基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法
【專利摘要】一種基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法,具體步驟為1)設(shè)置定時(shí)器頻率fclk和允許測(cè)量誤差ε;2)如果未知被測(cè)信號(hào)頻率f的上限fmax,則采用移動(dòng)式整數(shù)周期法來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率,若已知被測(cè)信號(hào)頻率f的上限fmax,則判斷fmax、fclk和ε之間是否滿足關(guān)系式fmax<fclkε;滿足,則采用周期跟蹤法測(cè)量信號(hào)頻率,否則采用移動(dòng)式整數(shù)周期法測(cè)量頻率。周期跟蹤法在檢測(cè)到信號(hào)周期延長(zhǎng)時(shí)能夠及時(shí)更新測(cè)量結(jié)果,移動(dòng)式整數(shù)周期法實(shí)現(xiàn)每個(gè)信號(hào)周期內(nèi)至少更新一次測(cè)量結(jié)果。兩種測(cè)量方法能夠更快地跟蹤信號(hào)頻率變化過(guò)程,減少滯后誤差,不增加對(duì)定時(shí)器的數(shù)量要求,計(jì)算量小,只需要增加少量?jī)?nèi)存變量,因此不會(huì)增加頻率測(cè)試設(shè)備的硬件成本。
【專利說(shuō)明】基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是一種信號(hào)頻率實(shí)時(shí)測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在測(cè)試和控制系統(tǒng)中,輸入到單片機(jī)或數(shù)據(jù)采集卡的頻率信號(hào)是經(jīng)過(guò)調(diào)理后的方波信號(hào)。常用的頻率測(cè)量方法包括測(cè)周法、整數(shù)周期法和測(cè)頻法。當(dāng)信號(hào)頻率變化時(shí),這些測(cè)量方法會(huì)產(chǎn)生滯后誤差,信號(hào)頻率變化越快,誤差越大。在實(shí)際應(yīng)用中,由于目前的單片機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡的定時(shí)器頻率通常在幾十MHz,除了通信信號(hào)外,大多數(shù)測(cè)試和控制系統(tǒng)的信號(hào)頻率低于100ΚΗz,遠(yuǎn)低于定時(shí)器頻率,一般采用測(cè)周法和整數(shù)周期法進(jìn)行測(cè)量。
[0003]測(cè)周法是對(duì)一個(gè)方波信號(hào)周期內(nèi)的定時(shí)器脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),因?yàn)槎〞r(shí)器頻率已知,就可以計(jì)算出方波信號(hào)頻率。對(duì)于占空比不一定為50%的方波信號(hào),通常以兩個(gè)相鄰的上升沿或下降沿來(lái)觸發(fā)定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。設(shè)定時(shí)器頻率為fdk,方波信號(hào)周期T內(nèi),兩個(gè)上升沿之間的定時(shí)器脈沖數(shù)為i,由于定時(shí)器脈沖信號(hào)不一定是方波信號(hào)頻率的整數(shù)倍,因此i存在最大±1個(gè)定時(shí)器脈沖的計(jì)數(shù)誤差。根據(jù)111;和i,可計(jì)算出方波信號(hào)的頻率為
/=1,周期; = +=+。測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,定時(shí)器頻率一般是固定不變的,因此方波 iJ Jdk
信號(hào)頻率越高,則每個(gè)方波信號(hào)周期內(nèi)的定時(shí)器脈沖數(shù)就越少,由于存在±1個(gè)定時(shí)器脈沖的計(jì)數(shù)誤差,則測(cè)周法用于測(cè)量高頻的方波信號(hào)時(shí),其測(cè)量精度會(huì)下降。例如:定時(shí)器頻
率之11;為10MHz,如果方波信號(hào)頻率f?為120kHz,, = 83.33,但由于i是計(jì)數(shù)值,只能是整
數(shù),因此實(shí)際測(cè)試時(shí),i可能為83,也可能為84。當(dāng)i =83時(shí),計(jì)算得到的方波信號(hào)頻率f為120.48kHz,測(cè)量誤差為0.4%;? i = 84時(shí),計(jì)算得到的方波信號(hào)頻率f為119.05kHz,測(cè)量誤差為0.8%。
[0004]為了彌補(bǔ)測(cè)周法在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí)的測(cè)量精度下降的問(wèn)題,通常采用整數(shù)周期法。整數(shù)周期法是測(cè)量N個(gè)方波信號(hào)周期的總時(shí)間T,即總的定時(shí)器脈沖數(shù)i,imin是為保證測(cè)量精度的而設(shè)定的定時(shí)器最小計(jì)數(shù)值,Tmin是對(duì)應(yīng)的最小計(jì)時(shí)時(shí)間,要求i>imin,以保證測(cè)量精度。例如:定時(shí)器頻率丨。11;為10MHz,要求保證方波信號(hào)頻率測(cè)量精度不低于0.1%,則可計(jì)算出imin = 1000。如果方波信號(hào)頻率f為120kHz,只要統(tǒng)計(jì)連續(xù)13個(gè)方波信號(hào)的總的定時(shí)器脈沖數(shù)i,i為1083或1084,即可使i>imin,當(dāng)i為1083時(shí),方波信號(hào)頻率的計(jì)
