CN106707034A - 基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法 - Google Patents

Abstract

基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法，本发明涉及脉冲信号检测方法。本发明的目的是为了解决现有定时/计数器卡通道数较少，而且成本很高以及FPGA检测脉冲信号脉宽开发周期比较长的问题。一、利用多线程技术创建并启动独立辅助线程；二、循环不间断读取AD卡或数字IO卡采集的数据；三、判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在执行五；否则执行四；四、Sleep函数休眠1ms执行三；五、基于Windows系统函数计算出脉冲信号的脉宽和电平、脉宽和幅值或脉宽、电平和幅值，执行六；六、发送至主线程，判断所有采集的数据是否检测完，如果检测完则结束；否则执行四。本发明用于数据采集和信号处理领域。

Description

基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法

技术领域

本发明属于数据采集和信号处理技术领域，涉及脉冲信号检测方法。

背景技术

随着现代测试任务需求增多，对脉冲信号的检测提出更高要求，不仅需要检测脉冲信号脉宽，还同时需要检测其幅值或电平状态，且需要更多的采集通道数，而传统采用定时/计数器卡检测脉宽方法存在通道数少和只能检测脉宽的不足，已经不能满足测试任务需求。

同步检测脉冲信号脉宽和幅值或电平状态的方式主要包括同时利用定时/计数器卡和AD采集卡或数字IO卡方式，利用FPGA和AD采集卡或数字IO卡方式，AD卡或数字IO卡和软件结合方式。

利用定时/计数器卡和AD卡或数字IO卡方式是直接利用两种类型卡对同一脉冲信号两种特性同时进行检测。该方式具有实现难度低和研发周期短等优点，但不足之处是定时/计数器卡通道数较少，而且成本很高。利用FPGA和AD卡或数字IO卡方式与上一种方式类似，但利用FPGA检测脉冲信号脉宽，并通过串口将检测的结果传送至上位机，可以解决定时/计数器卡通道数较少的不足，但该方法开发周期比较长。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有定时/计数器卡通道数较少，而且成本很高以及FPGA检测脉冲信号脉宽开发周期比较长的问题，而提出基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法。

基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法具体过程为：

步骤一、开始，基于VC环境利用多线程技术创建并启动独立辅助线程；

步骤二、在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡或数字IO卡采集的数据；

步骤三、采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；

步骤四、在独立辅助线程中Sleep函数休眠1ms，执行步骤三；

步骤五、基于Windows系统函数计算出脉冲信号的脉宽和电平、脉冲信号的脉宽和幅值或脉冲信号的脉宽、电平和幅值，执行步骤六；

步骤六、基于自定义消息将脉冲信号的脉宽、电平或幅值发送至主线程，判断所有采集的数据是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行步骤四。

本发明的有益效果为：

本发明技术关键在于应用Windows系统函数和多线程技术，利用含通道数较多AD卡或数字I/O卡对脉冲信号进行采集和比较处理，实现对脉冲信号的脉宽和幅值或电平状态的同步检测。技术方案是应用多线程技术创建独立辅助线程，循环不间断读取AD卡或数字I/O卡采集的数据，采用软件比较器分析采集数据，应用Win32API接口函数QueryPerformanceFrequency和QueryPerformanceCounter函数，精确记录脉冲信号在上升沿后第一个高电压/高电平采样点和下降沿后第一个低电压/低电平采样点的时间，两个采样点时刻之差即为脉冲信号的脉宽。同时，软件比较器加入了放错机制，只有当高电压/高电平采样点数大于等于4时，才认为存在脉冲信号，有效防止因干扰导致抖动而出现错误检测情况。该方法实现了对脉冲信号的脉宽和幅值/电平的同步检测，能够检测通道数取决于含较多通道数的AD卡或数字I/O卡。此外，本方法亦可实现利用多块不同类型采集卡检测含通道数较多且不同类型脉冲信号的特性，可以采用创建多个辅助线程保证检测精度。

AD卡或数字IO卡和软件结合方式是利用AD卡或数字IO卡采集脉冲信号的幅值或电平状态，采用软件比较器处理采集数据的方法计算出脉冲信号的脉宽，具有低成本和通道数较多的优点，可实现低成本硬件和高效资源利用率的脉冲信号特性检测方法，在脉宽检测精度要求不高的情况下是一种很好的检测方法。

现有定时/计数器卡通道数较少，一般通道数为8左右，而本发明AD卡或数字IO卡通道数可达到30以上，精度达到1-2ms，亦可以同时用多块卡实现更多通道，但通道数与检测精度成反比，可以同步测量出脉冲信号时间、脉宽、幅值或电平。

附图说明

图1为脉冲信号脉宽和幅值或电平状态检测方法原理图；

图2为基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法整体流程图；

图3为基于AD采集卡脉冲信号脉宽和幅值检测具体流程图；

图4为基于数字I/O卡脉冲信号脉宽和电平状态检测具体流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法具体过程为：

