具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做出进一步的描述。

如图1所示的实施例中，电流采样电路分为4路电流采样电路，分别对A、B、C和N四路的电流信号进行采样，然后将采样所得到的电流信号传输给电流数模转换芯片，因为电流数模转换芯片选用的是MCP3918芯片，MCP3918芯片为单通道芯片，只能一对一的进行信号传输，所以电流数模转换芯片也同样分为四块，分别接收A、B、C和N四路的电流采样电路所传输过来的电流信号，再将所接收的采样电流信号进行转换处理，处理过的电流信号可以配合增益放大器，将信号放大，再将处理过的电流信号传输到多路复用电路进行整合和电路的复用，然后将信号传输到运算单元进行数据的采集和及时运算。电压采样电路分为3路电压采样电路，分别对A、B和C三路的电压信号进行采集，然后再将采样所得的电压信号传输到电压数模转换芯片之中，电压数模转换芯片选用的是MCP3919芯片，MCP3919芯片为三通道芯片，可以一对三的进行信号得传输，所以只采用一片电压数模转换芯片，接收A、B和C三路的电压采样电路所传输过来的电压信号，再将接收过来的采样电压信号进行转换处理，再将处理过的电压信号传输到硬件触发接收电路，可以保证数据的对时钟信号的输入同步输出，再将输出信号传输到运算单元内，进行数据的整合采集和及时运算。而运算单元可以通过复位控制电路，来控制电流和电压数模转换芯片的复位，复位控制电路为看门狗复位功能，运算单元可以通过关闭时钟信号的输入，来对电流或电压数模转换芯片进行复位。MCP3918芯片和MCP3919芯片均为24位Δ-Σ型ADC芯片，MCP3918芯片是单通道芯片，用于电流信号的采样上，其精度高，采样速率高，温度影响量小，接口简单等特点，MCP3919芯片是三通道芯片，用于电压信号的采样上，同样具备精度高，采样速率高，温度影响量小，接口简单等特点。其中MCP3918芯片和MCP3919芯片特有的2-Wire通讯接口集芯片复位、时钟输入、数据输出、多路复用功能于一体，使其可以实现多路信号同步采样，转换结果集中输出，方便与运算单元接口进行互连。运算单元采用的是基于Cortex-M7内核的ATSAMS70N20芯片，主频达300MHz，集成16KB I-Cache和16KB D-Cache，自带单、双精度硬件浮点运算单元，支持DSP指令，内嵌384KB SRAM和1MB程序FLASH，并配置有丰富的外设接口，在本发明中主要运用到片上外设包括SPI接口、定时器、UART、GPIO等，而运算单元的主要作用还是对电流和电压数模转换芯片传输的信号进行整合采集和及时运算。

如图2所示的实施例中，硬件触发接收电路包括电源VCC、电阻R80、电阻R81、电阻R82、电阻R83、触发器U11A、电容C35、电容C36、与非门U12D和与非门U12C，电源VCC的输出端分别于电阻R80的第一端、电阻R81的第一端和电阻R82的第一端连接，电阻R83的第一端与电压模数转换芯片SDO-V输出端连接，触发器U11A的引脚端与电阻R80的第二端连接并接收运算单元SPI-RST信号输入，电阻R82的第二端与触发器U11A的引脚端连接，电阻R82的第二端与触发器U11A的D引脚端连接，电阻R83的第二端与触发器U11A的CP引脚端连接，触发器U11A的Q引脚端与运算单元SPI的SC端连接，触发器U11A的引脚端连接与与非门U12D的第二输入端和与非门U12C的第二输入端连接，触发器U11A的VCC引脚端与电容C35的第一端、电源VCC的输出端和电容C36的第一端连接，触发器U11A的GND引脚端、电容C35的第二端和电容C36的第二端接地，与非门U12D的第一输入端与电压模数转换芯片SDO-V输出端连接，与非门U12C的第二输入端接收电压模数转换芯片的时钟信号ADC-MCLK的信号输入，与非门U12D的输出端与运算单元SPI的MOSI端连接，与非门U12C的输出端输出SPI-SCK信号。硬件触发接收电路是为了保证数据能够同步，输出信号随着时钟信号的输入同步输出。电流和电压数模转换芯片的转换结果是随着输入的时钟信号同步输出的，信号输出模式与运算单元的SPI接口兼容，但由于提供给电流和电压数模转换芯片的时钟信号MCLK是连续的，而运算单元的SPI接口无法从数据的起始点获取数据，所以要在接受数据时，对运算单元的SPI接口进行同步处理。可以在每次计数溢出后触发运算单元SPI接口的时钟信号以及片选信号，启动SPI接口接收数据，SPI接口接收到固定长度的数据后关闭SPI接口，等待下一次信号传输。当SPI-RST信号变低时，触发器U11A处于清零状态，其中输出Q引脚端也被清零，引脚端被置为高电平，所以片选信号SPI-CS为高电平，SPI-SCLK及SPI-MOSI信号保持为低电平；当SPI-RST信号变高时，触发器U11A处于激发状态，当CP引脚端有上升信号时，触发器U11A的D引脚端的状态与Q相同，被置为高电平，引脚端被清零，SPI-CS信号也被拉低，同时随着电流或电压数模转换芯片的ADC-RST信号与电压数模转换芯片的SDO-V端的信号都被输出到SPI-SCK与SPI-MOSI上，SPI接口就可以接收到来自电流或电压数模转换芯片的输出信号了，当数据接收完毕时，再拉低SPI-RST信号，将SPI-CS端与SPI-SCK端的信号恢复到初始状态，等待下一次数据上升产生的触发信号。

