2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
2.1? CS5467芯片介紹
　　CS5467是一個(gè)包括4個(gè)△∑模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、功率計(jì)算功能、電能到頻率轉(zhuǎn)換器和一個(gè)串行接口的完整的四路功率/能源電表IC。它能精確測(cè)量瞬時(shí)電流和電壓，計(jì)算VRMS和IRMS、瞬時(shí)功率、有用功率、視在功率以及無(wú)功功率等。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

?

　　芯片主要性能特點(diǎn)如下：
　　(1)電能數(shù)據(jù)線性度在1 000:1動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為±0.1%；
　　(2)符合IEC、ANSI、JIS工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；
　　(3)單電源工作和低功耗；
　　(4)系統(tǒng)校準(zhǔn)/相位補(bǔ)償；
　　(5)單電源地參考信號(hào)；
　　(6)電流故障和電壓下降檢測(cè)；
　　(7)內(nèi)帶電源監(jiān)視器；
　　(8)SPI接口通信。
2.2 傳感器的選擇
　　電壓傳感器選擇森社電子生產(chǎn)的宇波模塊CHV-25P。CHV-25P為閉環(huán)霍爾電壓傳感器，采用霍爾磁補(bǔ)償工作原理，可測(cè)量DC、AC、脈動(dòng)電壓和小電流,具有測(cè)量精度高，線性度小(0.1%)，反應(yīng)時(shí)間短(10?滋s)等優(yōu)點(diǎn)。電路連接如圖4(a)所示。
CHV-25P的“+HT”端和“-HT”端為輸入端，連接被測(cè)電源設(shè)備，采集電源的輸入電壓值；“+”端和“-”端為CHV-25P的供電端口，連接±12V電源；M端為輸出端，連接測(cè)量系統(tǒng)，將反饋電壓值送入CS5467芯片中。R1為前端限流電阻，Rm為輸出分壓電阻，由于傳感器的匝數(shù)比為2 500:1 000，額定電流為10mA，所以選擇R1=80kΩ/2W和Rm=820Ω的電阻相匹配，實(shí)現(xiàn)輸入電壓和輸出電壓成40:1的比例關(guān)系，及輸入電源電壓為220V，傳感器“M”端感應(yīng)出的電壓為5.5V。但此時(shí)感應(yīng)出的電壓值還不能直接送入CS5467中，這是因?yàn)镃S5467電壓通道的滿量程為250mV，所以還需要進(jìn)行分壓操作。在此選擇10kΩ接地電阻和100Ω電阻匹配，進(jìn)行100:1的降壓操作，使CS5467的輸入電壓值滿足要求。

?

　　電流傳感器選擇森社電子生產(chǎn)的宇波模塊CHF-500B。CHF-500B為開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器，采用霍爾直測(cè)式原理，用于測(cè)量直流、交流和脈沖電流；具有輸出信號(hào)與原邊電流電氣隔離，測(cè)量精度高，線性度小(0.1%)，反應(yīng)時(shí)間短(10?滋s)等優(yōu)點(diǎn)。電路連接如圖4(b)所示。
　　將CHF-500B套于導(dǎo)線上，標(biāo)識(shí)方向與電流方向同向，其中“+”端和“-”端為CHF-500B的供電端口，連接±12V電源；“M”端為輸出端，連接測(cè)量系統(tǒng)，將感應(yīng)出的電流值送入測(cè)量芯片CS5467中；“⊥”端接地。
2.3 SPI接口通信
　　CS5467具有SPI串行通信接口，很容易實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信。接口電路如圖5所示。

?

　　SPI通信是通過(guò)SDI、SDO、CS和SCLK等四個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)的。為保證能正確讀取CS5467的24位數(shù)據(jù)寄存器，要嚴(yán)格按照通信命令格式及時(shí)序的要求進(jìn)行。讀取寄存器命令格式如表1所示，該命令通知狀態(tài)機(jī)需要對(duì)寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。讀寄存器時(shí)，被尋址的寄存器中的數(shù)據(jù)被傳送到輸出緩沖器中由SCLK 移位輸出；寫(xiě)寄存器時(shí)，數(shù)據(jù)由SCLK 移入輸入緩沖器并在第24個(gè)SCLK出現(xiàn)后寫(xiě)入被尋址的寄存器。命令序列由8位二進(jìn)制數(shù)組成，前導(dǎo)位為固定值“0”，不能更改；隨后一位為讀寫(xiě)控制位，為0則執(zhí)行寫(xiě)命令，為1則執(zhí)行讀命令；后面5位RA4～RA0為寄存器的地址碼；最后一位為固定值“0”，不能更改。圖6說(shuō)明了這8位數(shù)據(jù)的操作時(shí)序。每種寄存器可以單獨(dú)讀取，也可以連續(xù)讀取多個(gè)寄存器的時(shí)鐘上升沿之后，SDO引腳隨著此時(shí)鐘下降沿變?yōu)榈碗娖剑院竺總€(gè)時(shí)鐘的下降沿，SDO引腳的數(shù)據(jù)都有效。24位數(shù)據(jù)是按先高位后低位的順序移出的。

?

　　STC12C5410單片機(jī)為了和CS5467的SPI通信相對(duì)應(yīng)，單片機(jī)選擇主模式作為主機(jī)工作，CS5467作為從機(jī)工作。主機(jī)和從機(jī)的兩個(gè)移位寄存器可以看作是一個(gè)16位循環(huán)移位寄存器。當(dāng)數(shù)據(jù)從主機(jī)移位傳送到從機(jī)的同時(shí)，數(shù)據(jù)也以相反的方向移入。這意味著在一個(gè)移位周期中，主機(jī)和從機(jī)的數(shù)據(jù)相互交換。按照CS5467的時(shí)序圖要求，STC12C5410配置如下：控制位CPHA=1，前時(shí)鐘沿驅(qū)動(dòng)，后時(shí)鐘沿采樣，CPOL=0，SPICLK空閑時(shí)為低電平，前時(shí)鐘沿為上升沿，后時(shí)鐘沿為下降沿。SPI時(shí)鐘速率選擇為CPUCLK/32。
　　電路設(shè)計(jì)中，為提高SPI通信的可靠性，在時(shí)鐘CLK、SDI、SDO各線上可加100pF的對(duì)地電容以濾除掉干擾毛刺。
2.4 顯示電路
　　顯示部分采用74LS145芯片和74LS245芯片與數(shù)碼管連接，設(shè)計(jì)三表頭顯示，分別顯示輸入功率、輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。其中STC12C5410單片機(jī)的I/O端口P2.0～P2.7與74LS245芯片的B1～B7端口連接，用于傳送顯示數(shù)據(jù)；單片機(jī)的I/O端口P3.2～P3.6與兩片74LS145芯片的A～D端口連接，用于選擇顯示項(xiàng)目。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要完成SPI數(shù)據(jù)讀取及處理和參數(shù)的顯示等工作，程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě),程序框圖如圖7所示。對(duì)電能寄存器的讀取和處理要注意24位電能寄存器是否溢出，如溢出則要把新讀取的數(shù)加0X00FFFFFF后再與前一讀數(shù)相減，才能得到正確的電能值。

?