CN101221200A - 一种频率测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率测量方法，包括：接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断；当采样完成时，根据当前中断次数获取要求采样次数；根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。本发明还公开了一种频率测量装置。本发明在采样时由被测信号触发中断，当采样完成后，根据当前中断次数和采样时间，获取该被测信号的频率值，从而实现在使用较少硬件资源的情况下，对被测信号进行高精度地频率测量；并且可以实现断线检测，及主程序与中断程序数据无冲突共享保护的功能。

Description

一种频率测量方法和装置

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，特别是涉及一种频率测量方法和装置。

背景技术

目前，通常采用测周期法或测频率法测量被测信号的频率。测周期法是在被测信号的一个周期时间内对基准时钟进行计数，得到该被测信号的周期，进而推算出该被测信号的频率。采用该方法时，测量精度取决于被测信号的周期和基准时钟的精度，尤其在被测信号为高频时对基准时钟计数要求很高，因此这种方法比较适合对低频信号的测量。

测频率法是在一定时间内对被测信号的脉冲计数，进而换算得出被测信号的频率。采用该方法时，测量精度取决于被测信号的频率和定时时间。在被测信号为低频时将产生较大的误差，除非加大定时时间，但如果加大定时时间会造成测量速度很慢，因此这种方法比较适合对高频信号的测量。

现在，也有一些对测周期法和测频率法改进的方法。一种对测频率法进行改进后的方法是对高频信号进行N分频处理，相当于降低了频率，但其增加了硬件电路，使分辨率降低N倍。一种对测周期法进行改进后的方法是测量多个脉冲的周期，一般需要增加计数器、定时器电路，即使使用单片机或微处理器内部资源也至少需要一个计数器、一个定时器，并占用定时/计数器的I/O(Input/Output，输入/输出)管脚。还有一种方法采用单片机或微处理器内部的定时/计数器，通过软件来控制其工作方式，实现测频法与测周法的动态切换。采用该方法可以提高测量精度与测量速度，但是需要较多外部硬件电路。

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种频率测量方法和装置，以实现在使用较少硬件资源的情况下，对被测信号进行高精度地频率测量。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种频率测量方法，所述方法包括以下步骤：接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断；当采样完成时，根据当前中断次数获取要求采样次数；根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。

其中，在所述接收被测信号之前，还包括测量初始化步骤，所述步骤包括：将当前中断次数设置为0；将定时中断次数设置为0；将定时器时间设置为0；将要求采样次数设置为1；将中断方式设置为边沿触发；开定时器中断；开外部中断；启动定时器。

其中，在所述接收被测信号之后，还包括确定采样完成的步骤，所述步骤包括：判断当前中断次数是否大于或等于要求采样次数，如果是，则判断是否正在进行获取被测信号的频率值或确定下次测量的要求采样次数，如果否，则确定采样完成。

其中，在所述获取被测信号的频率值之后，还包括根据所述频率值确定下次测量的要求采样次数的步骤，所述步骤包括：由所述频率值除以软分频值所得的值，再加1后取整，得到所述下次测量的要求采样次数；  判断所述得到的下次测量的要求采样次数是否大于要求采样次数的上限，如果是，则设置所述下次测量的要求采样次数等于所述要求采样次数的上限。

其中，所述方法还包括断线检测的步骤，所述步骤包括：根据所述频率值，获取中断次数上限；判断当前中断次数是否大于所述中断次数上限，如果是，则确定发生断线。

其中，所述测量初始化步骤还包括：将频率值设置为1；将断线标志设置为不断线状态。

其中，在确定发生断线之后，还包括：将频率值设置为0；将断线标志设置为断线状态。

本发明实施例的技术方案还提供了一种频率测量装置，所述装置包括：被测信号接收单元，用于接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断；要求采样次数获取单元，用于当采样完成时，根据当前中断次数获取要求采样次数；采样时间获取单元，用于根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；频率值获取单元，用于根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。

其中，所述装置还包括下次测量的要求采样次数获取单元，用于根据所述频率值确定下次测量的要求采样次数。

其中，所述装置还包括断线检测单元，用于检测所述装置是否发生断线。

上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：本发明实施例在采样时由被测信号触发中断，当采样完成后，根据当前中断次数和采样时间，获取该被测信号的频率值，从而实现在使用较少硬件资源的情况下，对被测信号进行高精度地频率测量；并且可以实现断线检测，及主程序与中断程序数据无冲突共享保护的功能。

附图说明

图1是本发明实施例的一种频率测量方法的流程图；

图2是本发明实施例的一种主程序的流程图；

图3是本发明实施例的一种外部中断程序的流程图；

图4是本发明实施例的一种定时中断程序的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明实施例中，被测信号连接到单片机或微处理器的外部中断I/O口，使用所述单片机或微处理器的内部1个定时器，无需占用外部相关硬件电路及具有I/O口的定时/计数器的口线或资源。

