专利名称：泛用型电力量测芯片与其量测方法
技术领域：
本发明是关于一种可程序选定执行功能的电力量测芯片，特别是指一种可由外部装置预先内建功能的泛用型电力量测芯片架构。
背景技术：
查电力量测电路经常应用在各种量测仪器，及工业控制设备中，将模拟型态的电力信号(如电压、电流…等)，转换成数字型态的电力信号，以便于进一步之处理。
一般传统的电力量测装置，如电压表、电流表…等的架构，如图1所示，包括一信号检测元件1，一模拟信号调节电路2，一模拟/数字转换器3，一微控器4，一电源供应器5，一存储器6，一通讯界面电路7，一液晶显示界面电路8。
信号检测元件1可将外界的物理(模拟)信号转换成电压信号，经由模拟信号调节电路2将此电压信号调节至适当范围内，然后模拟/数字转换器3再对此调节后的模拟信号转换成数字信号，微控器4则依据内建的程序进行运算，处理后的电力数据可储存于存储器6，也可透过液晶显示界面电路8显示于外部的液晶屏幕，或通过通讯界面电路7传递至外部的储存装置。而电源供应器5，若是手持式电表以则电池作为电源，固定式电表则以线性或交换式电源供应器来提供各电路所需电源。
上述所已知的电路架构，若是运用于电压表，则信号检测元件1、模拟信号调节电路2、模拟/数字转换器3及微控器4中运算程序，都必须配合电压量测的特性而设计。若要运用于其它的电力量测，则上述的电路和运算程序都必须另外设计，缺乏应用弹性。一旦要运用于多功能整合的电力量测装置，则必须将各种量测功能所需的信号检测元件1、模拟信号调节电路2、模拟/数字转换器3同时置入于单一系统中，且微控器4若要能够计算各种电力量测程序，还需要一个能够适当安排各种电力量测程序之处理程序，以避免运算冲突发生。如此一来，会使量测装置的体积加大不少，且因硬件复杂度变大，增加各功能间相互干扰的机会。因此，上述已知的电路架构往往造成设计者与制造者莫大的困扰，必须依据市场需求而量身订做，难以及时反应需求。
发明内容
上述已知技术显然在使用及制造上有不便之处。本发明的目的之一，提供一种可弹性选取执行功能的系统架构，作为电力量测装置的核心。使用者只要以此芯片架构作为电力量测装置的系统核心，即可由外部装置依据电力参数、数值、旗标的输出/输入设定表，选取所需的量测功能；或通过电力运算功能的设定流程，输入新功能到芯片中；亦可由通讯界面进行数据传输，重新设定内建的参数。
本发明的目的之一，是提供一种可程序选定执行功能的电力量测芯片，整合所有组成元件在一单芯片以减少体积。在符合例如IEC60687、IEC 60256及ANSI C12.20的需求下，具有减少零件使用数，提高系统稳定度，减少精确度调校程序，提升精确度，简化生产程序，降低成本，提高应用弹性，及减少系统功能提升的生产调整期等优点。
一种可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，包含模拟增益调整电路、模拟转换电路、存储器与处理器。其中模拟增益调整电路可接收感测输入信号，调整以产生具适当振幅或极性的一调整信号以及一增益状态信号。模拟转换电路用以将调整信号转换为一数字信号。存储器用以储存预先设定的若干电力参数项目。处理器，根据使用者所选定的量测项目，针对预设电力参数项目之一，并配合增益状态信号，以处理转换的数字信号，藉此得到一电力量测输出信号。
图1为已知电压表、电流表…基本架构示意图；图2为本发明一种可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片架构示意图；图3进一步显示图2中其存储器配置架构示意图；图4为的芯片功能选取设定与执行流程图。
图5为表例说明，第一表为本发明的电力参数、数值、旗标的输出/输入设定表。
图中符号说明1信号检测元件；2模拟信号调节电路；3模拟/数字转换器；4微控器；5电源供应器；6存储器；7通讯界面电路；8液晶显示界面电路9本发明的芯片；10模拟信号调节电路；11模拟/数字转换电路；12微控器电路；13电源及电压参考源电路；14时序电路；15存储器电路；16温度感测电路；17通讯界面电路；18液晶显示驱动电路；
19电源监视电路；20数据输出存储器；21数据输入设定存储器；22程序储存存储器；23使用者自定存储器。