算值為/ = Ii= 120.04 kH/誤差為0.03%,當(dāng)i為1084時(shí),方波信號(hào)頻率的計(jì)算值為
I
N.f,
J=~~ 119.93 kHz,誤差為0.06%,都滿足誤差小于0.1 %的要求。
I
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的就是提供一種基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法,分別用于提高低頻信號(hào)和高頻信號(hào)的頻率測(cè)量精度,顯著提高測(cè)量精度。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的,具體步驟如下:
[0007]I)設(shè)置定時(shí)器頻率匕11;和允許測(cè)量誤差ε ;
[0008]2)如果未知被測(cè)信號(hào)頻率f的上限fmax,則采用移動(dòng)式整數(shù)周期法來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率,若已知被測(cè)信號(hào)頻率f的上限fmax,則判斷乙?、£。11;和ε之間是否滿足關(guān)系式ffflax<fclk ε ;滿足,則采用周期跟蹤法測(cè)量信號(hào)頻率,否則采用移動(dòng)式整數(shù)周期法測(cè)量頻率。
[0009]進(jìn)一步,步驟2)中所述周期跟蹤法的具體步驟為:
[0010]I)已測(cè)第r-Ι個(gè)方波的上升沿時(shí)間為V1 ;
[0011]2)在tg+Tg時(shí)刻,即t,時(shí)刻,采集到第r個(gè)方波的上升沿,則在tg+Tg時(shí)刻更新測(cè)量結(jié)果為IAV1,式中,TV1為第r-Ι個(gè)方波的周期,即W1 ;
[0012]3)在[V1+!^, tr_1+2Tr_1]時(shí)間段內(nèi),若沒(méi)有采集到新的方波上升沿,即第r+Ι個(gè)方波的上升沿,維持測(cè)量結(jié)果不變;
[0013]4)當(dāng)時(shí)間tHg+21^時(shí),若沒(méi)有采集到新的方波上升沿,即第r+Ι個(gè)方波的上升沿,表明第r個(gè)方波的周期大于r-Ι個(gè)方波的周期,更新測(cè)量結(jié)果為l/a-tg-U ;
[0014]5)在tH+TH+Tr時(shí)刻,即tr+1時(shí)刻,采集到第r+Ι個(gè)方波的上升沿,則在t^+T^+T,時(shí)刻更新測(cè)量結(jié)果為1/%,式中,Tr為第r個(gè)方波的周期,即;
[0015]在第r個(gè)方波周期[ty tr+1]內(nèi),即時(shí)間段內(nèi)的頻率計(jì)算公式為
【權(quán)利要求】
1.一種基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法,其特征在于,具體步驟如下: 1)設(shè)置定時(shí)器頻率111;和允許測(cè)量誤差ε; 2)如果未知被測(cè)信號(hào)頻率f的上限fmax,則采用移動(dòng)式整數(shù)周期法來(lái)測(cè)量信號(hào)頻率,若已知被測(cè)信號(hào)頻率€的上限^,則判斷^、^和ε之間是否滿足關(guān)系式fmax〈f;lke ;滿足,則采用周期跟蹤法測(cè)量信號(hào)頻率,否則采用移動(dòng)式整數(shù)周期法測(cè)量頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法,其特征在于,步驟2)中所述周期跟蹤法的具體步驟為: 1)已測(cè)第r-Ι個(gè)方波的上升沿時(shí)間為; 2)在tn+Ι^時(shí)刻,即t,時(shí)刻,采集到第r個(gè)方波的上升沿,則在tg+Tg時(shí)刻更新測(cè)量結(jié)果為IAV1,式中,TV1為第r-Ι個(gè)方波的周期,即W1 ; 3)在[V1+!^,tr_1+2Tr_1]時(shí)間段內(nèi),若沒(méi)有采集到新的方波上升沿,即第r+1個(gè)方波的上升沿,維持測(cè)量結(jié)果不變; 4)當(dāng)時(shí)間tHg+21^時(shí),若沒(méi)有采集到新的方波上升沿,即第r+Ι個(gè)方波的上升沿,表明第r個(gè)方波的周期大于r-Ι個(gè)方波的周期,更新測(cè)量結(jié)果為l/a-tg-U ; 5)在V1+IV1+Tr時(shí)刻,即tr+1時(shí)刻,采集到第r+Ι個(gè)方波的上升沿,則在?η+Τη+?;時(shí)刻更新測(cè)量結(jié)果為1/%,式中,Tr為第r個(gè)方波的周期,即; 在第r個(gè)方波周期[tr, tr+1]內(nèi),即tH+I^+Tj時(shí)間段內(nèi)的頻率計(jì)算公式為
3.如權(quán)利要求1所述的基于周期跟蹤法和移動(dòng)式整數(shù)周期法的信號(hào)頻率測(cè)量方法,其特征在于,步驟2)中所述移動(dòng)式整數(shù)周期法的具體步驟為: 1)確定用于計(jì)算頻率的方波周期之和Tttrtal的最小值Tmin,即Tmin= l/fclk ε,保存采集到的方波信號(hào)周期Ti (i = 1,2,...); 2)在k時(shí)刻,采集到第r個(gè)方波的上升沿,確定用于計(jì)算信號(hào)頻率的方波個(gè)數(shù)匕以及方波周期之和Tttrtal,即
【文檔編號(hào)】G01R23/02GK104020349SQ201410279955
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】郝允志, 林毓培, 周黔 申請(qǐng)人:西南大學(xué)