本发明实施例的一种频率测量方法的流程如图1所示，本实施例中单片机采用常见的51系列中的管脚及功能少的2051(多加公司可生产兼容产品)、晶振选用18.432MHz的晶振、该单片机的INT1做被测信号的输入端、该单片机的T0做定时器。参照图1，本实施例包括以下步骤：

步骤s101，测量初始化。即完成系统资源配置及频率测量相关参数初始值和标志位的设置，包括：将频率值设置为1；将断线标志设置为不断线状态；将当前中断次数设置为0；将定时中断次数设置为0；将定时器时间设置为0；将要求采样次数设置为1；将中断方式设置为边沿触发；开定时器中断；开外部中断；启动定时器。

步骤s102，从外部中断I/O口接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断。

步骤s103，判断采样是否完成，如果是，则转步骤s104，否则转步骤s108。

所述判断采样是否完成具体为：首先判断当前中断次数是否大于或等于要求采样次数，如果是，则再判断是否正在进行获取被测信号的频率值或确定下次测量的要求采样次数，如果否，则确定采样完成。

步骤s104，根据当前中断次数获取要求采样次数。即将要求采样次数设置为当前中断次数，例如当前中断次数为205，则设置要求采样次数也为205。

步骤s105，根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间。其中，采样时间＝定时器中断次数*定时器溢出时间+定时器时间。本实施例中，采样时间＝定时器中断次数*65536+TH0*256+TL0，其中TH0为定时器的高位数值，TL0为定时器的低位数值。本实施例中选用单片机T0定时器为16位2进制定时器，其中高8位为TH0，低8位为TL0。定时器溢出时间为2的16次方，即65536单片机指令周期；而每2的8次方，即256个单片机指令周期TH0加1。

步骤s106，根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。本实施例中，频率值＝要求采样次数*1536000/采样时间。由于在本实施例中选用18.432MHz的晶振，所以每秒单片机指令周期(T0定时器输入对象)的个数为1536000。

步骤s107，据所述频率值确定下次测量的要求采样次数。首先由所述频率值除以软分频值所得的值，再加1后取整，得到所述下次测量的要求采样次数。其中，软分频值＝预期精度×每秒CPU指令周期÷外部中断由申请到执行的延时，本实施例中假设预期精度取0.02％、外部中断由申请到执行的延时最大为8、每秒CPU执行1536000指令周期，则软分频值取40即可；软分频值的取值大，则采样精度高，反应速度慢；然后判断所述得到的下次测量的要求采样次数是否大于要求采样次数的上限，如果是，则设置所述下次测量的要求采样次数等于所述要求采样次数的上限，并转步骤s102。例如，如果频率值为10，则下次测量的要求采样次数为10/40+1后取整，得到该下次测量的要求采样次数为1；如果频率值为5000，则下次测量的要求采样次数为5000/40+1后取整，得到该下次测量的要求采样次数为126；为减少中断时间，采样次数一般用单字节表示(数值0～255)，为保证采样次数可在中断中根据主程序运行情况适当增加，可选取要求采样次数的上限为255×(70～90)％之间的值，本实施例中假设要求采样次数的上限为210，则如果下次测量的要求采样次数大于210，则将该下次测量的要求采样次数设置为210。

步骤s108，进行断线检测，判断是否发生断线，如果是，则转步骤s109；如果否，则转步骤s102。首先根据所述频率值，获取中断次数上限；然后判断当前中断次数是否大于所述中断次数上限，如果是，则确定发生断线。本实施例中，如果发生断线，则长时间无输入信号，会导致定时器中断次数超出预期；而设置中断次数上限可判断是否断线或缓慢停机(频率渐渐归零)。当前频率越高，中断次数上限越小，一般给出数量级范围即可，本实施例以频率不能突变减小5倍左右为依据判断断线。例如：如果频率值大于或等于50，则中断次数上限＝47，对应约2秒无信号，其计算方法如下：当前频率50Hz则按步骤s107得要求的采样次数为2，即实际采样次数由0到2，即0.4秒左右应能完成采样任务，如5倍时间即2秒(对应实施例中T0约47次中断)尚未完成，即信号突然消失，间隔超出允许认为断线；同样可推算出如果频率值大于或等于20，则中断次数上限＝116，对应约5秒无信号；类似可得出，如果以0.1Hz为测量下限，则定时器中断次数大于234认为缓慢停机。