具体实施例方式
参阅图2所示为根据本发明之一实施例，说明一泛用型电力量测芯片的架构示意图。一泛用型电力量测芯片9，主要包含一模拟信号调节电路10(analog signal condition)、一模拟/数字转换电路11、一微控器电路12(MCU)、与一存储器电路15(memory)。通过本发明的泛用型电力量测芯片9，再配合外部的信号检测元件、电源供应器、设定键、液晶显示器、及通讯周边电路，即可建构一可程序选定执行功能的泛用型电力量测装置。
可以选择地，泛用型电力量测芯片9更包含一电源及电压参考源电路13(power and voltage reference)、一时序电路14(timing unit)、一温度感测电路16(temperature sensor)、一通讯界面电路17(communication interface unit)、一液晶显示驱动界面电路18(LCDdriver)与一电源监视电路19(power monitor unit)。电源及电压参考源电路13，接收一外部电源，负责将稳压后，提供泛用型电力量测芯片9运作所需的稳定电源，并提供模拟信号调节电路10及模拟/数字转换电路11所需的比较基准电压源。于一实施例中，电源及电压参考源电路13包含一电源稳压电路及一电压参考源输出/输入电路。其次，时序电路14，提供泛用型电力量测芯片9中各部份运作所需的时序，包含一及时时钟电路、一看门狗电路、及一时序产生电路。
再者，温度感测电路16，配合存储器电路15设定的一补偿温度点，传送至微控器电路12以作为其演算电力参数进行补偿的依据。再者，温度感测电路16提供及时温度数值，传送至存储器电路15储存以等待需要时输出。此外，通讯界面电路17，负责将泛用型电力量测芯片9中所提供的界面数据传输至外部装置，其包含一般用途输出/输入界面电路、一脉冲与旗标输出/输入界面电路、一同步串行通讯界面电路、一异步串行通讯界面电路、及一并列通讯界面电路。
再者，电源监视电路19，可监视电源的供应状态，将数据交由微控器电路12判断，若发现电力供应发生异常，则暂时停止量测，先将的前的量测数据写入存储器电路15，可永久储存，以避免停电后数据流失。其次，一液晶显示驱动电路18，受微控器电路12控制，依据预先选定的数据显示项目，可将各种电力数据显示于液晶屏幕上。
本发明的一较佳实施例中，模拟信号调节电路10，负责撷取一模拟信号、将此模拟信号调制成具有适当极性及振幅的调节后的电压/电流信号、以及输出调节后的电压/电流信号与一增益控制信号。于一实施例中，模拟信号为外部信号检测元件所接收或产生的电压、电流、压力等物理信号。再者，模拟信号调节电路10包含一固定增益及自动调整增益的模拟信号调节电路，可产生一组增益控制信号，并通过此增益控制信号放大/衰减的增益，自动调整输入信号的放大或衰减，使此模拟信号成为一具有适当极性及振幅的电压/电流信号。
模拟信号调节电路10的较佳实施例之一可以参照使用本案同一申请人的台湾专利，题目为「具有扩充增益使用范围的模拟信号增益自动调整电路」，申请号091221128；台湾新型专利号188202，题目为「模拟信号的自动增益调整电路」；美国专利号6577191，题目为「Automatic gain control circuit for analog signals」；以及中国大陆实用新型专利号ZL01261062-3，题目为「仿真信号的自动增益调整控制电路」。
其次，模拟/数字转换电路11，连接模拟信号调节电路10，接收调整后的电压/电流信号，并负责将调整后的电压/电流信号进行取样、保持以转换成数字信号后、输出电压/电流数字信号。再者，微控器电路12，用以执行运算、判断、显示控制、通讯传输控制等功能，以及接收模拟信号调节电路10输出的增益状态信号与模拟/数字转换电路11输出的数字信号。的后，读取存储器电路15中储存的预先选定的电力参数运算功能项与输入的补偿温度数值，将其与数字信号及增益状态信号运算处理，以确保计算结果与外部信号幅度相符，并获得正确电力数据。