步骤一、开始，基于VC环境利用多线程技术创建并启动独立辅助线程；

步骤二、在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡或数字IO卡采集的数据；

步骤三、采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；

步骤四、在独立辅助线程中Sleep函数休眠1ms，执行步骤三；

步骤五、基于Windows系统函数计算出脉冲信号的脉宽和电平、脉冲信号的脉宽和幅值或脉冲信号的脉宽、电平和幅值，执行步骤六；

步骤六、基于自定义消息将脉冲信号的脉宽、电平或幅值发送至主线程，判断所有采集的数据是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行步骤四。

图1为脉冲信号脉宽和幅值或电平状态检测方法原理图。原理是精确检测脉冲信号在上升沿后第一个高电压/高电平采样点和下降沿后第一个低电压/低电平采样点的时间，脉宽为两采样点差值，幅值为脉冲信号在高电压时的电压值，电平状态为高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤三中采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；具体过程为：

1)、开始，定义在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡采集的数据中高电压(例如，硬件采集脉冲信号，有脉冲信号时为10V，没有脉冲信号时为0V，则低电压为0V，高电压为10V；)采样点计数变量N＝0；

2)、判断在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡采集的数据中电压是否大于等于阈值，如果是，执行3)；如果否，执行7)；

所述采集的数据中电压包括采集的数据中高电压和采集的数据中低电压；

所述阈值取高电压和低电压平均值/中间值左右；

3)、计数变量为N+1，判断N是否等于1，如果是，执行4)；如果否，执行5)；

4)、该采样点是脉冲信号上升沿后第一个高电压采样点，存储当前时间T1，执行2)；

5)、判断N是否等于A，如果是，执行6)；如果否，执行2)；

所述A取值为大于2的正整数；A取值为4，所测脉冲信号的脉宽为1s；图3的部分程序为：

6)、存储当前电压值V1作为脉冲信号高电压值，执行2)；

7)、判断N是否大于A，如果是，执行8)；如果否，则N＝0，执行2)；

8)、该采样点是脉冲信号下升沿后第一个低电压采样点，计数变量N置0，存储当前时间T2，计算脉宽T，脉宽T＝T2-T1，脉冲信号幅值为脉冲信号高电压值V1，脉宽为T2-T1，判断所有采样点是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行2)。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤三中采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；具体过程为：

1)、开始，定义数字IO卡采集的数据中高电平采样点计数变量N＝0；

2)、判断数字IO卡采集的数据中电平是否为高电平(例如，高电平为1，低电平为0；)，如果是，执行3)；如果否，执行5)；

3)、计数变量为N+1，判断N是否等于1，如果是，执行4)；如果否，执行2)；

4)、该采样点是脉冲信号上升沿后第一个高电平采样点，存储当前时间T1，执行2)；

5)、判断N是否大于A，如果是，执行6)；如果否，则N＝0，执行2)；

所述A取值为大于2的正数；A取值为4，所测脉冲信号的脉宽为80ms；图4的部分程序为：

6)、该采样点是脉冲信号下升沿后第一个低电平采样点，计数变量N置0，防止出现累积计算脉宽，存储当前时间T2，计算脉宽T，脉宽T＝T2-T1，电平状态为高，判断所有采样点是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行2)。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述Windows系统函数为QueryPerformanceFrequency和QueryPerformanceCounter函数，精确记录脉冲信号在上升沿后第一个高电压/高电平采样点和脉冲信号在下升沿后第一个低电压/低电平采样点的时间，两个采样点时刻之差即为脉冲信号的脉宽。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤三中采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号；具体过程为：

软件比较器为阈值比较器，采集的数据大于等于阈值时，则为高电压/高电平，小于阈值则为低电压/低电平；阈值为0或1；

当采集的数据中有四个及四个以上的高电压或高电平时，则存在脉冲信号。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法具体为：

图2为基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法整体流程图。整个检测过程主要分为三个阶段，即数据采集，比较处理、计算和结果后处理。数据采集是在硬件初始化基础上，包括设置采集通道数和采样频率等，创建并启动辅助线程，循环读取全部采集通道数的采集数据。比较处理是定义合理的阈值，与全部采集数据逐一进行比较，精确记录脉冲信号在上升沿后第一个高电压/高电平采样点和下降沿后第一个低电压/电平采样点的时间，并计算出该脉冲信号脉宽。当需要检测脉冲信号的幅值时，以上升沿后第五个采样点的电压作为脉冲信号的幅值。结果后处理是利用自定义消息将辅助线程的检测结果发送到主线程，便于用户对检测结果的后续处理，同时，为了防止CPU使用率过高，每循环一次都要休眠1ms。

