CN102590606A - 不同频率信号等间隔采样电路及采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同频率信号等间隔采样电路及采样方法，包括整形模块、DSP微控制器以及AD模块；所述整形模块的输入端连接被测信号，输出端连接DSP微处理器的捕获引脚；所述DSP微处理器的脉冲触发端连接AD模块的控制引脚；所述AD模块的输入端连接被测信号，AD模块的数据输出端连接DSP微处理器的数据输入端。本发明结构简单，利用DSP芯片中的捕获功能以及脉宽调制功能，测取被测信号的实际周期值，不受波形频率的影响，在保证采样精准度的基础上，实现不同频率信号的等间隔采样。
Description
技术领域
本发明涉及数字信号采样领域，特别是一种适用于不同频率信号的等间隔采样电路。
背景技术
在对电网电能质量进行测量时，需要对波形进行采样，出于对谐波计算的高精确度要求，要对工频波形进行等间隔采样。目前交流采样应用最多的数字处理算法是离散DFT算法，可以同时获得被测向量的有效值以及相位。但是由于该算法是基于每一个数据窗内的采样数据是否等间隔并反映被测信号的一个完整周波，因此采用此算法时，必须考虑被测信号频率的漂移问题，当采样频率能够实时跟踪被测信号频率时，方能保证每个采样数据窗内的采样数据等间隔反映被测信号的一个完整周波。
传统的采样方式是通过采用锁相环电路进行完成被测信号的分频输出，以实现不同频率信号的等间隔采样。锁相环电路的工作原理是：被测信号经放大器放大整形后加到相位比较器，在相位比较器中被测信号与标准信号进行相位比较，相位比较器输出反映被测信号与标准信号的误差电压；误差电压经滤波后加至压控振荡器，通过调整压控振荡器的振荡频率，使采样频率实时跟随被测信号频率。其中压控振荡器的频率调节则通过调节设置在锁相环芯片外围的滑动变阻器进行调节。此种采用方式存在以下缺点：1）需要人为调节滑动变阻器才能实现，可控精准度较低，在调试过程中需要反复调节才能达到采样要求，工作效率低下。2）锁相环电路中的锁相环芯片需要调节相应的参数才能实现所需要的采样信号输出，由于电路中的电阻、电容等参数容易受温度、湿度等一些外在环境条件的影响，因此在无论在调试过程中，还是在运行过程中，都容易出现错误信号的输出，影响数据处理与分析。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种无需人为调节即能实现频率跟随、等间隔采样，且适用于不同频率信号的采样电路。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是。
不同频率信号等间隔采样电路，包括整形模块、DSP微控制器以及AD转换模块；所述整形模块用于对被测信号进行整形滤波后转化为DSP微处理器所需要的方波输出给DSP微处理器，整形模块的输入端连接被测信号，输出端连接DSP微处理器的捕获引脚；所述DSP微处理器用于对捕获的方波信号进行脉宽调制处理，并将处理后的采样信号输出给AD模块，对AD模块进行触发，DSP微处理器的脉冲触发端连接AD模块的控制引脚；所述AD模块用于根据DSP微处理器发出的触发指令对被测信号进行等间隔采样，AD模块的输入端连接被测信号，AD模块的数据输出端连接DSP微处理器的数据输入端。
本发明所述DSP微处理器采用TMS320F2812。
本发明所述AD模块采用AD8364。
不同频率信号等间隔采样方法，其特征在于包括以下步骤。
A.整形模块对所采集的被测信号进行整形滤波处理，并产生DSP微处理器所能识别的方波传输给DSP微处理器的捕获引脚；
B.DSP微处理器使能捕获单元，并设置捕获边缘；捕获引脚捕获到被测信号的跳变沿后以定时器2的周期Tn为标准时钟，对被测信号一个周期内的跳变沿进行计数，从而得到被测信号的周期值Ns；
