Write: Reset: 0 Bit7 Read: Write: Reset: 0 1 1 0 0 0 0 0 PS7 0 6 PS 6 0 5 PS 5 0 4 PS 4 0 3 PS 3 0 2 PS 2 0 1 PS 1 0 Bit0 PS 0 PS15 14 PS 14 13 PS 13 Address: 0x 03h 12 PS 12
Default Value : 0060H

11 PS11

10 PS10

9 PS 9

Bit8 PS 8

Start Power Threshold Setup Register (DStart) Bit15 Read: Write: Reset: 0 Bit7 Read: Write: Reset: 0 0 1 QS7 0 6 QS 6 0 5 QS 5 QS15 14 QS 14 13 QS 13

Address: 0x 04h 12 QS 12 0 4 QS 4 0

Default Value : 0120H

11 QS11 0 3 QS 3 0

10 QS10 0 2 QS 2 0

9 QS 9 0 1 QS 1 0

Bit8 QS 8 1 Bit0 QS 0 0

启动阈值可由 PStart 和 DStart 寄存器配置。它们是 16 位无符号数,做比较时,将其分别 与 PowerP 和 DataD (为 32bit 有符号数)的高 24 位的绝对值进行比较,以作起动判断。 |PowerP|小于 PStart 时,PF 不输出脉冲。 |DataD|小于 DStart 时,QF 不输出脉冲。 增益校正寄存器
Power Gain Register A(GPQA) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 GPQA_15 14 GPQA_14 Address: 0x05h 13 GPQA_13
Default Value : 0000H

12 … 3 GPQA_12…GPQA_3

2 GPQA_2

1 GPQA_1

Bit0 GPQA_0

Power Gain Register B(GPQB) Bit15 Read: GPQB_15 14 GPQB_14

Address: 0x06h 13 GPQB_13

Default Value : 0000H

12 … 3 GPQB_12…GPQB_3

2 GPQB_2

1 GPQB_1

Bit0 GPQB_0

深圳市锐能微科技有限公司

page 21 of 48

Rev 1.2

Renergy
Write: Reset: 0 0 0 0

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

0

0

0

包括两个寄存器:GPQA 和 GPQB,为二进制补码格式,最高位为符号位。 GPQA 用于电流通道 A 和电压通道有功功率的校正。GPQB 用于电流通道 B 和电压通道 有功的增益校正。 校正公式为:P1=P0(1+GPQS) Q1=Q0(1+GPQS) 其中 GPQS 为增益校正寄存器的归一化值。使用方法见第三章校表方法。 相位校正寄存器
Phase Calibration Register A(PhsA) Bit7 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 0 PhsA_7 6 PhsA_6 Address: 0x 07H 5 PhsA _5
Default Value : 00H

4 PhsA _4

3 PhsA _3

2 PhsA _2

1 PhsA _1

Bit0 PhsA _0

Phase Calibration Register B(PhsB) Bit7 Read: Write: Reset: 0 0 PhsB _7 6 PhsB _6

Address: 0x08 H 5 PhsB _5 0

Default Value : 00H

4 PhsB _4 0

3 PhsB _3 0

2 PhsB _2 0

1 PhsB _1 0

Bit0 PhsB _0 0

包括 IA 和 U 通道的相位校正 PhsA 以及 IB 和 U 通道的相位校正 PhsB。 这两个寄存器均 为带符号二进制补码,Bit0~bit7 有效,其中 bit7 为符号位。使用方法见第三章校表方法。 1 LSB 代表 1/895khz=1.12us/LSB 的延时, 在 50HZ 下, 1 LSB 代表 1.12 us*360 o*50/ 10^6 、 =0.02o /LSB 相位校正。 相位校正范围:50HZ 下,±2.56 o 请注意:计量控制寄存器 2(EMUCON2 地址:0x17H)新增两个寄存器位,可将相位 校正刻度提升至 0.01o

无功相位补偿寄存器
Reactive Power Phase Calibration Register (QPhsCal) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 0 QPC15 14 QPC14 13 QPC13 Address: 09H 12..3 QPC12.. QPC3
Default Value : 0000H

2 QPC2

1 QPC1

Bit0 QPC0

无功相位补偿寄存器用于 U 通道 90°移相滤波器在无功计算中的相位补偿。无功相位补 偿寄存器采用十六位二进制补码形式,最高位为符号位。使用方法见第三章校表方法。 校正公式:Q2 = Q1-QPhs*P1

深圳市锐能微科技有限公司

page 22 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

其中 P1 为有功功率,Q1 为补偿前的无功功率,Q2 为补偿后的无功功率。 有功 Offset 校正寄存器
Active Power Offset Register A(APOSA) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 APOSA_15 14 APOSA _14 Address: 0AH 13 APOSA _13
Default Value : 0000H

12 … 3 APOSA _12…APOSA _3

2 APOSA _2

1 APOSA _1

Bit0 APOSA _0

Active Power Offset Register B(APOSB) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 APOSB_15 14 APOSB _14

Address: 0BH 13 APOSB _13 0

Default Value : 0000H

12 … 3 APOSB _12…APOSB _3 0

2 APOSB _2 0

1 APOSB _1 0

Bit0 APOSB _0 0

有功 OFFSET 校正适合小信号的精度校正。这两个寄存器均为二进制补码格式,最高位 为符号位。使用方法见第三章校表方法。 APOSA 寄存器为电流通道 A 和 U 通道有功功率 Offset 值。APOSB 寄存器为电流通道 B 和 U 通道有功功率 Offset 值。 无功 Offset 校正寄存器
Rective Power Offset Register (RPOSA) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 RPOSA_15 14 RPOSA _14 Address: 0CH 13 RPOSA _13
Default Value : 0000H

12 … 3 RPOSA _12…RPOSA _3

2 RPOSA _2

1 RPOSA _1

Bit0 RPOSA _0

Rective Power Offset Register (RPOSB) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 RPOSB_15 14 RPOSB _14

Address: 0DH 13 RPOSB _13 0

Default Value : 0000H

12 … 3 RPOSB _12…RPOSB _3 0

2 RPOSB _2 0

1 RPOSB _1 0

Bit0 RPOSB _0 0

无功 Offset 校正寄存器用于无功小信号精度的校正。这两个寄存器均为二进制补码格式, 最高位为符号位。使用方法见第三章校表方法。 RPOSA 寄存器为电流通道 A 和 U 通道无功功率 Offset 值。RPOSB 寄存器为电流通道 B 和 U 通道无功功率 Offset 值。

