三相计量芯片ATT7022E算法

ATT7022E 是一款高精度的三相电能计量芯片，广泛应用于智能电表、能源监测系统等领域。

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一、开发准备

1. 硬件需求：
   • ATT7022E 芯片
   • 微控制器（如 STM32、ESP32 等，需支持 SPI/UART）
   • 三相电压/电流传感器（如电压互感器、电流霍尔传感器）
   • 晶振电路（通常需要 24.576MHz 晶振）
   • 电源电路（3.3V 或 5V）
2. 软件需求：
   • 芯片数据手册（ATT7022E Datasheet）
   • 通信协议（SPI/UART 配置）
   • 寄存器配置表（关键寄存器需配置）

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二、开发框架

1. 硬件初始化

• 配置 SPI/UART 接口（波特率、数据位、时钟极性等）。
• 初始化 GPIO 引脚（如片选信号、中断引脚）。
• 确保电源稳定性（芯片需 3.3V 供电，避免噪声干扰）。

2. 寄存器配置

• 关键寄存器：
  • 0x0113：配置电压/电流通道。
  • 0x0210：设置 ADC 采样速率。
  • 0x0400：启动计量功能。
  • 0x0600：校准寄存器（需通过校准流程配置）。
• 操作流程：
  1. 复位芯片（发送复位命令）。
  2. 配置通信波特率（如 9600bps）。
  3. 设置电压/电流通道增益。
  4. 启动 ADC 采样。

3. 数据读取

• 通过 SPI/UART 读取计量数据寄存器（如 0x1300~0x1305 存储有功电能）。
• 数据格式为 32 位二进制补码，需转换为实际物理量（如 kWh）。

4. 校准流程

• 需使用标准负载进行零点校准和满度校准。
• 校准命令通过寄存器 0x0600~0x0603 配置。

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三、代码片段（基于 SPI 的代码）

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义 SPI 句柄
SPI_HandleTypeDef hspi1;

// ATT7022E 寄存器地址
#define REG_RESET       0x0000
#define REG_BAUD_RATE   0x0211
#define REG_START       0x0400

// SPI 读写函数
uint8_t ATT7022E_WriteReg(uint16_t regAddr, uint32_t data) {
    uint8_t txData[4] = {(regAddr >> 8) & 0xFF, regAddr & 0xFF, (data >> 24) & 0xFF, (data >> 16) & 0xFF};
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, txData, 4, 100);
    return HAL_OK;
}

uint32_t ATT7022E_ReadReg(uint16_t regAddr) {
    uint8_t txData[2] = {(regAddr >> 8) & 0xFF, regAddr & 0xFF};
    uint8_t rxData[4] = {0};
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // CS 低
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, txData, 2, 100);
    HAL_SPI_Receive(&hspi1, rxData, 4, 100);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // CS 高
    return (rxData[0] << 24) | (rxData[1] << 16) | (rxData[2] << 8) | rxData[3];
}

// 初始化 ATT7022E
void ATT7022E_Init() {
    ATT7022E_WriteReg(REG_RESET, 0x0001); // 软件复位
    HAL_Delay(10);
    ATT7022E_WriteReg(REG_BAUD_RATE, 0x0064); // 波特率 9600bps
    ATT7022E_WriteReg(REG_START, 0x0001); // 启动计量
}

// 读取有功电能
uint32_t ATT7022E_ReadActiveEnergy() {
    return ATT7022E_ReadReg(0x1300); // 寄存器地址 0x1300
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ATT7022E_Init();
    
    while (1) {
        uint32_t energy = ATT7022E_ReadActiveEnergy();
        HAL_Delay(1000);
    }
}

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四、注意事项

1. 硬件设计：
   • 确保电源噪声小于 10mV。
   • 使用差分信号传输关键数据（如电压/电流采样）。
   • 正确连接 TVS 二极管防止浪涌。
2. 校准：
   • 校准前需等待芯片进入稳定状态（约 1 分钟）。
   • 使用标准负载进行多点校准（如 0%、50%、100% 负载）。
3. 通信调试：
   • 使用逻辑分析仪抓取 SPI 波形，验证寄存器配置是否正确。
   • 检查 CRC 校验（部分寄存器需要校验）。

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五、参考资料

1. ATT7022E 数据手册
2. 三相电能计量应用笔记
3. ST 官方 SPI 驱动库（HAL 库）
4. 三相计量芯片ATT7022E完整程序，及NXP LPC1788程序

如果需要更具体的实现细节（如校准算法或 FFT 计算），请提供您的硬件平台和开发需求！