C.判断周期值Ns是否为正常范围值；如果超出此范围，则返回步骤B重新捕获被测信号周期；如果在正常范围之内，则进行步骤D；
D.用平均算法将被测信号的周期值Ns平均分成N等份，其中N为采样点数，得到每一等份的周期值为Np；
E.采用Np设置PWM模块的周期，计算PWM模块中电平翻转所需要的比较值Nt；当PWM模块的基准定时器1计数周期值Nx大于比较值Nt时，触发PWM模块中的电平进行翻转，产生等间隔触发脉冲，即采样信号；
F.PWM模块将采样信号传输给AD模块的控制引脚HOLD；AD模块通过PWM模块产生的等间隔脉冲触发对被采样信号进行采样，并将等间隔采集到的被测信号转换为数字信号后，传输给DSP微处理器进行数据处理。
所述步骤B中周期值Ns的计算过程为：DSP微处理器中的捕获单元设置有专用的2级深度的FIFO堆栈，测定被测信号的频率时分两次进行捕捉；当第一次捕捉到捕获引脚发生了指定变化时，捕获单元将捕捉所选用计数器的计数值，并把此计数值写入FIFO堆栈的顶层寄存器；第二次捕捉，将计数值写入FIFO堆栈的底层寄存器，利用两次捕获的计数值，计算被测信号的周期值Ns。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是。
本发明结构简单，电路中不设置滑动变阻器，无需人为调节，而是利用DSP芯片中的捕获功能以及PWM功能，实现不同频率信号的等间隔采样。本发明通过软件根据采样过程中实际情况进行自动调节，测取被测信号的实际周期值，因此不受波形频率的影响，不仅能够保证采样的精准度，还大大提高了工作效率。且不受外界条件因素的影响，运行稳定可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明DSP2812的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
不同频率信号等间隔采样电路，用于对被测信号进行等间隔采样。其结构如图1所示，主要包括整形模块、DSP微控制器以及AD转换模块。AD模块采用AD8364； DSP微处理器采用TMS320F2812（以下简称DSP2812）；DSP2812共有6个捕获单元，两个事件管理器模块EV（以下简称EV模块），每个EV模块中分别设置有三个捕获单元、两个定时器以及三个脉宽调制模块（以下简称PWM模块）。
其中：整形模块的输入端连接被测信号，输出端连接DSP微处理器捕获单元的CAP捕获引脚。整形模块用于对被测信号进行整形滤波后转化为DSP微处理器所需要的方波输出给DSP微处理器。
微处理器DSP2812的PWM模块的脉冲输出端连接AD8364的HOLD控制引脚。微处理器DSP2812用于对捕获的方波信号进行脉宽调制处理，并将处理后的采样信号输出给转换器AD8364，对AD模块进行触发采样。
AD模块的输入端连接被采样信号，AD模块的数据输出端连接微处理器DSP2812的数据输入端。AD模块根据DSP微处理器发出的触发指令对被测信号进行等间隔采样。
不同频率信号等间隔采样方法如下所述，其中DSP2812的工作原理如图2所示。
首先，整形模块对所采集的被测信号进行整形滤波处理，并产生DSP2812所能识别的方波，即将被测信号转换成数字信号，传输给DSP2812的CAP引脚。
第二步，DSP2812使能捕获单元，并设置捕获边缘，即设置捕获方波的上升沿还是下降沿。捕获单元的CAP引脚捕获到被测信号的跳变沿，并以定时器2的周期Tn为标准时钟，对被测信号的一个周期内的跳变沿进行计数，即捕获一个周期内被测信号的周期计数Ts，那么被测信号的实际周期值则为Ns=Ts*Tn，从而可以得到被测信号的周期值和频率。
捕获单元中设置有专用的2级深度的FIFO堆栈，因此测定被测信号的频率时分两次进行捕捉。当第一次捕捉到CAP引脚发生了指定变化时，捕获单元将捕捉所选用计数器的计数值，并把此计数值写入FIFO堆栈的顶层寄存器；第二次捕捉，将计数值写入FIFO堆栈的底层寄存器，利用两次捕获的计数值，计算被测信号的周期值Ns。