深圳市锐能微科技有限公司

page 23 of 48

Rev 1.2

Renergy 有效值 Offset 校正寄存器
IA RMS Offset Register(IARMSOS) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 IARMS_15 14 IARMS _14 Address: 0EH 13 IARMS _13
Default Value : 0000H

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

12 … 3 IARMS _12…IARMS _3

2 IARMS _2 0

1 IARMS _1 0

Bit0 IARMS _0 0

IB RMS Offset Register(IBRMSOS) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 IBRMS_15 14 IBRMS _14

Address: 0FH 13 IBRMS _13 0

Default Value : 0000H

12 … 3 IBRMS _12…IBRMS _3 0

2 IBRMS _2 0

1 IBRMS _1 0

Bit0 IBRMS _0 0

有效值 Offset 校正寄存器用于电流有效值小信号精度的校正。这两个寄存器均为二进制 补码格式,最高位为符号位。使用方法见第三章校表方法。 IARMSOS 寄存器为电流 A 有效值 Offset 值,IBRMSOS 寄存器为电流 B 有效值 Offset 值。 电流通道 B 增益设置
Current B Gain Register (IBGain) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 0 0 0 IBG15 14 IBG14 Address: 10H 13 IBG13
Default Value : 0000H

12 … 3 IBG12…IBG3

2 IBG2

1 IBG1

Bit0 IBG0

电流通道 B 增益设置寄存器用于防窃电表两路电流通道的一致性校正。一致性校正在 100%Ib 一点校正。使用方法见第三章校表方法。 通道 B 电流增益寄存器采用二进制补码形式,最高位为符号位,表示范围(-1,+1)。 如果 IBGain>=2^15,则 GainI2=(IBGain-2^16)/2^15 否则 GainI2=IBGain/2^15 校正之前 I2a,校正之后 I2b,两者关系为:I2b=I2a+I2a*GainI2 自定义功率寄存器 自定义功率寄存器是 32 位有符号数, 由 D2FPH(0x12H)和 D2FPL(0x11H)共同组成, 其中 D2FPH 为高 16bit ,D2FPL 为低 16bit。D2FPH 的最高位是符号位。 如 D2FM 寄存器(EMUCON2 的 bit5~4)配置为自定义功率, 当用户往自定义功率寄存器写 入 功 率 值 , RN8209 会 自 动 按 照 脉 冲 常 数 设 置 进 行 积 分 , 积 分 得 到 的 电 能 存 放 在 EnergyD(0x2BH)和 EnergyD2(0x2CH),积分得到的脉冲从 QF 管脚输出。 用户需要先写 D2FPH,再写 D2FPL,然后 D2FP 才生效。

深圳市锐能微科技有限公司

page 24 of 48

Rev 1.2

Renergy 直流偏置校正寄存器

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

RN8209 新增三个通道的直流偏置校正寄存器, 用于不需要高通滤波器的计量场合。 每个通 道的直流偏置校正寄存器为 20 位。直流偏置校正的方法见 RN8209 应用笔记。 计量控制寄存器 2 Energy Measure Control Register2 (EMUCON2) Address: 0x17 H 位 15~14 位名称 保留 默认为 0,用户不可写 1 =00:频率测量的时间为 32 个周波; =01:频率测量的时间为 4 个周波; =10:频率测量的时间为 8 个周波; =11:频率测量的时间为 16 个周波; 默认为 0 可作为最低位与 PhsB(0x08H)寄存器共同组成一个 9 位的相位校正寄 存器,将相位校正分辨度从 0.02 度提高到 0.01 度。当该寄存器为 0 时,对相位校正不起作用。 可作为最低位与 PhsA(0x07H)寄存器共同组成一个 9 位的相位校正寄 存器,将相位校正分辨度从 0.02 度提高到 0.01 度。当该寄存器为 0 时,对相位校正不起作用。 =0,功率及有效值寄存器更新速度为 3.495Hz; =1,功率及有效值寄存器更新速度为 13.982Hz; =0,过零信号输出源为正常计量的电压信号,谐波没有滤除; =1,过零信号输出源为低通滤波后的电压信号。 =00:自定义电能输入选择为无功功率; =01:自定义电能输入选择为通道 A 和通道 B 有功功率的矢量和; =10:自定义电能输入选择为自定义功率寄存器 D2FP; =11:自定义电能输入选择为通道 B 有功功率; =0,电能寄存器 2 不启用定时冻结功能,默认为读后清零寄存器。 =1, 电能寄存器 2 (地址 2A 和 2C) 启用定时冻结功能, 每隔 572.1793 毫秒(2048 个晶振周期)将电能寄存器 1(地址 29 和 2B)的值装载 到电能寄存器 2,同时将电能寄存器 1 清零。 默认为 0,用户不可写 1 功能描述 Default Value: 000 0H

13,12

FreqCnt

11,10 9

保留 PhsB0

8

PhsA0

7 6

UPMODE ZXMODE

5,4

D2FM[1:0]

3

Energy_fz

2~0

保留

2.12.3 计量参数寄存器

快速脉冲计数器
Active Energy Counter Register (PFCNT) Address:

0x20h Rev 1.2

深圳市锐能微科技有限公司

page 25 of 48

Renergy
Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 0 PFC15 14 PFC14 13 PFC13 12 … 3 PFC12…PFC3

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D
2 PFC2 0 1 PFC1 0 Bit0 PFC0 0

Reactive Energy Counter Register (DFCNT) Bit15 Read: Write: Reset: 0 0 0 QFC15 14 QFC14 13 QFC13

Address:0x21h 12 … 3 QFC12…QFC3 0 2 QFC2 0 1 QFC1 0 Bit0 QFC0 0

为了防止上下电时丢失电能,掉电时 MCU 将寄存器 PFCnt/DFcnt 值读回并进行保存,然 后在下次上电时 MCU 将这些值重新写入到 PFCnt/DFcnt 中去。 当快速脉冲计数寄存器 PFCnt/DFcnt 计数值的绝对值的 2 倍大于等于 HFconst 时, 相应的 PF/QF 会有脉冲溢出,能量寄存器的值会相应的加 1。 电流电压有效值寄存器
Current A Rms Register (IARms) Bit23 Read: IAS23 22 IAS22 Address: 21 IAS21

0x22h
20 … 3 IAS20…IAS3 2 IAS2 1 IAS1 Bit0 IAS0

Current B Rms Register (IBRms) Bit23 Read: IBS23 22 IBS22

Address: 21 IBS21

0x23h
20 … 3 IBS20…IBS3 2 IBS2 1 IBS1 Bit0 IBS0

Voltage Rms Register (Urms) Bit23 Read: US23 22 US22

Address: 21 US21

0x24h
20 … 3 US20…US3 2 US2 1 US1 Bit0 US0

有效值 Rms 是 24 位有符号数,最高位为 0 表示有效数据,最高位为 1 时读数做零处理; 参数更新的频率为 3.495Hz 或 13.982Hz 可选。 电压频率寄存器
Voltage Frequency Register (UFreq) Bit15 Read: Ufreq15 14 Ufreq14 Address: 13 Ufreq13

