SPI接口与单片机接口原理图(STPM01与P89LPC94)

STPM01与P89LPC9401接口设计
　　STPM01的SPI接口是一个两线口，其数据输入输出是同一个管脚，与标准三线SPI口不同。我们采用了图中所示方法连接两芯片。
　　作为SPI总线主机，LPC9401输出时钟信号，STPM01依照SCLNLC的时钟信号进行通信。为提高抗干扰性能，在连线中串联一个10~100Ω 电阻，该电阻与芯片管脚输入电容构成低通滤波器，滤除连线上的干扰。LPC9401读取STPM01数据时，使用片上的SPI模块。而向STPM01写数据时，不使用SPI总线控制模块，而采用软件模拟SPI时序输出数据。这样设计是考虑到电表运行时，LPC9401很少向STPM01写数据，而读数据非常频繁。这种设计充分利用了芯片的资源，提高了程序运行效率。
　　取样电路设计
　　电压取样采用电阻分压，考虑到贴片电阻的耐压有限，选用4只200kΩ电阻做分压器。STPM01电压通道最大输入差分电压为±0.3V，对于50Hz交流电，对应有效值为0.21VRMS，输入信号不能大于此最大值，否则会出现削峰。考虑到余量，对于220V额定电压，我们取0.16VRMS，则
　　取样电阻＝200×4×0.16/220＝581Ω，我们选560Ω作为取样电阻。
　　相电流传感器我们采用互感器，变比为5,000:1。该通道增益设置为8，则输入最大信号为0.105VRMS，考虑到一定余量，在40A时，输入信号选择在0.08VRMS左右，则互感器负载电阻为0.08/40×5,000＝10Ω。
　　零线电流通道我们采用锰铜分流器，分流器阻值取250μΩ。阻值不能取得过大或过小，如果选得过小，则在小电流时取样信号太微弱，导致误差增大，容易超差。如果选得过大，则大电流时分流器发热过大，造成误差不稳定。



图：SPI接口示意图。
　　对于250μΩ分流器，在40A时其两端电压信号为250×40＝10,000μV，即10mVRMS。取样信号非常小，所以该通道增益应设置为最大即32倍，此时信号输入最大幅度为26.25mVRMS。实际最大输入信号小于允许的最大输入信号，分流器阻值选择合理。