專利名稱：一種頻率測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及 一種頻率測量方法和 裝置。
背景技術(shù)：
目前，通常釆用測周期法或測頻率法測量被測信號的頻率。測周 期法是在被測信號的一個周期時間內(nèi)對基準時鐘進行計數(shù)，得到該被 測信號的周期，進而推算出該被測信號的頻率。釆用該方法時，測量 精度取決于被測信號的周期和基準時鐘的精度，尤其在被測信號為高 頻時對基準時鐘計數(shù)要求很高，因此這種方法比較適合對低頻信號的 測量。測頻率法是在 一定時間內(nèi)對被測信號的脈沖計數(shù)，進而換算得出 被測信號的頻率。采用該方法時，測量精度取決于被測信號的頻率和 定時時間。在被測信號為低頻時將產(chǎn)生較大的誤差，除非加大定時時 間，但如果加大定時時間會造成測量速度很慢，因此這種方法比較適 合對高頻信號的測量。現(xiàn)在，也有一些對測周期法和測頻率法改進的方法。 一種對測頻率法進行改進后的方法是對高頻信號進行N分頻處理，相當于降低 了頻率，但其增加了硬件電路，使分辨率降低N倍。 一種對測周期 法進行改進后的方法是測量多個脈沖的周期， 一般需要增加計數(shù)器、 定時器電路，即使使用單片機或微處理器內(nèi)部資源也至少需要一個計 數(shù)器、 一個定時器，并占用定時/計數(shù)器的I/O (Input/Output，輸入 /輸出)管腳。還有一種方法釆用單片機或微處理器內(nèi)部的定時/計 數(shù)器，通過軟件來控制其工作方式，實現(xiàn)測頻法與測周法的動態(tài)切換。 采用該方法可以提高測量精度與測量速度，但是需要較多外部硬件電路。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例要解決的問題是提供一種頻率測量方法和裝置，以 實現(xiàn)在使用較少硬件資源的情況下，對被測信號進行高精度地頻率測 量。為達到上述目的，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案提供一種頻率測量方法，所述方法包括以下步驟接收被測信號，所述被測信號的邊沿觸 發(fā)中斷；當釆樣完成時，根據(jù)當前中斷次數(shù)獲取要求釆樣次數(shù)；根據(jù) 定時中斷次數(shù)和定時器時間，獲取采樣時間；根據(jù)所述要求釆樣次數(shù) 和釆樣時間，獲取所述被測信號的頻率值。其中，在所述接收被測信號之前，還包括測量初始化步驟，所述 步驟包括將當前中斷次數(shù)設(shè)置為O;將定時中斷次數(shù)設(shè)置為0;將 定時器時間設(shè)置為o;將要求采樣次數(shù)設(shè)置為1;將中斷方式設(shè)置為 邊沿觸發(fā)；開定時器中斷；開外部中斷；啟動定時器。其中，在所述接收被測信號之后，還包括確定釆樣完成的步驟， 所述步驟包括判斷當前中斷次數(shù)是否大于或等于要求采樣次數(shù)，如 果是，則判斷是否正在進行獲取被測信號的頻率值或確定下次測量的 要求采樣次數(shù)，如果否，則確定釆樣完成。其中，在所述獲取被測信號的頻率值之后，還包括根據(jù)所述頻率 值確定下次測量的要求釆樣次數(shù)的步驟，所述步驟包括由所述頻率 值除以軟分頻值所得的值，再加l后取整，得到所述下次測量的要求 采樣次數(shù)；判斷所述得到的下次測量的要求采樣次數(shù)是否大于要求 釆樣次數(shù)的上限，如果是，則設(shè)置所述下次測量的要求釆樣次數(shù)等于 所述要求釆樣次數(shù)的上限。其中，所述方法還包括斷線檢測的步驟，所述步驟包括根據(jù)所 述頻率值，獲取中斷次數(shù)上限；判斷當前中斷次數(shù)是否大于所述中斷 次數(shù)上限，如果是，則確定發(fā)生斷線。