0x25h
12 … 3 Ufreq12…Ufreq3 2 Ufreq2 1 Ufreq1 Bit0 Ufreq0

主要测量基波频率,测量带宽 250Hz 左右。 频率值是一个 16 位的无符号数,参数格式化公式为: f=CLKIN/8/UFREQ 例如,如果系统时钟为 CLKIN=3.579545MHz,UFREQ=8948,那么测量到的实际频率为: f=3579545/8/8948=49.9908Hz。

深圳市锐能微科技有限公司

page 26 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

电压频率测量值默认更新的周期为 0.64s,可通过计量控制寄存器 2 调整更新时间。 同时提供 UFreq2 电压频率寄存器 2,地址 为 0x35H,字长 为 3 字节,测量基波频率,最小 测量频率为 1Hz,测量带宽 250Hz。输入 50Hz 时读出值同 UFreq(0x25H) 平均有功功率寄存器
Active Power Register (PowerPA) Bit31 Read: APA23 30 APA22 Address: 29 APA21

0x26h
28 … 3 APA20…APA3 2 APA2 1 APA1 Bit0 APA0

Active Power Register (PowerPB) Bit31 Read: APB23 30 APB22

Address: 29 APB21

0x27h
28 … 3 APB20…APB3 2 APB2 1 APB1 Bit0 APB0

有功功率参数 PowerP 是二进制补码格式,32 位数据,其中最高位是符号位。功率参数更 新的频率为 3.495Hz 或 13.982Hz 可选。 POWERPA 是 U 通道和 IA 通道的平均有功功率寄存器,POWERPB 是 U 通道和 IB 通道 的平均有功功率寄存器。 平均无功功率寄存器
Reactive Power Register (PowerQ) Bit31 Read: RP31 30 RP30 Address: 29 RP29

0x28h
28 … 3 RP28…RP3 2 RP2 1 RP1 Bit0 RP0

无功功率参数 PowerQ 是二进制补码格式,32 位数据,其中最高位是符号位。更新频率同 PowerPA 和 PowerPB。 该寄存器是 U 通道和用户选择的电流通道无功功率计算结果,默认情况下选择通道 A。 有功电能寄存器
Active Energy Register (EnergyP) Bit23 Read: EP23 22 EP22 Address: 21 EP21

0x29h
20 … 3 EP20…EP3 2 EP2 1 EP1 Bit0 EP0

EnergyP 寄存器是累加型或清零型有功能量寄存器。当选择为累加型时(EMUCON 寄存 器 bit15=0) ,在 0xFFFFFF 溢出到 0x000000 时,会产生溢出标志 POIF(参见 IF 0x41H)。当选 择为清零型时(EMUCON 寄存器 bit15=1) ,寄存器读后清为 0. 电能参数是无符号数,EnergyP 的寄存器值分别代表 PF 脉冲的累加个数。寄存器最小单 位代表的能量为 1/EC kWh。其中 EC 为电表常数。 有功电能寄存器 2
Active Energy Register2 (EnergyP2) Address:

0x2AH page 27 of 48 Rev 1.2

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy
Bit23 Read: EP23_2 22 EP22_2 21 EP21_2 20 … 3 EP20_2…EP3_2

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D
2 EP2_2 1 EP1_2 Bit0 EP0_2

当计量控制寄存器 2 的 energy_fz 位等于 0 时,该寄存器是读后清零型有功电能寄存器; 当计量控制寄存器 2 的 energy_fz 位等于 1 时,该寄存器启用定时冻结功能,每隔 572.1793 毫秒(2048 个晶振周期)将有功电能寄存器(地址 29)的值装载到该寄存器,同时将有功电 能寄存器清零。 自定义电能寄存器
UserDEIFNE (EnergyD) Bit23 Read: EP23 22 EP22 21 EP21 20 … 3 EP20…EP3 2 EP2 1 EP1 Bit0 EP0 Energy Register Address:

0x2BH

EnergyD 寄存器是累加型自定义能量寄存器。当选择为累加型时( EMUCON 寄存器 bit15=0) ,在 0xFFFFFF 溢出到 0x000000 时,会产生溢出标志 QOIF(参见 IF 0x41H)。当选择 为清零型时(EMUCON 寄存器 bit15=1) ,寄存器读后清为 0. 电能参数是无符号数,EnergyD 的寄存器值分别代表 QF 脉冲的累加个数。寄存器最小单 位代表的能量为 1/EC kVARh。其中 EC 为电表常数。 EnergyD 默认是无功电能寄存器。可通过 EMUCON2 寄存器进行配置。 自定义电能寄存器 2
UserDEFINE (EnergyD2) Bit23 Read: EP23_2 22 EP22_2 21 EP21_2 20 … 3 EP20_2…EP3_2 2 EP2_2 1 EP1_2 Bit0 EP0_2 Energy Register2 Address:

0x2CH

当计量控制寄存器 2 的 energy_fz 位等于 0 时, 该寄存器是读后清零型自定义电能寄存器; 当计量控制寄存器 2 的 energy_fz 位等于 1 时,该寄存器启用定时冻结功能,每隔 572.1793 毫秒(2048 个晶振周期)将自定义电能寄存器(地址 2B)的值装载到该寄存器,同时将自 定义电能寄存器清零。 计量状态寄存器 此寄存器包括计量状态寄存器和校验和寄存器两部分。 EMU STATUS Register (EMUStatus) 位 23 22 位名称 保留 VREFLOW 只读为 0 只读寄存器,表征 VREF 工作状态。 =1,表示 REFV 引脚的电压值过低,外部电路有异常; page 28 of 48 Rev 1.2 Address:0x2D 只读寄存器 功能描述