步骤s109，将频率值设置为0，并将断线标志设置为断线状态，转步骤s102。

本发明实施例采用相对固定时间内测量多个脉冲的周期，测量脉冲的个数由当前频率值/定时间隔决定，并在外部中断程序中动态调整，从而保证采样时间相对固定。

本发明实施例的一种主程序的流程如图2所示，在主程序中根据采样状态计算频率值并设置相应保护标志，保证主程序、中断程序数据无冲突共享；根据当前频率值确定下次要求采样脉冲个数并进行断线检测。

本发明实施例的一种外部中断程序的流程如图3所示，在外部中断程序中根据当前采样脉冲个数及保护标志标识确定当前采样是否完成，是否需要调整要求采样脉冲的个数；如当前当前采样，则纪录实际脉冲个数、实际采样时间，并更新采样状态。

本发明实施例的一种定时中断程序的流程如图4所示，定时器用于纪录实际采样时间，为保证较长时间计时开通定时器中断，纪录定时器中断次数。

本发明实施例可以在低频到高频范围内(未分频0.1～10KHz全量程)都能实现高精度(可达到0.02％精度要求)、高测量速度的频率测量，而只占用1个I/O口，使用1个外部中断(占用I/O口)、1个定时器(不占用I/O口)资源，无需外部相关硬件电路，并具备断线检测、主程序、中断程序数据无冲突共享保护功能。

本发明实施例的一种频率测量装置包括被测信号接收单元、要求采样次数获取单元、采样时间获取单元、频率值获取单元、下次测量的要求采样次数获取单元和断线检测单元。被测信号接收单元用于接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断；要求采样次数获取单元用于当采样完成时，根据当前中断次数获取要求采样次数；采样时间获取单元用于根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；频率值获取单元用于根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。下次测量的要求采样次数获取单元用于根据所述频率值确定下次测量的要求采样次数；断线检测单元用于检测所述装置是否发生断线。

由以上实施例可以看出，本发明实施例在采样时由被测信号触发中断，当采样完成后，根据当前中断次数和采样时间，获取该被测信号的频率值，从而实现在使用较少硬件资源的情况下，对被测信号进行高精度地频率测量；并且可以实现断线检测，及主程序与中断程序数据无冲突共享保护的功能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种频率测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断；

当采样完成时，根据当前中断次数获取要求采样次数；

根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；

根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。

2.如权利要求1所述频率测量方法，其特征在于，在所述接收被测信号之前，还包括测量初始化步骤，所述步骤包括：

将当前中断次数设置为0；

将定时中断次数设置为0；

将定时器时间设置为0；

将要求采样次数设置为1；

将中断方式设置为边沿触发；

开定时器中断；

开外部中断；

启动定时器。

3.如权利要求1所述频率测量方法，其特征在于，在所述接收被测信号之后，还包括确定采样完成的步骤，所述步骤包括：

判断当前中断次数是否大于或等于要求采样次数，

如果是，则判断是否正在进行获取被测信号的频率值或确定下次测量的要求采样次数，

如果否，则确定采样完成。

4.如权利要求1所述频率测量方法，其特征在于，在所述获取被测信号的频率值之后，还包括根据所述频率值确定下次测量的要求采样次数的步骤，所述步骤包括：

由所述频率值除以软分频值所得的值，再加1后取整，得到所述下次测量的要求采样次数；

判断所述得到的下次测量的要求采样次数是否大于要求采样次数的上限，如果是，则设置所述下次测量的要求采样次数等于所述要求采样次数的上限。

5.如权利要求2所述频率测量方法，其特征在于，所述方法还包括断线检测的步骤，所述步骤包括：

根据所述频率值，获取中断次数上限；

判断当前中断次数是否大于所述中断次数上限，如果是，则确定发生断线。

6.如权利要求5所述频率测量方法，其特征在于，所述测量初始化步骤还包括：

将频率值设置为1；

将断线标志设置为不断线状态。

7.如权利要求5所述频率测量方法，其特征在于，在确定发生断线之后，还包括：

将频率值设置为0；

将断线标志设置为断线状态。

8.一种频率测量装置，其特征在于，所述装置包括：

被测信号接收单元，用于接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断；

要求采样次数获取单元，用于当采样完成时，根据当前中断次数获取要求采样次数；

采样时间获取单元，用于根据定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；

频率值获取单元，用于根据所述要求采样次数和采样时间，获取所述被测信号的频率值。

9.如权利要求8所述频率测量装置，其特征在于，所述装置还包括：

下次测量的要求采样次数获取单元，用于根据所述频率值确定下次测量的要求采样次数。

10.如权利要求8所述频率测量装置，其特征在于，所述装置还包括：

断线检测单元，用于检测所述装置是否发生断线。

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