如图3所示的实施例中，多路复用电路包括通道电源VCC、切换计数器U6、触发器U9A、通道译码器U8、选择驱动器U7、与非门U5D、与非门U5C、电容C16、电容C17、电容C18、电容C19、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30和电阻R31，切换计数器U6的D0引脚端、D1引脚端、D2引脚端和D3引脚端都接地，切换计数器U6的CP引脚端接收运算单元的CHNL-SW信号输入，切换计数器U6的端接收运算单元的CHNL-RST信号输入，切换计数器U6的VCC引脚端和电容C16的第一端与电源VCC的输出端连接，切换计数器U6的Q0引脚端、Q1引脚端、Q2引脚端和Q3引脚端分别与通道译码器U8的A0引脚端、A1引脚端、A2引脚端和引脚端连接，切换计数器U6的CEP引脚端与电阻R26的第一端连接，切换计数器U6的CET引脚端与电阻R28的第一端连接，切换计数器U6的引脚端与电阻R29的第一端连接，切换计数器U6的GND引脚端接地，电容C16的第二端接地，电源VCC的输出端与电阻R25的第一端、电阻R26的第二端、电阻R27的第一端、电阻R28的第二端、电阻R29的第二端和电阻R30的第一端连接，电阻R31的第一端与电流数模转换芯片的SDO-IA端连接，触发器U9A的引脚端与电阻R25的第二端连接并接收运算单元的CHNL-RST信号输入，触发器U9A的引脚端与电阻R27的第二端连接，触发器U9A的D引脚端与电阻R30的第二端连接，触发器U9A的CP端与电阻R31的第二端连接，触发器U9A的引脚端与通道译码器U8的引脚端和运算单元SPI的CS端连接，触发器U9A的Q引脚端与与非门U5D的第二输入端和与非门U5C的第二输入端连接，触发器U9A的VCC引脚端、通道译码器U8的E3引脚端、通道译码器U8的VCC引脚端、电容C17的第一端和电容C18的第一端与电源VCC的输出端连接，触发器U9A的GND引脚端、通道译码器U8的GND引脚端、电容C17的第二端和电容C18的第二端接地，通道译码器U8的Y0引脚端、Y1引脚端、Y2引脚端和Y3引脚端分别与选择驱动器U7的引脚端、引脚端、引脚端和引脚端连接，通道译码器U8的Y4引脚端与运算单元SPI的TE端连接，选择驱动器U7的A1引脚端、A2引脚端、A3引脚端和A4引脚端分别与电流数模转换芯片的SDO-IA端、SDO-IB端、SDO-IC端和SDO-ID端连接，选择驱动器U7的GND引脚端接地，选择驱动器U7的Y1引脚端、Y2引脚端、Y3引脚端和Y4引脚端与运算单元的SPI的MOSI2端连接，选择驱动器U7的VCC引脚端和电容C19的第一端与电源VCC的输出端连接，电容C19的第二端接地，与非门U5D的第一输入端与电压数模转换芯片的SDO-V端连接，与非门U5C的第一输入端接收电流数模转换芯片或电压数模转换芯片的时钟信号ADC-MCLK信号输入，与非门U5D的输出端与运算单元的SPI的MOSI1端连接，与非门U5C的输出端输出SPI-SCK信号。一共有四路电流采样电路，各使用一片MCP3918芯片进行数据处理，而运算单元只有两个SPI接口，所以采用多路复用电路来进行数据源的切换，实现运算单元SPI接口的复用。。因为电流采样电路需要相互隔离，所以各使用一片MCP3918芯片来进行采集电流信号，共有A、B、C和D四路，运算单元的只具备2只SPI接口，所以对于采样电流的接收采用复式方式来接收，可以通过信号源的切换来实现SPI接口的复用。多路复用电路内部包括了硬件触发接收电路，所以多路复用电路也能保证数据的同步，使输出信号随时钟信号的输入同步输出。多路复用电路是在硬件触发接收电路的基础上，增加了通道切换计数器U6，通过对运算单元的通道切换信号CHNL-SW进行计数，并将计数值输出到Q0—Q3当中，再通过译码器U8将通道数值转换为通道选择信号，并输出到Y0—Y4之中，其中Y0—Y3分别对应着A、B、C和N四路电流数模转换芯片的输出信号，再通过驱动器U7来进行信号输入的选择，选择其中一路信号输出到SPI-MOSI2端，当通道信号切换到Y5时，表示4个采样通道的数据信号已经传输完毕，此时可以通过运算单元将CHNL-RST信号先拉低再拉高的操作方式，将硬件触发接收电路的U9A以及切换计数器U6同时复位到初始状态，等待下一次的数据传输。