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D =0,表示 REFV 引脚的电压值没有出现过低现象。 电流通道选择状态标识位。 =1 表示当前用于计算有功电能的电流通道为通道 B; =0 表示当前用于计算有功电能的电流通道为通道 A。 默认状态下该位为 0,标识选择通道 A 用于电能计量。 当自定义功率小于起动功率时,NoPld 被置为 1;当自定义功率大于 /等于起动功率时 NoPLd 清为 0。 当有功功率小于起动功率时,NoPld 被置为 1;当有功功率大于/等 于起动功率时 NoPLd 清为 0。 反向自定义功率指示标识信号,当检测到负功率时,该信号为 1。 当再次检测到正功率时,该信号为 0。在 QF 发脉冲时更新该值。 反向有功功率指示标识信号,当检测到负有功功率时,该信号为 1。 当再次检测到正有功功率时, 该信号为 0。 在 PF 发脉冲时更新该值。 校表数据校验计算状态寄存器。 ChksumBusy =0,表示校表数据校验和计算已经完成。校验值可用。 ChksumBusy =1,表示校表数据校验和计算未完成。校验值不可用。 校验和输出

21

CHNSEL

20 19 18 17

Noqld Nopld REVQ REVP

16 15:0

ChksumBusy Chksum

EMUStatus [15:0]是 RN8209 专门提供一个寄存器来存放校表参数配置寄存器的 16 位校验 和,外部 MCU 可以检测这个寄存器来监控校表数据是否错乱。 校验和的算法为双字节累加后取反。对于单字节寄存器 PHSA/PHSB,将其扩展为双字节 后累加,扩展的字节为 00H。 RN8209 参与校验和计算的寄存器地址是 00H-17H, RN8209D(选择为 spi 时)默认值 计算得到的校验和为 0xEE79,当选择为 UART 口时,00H 寄存器的高位只读位也参与校验和 计算,如果波特率为 2400,那么校验和默认值为 0xC079;如果波特率为 4800,那么校验和 默认值为 0xD879;如果波特率为 9600,那么校验和默认值为 0xE379;如果波特率为 19200, 那么校验和默认值为 0xE979。 RN8209C 的校验和默认值为:0xD879。 以下三种情况下,重新开始一次校验和计算:系统复位、00H-17H 某个寄存器发生写操 作、EMUStatus 寄存器发生读操作。一次校验和计算需要 11.2us。 2.12.4 中断寄存器

中断配置和允许寄存器 该寄存器适用于 SPI 和 UART。当中断允许位配置为 1 且中断产生时,IRQ_N 引脚输出低 电平。写保护寄存器,配置该寄存器前需将写使能打开。 Interrupt Enable Register (IE) 位 7 6 5 位名称 保留 FZIE ZXIE 保留,读出为 0 FZIE=0:关闭电能冻结中断;=1:使能电能冻结中断 ZXIE=0:关闭过零中断;ZXIE=1:使能过零中断。 page 29 of 48 Rev 1.2 Address: 0x40H 默认值:0x00H 可读可写 功能描述

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy 4 3 2 1 0 QEOIE PEOIE QFIE

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D QEOIE=0:关闭自定义电能寄存器溢出中断; QEOIE=1:使能自定义电能寄存器溢出中断。 PEOIE=0:关闭有功电能寄存器溢出中断; PEOIE=1:使能有功电能寄存器溢出中断。 QFIE=0:关闭QF中断;QFIE=1:打开QF中断。 PFIE=0:关闭PF中断;PFIE=1:打开PF中断。 DUPDIE=0:关闭数据更新中断;DUPDIE=1:使能数据更新中断。 数据 PowerPA/PowerPB 、 IARMS/IBRMS 、 URMS 寄存器刷新的频率为 3.495Hz 或 13.982Hz,当上述数据更新时,IRQ_N 引脚输出低电平。

PFIE
DUPDIE

中断状态寄存器 Interrupt Flag Register (IF) 位 7 6 5 4 3 2 1 0 位名称 Reserved FZIF ZXIF QEOIF PEOIF QFIF PFIF DUPDIF 保留,读出为 0 FZIF=0:未发生电能冻结事件;=1:发生过电能冻结事件 ZXIF =0:未发生过零事件;ZXIF =1:发生过零事件。 QEOIF=0:未发生自定义电能寄存器溢出事件; QEOIF=1:发生自定义电能寄存器溢出事件。 PEOIF=0:未发生有功电能寄存器溢出事件; PEOIF=1:发生有功电能寄存器溢出事件。 QFIF =0:未发生 QF 脉冲输出事件; QFIF =1:发生 QF 脉冲输出事件。 PFIF =0:未发生 PF 脉冲输出事件; PFIF =1:发生 PF 脉冲输出事件。 Address: 0x41H 只读 功能描述

DUPDIF=0:未发生数据更新事件; DUPDIF=1:发生数据更新事件。

IF 适用于 SPI 和 UART 接口。当某中断事件产生时,硬件会将相应的中断标志置 1。 IF 中断标志的产生不受中断允许寄存器 IE 的控制,只由中断事件是否发生决定。 IF 为只读寄存器,读后清零。 复位中断状态寄存器
Reset Interrupt Flag Register (RIF ) Bit7 Read: 0 6 Address: 5 RZXIF

0x42H
4 RQEOIF 3 RPEOIF 2 RQFIF 1 RPFIF Bit0 RDUPDIF

FZIF

该寄存器功能等同 IF。

深圳市锐能微科技有限公司

page 30 of 48

Rev 1.2

Renergy 2.12.5 系统状态寄存器

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

系统状态寄存器 System Status Register (SysStatus) 位 7-5 4 3 位名称 Reserved WREN Reserved 只读,读出为 0. 写使能标志:=1 允许写入带写保护的寄存器; =0 不允许写入带写保护的寄存器 只读,读出为 0. RN8209D 串行通信类型选择引脚状态位,确定芯片的通信接口类型。 IS=0,表示选择 UART 作为通信接口;IS=1,表示选择 SPI 作为通信接 口。 RN8209C:该位读出为 0. 命令复位标志。当命令复位结束时,该位置 1。读后清零。可用于复位后 校表数据请求。 硬件复位标志。当外部 RST_N 引脚或者上电复位结束时,该位置 1。读 后清零。可用于复位后校表数据请求。 Address: 0x43H 功能描述 只读

2

IS

1 0

SOFTRST RST

SPI/UART 读校验寄存器 RData(0x44H)寄存器保存前次 SPI/UART 读出的数据, 可用于 SPI/UART 读出数据时的校验。 SPI/UART 写校验寄存器 WData(0x45H)寄存器保存前次 SPI/UART 写入的数据, 可用于 SPI/UART 写入数据时的校验。 2.12.6 特殊命令 命令名称 写使能命令 写保护命令 电流通道 A 选择命令 命令寄存器 0xEA 0xEA 数据 0xE5 0xDC 使能写操作 关闭写操作 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 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。 描述

0xEA

0x5A

电流通道 B 选择命令

0xEA

0xA5

深圳市锐能微科技有限公司

page 31 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 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; 建议客户 CPU 对计量初始化前先进行命令复位或者 PIN 复位;