其中，所述測量初始化步驟還包括將頻率值設(shè)置為1;將斷線 標志設(shè)置為不斷線狀態(tài)。其中，在確定發(fā)生斷線之后，還包括將頻率值設(shè)置為0;將斷 線標志設(shè)置為斷線狀態(tài)。本發(fā)明實施例的技術(shù)方案還提供了一種頻率測量裝置，所述裝置 包括被測信號接收單元，用于接收被測信號，所述被測信號的邊沿 觸發(fā)中斷；要求釆樣次數(shù)獲取單元，用于當采樣完成時，根據(jù)當前中 斷次數(shù)獲取要求釆樣次數(shù)；釆樣時間獲取單元，用于根據(jù)定時中斷次 數(shù)和定時器時間，獲取釆樣時間；頻率值獲取單元，用于根據(jù)所述要 求釆樣次數(shù)和釆樣時間，獲取所述被測信號的頻率值。其中，所述裝置還包括下次測量的要求釆樣次數(shù)獲取單元，用于 根據(jù)所述頻率值確定下次測量的要求采樣次數(shù)。其中，所述裝置還包括斷線檢測單元，用于檢測所述裝置是否發(fā) 生斷線。上述技術(shù)方案僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點本發(fā)明實施例在釆樣時由被測信號觸發(fā)中斷，當釆樣完成后，根據(jù)當 前中斷次數(shù)和釆樣時間，獲取該被測信號的頻率值，從而實現(xiàn)在使用較少硬件資源的情況下，對被測信號進行高精度地頻率測量；并且可以實現(xiàn)斷線檢測，及主程序與中斷程序數(shù)據(jù)無沖突共享保護的功能。


圖l是本發(fā)明實施例的圖2是本發(fā)明實施例的 圖3是本發(fā)明實施例的 圖4是本發(fā)明實施例的具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細 描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。一種頻率測量方法的流程圖; 一種主程序的流程圖； 一種外部中斷程序的流程圖; 一種定時中斷程序的流程圖。在本發(fā)明實施例中，被測信號連接到單片機或微處理器的外部中 斷i/o口，使用所述單片機或微處理器的內(nèi)部l個定時器，無需占用 外部相關(guān)硬件電路及具有I/O 口的定時/計數(shù)器的口線或資源。本發(fā)明實施例的 一 種頻率測量方法的流程如圖1所示，本實施例中單片機采用常見的51系列中的管腳及功能少的2051 (多加公司可 生產(chǎn)兼容產(chǎn)品)、晶振選用18.432MHz的晶振、該單片機的INT1做 被測信號的輸入端、該單片機的TO做定時器。參照圖1,本實施例 包括以下步驟 -步驟sl01，測量初始化。即完成系統(tǒng)資源配置及頻率測量相關(guān)參 數(shù)初始值和標志位的設(shè)置，包括將頻率值設(shè)置為1;將斷線標志設(shè) 置為不斷線狀態(tài)；將當前中斷次數(shù)設(shè)置為0;將定時中斷次數(shù)設(shè)置為 0;將定時器時間設(shè)置為O;將要求采樣次數(shù)設(shè)置為1;將中斷方式設(shè) 置為邊沿觸發(fā)；開定時器中斷；開外部中斷；啟動定時器。步驟sl02,從外部中斷I/0 口接收被測信號，所述被測信號的邊沿觸發(fā)中斷。步驟s103，判斷釆樣是否完成，如果是，則轉(zhuǎn)步驟sl04，否則 轉(zhuǎn)步驟sl08。所述判斷釆樣是否完成具體為首先判斷當前中斷次數(shù)是否大于 或等于要求釆樣次數(shù)，如果是，則再判斷是否正在進行獲取被測信號 的頻率值或確定下次測量的要求釆樣次數(shù)，如果否，則確定采樣完成。步驟sl04，根據(jù)當前中斷次數(shù)獲取要求采樣次數(shù)。