图3为基于AD采集卡脉冲信号脉宽和幅值检测具体流程图。在辅助线程启动后，首先将AD采集卡的采集数据与设定阈值进行比较。当采集数据大于设定阈值时，认为可能存在脉冲信号，计数变量N+1，先通过N是否为1判断是否为上升沿后第一个高电压采样点，如果N等于1，认为该采样点是上升沿后第一个高电压采样点，记下当前时间为T1，并继续判断下一个采样点。如果不等于1，再判断N是否等于5，如果N等于5，记下当前电压值V1作为脉冲信号高电压值，并继续判断下一个采样点。

如果采集数据小于设定阈值时，判断是否为下降沿后第一个低电压采样点。为了防止存在抖动情况，加入了防错机制。如果N小于5，认为检测到的脉冲信号为干扰。如果N大于5，认为该采样点是下升沿后第一个低电压采样点，先将N置0，防止出现累积计算脉宽，然后记下当前时间为T2，并计算脉宽为T2-T1，则脉冲信号的脉宽为(T2-T1)、幅值为V1，然后判断下一个采样点或结束。

图4为基于数字I/O卡脉冲信号脉宽和电平状态检测具体流程图，其检测流程与图3类似，只是判断条件由是否大于阈值变成了是否为高电平，显示幅值和脉宽变成显示电平和脉宽。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法，其特征在于：基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法具体过程为：

步骤一、开始，基于VC环境利用多线程技术创建并启动独立辅助线程；

步骤二、在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡或数字IO卡采集的数据；

步骤三、采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；

步骤四、在独立辅助线程中Sleep函数休眠1ms，执行步骤三；

步骤五、基于Windows系统函数计算出脉冲信号的脉宽和电平、脉冲信号的脉宽和幅值或脉冲信号的脉宽、电平和幅值，执行步骤六；

步骤六、基于自定义消息将脉冲信号的脉宽、电平或幅值发送至主线程，判断所有采集的数据是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行步骤四。

2.根据权利要求1所述基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法，其特征在于：所述步骤三中采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；具体过程为：

1)、开始，定义在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡采集的数据中高电压采样点计数变量N＝0；

2)、判断在独立辅助线程中循环不间断读取AD卡采集的数据中电压是否大于等于阈值，如果是，执行3)；如果否，执行7)；

所述采集的数据中电压包括采集的数据中高电压和采集的数据中低电压；

所述阈值取高电压和低电压平均值/中间值；

3)、计数变量为N+1，判断N是否等于1，如果是，执行4)；如果否，执行5)；

4)、该采样点是脉冲信号上升沿后第一个高电压采样点，存储当前时间T1，执行2)；

5)、判断N是否等于A，如果是，执行6)；如果否，执行2)；

所述A取值为大于2的正整数；

6)、存储当前电压值V1作为脉冲信号高电压值，执行2)；

7)、判断N是否大于A，如果是，执行8)；如果否，则N＝0，执行2)；

8)、该采样点是脉冲信号下升沿后第一个低电压采样点，计数变量N置0，存储当前时间T2，计算脉宽T，脉宽T＝T2-T1，脉冲信号幅值为脉冲信号高电压值V1，脉宽为T2-T1，判断所有采样点是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行2)。

3.根据权利要求2所述基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法，其特征在于：所述步骤三中采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号，如果存在脉冲信号，执行步骤五；如果不存在脉冲信号，执行步骤四；具体过程为：

1)、开始，定义数字IO卡采集的数据中高电平采样点计数变量N＝0；

2)、判断数字IO卡采集的数据中电平是否为高电平，如果是，执行3)；如果否，执行5)；

3)、计数变量为N+1，判断N是否等于1，如果是，执行4)；如果否，执行2)；

4)、该采样点是脉冲信号上升沿后第一个高电平采样点，存储当前时间T1，执行2)；

5)、判断N是否大于A，如果是，执行6)；如果否，则N＝0，执行2)；

6)、该采样点是脉冲信号下升沿后第一个低电平采样点，计数变量N置0，存储当前时间T2，计算脉宽T，脉宽T＝T2-T1，电平状态为高，判断所有采样点是否检测完，如果检测完，则结束；如果没检测完，执行2)。

4.根据权利要求3所述基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法，其特征在于：所述Windows系统函数为QueryPerformanceFrequency和QueryPerformanceCounter函数，记录脉冲信号在上升沿后第一个高电压/高电平采样点和脉冲信号在下升沿后第一个低电压/低电平采样点的时间，两个采样点时刻之差即为脉冲信号的脉宽。

5.根据权利要求4所述基于Windows系统函数和多线程技术的脉冲信号检测方法，其特征在于：所述步骤三中采用软件比较器判断采集的数据是否存在脉冲信号；具体过程为：

软件比较器为阈值比较器，采集的数据大于等于阈值时，则为高电压/高电平，小于阈值则为低电压/低电平；

当采集的数据中有四个及四个以上的高电压或高电平时，则存在脉冲信号。