第三步，判断周期值Ns是否为正常范围值。本实施例的整形模块中设置有带通滤波单元，其频率范围为30Hz~80Hz，换算为定时器周期计数值应为14648~39062，判断如果超出此范围，则返回第二步重新捕获被测信号周期；如果在正常范围之内，则进行第四步。
第四步，用平均算法将被测信号的周期值Ns平均分成N等份，其中N为采样点数，得到每一等份的周期值为Np。
第五步，采用Np设置PWM模块的周期，即赋值PWM模块的寄存器，计算PWM模块中电平翻转所需要的比较值Nt；当PWM模块基准定时器1计数周期值Nx大于比较值Nt时，触发PWM模块中的电平进行翻转，实现等间隔触发脉冲的产生，即生成采样信号。
根据脉冲占空比要求，计算翻转所需要的比较值Nt 。Nt/Np为PWM模块中脉冲的占空比，如果占空比为50%,则Nt/Np=50%，计算得Nt=Np/2。
最后，PWM模块将采样信号传输给AD模块的采样控制引脚HOLD。AD模块通过PWM模块产生的等间隔脉冲触发对被采样信号进行采样，并将等间隔采集到的被测信号转换为数字信号后，传输给DSP2812进行数据处理。
Claims (5)
1.不同频率信号等间隔采样电路，其特征在于：包括整形模块、DSP微控制器以及AD模块；所述整形模块用于对被测信号进行整形滤波后转化为DSP微处理器所需要的方波输出给DSP微处理器，整形模块的输入端连接被测信号，输出端连接DSP微处理器的捕获引脚；所述DSP微处理器用于对捕获的方波信号进行脉宽调制处理，并将处理后的采样信号输出给AD模块对AD模块进行触发，DSP微处理器的脉冲触发端连接AD模块的控制引脚；所述AD模块用于根据DSP微处理器发出的触发指令对被测信号进行等间隔采样，AD模块的输入端连接被测信号，AD模块的数据输出端连接DSP微处理器的数据输入端。
2.根据权利要求1所述的不同频率信号等间隔采样该电路，其特征在于：所述DSP微处理器采用TMS320F2812。
3.根据权利要求1所述的不同频率信号等间隔采样该电路，其特征在于：所述AD模块采用AD8364。
4.不同频率信号等间隔采样方法，其特征在于包括以下步骤：
A.整形模块对所采集的被测信号进行整形滤波处理，并产生DSP微处理器所能识别的方波传输给DSP微处理器的捕获引脚；
B.DSP微处理器使能捕获单元，并设置捕获边缘；捕获引脚捕获到被测信号的跳变沿后以定时器2的周期Tn为标准时钟，对被测信号一个周期内的跳变沿进行计数，从而得到被测信号的周期值Ns；
C.判断周期值Ns是否为正常范围值；如果超出此范围，则返回步骤B重新捕获被测信号周期；如果在正常范围之内，则进行步骤D；
D.用平均算法将被测信号的周期值Ns平均分成N等份，其中N为采样点数，得到每一等份的周期值为Np；
E.采用Np设置PWM模块的周期，计算PWM模块中电平翻转所需要的比较值Nt；当PWM模块的基准定时器1计数周期值Nx大于比较值Nt时，触发PWM模块中的电平进行翻转，产生等间隔触发脉冲，即采样信号；
F.PWM模块将采样信号传输给AD模块的控制引脚HOLD；AD模块通过PWM模块产生的等间隔脉冲触发对被采样信号进行采样，并将等间隔采集到的被测信号转换为数字信号后，传输给DSP微处理器进行数据处理。
5.根据权利要求4所述的不同频率信号等间隔采样方法，其特征在于所述步骤B中周期值Ns的计算过程为：DSP微处理器中的捕获单元设置有专用的2级深度的FIFO堆栈，测定被测信号的频率时分两次进行捕捉；当第一次捕捉到捕获引脚发生了指定变化时，捕获单元将捕捉所选用计数器的计数值，并把此计数值写入FIFO堆栈的顶层寄存器；第二次捕捉，将计数值写入FIFO堆栈的底层寄存器，利用两次捕获的计数值，计算被测信号的周期值Ns。
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