即將要求釆樣 次數(shù)設(shè)置為當前中斷次數(shù)，例如當前中斷次數(shù)為205,則設(shè)置要求采 樣次數(shù)也為205。步驟s l05,根據(jù)定時中斷次數(shù)和定時器時間，獲取采樣時間。其 中，采樣時間=定時器中斷次數(shù)*定時器溢出時間+定時器時間。本實 施例中，釆樣時間=定時器中斷次數(shù)* 65536 + TH0*256 + TL0，其中 THO為定時器的高位數(shù)值，TLO為定時器的低位數(shù)值。本實施例中選用單片機TO定時器為16位2進制定時器，其中高8位為THO, 低8位為TL0。定時器溢出時間為2的16次方，即65536單片機指 令周期；而每2的8次方，即256個單片機指令周期TH0加1。步驟sl06，根據(jù)所述要求采樣次數(shù)和釆樣時間，獲取所述被測信 號的頻率值。本實施例中，頻率值=要求釆樣次數(shù)*1536000/釆樣時 間。由于在本實施例中選用18.432MHz的晶振，所以每秒單片機指 令周期(TO定時器輸入對象)的個數(shù)為1536000。步驟sl07,據(jù)所述頻率值確定下次測量的要求采樣次數(shù)。首先由 所述頻率值除以軟分頻值所得的值，再加l后取整，得到所述下次測 量的要求釆樣次數(shù)。其中，軟分頻值預期精度x每秒CPU指令周期 +外部中斷由申請到執(zhí)行的延時，本實施例中假設(shè)預期精度取 0.02%、外部中斷由申請到執(zhí)行的延時最大為8、每秒CPU執(zhí)行 1536000指令周期，則軟分頻值取40即可；軟分頻值的取值大，則 采樣精度高，反應速度慢；然后判斷所述得到的下次測量的要求釆樣 次數(shù)是否大于要求采樣次數(shù)的上限，如果是，則設(shè)置所述下次測量的 要求釆樣次數(shù)等于所述要求采樣次數(shù)的上限，并轉(zhuǎn)步驟sl02。例如， 如果頻率值為10,則下次測量的要求釆樣次數(shù)為10/40+l后取整， 得到該下次測量的要求釆樣次數(shù)為1;如果頻率值為5000,則下次測 量的要求釆樣次數(shù)為5000/40+ 1后取整，得到該下次測量的要求釆 樣次數(shù)為126;為減少中斷時間，采樣次數(shù)一般用單字節(jié)表示(數(shù)值 0 255 )，為保證釆樣次數(shù)可在中斷中根據(jù)主程序運行情況適當增加， 可選取要求釆樣次數(shù)的上限為255 x (70 90)%之間的值，本實施例 中假設(shè)要求釆樣次數(shù)的上限為210，則如果下次測量的要求釆樣次數(shù) 大于210，則將該下次測量的要求釆樣次數(shù)設(shè)置為210。步驟sl08,進行斷線檢測，判斷是否發(fā)生斷線，如果是，則轉(zhuǎn)步 驟sl09;如果否，則轉(zhuǎn)步驟sl02。首先根據(jù)所述頻率值，獲取中斷 次數(shù)上限；然后判斷當前中斷次數(shù)是否大于所述中斷次數(shù)上限，如果是，則確定發(fā)生斷線。本實施例中，如果發(fā)生斷線，則長時間無輸入 信號，會導致定時器中斷次數(shù)超出預期；而設(shè)置中斷次數(shù)上限可判斷 是否斷線或緩慢停機(頻率漸漸歸零)。當前頻率越高，中斷次數(shù)上 限越小， 一般給出數(shù)量級范圍即可，本實施例以頻率不能突變減小5倍左右為依據(jù)判斷斷線。例如如果頻率值大于或等于50，則中斷 次數(shù)上限=47,對應約2秒無信號，其計算方法如下當前頻率50Hz 則按步驟sl07得要求的釆樣次數(shù)為2，即實際采樣次數(shù)由0到2，即 0.4秒左右應能完成采樣任務，如5倍時間即2秒(對應實施例中TO 約47次中斷)尚未完成，即信號突然消失，間隔超出允許認為斷線； 同樣可推算出如果頻率值大于或等于20,則中斷次數(shù)上限=116，對 應約5秒無信號；類似可得出，如果以0.1Hz為測量下限，則定時器 中斷次數(shù)大于234認為緩慢停機。