本发明的一较佳实施例的存储器电路15，参阅图3，依数据属性规划，并规划所需储存地址及储存长度，其包含一数据输出存储器20、一数据输入设定存储器21、一程序储存存储器22、及一使用者自定存储器23。与此较佳实施例中，数据输出存储器20作为一暂时储存区，提供输出若干选项，例如电力参数值、电力谐波品质、量测温度、电力状态。数据输入设定存储器21作为一永久储存区，提供输入选项包括Wh-to-Pulse、Creep、Sag、Swell及Power Outage Time的临界值设定；Phase Correction Angle、Wh-to-Pulse、Gain、及Sampling Rate的转换比值；HPF、Channel、BlankROM、及BlankRAM的开启/关闭；CT的状态及补偿温度点设定。
其次，程序储存存储器22，作为一程序储存区，储存电力参数运算程序及选项、通讯协议程序及选项，液晶屏幕显示程序及选项。于此较佳实施例中，内建参数运算程序群及下列选项通讯协议与数据传输、及时计算的电力参数(Vrms、Irms、Vpeak、Ipeak、W、S、Var、PF、Line Freq.)、校正误差的电力参数(Gain、DC Offset、PhaseCorrection、FFT、量测温度)、电力状态判断(Gain、Power Outage、Creep、Sag、Swell、Balance)、LCD显示参数(电力参数值、电力谐波品质、温度、电力状态)。再者，使用者自定存储器23为一空白存储器，可储存程序及数据，使用者可于此自行输入欲储存的数据或程序。
本发明的其它目的及其结构设计，可由以下实施例说明。参阅图4所示，其显示芯片功能选取设定与执行流程。芯片激活的后即处于MCU激活状态(步骤30)，准备接收外部装置的输入，并通知外部装置已完成接收准备。当外部装置收到通知后，就传送一段启始协议，而输入的属性即包含于启始协议中。芯片依据此段协议判断此输入的属性(步骤31)，然后开始接收。
其次，判断此输入的属性是否为数据(步骤32)，若此输入为电力参数运算执行选项代码、状态旗标、补偿设定值、判断极限值、传输选项或显示选项，将会存入数据输入设定存储器21(步骤33)，除非被重新设定，否则数据将不会更新。若为新增功能程序，将会存入程序储存存储器22(步骤34)，除非被重新设定，否则程序将不会更新。同时也会传送一新功能代码到数据输入设定存储器21，等待微控器电路12读取(步骤35)。一旦外部装置传送完毕(步骤36)，也会传送一段结束协议，通知芯片已完成传送，然后芯片将重新激活(步骤37)。
一旦芯片重新激活，微控器电路12将会跟着激活，而微控器电路12也立即激活模拟/数字转换电路11(步骤38)，对数字转换电路11负责执行模拟数字转换(步骤40)，并将同时由数据输入设定存储器21读取电力参数运算执行选项代码、状态旗标、补偿设定值、判断极限值、传输选项或显示选项等数据(步骤39)，并等待读取模拟/数字转换值、增益状态旗标等数据。模拟/数字转换电路11一旦完成转换后，会立即将转换值写入数据输入设定存储器21预定位置(步骤42)，等待微控器电路12读�。⒖仄鞯缏�12将依据电力参数运算执行程序进行运算或判断(步骤41)后，将执行结果暂存于数据存储器中(步骤43)。运算初步结果将依据状态旗标、判断极限值、补偿设定值等进行调整，然后控器电路12将最后结果依据传输选项、显示选项，分别驱动通讯界面17或液晶显示驱动界面18，传送到外部储存装置(步骤44)或显示于液晶屏幕上(步骤45)。依此程序，芯片将不断循环执行，直到重新设定功能为止。
第一表则为本发明的一实施例中、有关电力参数、数值、旗标的输出/输入设定表。配合第一表与以上说明可知，通过本发明的一种可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片架构，可大幅减化电力量测装置轫体及硬件的设计，建构一可弹性选择，可快速反应需求及成本低廉的电力量测装置，故本发明深具产业上的利用价值。
以上已说明本发明的最佳实施例。凡精于此项技艺者，当可依据上述的说明做其它种种改进，惟这些改变仍属于本发明的发明精神，及所界定的专利范围中。
权利要求