命令复位

0xEA

0xFA

写保护的范围: 0x00h-0x17h 校表参数配置寄存器、0x20h-0x21h 快速脉冲寄存器、0x40h 中断允许寄存 器,用特殊命令写使能后才能写入修改,具体命令格式如上表。

深圳市锐能微科技有限公司

page 32 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

3 校表方法
3.1 概述
RN8209 提供了丰富的校正手段实现软件校表,经过校正的仪表,有功和无功精度均可达 0.5S 级。RN8209 的校正手段包括: ? 电表常数(HFConst)可调 ? 提供 A/B 通道的增益校正和一致性校正 ? 提供 A/B 通道的相位校正 ? 提供 A/B 通道的有功、无功和有效值 offset 校正 ? 提供无功相位补偿 ? 提供小信号加速校正功能 ? 提供校表数据自动校验功能

3.2 校表流程和参数计算
可利用标准电能表进行校表, 有功和自定义能量脉冲 PF/QF 可以通过光耦直接连接到标准 表上去,然后根据标准电能表的误差读数对 RN8209 进行校正。 3.2.1 校表流程

校表开始

参数设置

有效值 校正

A/B通道有功 校正

校表结束

图 3-1 校表流程

深圳市锐能微科技有限公司

page 33 of 48

Rev 1.2

Renergy 3.2.2 参数设置

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

参数设置 开始

B通道ADCON设置

HFConst设置

ADC增益选择

起动电流设置

能量累加模式 设置

参数设置结束

其他参数设置

图 3-2 参数设置流程 HFConst 参数计算: osci=3.579545MHz 时,HFConst 的计算公式如下: HFConst=INT[16.1079*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)] Vu:额定电压输入时,电压通道的电压(引脚上电压×放大倍数) Vi:额定电流输入时,电流通道的电压 (引脚上电压×放大倍数) Un:额定输入的电压; Ib:额定输入的电流; EC:电表常数 3.2.3 有功校正

A通道有功 校正开始

功率增益校正A PF=1.0

B通道有功 校正开始

功率增益校正B PF=1.0

有功offset校 正A PF=1.0

相位校正A PF=0.5L

有功offset校 正B PF=1.0

相位校正B PF=0.5L

A通道有功 校正结束

B通道有功 校正结束

图 3-3 有功校正流程 1. A 通道功率增益校正可通过配置 GPQA 寄存器实现,GPQA 的计算方法如下: 若标准表在 A 通道 100%Ib、PF=1 上读出误差为 err:

Pgain =

? err 1 + err

如果 Pgain>=0,则 GPQA=INT[Pgain*215] 否则 Pgain<0, 则 GPQA=INT[216+Pgain*215] 深圳市锐能微科技有限公司 page 34 of 48 Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

B 通道功率增益校正可通过配置 GPQB 寄存器实现,方法同 GPQA。 2. A/B 通道相位校正寄存器的计算方法: 若标准表在 A/B 通道,100%Ib,PF=0.5L 上读出误差为 err,则相位补偿公式:

θ = Arcsin

? err 3

对 50HZ,PHSA/B 有 0.020/LSB 的关系,则有 如果 θ >=0,PHSA/B = INT( θ /0.020) 如果 θ <0,PHSA/B =INT(2^8+ θ /0.020) 3. 有功 offset 校正是在外部噪声(PCB 噪声,变压器噪声等等)较大,积分所得能量影 响到小信号精度的情况下, 提高小信号有功精度的一种有效手段。 若外部噪声对小信 号有功精度影响较小,该步骤可忽略。 3.2.4 无功校正

无功校正 开始

无功相位补偿 校正 PF=0.5L,Imax

无功校正结束

无功offset校 正

图 3-4 无功校正流程 1. 无功相位补偿寄存器用于大信号条件下,U 通道 90°移相滤波器在无功计算中的相位 补偿。无功相位补偿寄存器计算方法如下: 若标准表在 A 通道、Imax、PF=0.5L(30?)上读出误差为 err,则: α= err/ cot(θ) = err * 0.5774。 如果α>=0,则 Qphs=INT[α*215]; 如果α< 0,则 Qphs=INT[216+α*215] 注意由于 Qphs 计算需要 A 通道有功功率,所以该步校正必须在有功校正之后进行。 2. 在外部噪声(PCB 噪声,变压器噪声等等)较大,噪声积分所得能量影响到小信号无 功精度的情况下, 无功 offset 校正是提高小信号无功精度的一种有效手段。 若外部噪声对小信 号无功精度影响较小,该步骤可忽略。

深圳市锐能微科技有限公司

page 35 of 48

Rev 1.2

Renergy 3.2.5 有效值校正

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

有效值校 正开始 电压校正 (额定电压) 有效值 校正结束

电流offset校 正(I=0) 电流校正 (额定电流)

图 3-5 有效值校正流程 说明: 1. 电流 offset 校正可提高小信号电流有效值精度 IARMSOS 寄存器计算过程: 1)配置标准表台,使 U=Un、电流通道输入 Vi=0; 2)等待 DUPDIF 标识位更新(每秒 3.4Hz 左右刷新) ; 3)MCU 取 IARMS 寄存器值,暂存; 4)重复步骤 2 和 3 十一次,第一个数据可不要,MCU 取后十个数据求平均得 Iave; 5)求 Iave 的平方 Iave^2; 6) 求其 32 位二进制反码,取 bit23~bit8 填入 IRMSOS bit15~bit0 得 IRMSOS; 5) 有效值 offset 校正结束 IBRMS 校正公式和 IBRMSOS 寄存器计算过程与此相同。 2. 校好电流 offset 后, 再进行 A/B 通道电流转换系数 KiA/KiB 以及电压转换系数 Ku 的校正, 该步由 MCU 完成,计算过程如下: 若额定电流 Ib 下 IARMS 寄存器读数为 RMSIAreg,则 KiA=Ib/RMSIAreg 其中 KiA 为额定输入时额定值与相应寄存器的比值。 B 通道转换系数 KiB 和电压转换系数 Ku 的计算过程相同。

3.3 举例
假设设计一块 220v(Un) 、5A(Ib)额定输入、表常数为 3200(EC)的样表。A 通道电 流采样使用 350 微欧的锰铜,通道 A 模拟通道增益为 16 倍;B 通道电流采样使用互感器,选 择通道 B 模拟增益为 1 倍;电压采用电阻分压输入,模拟通道增益为 1 倍,芯片引脚上电压 值为 0.22v。 1. 计算 HFConst Vu=0.22V; Vi=5*0.00035*16=0.028V; EC=3200; Un=220; Ib=5. HFConst=[14.8528*Vu*Vi*10^11/(EC*Un*Ib)]=2599 取整后 HFConst 为 A27 H(4061)。将该值写入 HFCONST 寄存器即可。 A 通道有功校正 page 36 of 48 Rev 1.2

2.