步驟sl09,將頻率值設(shè)置為O,并將斷線標志設(shè)置為斷線狀態(tài)， 轉(zhuǎn)步驟sl02。本發(fā)明實施例釆用相對固定時間內(nèi)測量多個脈沖的周期，測量脈 沖的個數(shù)由當前頻率值/定時間隔決定，并在外部中斷程序中動態(tài)調(diào) 整，從而保證采樣時間相對固定。本發(fā)明實施例的 一 種主程序的流程如圖2所示，在主程序中根據(jù)釆樣狀態(tài)計算頻率值并設(shè)置相應保護標志，保證主程序、中斷程序數(shù) 據(jù)無沖突共享；根據(jù)當前頻率值確定下次要求采樣脈沖個數(shù)并進行斷 線檢測。本發(fā)明實施例的 一種外部中斷程序的流程如圖3所示，在外部中 斷程序中根據(jù)當前釆樣脈沖個數(shù)及保護標志標識確定當前釆樣是否完成，是否需要調(diào)整要求采樣脈沖的個數(shù)；如當前當前釆樣，則紀錄 實際脈沖個數(shù)、實際釆樣時間，并更新采樣狀態(tài)。本發(fā)明實施例的 一種定時中斷程序的流程如圖4所示，定時器用于紀錄實際采樣時間，為保證較長時間計時開通定時器中斷，紀錄定時器中斷次數(shù)。本發(fā)明實施例可以在低頻到高頻范圍內(nèi)(未分頻0.1~10KHz全量 程)都能實現(xiàn)高精度(可達到0.02%精度要求)、高測量速度的頻率 測量，而只占用1個1/0 口，使用1個外部中斷(占用I/O 口 )、 1個 定時器(不占用I/O 口 )資源，無需外部相關(guān)硬件電路，并具備斷線 檢測、主程序、中斷程序數(shù)據(jù)無沖突共享保護功能。本發(fā)明實施例的 一種頻率測量裝置包括被測信號接收單元、要求 采樣次數(shù)獲取單元、釆樣時間獲取單元、頻率值獲取單元、下次測量 的要求釆樣次數(shù)獲取單元和斷線檢測單元。被測信號接收單元用于接 收被測信號，所述被測信號的邊沿觸發(fā)中斷；要求采樣次數(shù)獲取單元用于當釆樣完成時，根據(jù)當前中斷次數(shù)獲取要求釆樣次數(shù)；釆樣時間 獲取單元用于根據(jù)定時中斷次數(shù)和定時器時間，獲取釆樣時間；頻率 值獲取單元用于根據(jù)所述要求釆樣次數(shù)和釆樣時間，獲取所述被測信 號的頻率值。下次測量的要求采樣次數(shù)獲取單元用于根據(jù)所述頻率值 確定下次測量的要求采樣次數(shù)；斷線檢測單元用于檢測所述裝置是否 發(fā)生斷線。由以上實施例可以看出，本發(fā)明實施例在釆樣時由被測信號觸發(fā) 中斷，當釆樣完成后，根據(jù)當前中斷次數(shù)和釆樣時間，獲取該被測信 號的頻率值，從而實現(xiàn)在使用較少硬件資源的情況下，對被測信號進 行高精度地頻率測量；并且可以實現(xiàn)斷線檢測，及主程序與中斷程序 數(shù)據(jù)無沖突共享保護的功能。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以 做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種頻率測量方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟接收被測信號，所述被測信號的邊沿觸發(fā)中斷；當采樣完成時，根據(jù)當前中斷次數(shù)獲取要求采樣次數(shù)；根據(jù)定時中斷次數(shù)和定時器時間，獲取采樣時間；根據(jù)所述要求采樣次數(shù)和采樣時間，獲取所述被測信號的頻率值。