1.一种可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，包含一模拟增益调整电路，接收一感测输入信号，调整以产生具适当振幅或极性的一调整信号，以及一增益状态信号；一模拟转换电路，用以将该调整信号转换为一数字信号；一存储器，用以储存预先设定的多数个电力参数项目；及一微控器，根据使用者所选定的量测项目，针对该预设电力参数项目之一，并配合该增益状态信号，以处理该转换的数字信号，藉此得到一电力量测输出信号。
2.如权利要求1所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，更包含一电源及电压参考源电路，接收一外部电源，提供该模拟增益调整电路及该模拟转换电路所需的一比较基准电压源。
3.如权利要求1所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，更包含一时序电路，提供至少一时序给可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片。
4.如权利要求1所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，更包含一温度感测电路，配合该存储器设定的一补偿温度点，传送至该微控器以作为演算电力参数进行补偿的依据。
5.如权利要求1所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，更包含一界面电路，将该电力量测输出信号传输至一外部装置。
6.如权利要求1所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，更包含一显示电路，将该电力量测输出信号的电力数据显示于一显示屏上。
7.如权利要求1所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，其中该存储器包含一数据输出区、一数据输入设定区、一程序储存区、及一使用者自定区。
8.如权利要求7所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，其中该数据输出区储存该量测项目。
9.如权利要求7所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，其中该程序储存区储存复数个电力参数运算程序及该多数个电力参数项目。
10.一种可程序选定执行功能的泛用型电力量测方法，包含提供一存储器，以储存预先设定的多数个电力参数项目；接收一感测输入信号；调整该感测输入信号以产生具适当振幅或极性的一调整信号，以及一增益状态信号；转换该调整信号成为一数字信号；及根据使用者所选定的量测项目，针对该预设电力参数项目之一，并配合该增益状态信号，以处理该转换的数字信号，藉此得到一电力量测输出信号。
11.如权利要求10所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测方法，更包含显示该电力量测输出信号的数据于一显示屏上。
12.如权利要求10所述的可程序选定执行功能的泛用型电力量测方法，更包含接收一使用者输入的外部量测项目。
全文摘要
一种可程序选定执行功能的泛用型电力量测芯片，包含模拟增益调整电路、模拟/数字转换电路、存储器与微控器。其中模拟增益调整电路可接收感测输入信号，调整以产生具适当振幅或极性的一调整信号以及一增益状态信号。模拟/数字转换电路用以将调整信号转换为一数字信号。存储器用以储存预先设定的若干电力参数项目。微控器，根据使用者所选定的量测项目，针对预设电力参数项目之一，并配合增益状态信号，以处理转换的数字信号，藉此得到一电力量测输出信号。此芯片减少零件使用数，提高系统稳定度，减少精确度调校程序，提升精确度，简化生产程序，降低成本，提高应用弹性，及减少系统功能提升的生产调整期。
文档编号G01R19/25GK1641363SQ20041000185
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月14日 优先权日2004年1月14日
发明者林泗水, 曾文良, 陈展鹄 申请人:财团法人工业技术研究院
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