基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法
2023-05-02 05:44:46 1
基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法
【專利摘要】一種基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法，具體步驟為1)設置定時器頻率fclk和允許測量誤差ε；2)如果未知被測信號頻率f的上限fmax，則採用移動式整數周期法來測量信號頻率，若已知被測信號頻率f的上限fmax，則判斷fmax、fclk和ε之間是否滿足關係式fmax<fclkε；滿足，則採用周期跟蹤法測量信號頻率，否則採用移動式整數周期法測量頻率。周期跟蹤法在檢測到信號周期延長時能夠及時更新測量結果，移動式整數周期法實現每個信號周期內至少更新一次測量結果。兩種測量方法能夠更快地跟蹤信號頻率變化過程，減少滯後誤差，不增加對定時器的數量要求，計算量小，只需要增加少量內存變量，因此不會增加頻率測試設備的硬體成本。
【專利說明】基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及信號測試【技術領域】，特別是一種信號頻率實時測量方法。
【背景技術】
[0002]在測試和控制系統中，輸入到單片機或數據採集卡的頻率信號是經過調理後的方波信號。常用的頻率測量方法包括測周法、整數周期法和測頻法。當信號頻率變化時，這些測量方法會產生滯後誤差，信號頻率變化越快，誤差越大。在實際應用中，由於目前的單片機和數據採集卡的定時器頻率通常在幾十MHz，除了通信信號外，大多數測試和控制系統的信號頻率低於100ΚΗz，遠低於定時器頻率，一般採用測周法和整數周期法進行測量。
[0003]測周法是對一個方波信號周期內的定時器脈衝數進行計數，因為定時器頻率已知，就可以計算出方波信號頻率。對於佔空比不一定為50%的方波信號，通常以兩個相鄰的上升沿或下降沿來觸發定時器的啟動和停止。設定時器頻率為fdk，方波信號周期T內，兩個上升沿之間的定時器脈衝數為i，由於定時器脈衝信號不一定是方波信號頻率的整數倍，因此i存在最大±1個定時器脈衝的計數誤差。根據111;和i，可計算出方波信號的頻率為
/=1，周期; = +=+。測試系統運行過程中，定時器頻率一般是固定不變的，因此方波 iJ Jdk
信號頻率越高，則每個方波信號周期內的定時器脈衝數就越少，由於存在±1個定時器脈衝的計數誤差，則測周法用於測量高頻的方波信號時，其測量精度會下降。例如:定時器頻
率之11;為10MHz，如果方波信號頻率f?為120kHz，, = 83.33，但由於i是計數值，只能是整
數，因此實際測試時，i可能為83，也可能為84。當i =83時，計算得到的方波信號頻率f為120.48kHz，測量誤差為0.4%;? i = 84時，計算得到的方波信號頻率f為119.05kHz,測量誤差為0.8%。
[0004]為了彌補測周法在測量高頻信號時的測量精度下降的問題，通常採用整數周期法。整數周期法是測量N個方波信號周期的總時間T，即總的定時器脈衝數i，imin是為保證測量精度的而設定的定時器最小計數值，Tmin是對應的最小計時時間，要求i>imin，以保證測量精度。例如:定時器頻率丨。11;為10MHz，要求保證方波信號頻率測量精度不低於0.1%,則可計算出imin = 1000。如果方波信號頻率f為120kHz，只要統計連續13個方波信號的總的定時器脈衝數i，i為1083或1084，即可使i>imin，當i為1083時，方波信號頻率的計
算值為/ = Ii= 120.04 kH/誤差為0.03%，當i為1084時，方波信號頻率的計算值為
I
N.f,
J=~~ 119.93 kHz，誤差為0.06%,都滿足誤差小於0.1 %的要求。
I
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是提供一種基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法，分別用於提高低頻信號和高頻信號的頻率測量精度，顯著提高測量精度。
[0006]本發明的目的是通過這樣的技術方案實現的，具體步驟如下:
[0007]I)設置定時器頻率匕11;和允許測量誤差ε ；
[0008]2)如果未知被測信號頻率f的上限fmax，則採用移動式整數周期法來測量信號頻率，若已知被測信號頻率f的上限fmax，則判斷乙?、￡。11;和ε之間是否滿足關係式ffflax<fclk ε ;滿足，則採用周期跟蹤法測量信號頻率，否則採用移動式整數周期法測量頻率。
[0009]進一步，步驟2)中所述周期跟蹤法的具體步驟為:
[0010]I)已測第r-Ι個方波的上升沿時間為V1 ；
[0011]2)在tg+Tg時刻，即t,時刻，採集到第r個方波的上升沿，則在tg+Tg時刻更新測量結果為IAV1，式中，TV1為第r-Ι個方波的周期，即W1 ；
[0012]3)在[V1+!^, tr_1+2Tr_1]時間段內，若沒有採集到新的方波上升沿，即第r+Ι個方波的上升沿，維持測量結果不變；
[0013]4)當時間tHg+21^時，若沒有採集到新的方波上升沿，即第r+Ι個方波的上升沿，表明第r個方波的周期大於r-Ι個方波的周期，更新測量結果為l/a-tg-U ；
[0014]5)在tH+TH+Tr時刻，即tr+1時刻，採集到第r+Ι個方波的上升沿，則在t^+T^+T,時刻更新測量結果為1/%，式中，Tr為第r個方波的周期，即；
[0015]在第r個方波周期[ty tr+1]內，即時間段內的頻率計算公式為
【權利要求】
1.一種基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法，其特徵在於，具體步驟如下: 1)設置定時器頻率111;和允許測量誤差ε； 2)如果未知被測信號頻率f的上限fmax，則採用移動式整數周期法來測量信號頻率，若已知被測信號頻率€的上限^，則判斷^、^和ε之間是否滿足關係式fmax〈f；lke ;滿足，則採用周期跟蹤法測量信號頻率，否則採用移動式整數周期法測量頻率。
2.如權利要求1所述的基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法，其特徵在於，步驟2)中所述周期跟蹤法的具體步驟為: 1)已測第r-Ι個方波的上升沿時間為； 2)在tn+Ι^時刻，即t,時刻，採集到第r個方波的上升沿，則在tg+Tg時刻更新測量結果為IAV1，式中，TV1為第r-Ι個方波的周期，即W1 ； 3)在[V1+!^,tr_1+2Tr_1]時間段內，若沒有採集到新的方波上升沿，即第r+1個方波的上升沿，維持測量結果不變； 4)當時間tHg+21^時，若沒有採集到新的方波上升沿，即第r+Ι個方波的上升沿，表明第r個方波的周期大於r-Ι個方波的周期，更新測量結果為l/a-tg-U ； 5)在V1+IV1+Tr時刻，即tr+1時刻，採集到第r+Ι個方波的上升沿，則在?η+Τη+?；時刻更新測量結果為1/%，式中，Tr為第r個方波的周期，即； 在第r個方波周期[tr, tr+1]內，即tH+I^+Tj時間段內的頻率計算公式為
3.如權利要求1所述的基於周期跟蹤法和移動式整數周期法的信號頻率測量方法，其特徵在於，步驟2)中所述移動式整數周期法的具體步驟為: 1)確定用於計算頻率的方波周期之和Tttrtal的最小值Tmin,即Tmin= l/fclk ε，保存採集到的方波信號周期Ti (i = 1,2,...)； 2)在k時刻，採集到第r個方波的上升沿，確定用於計算信號頻率的方波個數匕以及方波周期之和Tttrtal，即
【文檔編號】G01R23/02GK104020349SQ201410279955
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】郝允志, 林毓培, 周黔 申請人:西南大學