如图4所示的实施例中，复位控制电路包括电源VCC、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、触发器U4B、电容C15、与非门U5A和与非门U5B，电源VCC的输出端与电阻R21的第一端、电阻R23的第一端和电阻R24的第一端连

—接，触发器U4B的RD引脚端与电阻R21的第二端连接并接收时钟信号MCLK-EN

—信号输入，触发器U4B的SD引脚端与电阻R23的第二端连接，触发器U4B的D引脚端与电阻R24的第二端连接，触发器U4B的Q引脚端与电阻R22的第一端连接，触发器U4B的CP引脚与与非门U5A的第二输入端连接，电阻R22的第二端与与非门U5A的第一输入端连接，与非门U5A的上端和电容C15的第一端与电源VCC的输出端连接，电容C15的第二端和与非门U5A的下端接地，与非门U5A的输出端与与非门U5B的第一输入端连接，与非门U5B的第二输入端接收电流数模转换芯片或电压数模转换芯片的ADC-RST信号输入，与非门U5B的输出端输出ADC-MCLK信号。可以作为内部的看门狗复位功能，来对时钟信号进行监测，从而实现对电流或者电压数模转换芯片的复位。当电流和电压数模转换芯片的时钟信号MCLK引脚检测到有信号上升沿后，看门狗计时功能启动，在看门狗设定的时间t_watch内没有在电流和电压数模转换芯片的时钟信号MCLK引脚检测到下降沿，则产生看门够复位功能，整个芯片都恢复到复位状态，如果看门狗设定时间t_watch内在电流和电压数模转换芯片的时钟信号MCLK引脚检测到下降沿，则看门狗被清除，等待下一个上升沿。当需要对电流或电压数模转换芯片进行复位时，先关闭时钟信号MCLK的输入，在通过将MCLK-EN拉低，U4B的Q引脚变低，而U5A输出高电平，则U5B的输出信号由电流和电压数模转换芯片的ADC-RST信号决定，当ADC-RST信号为高电平，则输出为低电平，当ADC-RST信号为低电平，则输出为高电平，以此来实现对电流或电压数模转换芯片的复位。

复位控制电路中的触发器U4B、硬件触发接收电路中的触发器U11A和多路复用电路中的触发器U9A都采用74HC74型号的两通道D—Q触发器，当RD引脚端为低电平，SD引脚端为高电平，则清除Q引脚端的输出，即输出为0；当RD引脚端为高电平，SD引脚端为低电平，则置为Q引脚端的输出，即输出为1；当RD引脚端和SD引脚端都为高电平时，在CP信号的上升沿，则D引脚的输出与Q引脚相同。

多路复用电路的通道切换计数器U6采用的为74HC161型号的可预置型4位二进制计数器，MR引脚为复位信号端，可以将计数清零；CP引脚端为计数信号的输入，在每个上升沿，计数都加1；Q0—Q3为二进制计数值；D0—D3为预设值。

多路复用电路中的通道译码器U8采用的是74HC138型号的3-8线译码器，E1—E3为使能控制信号，A0—A2为译码输入信号，Y0—Y7为译码输出信号，低电平时有效。

多路复用电路中的驱动器U7采用的是74HC125型号的4通道3态线驱动器，当输出使能信号OE为低电平时，该通道输出信号Y等于通道输入信号A，若输出使能信号OE为高电平时，则输出通道为高阻态。

电流采样电路是基于高精度锰铜采样的，锰铜精度由于1％，温度系数小于20ppm，稳定性好，抗直流，抗磁场，无相位差，无线性误差，体积小，发热量小等优点。由于电流采样电路后端采用了24位高精度电流数模转换芯片，可以配合增益放大器，在最大输入量为10A电流时，采用1MΩ的锰铜，其最大功耗为0.1W，几乎无自发热。电压采样电路采用的是高精度电阻进行分压采样，电阻精度高于1％，与电流采样电路具有相同的优点。

电流采样电路与后端的运算单元之间采用了高速数字隔离器件，该器件在提供数字隔离通道的同时，也提供了电流采样电路所需的隔离电源，隔离电压达7KV，保证了强弱电之间的电气隔离，高达150MHz的通讯速率，保证了采样数据的实时传输，隔离电源后端采用低噪声的LDO电源转换器，保证电流和电压数模转换芯片的电源不受高速数字信号干扰，提高采样精度。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。