2 系统硬件构成
2.1  CS5467芯片介绍
　　CS5467是一个包括4个△∑模数转换器（ADC）、功率计算功能、电能到频率转换器和一个串行接口的完整的四路功率/能源电表IC。它能精确测量瞬时电流和电压，计算VRMS和IRMS、瞬时功率、有用功率、视在功率以及无功功率等。芯片内部结构如图3所示。

　　芯片主要性能特点如下：
　　(1)电能数据线性度在1 000:1动态范围内为±0.1%；
　　(2)符合IEC、ANSI、JIS工业标准；
　　(3)单电源工作和低功耗；
　　(4)系统校准/相位补偿；
　　(5)单电源地参考信号；
　　(6)电流故障和电压下降检测；
　　(7)内带电源监视器；
　　(8)SPI接口通信。
2.2 传感器的选择
　　电压传感器选择森社电子生产的宇波模块CHV-25P。CHV-25P为闭环霍尔电压传感器，采用霍尔磁补偿工作原理，可测量DC、AC、脉动电压和小电流,具有测量精度高，线性度小(0.1%)，反应时间短(10?滋s)等优点。电路连接如图4(a)所示。
CHV-25P的“+HT”端和“-HT”端为输入端，连接被测电源设备，采集电源的输入电压值；“+”端和“-”端为CHV-25P的供电端口，连接±12V电源；M端为输出端，连接测量系统，将反馈电压值送入CS5467芯片中。R1为前端限流电阻，Rm为输出分压电阻，由于传感器的匝数比为2 500:1 000，额定电流为10mA，所以选择R1=80kΩ/2W和Rm=820Ω的电阻相匹配，实现输入电压和输出电压成40:1的比例关系，及输入电源电压为220V，传感器“M”端感应出的电压为5.5V。但此时感应出的电压值还不能直接送入CS5467中，这是因为CS5467电压通道的满量程为250mV，所以还需要进行分压操作。在此选择10kΩ接地电阻和100Ω电阻匹配，进行100:1的降压操作，使CS5467的输入电压值满足要求。

　　电流传感器选择森社电子生产的宇波模块CHF-500B。CHF-500B为开环霍尔电流传感器，采用霍尔直测式原理，用于测量直流、交流和脉冲电流；具有输出信号与原边电流电气隔离，测量精度高，线性度小(0.1%)，反应时间短(10?滋s)等优点。电路连接如图4(b)所示。
　　将CHF-500B套于导线上，标识方向与电流方向同向，其中“+”端和“-”端为CHF-500B的供电端口，连接±12V电源；“M”端为输出端，连接测量系统，将感应出的电流值送入测量芯片CS5467中；“⊥”端接地。
2.3 SPI接口通信
　　CS5467具有SPI串行通信接口，很容易实现与单片机的通信。接口电路如图5所示。

　　SPI通信是通过SDI、SDO、CS和SCLK等四个引脚实现的。为保证能正确读取CS5467的24位数据寄存器，要严格按照通信命令格式及时序的要求进行。读取寄存器命令格式如表1所示，该命令通知状态机需要对寄存器进行访问。读寄存器时，被寻址的寄存器中的数据被传送到输出缓冲器中由SCLK 移位输出；写寄存器时，数据由SCLK 移入输入缓冲器并在第24个SCLK出现后写入被寻址的寄存器。命令序列由8位二进制数组成，前导位为固定值“0”，不能更改；随后一位为读写控制位，为0则执行写命令，为1则执行读命令；后面5位RA4～RA0为寄存器的地址码；最后一位为固定值“0”，不能更改。图6说明了这8位数据的操作时序。每种寄存器可以单独读取，也可以连续读取多个寄存器的时钟上升沿之后，SDO引脚随着此时钟下降沿变为低电平，以后每个时钟的下降沿，SDO引脚的数据都有效。24位数据是按先高位后低位的顺序移出的。

　　STC12C5410单片机为了和CS5467的SPI通信相对应，单片机选择主模式作为主机工作，CS5467作为从机工作。主机和从机的两个移位寄存器可以看作是一个16位循环移位寄存器。当数据从主机移位传送到从机的同时，数据也以相反的方向移入。这意味着在一个移位周期中，主机和从机的数据相互交换。按照CS5467的时序图要求，STC12C5410配置如下：控制位CPHA=1，前时钟沿驱动，后时钟沿采样，CPOL=0，SPICLK空闲时为低电平，前时钟沿为上升沿，后时钟沿为下降沿。SPI时钟速率选择为CPUCLK/32。
　　电路设计中，为提高SPI通信的可靠性，在时钟CLK、SDI、SDO各线上可加100pF的对地电容以滤除掉干扰毛刺。
2.4 显示电路
　　显示部分采用74LS145芯片和74LS245芯片与数码管连接，设计三表头显示，分别显示输入功率、输出功率和转换效率。其中STC12C5410单片机的I/O端口P2.0～P2.7与74LS245芯片的B1～B7端口连接，用于传送显示数据；单片机的I/O端口P3.2～P3.6与两片74LS145芯片的A～D端口连接，用于选择显示项目。
3 系统软件设计
　　该系统的软件设计主要完成SPI数据读取及处理和参数的显示等工作，程序采用汇编语言编写,程序框图如图7所示。对电能寄存器的读取和处理要注意24位电能寄存器是否溢出，如溢出则要把新读取的数加0X00FFFFFF后再与前一读数相减，才能得到正确的电能值。