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

1)A 通道增益校正 功率源上输出 220v、5A、功率因数为 1 的信号,标准表上显示的误差为 1.2%,则 Pgain=-0.012/(1+0.012)=-0.01186 该数小于 0,需转换为补码,则-0.01186*2^15+2^16=0xFE7BH 将 FE7Bh 写入 GPQA 寄存器,完成 A 通道增益校正。 2) A 通道相位校正 校完阻性增益后,将功率因数改为 0.5L,标准表显示的误差为-0.4%,则 θ=ArcSin(-(-0.004)/1.732)=ArcSin 0.0023 = 0.13230 phs=INT[0.1323/0.02]=6 取整后为 0x06H,写入角度校正寄存器 PHSA 即可。 3) A 通道有功 OFFSET 校正 在电流输入为零的条件下,读取有功功率寄存器的值,0Xfffff50f, (可以读若干次取平均 值 ),其 32 位补码为 0x00000AF1,取后 4 位数 0X0AF1 写入有功偏置校正寄存器。 B 通道有功校正和 A 通道类似。 无功校正 无功相位补偿 有功校正完成后,无功只需进行相位补偿的校正。在无功 0.5L (30?)点,标准表显示的误 差为-0.04%,则 α= -0.0004*0.577= -0.0002308<0, Qphs=INT(2^16-.0002308*2^15)=65528=0xfff8 将十六进制数 FFF8 写入无功相位补偿寄存器。 2)无功 Offset 在电流输入为零的条件下,读取无功功率寄存器的值,0XFFFFF47D, (可以读若干次取 平均值) ,其 32 位补码为 0x00000B83,取后 4 位数 0X0B83 写入无功偏置校正寄存器。 3. 1) 有效值校正 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, (可以读若干次取平均值)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。 转换系数计算由 MCU 完成。 4.

深圳市锐能微科技有限公司

page 37 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

4 通信接口
? ? ? RN8209D 支持两种串行通信接口:SPI 和 UART。RN8209C 仅支持 UART 接口。工作在 从属方式 RN8209D 的串行通信接口选择通过外部引脚 IS 设置 SPI 和 UART 接口均为 5V/3.3V 兼容

4.1 SPI 接口
4.1.1 SPI 接口信号说明 SCSN:SPI 从设备片选信号,低电平有效,输入信号,内部悬空,建议外接上拉电阻。 SCSN 由高电平变为低电平时,表示当前芯片被选中,处于通讯状态;SCSN 由低电平变 为高电平时,表示通讯结束,通讯口复位处于空闲状态。 SCLK:串行时钟输入脚,决定数据移出或移入 SPI 口的传输速率。 所有的数据传输操作均与 SCLK 同步,RN8209D 在上升沿将数据从 SDO 引脚输出;主 机在上升沿将数据从 SDI 引脚输出。RN8209D 和主机都在下降沿读取数据。 SDI:串行数据输入脚。用于把主设备数据传输到 RN8209D 内部。 SDO:串行数据输出脚,用于把 RN8209D 数据输出给主设备。SCSN 为高时,为高阻。 4.1.2 SPI 帧格式 SPI 帧包括读操作帧、写操作帧和特殊命令帧。每一帧的传输过程如下: 当 RN8209D 检测到 SCSN 下降沿, SPI 进入通信方式, 在此模式下, RN8209D 等待 MCU 向命令寄存器传送命令字节。 命令寄存器是一个 8bit 宽的寄存器。对于读写操作,命令寄存器的 bit7 用来确定本次数 据传输操作的类型是读操作还是写操作,命令寄存器的 bit6-0 是读写的寄存器的地址。对于 特殊命令操作,命令寄存器的 bit7-0 固定为 0xEAH。 写完命令寄存器,芯片解析和响应命令,开始本次数据传输。数据传输结束后,SPI 又进 入通信模式,等待 CPU 向命令寄存器传送新的命令字节。 这三种类型 SPI 帧格式说明见表 4-1。 表 4-1 SPI 帧格式 命令名称 读命令 写命令 写使能命令 写保护命令 命令寄存器 {0,REG_ADR[6:0]} {1,REG_ADR[6:0]} 0xEA 0xEA 数据 RDATA WDATA 0xE5 0xDC page 38 of 48 Rev 1.2 描述 从地址为 REG_ADR[6:0]的寄存器中读数据。 注意:读无效地址,返回值为 00h。 向地址为 REG_ADR[6:0]的寄存器中写数据。

深圳市锐能微科技有限公司

Renergy 电流通道 A 选 择命令 电流通道 B 选 择命令 命令复位 4.1.3 SPI 写操作 0xEA 0xEA 0xEA 0x5A 0xA5 0xFA

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 参见 2.11.6 特殊命令章节。

SCSN
t1

t2

SCLK
1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 DB7 DB0 DB7 DB0

SDI
写命令字节 最高有效字节 最低有效字节

图 4-1 SPI 写时序 工作过程: 主机在 SCSN 有效后,先通过 SPI 写入命令字节(8bit,包含寄存器地址) ,再写入数据字 节。注意: 1. 以字节为单位传输,高比特在前,低比特在后; 2. 多字节寄存器,先传输高字节内容,再传输低字节内容; 3. 主机在 SCLK 高电平写数据,从机在 SCLK 低电平取数据; 4. 数据字节之间的时间 t1 要大于等于半个 SCLK 周期; 5. 最后一个字节的 LSB 传送完毕, SCSN 由低变高结束数据传输。 SCLK 下降沿和 SCSN 上升沿之间的时间 t2 要大于等于半个 SCLK 周期。 注意:有写保护功能的寄存器在写操作之前要先写入写使能命令。 4.1.4 SPI 读操作
t2

SCSN
t1

SCLK
0 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0

SDI SDO
读命令字节
DB7 DB0 DB7 DB0

最高有效字节

最低有效字节

图 4-2 SPI 读时序 工作过程: 主机在 SCSN 有效后,先通过 SPI 写入命令字节(8bit,包含寄存器地址) ,从机收到读命 深圳市锐能微科技有限公司 page 39 of 48 Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