2、 如權(quán)利要求l所述頻率測量方法，其特征在于，在所述接收 被測信號之前，還包括測量初始化步驟，所述步驟包括將當前中斷次數(shù)設(shè)置為0; 將定時中斷次數(shù)設(shè)置為0; 將定時器時間設(shè)置為0;將要求釆樣次數(shù)設(shè)置為l;將中斷方式設(shè)置為邊沿觸發(fā)； 開定時器中斷； 開外部中斷； 啟動定時器。
3、 如權(quán)利要求1所述頻率測量方法，其特征在于，在所述接收 被測信號之后，還包括確定釆樣完成的步驟，所述步驟包括判斷當前中斷次數(shù)是否大于或等于要求釆樣次數(shù)， 如果是，則判斷是否正在進行獲取被測信號的頻率值或確定下次 測量的要求釆樣次數(shù)，如果否，則確定釆樣完成。
4、 如權(quán)利要求1所述頻率測量方法，其特征在于，在所述獲取 被測信號的頻率值之后，還包括根據(jù)所述頻率值確定下次測量的要求 采樣次數(shù)的步驟，所述步驟包括由所述頻率值除以軟分頻值所得的值，再加l后取整，得到所述下次測量的要求釆樣次數(shù)；判斷所述得到的下次測量的要求采樣次數(shù)是否大于要求釆樣次 數(shù)的上限，如果是，則設(shè)置所述下次測量的要求釆樣次數(shù)等于所述要 求采樣次數(shù)的上限。
5、 如權(quán)利要求2所述頻率測量方法，其特征在于，所述方法還包括斷線檢測的步驟，所述步驟包括根據(jù)所述頻率值，獲取中斷次數(shù)上限；判斷當前中斷次數(shù)是否大于所述中斷次數(shù)上限，如果是，則確定 發(fā)生斷線。
6、 如權(quán)利要求5所述頻率測量方法，其特征在于，所述測量初 始化步驟還包括將頻率值設(shè)置為1; 將斷線標志設(shè)置為不斷線狀態(tài)。
7、 如權(quán)利要求5所述頻率測量方法，其特征在于，在確定發(fā)生 斷線之后，還包括將頻率值設(shè)置為0; 將斷線標志設(shè)置為斷線狀態(tài)。
8、 一種頻率測量裝置，其特征在于，所述裝置包括 被測信號接收單元，用于接收被測信號，所述被測信號的邊沿觸發(fā)中斷；要求采樣次數(shù)獲取單元，用于當采樣完成時，根據(jù)當前中斷次數(shù)獲取要求釆樣次數(shù)；采樣時間獲取單元，用于根據(jù)定時中斷次數(shù)和定時器時間，獲取釆樣時間；頻率值獲取單元，用于根據(jù)所述要求采樣次數(shù)和采樣時間，獲取 所述被測信號的頻率值。
9、 如權(quán)利要求8所述頻率測量裝置，其特征在于，所述裝置還包括下次測量的要求釆樣次數(shù)獲取單元，用于根據(jù)所述頻率值確定下 次測量的要求釆樣次數(shù)。
10、如權(quán)利要求8所述頻率測量裝置，其特征在于，所述裝置還 包括斷線檢測單元，用于檢測所述裝置是否發(fā)生斷線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率測量方法，包括接收被測信號，所述被測信號的邊沿觸發(fā)中斷；當采樣完成時，根據(jù)當前中斷次數(shù)獲取要求采樣次數(shù)；根據(jù)定時中斷次數(shù)和定時器時間，獲取采樣時間；根據(jù)所述要求采樣次數(shù)和采樣時間，獲取所述被測信號的頻率值。本發(fā)明還公開了一種頻率測量裝置。本發(fā)明在采樣時由被測信號觸發(fā)中斷，當采樣完成后，根據(jù)當前中斷次數(shù)和采樣時間，獲取該被測信號的頻率值，從而實現(xiàn)在使用較少硬件資源的情況下，對被測信號進行高精度地頻率測量；并且可以實現(xiàn)斷線檢測，及主程序與中斷程序數(shù)據(jù)無沖突共享保護的功能。
文檔編號G01R23/00GK101221200SQ20081005719
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月30日
發(fā)明者嚴可國, 金存山 申請人:北京英華達電力電子工程科技有限公司