令后,在 SCLK 的下降沿将数据按位从 SDO 引脚输出。注意: 1. 以字节为单位传输,高比特在前,低比特在后; 2. 多字节寄存器,先传输高字节内容,再传输低字节内容; 3. 主机在 SCLK 高电平写命令字节,从机在 SCLK 高电平将数据从 SDO 输出; 4. 数据字节的时间 t1 要大于等于半个 SCLK 周期; 5. 最后一个字节的 LSB 传送完毕, SCSN 由低变高结束数据传输。 SCLK 下降沿和 SCSN 上升沿之间的时间 t2 要大于等于半个 SCLK 周期。 4.1.5 SPI 接口可靠性设计 SPI 接口可靠性设计包括以下方面: ? 校验功能 1. 提供校验寄存器 EMUStatus(0x2DH)用于存放内部校表寄存器的校验和。 2. 提供 SPI 读校验寄存器 RData(0x44H),保存前次 SPI 读出的数据。 3. 提供 SPI 写校验寄存器 WData (0x45H),保存前次 SPI 写入的数据。 ? 写保护功能 对所有可读可写寄存器有写保护功能。 ? 应用电路设计 SPI 传输信号线有可能受到干扰而出现抖动, 需要外接电阻电容进行滤波。 参数的选择可 根据需要确定。

10K
SCSN

10欧
SCLK

RN8209D
SDI

10PF 10欧 10PF 10欧
SDO

MCU

10PF

图 4-3 SPI 典型接线图

4.2 UART 接口
RN8209 的 UART 接口主要特点如下: ? 工作在从模式、半双工通讯、9 位 UART(含偶校验位) ,符合标准 UART 协议 深圳市锐能微科技有限公司 page 40 of 48 Rev 1.2

Renergy ? ? ? ?

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

RN8209D 通过硬件管脚配置波特率:2400/4800/9600/19200bps 四档可选 RN8209C 的波特率固定为 4800 帧结构包含校验和字节,安全可靠 5V/3.3V 兼容

4.2.1 UART 接口信号说明 TX:UART 从机(RN8209)数据发送管脚; RX:UART 从机(RN8209)数据接收管脚; B1/B0:波特率选择管脚,用于配置 RN8209D UART 波特率,B1/B0 不同的配置会导致 系统控制寄存器 SYSCON[14:8]的值不同,对应关系如下图所示;

4.2.2 UART 数据字节格式 UART 为 9 位异步通信口,发送、接收一个字节信息由 11 位组成,即起始位(StartBit, 0) 、数据位(低位在先) 、1 位偶校验位(Parity Bit,第 9 数据位)和 1 位停止位(Stop Bit, 1) 。如下图所示:

深圳市锐能微科技有限公司

page 41 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 图 4-5 UART 数据字节格式

4.2.3 UART 帧格式 RN8209 UART 通讯帧格式如下图和表格所示:
CMD DATA …… DATA CKSUM

最高有效字节

最低有效字节

名称 CMD

解释 命令字节,由主机端发送, CMD[7]: 表示命令类别;0,读操作,1: 写操作; CMD[6:0]:表示被选中 RN8209 器件的内部寄存器地址 若 CMD[7]=1,而 CMD[6:0]=0x6A,表示本次操作是特殊命令; 数据字节;读操作由从机端发送,写操作由主机端发送 若寄存器地址对应寄存器是多字节寄存器,先传最高有效字节; 校验和字节;读操作由从机端发送,写操作由主机端发送 校验和算法如下: CheckSum[7:0] = ~(CMD[7:0] + DATAn[7:0] + …… +DATA1[7:0]) 即将 CMD 和数据相加,抛弃进位,最后的结果按位取反; 数据字 节 RDATA

DATA CKSM

命令名称

命令字节

描述 从器件中的地址为 REG_ADR[6:0]的寄存器读数 据。 注意:读无效地址,返回值为 00h。 向器件中的地址为 REG_ADR[6:0]的寄存器写数 据。

读命令

{0,REG_ADR[6:0]}

写命令 写使能命 令 写保护命 令 命令复位

{1,REG_ADR[6:0]} 0xEA 0xEA 0xEA

WDATA 0xE5 0xDC 0xFA

命令描述“参见 2.11.6 特殊命令章节。 ”

4.2.4 UART 写操作 写操作由主机端发起,主机端发送命令字节,如果是写命令,从机继续接收主机随后依次 发送的数据字节和校验和字节。如下图所示:

深圳市锐能微科技有限公司

page 42 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D
主机对RN8209进行写操作

RN8209 RX

CMD

DATA

DATA

……

DATA

CKSUM

CMD

RN8209 TX

t1

t1

t1

t4

注意事项: 1. 9 位 UART,字节信息由 11 位组成,即起始位(0) 、数据位(低位在先) 、1 位偶校 验位(第 9 数据位)和 1 位停止位(1) 。 2. 字节发送端计算并发送校验位,字节接收端根据校验位判断字节传送是否有效;如 果字节错误,随后的字节被认为是新的帧的开始; 3. 多字节寄存器,先传输高字节内容,再传输低字节内容; 4. 主机发送字节之间的时间 t1,由主机端控制,RN8209 没有限制,t1 大于等于 0ns; 5. 帧之间的时间 t4,由主机端控制,RN8209 没有限制,t4 大于等于 0ns; 6. 有写保护功能的寄存器在写操作之前要先写入写使能命令。 7. 主机计算并发送校验和,从机根据校验和判断帧传送是否成功 4.2.5 UART 读操作 读操作由主机端发起,主机端先发送读命令字节,RN8209 随后由 TX 发送读数据字节、 读校验和字节。如下图所示:
主机对RN8209进行读操作
RN8209BG RX CMD CMD

RN8209BG TX

DATA

DATA

……

DATA

CKSUM

t2

t3

t3

t4

注意事项: 1. 9 位 UART,字节信息由 11 位组成,即起始位(0) 、数据位(低位在先) 、1 位偶校 验位(第 9 数据位)和 1 位停止位(1) 。 2. 字节发送端计算并发送校验位,字节接收端根据校验位判断字节传送是否有效;如 果字节校验错误,字节接收端认为当前帧错误并结束; 3. 多字节寄存器,先传输高字节内容,再传输低字节内容; 4. 主机发送字节之间的时间 t1,由主机端控制,RN8209 没有限制,t1 大于等于 0ns 即 可; 5. 主机发送字节和从机发送字节之间的时间 t2,由从机控制,t2=T/2(T 是每比特的传 送时间) ; 6. 从机发送字节之间的时间 t3, 由从机控制,t3=T(T 是每比特的传送时间) ; 7. 帧之间的时间间隔 t4,由主机端控制,RN8209 没有限制,t4 大于等于 0ns 即可; 8. 主机计算并发送校验和,从机根据校验和判断帧传送是否成功 深圳市锐能微科技有限公司 page 43 of 48 Rev 1.2

Renergy 4.2.6 UART 接口可靠性设计

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

UART 接口可靠性设计包括以下方面: ? 硬件管脚配置波特率,安全可靠 ? UART 数据字节传送具有位校验(偶校验)功能 ? UART 通讯帧传输具有校验和功能 ? 硬件管脚的配置的结果反映在寄存器中; ? 寄存器校验功能 1. 提供校验寄存器 EMUStatus 用于存放内部校表寄存器的校验和。 2. 提供读校验寄存器 RData,保存前次读出的数据。 3. 提供写校验寄存器 WData,保存前次写入的数据。 ? 写保护功能 对所有可读可写寄存器有写保护功能。

深圳市锐能微科技有限公司

page 44 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

5 电气特性
精度 (Vdd=AVdd=5V±5%,室温) 符号 最小 典型 最大 单位 Err ±0.1% BW 7 kHz Err ±0.1% Err ±0.1% 模拟输入 ±1000 mV Vxn ZDC 300 kΩ 1 mV DCoff B-3dB 7 kHz 基准电压 (Vdd=AVdd=5V±5%,温度范围:-40℃~+85℃) Vref 1.25 V ppm/℃ 5 15 Tc 4 kΩ 时钟输入 OSCI 1 3.58 4 MHz 数字输入输出接口 1.2M Hz 2400 192000 Hz VIH VIL VIH VIL VOH VOL VOH VOL 0.7* vdd DGND 2.5 DGND 4 -4 DGND --------电源 深圳市锐能微科技有限公司 page 45 of 48 Rev 1.2 DVDD 0.3* Vdd DVDD 1.7 DVDD 0.5 DVDD 0.5 V V V V V V V V

测量项目 有功电能测量误差 有功电能测量带宽 无功电能测量误差 有效值测量误差 最大信号电平 直流输入阻抗 ADC失调误差 -3dB带宽

测试条件和注释 常温8000:1的动态范围 OSCI=3.579545MHz 常温8000:1的动态范围 常温1000:1的动态范围

OSCI=3.579545MHz

输出电压 温度系数 输入阻抗 输入时钟频率范围 SPI接口速率 UART接口速率 RSTN、A0、A1 输入高 电平 RSTN、A0、A1输入低电 平 SDI/RX 、 SCLK/B0 、 SCSN/B1输入高电平 SDI/RX 、 SCLK/B0 、 SCSN/B1 输入低电平 IRQN/ZX 输出高电平 IRQN/ZX 输出低电平 PF、QF、 SDO输出高电 平 PF、QF、 SDO输出低电 平

DVdd =5V,-40-85℃ DVdd =5V,-40-85℃ DVdd =5V,-40-85℃ DVdd =5V,-40-85℃ DVdd =5V , 室 温 ; Isource=3.5mA DVdd =5V , 室 温 ; Isink=8mA DVdd =5V,室温; Isource=5mA DVdd =5V,室温 Isink=12mA

Renergy 模拟电源 数字电源 模拟电流1 模拟电流2 数字电流 数字电源电压 模拟电源电压 DVDD to DGND DVDD to AVDD V1P,V1N,V2P,V2N,V3P, V3N 数字输入电压相对于 GND 数字输出电压相对于 GND 模拟输入电压相对于 AGND 工作温度范围 存储温度范围 AVDD DVDD AIdd1 AIdd2 DIdd DVDD AVDD 4.5 4.5 1.5 1.8 1.3 极限参数 -0.3 --0.3 --0.3 --0.3 -6 -0.3 -0.3 -0.3 -40 -65 ------

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D 5.5 5.5 V V mA mA mA +7 +7 +7 +0.3 +6 DVDD +0.3 DVDD +0.3 AVDD +0.3 85 150 V V V V V V V V ℃ ℃ 5V±10% 或3.3V±10% 5V±10% 或3.3V±10% 通道B ADC不打开 通道B ADC打开 OSCI=3.579545MHz

VIND VoutD VINA TA Tstg

深圳市锐能微科技有限公司

page 46 of 48

Rev 1.2

Renergy

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

6 芯片封装
RN8209D-SSOP24 芯片封装尺寸:

SYMBOL A A1 A2 A3 b b1 c c1 D E E1 e L L1 θ

MILLIMETER MIN --0.05 1.30 0.57 0.29 0.28 0.15 0.14 8.00 7.60 5.10 0.75 0 NOM --0.15 1.50 0.67 --0.30 --0.15 8.20 7.80 5.30 0.65BSC 0.90 1.25BSC ----8? 1.05 MAX 1.85 0.25 1.70 0.77 0.37 0.33 0.20 0.16 8.40 8.00 5.50

深圳市锐能微科技有限公司

page 47 of 48

Rev 1.2

Renergy RN8209C-SOP16L 芯片封装尺寸:

单相多功能防窃电专用计量芯片 RN8209C/RN8209D

SYMBOL A A1 A2 A3 b b1 c c1 D E E1 e h L L1 θ

MILLIMETER MIN --0.05 1.30 0.6 0.39 0.38 0.21 0.19 9.70 5.80 3.70 0.25 0. 5 0 NOM ----1.40 0.65 --0.41 --0.20 9.90 6.00 3.90 1.27BSC ----1.05BSC ----8? 0.5 0.8 MAX 1.75 0.225 1.50 0.70 0.48 0.43 0.26 0.21 10.10 6.20 4.10

深圳市锐能微科技有限公司

page 48 of 48

Rev 1.2


赞助商链接
相关文章:
产品维修手册(13版v4.0)
产品维修手册(13版v4.0)_计算机硬件及网络_IT/计算机...检查 U2 RN8209 计量芯片、 X2 晶振、 C57、C59...A/B/C 单相 RS485 不通, 检查 A/B/C 1、 ...
电表基础知识培训手册
类电能计量装置 单相供电的电力用户计费用电能计量...第 15 页共 19 页 内部资料 2、计量芯片 RN8209...其中RSIO 为锐能微专有的单线通讯接口,可以使用...
单相电功率计设计
专用电能计量芯片如,深圳锐 能微RN82╳╳系列,...图 3.1 STC89C52 单片机引脚图 11 单相交流电功率...参考其数据手册,RN8209G 包括三路 ADC,一路 用于...
单相用电器分析监测装置
其中测量模块采用 RN8209 实现对电压,电流的测量 与...协调全部芯片工作,能实现电压、电流、功率和 功率...采用 STC89C51 单片机 STC89C51 是一种微控制器...
更多相关标签: