DE4119378C1 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterbildung des
Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahrens nach dem Deutschen
Patent 40 36 107 (Hauptpatent)
Allgemein befaßt sich die Erfindung mit einem Telemetrie-
Meßverfahren für ein Telemetrie-System, das unter anderem
die Periodendauer eines von einem Sensor erzeugten Signales
ermittelt und an einen Telemetrie-Empfänger überträgt.
Es ist bereits ein Periodendauer-Meßverfahren für ein Telemetrie-
System bekannt, bei dem mittels eines Mikroprozessors
eine Periodendauer eines zu messenden Signales dadurch gemessen
wird, daß zwischen zwei Flanken gleicher Richtung des
zu messenden Signales ein Zähler mittels eines Taktsignales
hochgezählt wird. Der Zählerstand, der der Periodendauer
entspricht, wird anschließend übertragen. Gleichfalls ist es
bekannt, bei einem derartigen System im Falle von relativ
hochfrequenten, zu messenden Signalen die Takte zu zählen,
die während einer festen Anzahl von Perioden des zu messenden
Signales dem Zähler zugeführt werden. Die Anzahl der
gemessenen Periodendauern des zu messenden Signales wird bei
diesem System derart festgelegt, daß während der Anzahl der
Meßperioden bei der untersten zu messenden Frequenz der
maximale Zählerstand des Zählers gerade erreicht wird. Mit
steigender Frequenz des zu messenden Signales nimmt die Meßzeit
ab, so daß nötigerweise auch die erzielbare Auflösung
mit ansteigender Frequenz abnimmt.
Bei Periodendauer-Meßgeräten oder Frequenz-Meßgeräten für
den Laborbereich ist es bekannt, eine automatische Frequenzmeßbereicheinstellung
des mikroprozessorgesteuerten Meßgerätes
dadurch herbeizuführen, daß dieses die Periodendauermessung
zunächst ausgehend von einer Anzahl von Meßperioden,
die dem Meßsignal mit der niedrigsten meßbaren Frequenz entsprechen,
durchführt. Wenn hierbei ein Zählerüberlauf stattfindet,
wird die Anzahl der Meßperioden um den Faktor 1000
verringert, woraufhin ein erneutes Hochzählen des Zählers
stattfindet. Sollte wiederum ein Überlauf stattfinden, wird
erneut eine Verringerung der Anzahl der Meßperioden um den
Faktor 1000 vorgenommen, bis schließlich auch ein sehr hochfrequentes
Signal ohne Zählerüberlauf bezüglich seiner
Periodendauer gemessen werden kann.
Ebenfalls ist es bei derartigen Vielfach-Meßgeräten bekannt,
im Falle eines Zählerüberlaufs von einer Periodendauermessung
auf eine Frequenzmessung des zu messenden Signales umzuschalten.
Ein derartiges Meßverfahren erfordert jedoch
eine Grundeinstellzeit für das Meßgerät, die davon abhängt,
welche Frequenz das zu messende Signal hat. Da innerhalb
eines Telemetrie-Meßverfahrens nur ein bestimmtes, unveränderliches
zeitliches Fenster für das Messen und Übertragen
von Meßdaten für jeweils einen Sensor zur Verfügung steht,
kommt das soeben geschilderte, bei Vielfach-Meßgeräten im
Labor eingesetzte Meßverfahren für den Bereich der Telemetrie-
Meßtechnik nicht in Betracht.
Ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik zielt der
Gegenstand des Deutschen Patents 40 36 107
darauf ab, ein Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ohne Erhöhung
des schaltungstechnischen Aufwandes für das Telemetrie-Meßsystem,
mit dem das Meßverfahren ausführbar ist, eine erhöhte
Meßauflösung erreicht wird. Dies wird bei dem Gegenstand
des genannten Hauptpatents durch ein Telemetrie-Periodendauer-
Meßverfahren erreicht, das folgende Verfahrensschritte
hat: Zählen von Taktimpulsen über wenigstens eine halbe
Periodendauer eines Meßsignales mittels eines Zählers zur
Ermittlung eines die ungefähre Periodendauer des
Meßsignales anzeigenden Periodendauer-Zählerstandes,
Auslesen einer einem Periodendauerbereich, in den der
Periodendauer-Zählerstand fällt, zugeordneten
Meßperiodenanzahl aus einer Tabelle mittels des
Periodendauer-Zählerstandes, wobei die Meßperiodenanzahl so
gewählt ist, daß die Zählung der Taktpulse mittels des
Zählers auch bei der längsten Periodendauer dieses Periodendauerbereiches
gerade noch nicht zu einem Zählerüberlauf
führt, Zählen der Taktimpulse über die
Meßperiodenanzahl von Perioden des Meßsignales, und
Übertragen des Zählerstandes und einer die Meßperiodenzahl
darstellenden Information zu einem Telemetrie-Empfänger.
Bei dem Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren gemäß dem
Hauptpatent wird der Zähler nach der Messung der Dauer
der ersten Periode, die auf die Synchronisation auf die
erste Flanke des Meßsignales folgt, angehalten. Mit diesem
Wert wird ein Tabellenauslesen zum Ermitteln der ungefähren
Periodenanzahl durchgeführt. Erst dann wird der Zähler erneut
gestartet. Zwischen dem Anhalten und dem erneuten Starten
des Zählers bleibt eine Zeitdauer für die Messung ungenutzt,
die zumindest einer Periode entspricht. Da die Gesamtmeßzeit
bei dem Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren begrenzt ist,
führt das zwischenzeitliche Anhalten des Zählers insbesondere
bei der Periodendauermessung bei niedrigen Frequenzen
zu einem Genauigkeitsverlust.
Aus der DE 38 11 735 A1 ist ein Frequenzmeßverfahren bekannt,
bei dem eine Programmsteuerung zunächst eine Frequenzmessung
nach einem ersten Teilverfahren durchführt, bei
dem Taktimpuls des Signals während einer Periode gezählt werden,
woraufhin in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die
Taktpulse über mehrere Perioden des Signals gezählt oder
Pulse des zu messenden Signals während einer vorgegebenen
Torzeit gezählt werden.
Aus der US 41 07 600 ist ein Meßverfahren bekannt, bei dem
die Taktrate eines Taktsignales als Funktion der Frequenz
des Meßsignales gewählt wird, indem zunächst eine halbe
Periodendauer des Meßsignales mit einer festen Taktrate gezählt
wird und in Abhängigkeit von dem Meßergebnis die neue
Taktrate festgelegt wird.
Aus der US 47 60 536 ist ein Frequenz- und Periodendauermeßgerät
bekannt, bei dem aufeinanderfolgende Perioden des
zu messenden Signales jeweils von Taktimpulsen mit schrittweise
heruntergeteilter Taktfrequenz ausgezählt werden.
Aus der US 45 17 684 ist es bekannt, bei einem Frequenzmeßgerät
einen Speicher einzusetzen, der über eine geeignete
Speicheradressierung die Zahlenwerte für die Frequenz und
die Periodendauer verknüpft. Hierdurch soll der Einsatz
eines Rechners zur Verknüpfung dieser Größen vermieden werden.
Aus der 32 34 575 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in
einem gegebenen Zeitintervall Eingangsimpulse und Taktimpulse
gezählt werden und aus den beiden Zählergebnissen
der Meßwert berechnet wird. Es werden Interruptroutinen
eingesetzt. Bei einer Ausführungsform werden zwei Zählerpaare
abwechselnd eingesetzt, wodurch größere Meßpausen
vermieden werden.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
das Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren nach dem Deutschen
Patent 40 36 107 so weiterzubilden, daß eine
erhöhte Meßgenauigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren
gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Im Gegensatz zu dem Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren
gemäß der Hauptanmeldung wird der Zähler nach der ersten Periodendauer
nicht angehalten, sondern es wird nur der Zählerwert
gespeichert. Der Zähler läuft damit während der folgenden
Verfahrensschritte, die den Zugriff auf die Tabelle
umfassen, weiter und registriert somit zumindest auch eine
zweite Periode.
Gemäß einem weiterführenden Aspekt kann ein
Zähler mit einer Wortlänge von 16 Bit eingesetzt werden. Um
den Zählerstand eines derartigen 16-Bit-Zählers bei einem
laufenden Zähler zu speichern, würde man üblicherweise einen
16-Bit-"Move"-Befehl benötigen. Es wird jedoch auch eine
Abspeicherung des Zählerstandes mittels solcher Prozessoren ermöglicht,
bei denen nur 8-Bit-Befehle zur Verfügung stehen. Dies ist
bei den meisten Prozessoren der Fall und trifft insbesondere
auf die üblichen Prozessoren der 8051-Prozessorfamilie zu.
Es wird der Zählerstand nacheinander für
eine höherwertige und eine niedrigwertige Bitgruppe des
Zählers gespeichert. Würde dies bei einem laufendem Zähler
erfolgen, könnte es zur Abspeicherung eines falschen 16-Bit-
Zählerstandes kommen, da zwischen der Abspeicherung der höherwertigen
Bitgruppe und der Abspeicherung der niedrigerwertigen
Bitgruppe ein Übertrag vom 8. Bit zum 9. Bit des
Zählers auftreten kann. Daher wird für die Zählerstandabfrage
der Zähler kurz angehalten und kurz darauf wieder gestartet.
Gemäß einem ergänzenden Aspekt wird die Dauer der
Unterbrechung des Zählverlaufs dadurch berücksichtigt, daß
der aktuelle Zählerstand um eine entsprechende Anzahl von
Zählerständen erhöht wird, welche der verstrichenen Zeit der
Unterbrechung entsprechen.
Die genannten Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
definiert.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahrens näher erläutert.
Es zeigt:
Die einzige Figur
ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahrens.
Ein 1. Verfahrensschritt 1 bilden den Start des
Meßverfahrens. Bei einem nach dem
Verfahren arbeitenden Programm kann es sich um ein Unterprogramm
zur Steuerung eines Mikroprozessors eines Telemetrie-
Meßsystemes handeln, das in sich zyklisch wiederholender
Weise mit einer Zyklusdauer von beispielsweise 80 ms mit
einer Mehrzahl von Unterprogrammen in zeitmultiplexer Art
die Ausgangssignale von mehreren Telemetrie-Sensoren verarbeitet
und an einen Telemetrie-Empfänger überträgt.
In diesem Fall ist der 1. Verfahrensschritt 1 derjenige Programmschritt,
mit dessen Ausführung der Mikroprozessor des
Telemetrie-Meßsystemes beginnt, wenn das Zeitfenster für die
Verarbeitung und Übertragung der Ausgangsgröße eines Sensors
mit einem Frequenzausgangssignal erreicht ist, wobei diese
Ausgangsgröße mittels des Periodendauer-
Meßverfahrens erfaßt werden soll.
In einem 2. Verfahrensschritt 2 wird ein Zähler mit einem
Startwert geladen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
beträgt der Startwert 7800 H. Dieser Startwert des Zählers
ist derart gewählt, daß bei Heraufzählen des Zählers mit
einem Taktsignal, welches von einem CPU-Takt abgeleitet ist,
über eine Periode eines Meßsignales mit der niedrigsten zu
erfassenden Frequenz gerade noch kein Zählerüberlauf stattfindet.
Im Verfahrensschritt 3 wird der Zähler gestartet, woraufhin
der Startwert mit jedem Taktimpuls inkrementiert wird.
Im Verfahrensschritt 4 wird überprüft, ob ein Zählerüberlauf
stattgefunden hat. Falls dies der Fall ist, kann bereits
jetzt das zu prüfende Meßsignal als zu niederfrequent für
eine Auswertung mittels des Meßverfahrens
eingestuft werden, so daß die Messung als ungünstig zu definieren
ist. In diesem Fall geht das Programm zu dem später
zu erläuternden Verfahrensschritt 6.
In dem anschließenden Verfahrensschritt 5 wird überprüft, ob
eine das Ende einer Periode des Meßsignals anzeigende Signalflanke
aufgetreten ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
spricht der Mikroprozessor auf fallende Flanken des
zu messenden Signales an und erzeugt bei Auftreten einer
fallenden Flanke ein Interrupt. Solange keine Signalflanke
auftritt, bleibt der Mikroprozessor in einer Warteschleife,
bei der er zu dem Programmschritt 4 zurückkehrt.
Im Falle des Zählerüberlaufs, der bei der Prüfung gemäß Verfahrensschritt
4 erfaßt wird, wird der Zählerstand bei einem
6. Verfahrensschritt 6 auf Null gesetzt, woraufhin das Programm
zu dem später zu erläuternden Verfahrensschritt 19
springt, der die Übertragung des Zählerstandes cnt und der
codierten Periodenzahl ldn dient. Mit dem nachfolgenden Verfahrensschritt
20 ist in diesem Fall der Meßzyklus beendet.
Die Verfahrensschritte 4 und 5 dienen einerseits dazu, daß
zum Zwecke der Synchronisation des Startes der Periodendauermessung
auf die jeweils nächste fallende Flanke gewartet
wird, und daß andererseits bei zu niederfrequenten Signalen
eine diesen Umstand anzeigende Fehlermeldung, bei beispielsweise
in der Information cnt=0 bestehen kann, zu dem
Empfänger des Telemetrie-Systems übertragen werden kann.
Bei zu niedriger Signalfrequenz kann schon bei der Synchronisation
auf den Meßbeginn bei den Verfahrensschritt 4 und
5 die zu Verfügung stehende Zeit für einen Meßzyklus überschritten
werden. Der Startwert des Zählers, der bei dem bereits
erläuterten Verfahrensschritt 3 und dem noch zu erläuternden
Verfahrensschritt 9 gewählt wird, ist derart bemessen,
daß die Zeit bis zu dem Zählerüberlauf gerade die Messung
der längst möglichen Periodendauer des Meßsignales erlaubt.
Bei der Konfiguration nach dem Ausführungsbeispiel beträgt
der Startwert 7800 H, so daß bis zu dem Überlauf des Zählers,
der dem Zählerstand FFFFH nach 0000 H entspricht, die
Zeit von 8800 H - Zählerständen vergeht. Dies entspricht
einer Zeitdauer von 40,8 ms und somit einer niedrigsten
Meßfrequenz von 24,5 Hz.
Während der noch unter Bezugnahme auf die Verfahrensschritte
ab dem 9. Verfahrensschritt zu erläuternden Messung der ersten
Periodendauer gilt dasselbe Zeitlimit. Auch in diesem
Fall muß der Zähler in einem 9. Verfahrensschritt 9 auf den
erläuterten Startwert gesetzt werden.
Im ungünstigsten Fall, der dem Meßbeginn unmittelbar nach
Auftreten einer fallenden Flanke entspricht, muß also 40,8
auf die erste fallende Flanke gewartet werden. Die darauffolgende
Messung einer Periodendauer erfordert dieselbe
Zeit. Die sich daraus ergebende maximale Zeit für die Periodendauermessung
beträgt 81,6 ms. Wenn ein Signal mit längerer
Periodendauer anliegt, führt das entweder bei dem bereits
unter Bezugnahme auf die Schritte 4 und 5 erläuterten
Warten auf die erste Flanke oder bei dem nun zu erläuternden
Warten auf die zweite Flanke zu einem Zählerüberlauf, der zu
einer Beendigung des Meßprogrammes durch einen Sprung zu dem
Verfahrensschritt 19 führt.
Der Verfahrensschritt 6 bewirkt also, daß im Falle eines
Zählerüberlaufs, welcher bei dem Prüfschritt 4 erfaßt wird,
nicht das Auftreten der nächstfolgenden Signalflanke abgewartet
wird, da ansonsten die zulässige Meßzeit überschritten
werden könnte.
Wie erwähnt, wird im 9. Schritt 9 der Zähler mit einem
Startwert vorbelegt, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
den Wert 7800 H hat.
Die Verfahrensschritte 10 und 11 entsprechen identisch den
Verfahrensschritt 4 und 5, wobei auch hier die Feststellung
des Überlaufes bei dem 10. Verfahrensschritt 10 zu
einem Sprung zu dem 6. Verfahrensschritt 6 führt.
Nach Erfassen der Signalflanke im 11. Verfahrensschritt 11
aufgrund des hierbei auftretenden Interrupt-Ereignisses wird
in einem 12. Verfahrensschritt 12 der Zähler angehalten. Das
Anhalten des Zählers bei diesem Verfahrensschritt ermöglicht
es, die nachfolgend erläuterte Manipulation eines 16-Bit-
Zählers mit 8-Bit-Befehlen durchzuführen, wie sie bei Prozessoren
aus der 8051-Familie zur Verfügung stehen. Würde
man nämlich bei einem laufenden 16-Bit-Zähler Manipulationen
mit 8-Bit-Befehlen durchführen, so könnte zwischen der Manipulation
einer niederwertigen Bitgruppe des Zählers und der
Manipulation
einer höherwertigen Bitgruppe des Zählers ein
Übertrag stattfinden, der zu einem Fehler führen würde. Diese
Problematik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch
ausgeräumt, daß vor jeder der nachfolgend erläuterten
Manipulationen des 16-Bit-Zählers selbiger angehalten wird,
wie dies auch bei dem 12. Verfahrensschritt 12 der Fall ist.
Bei dem darauffolgenden 13. Verfahrensschritt wird der Zählerstand
um den Startwert vermindert und als Eingangszählerstand
cnt1 abgespeichert. Wie erwähnt, erfolgt diese Abspeicherung
dadurch, daß bei angehaltenem Zähler nacheinander
das niederwertige Byte und sodann das höherwertige Byte unter
der Adresse cnt1 abgespeichert werden.
Bei dem 14. Verfahrensschritt 14 wird der Zähler auf einen
weiteren Startwert (Startwert *) gesetzt, der hier den Wert
15 hat. Diese Vorbesetzung des Zählers mit einem Startwert
von 15 Zählerständen anstelle des Rücksetzens des Zählers
auf den Wert Null hat folgenden Hintergrund. Die während der
Dauer der Unterbrechung des Zählers verstrichene Zeit muß
berücksichtigt werden. Dies erfolgt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
dadurch, daß der Startwert *, der bei dem
14. Verfahrensschritt 14 abgespeichert wird, die Unterbrechung
während des 12. und 13. Verfahrensschrittes mit 9 Zählerständen
und eine später zu erläuternde Unterbrechung bei
einem 22. und 23. Verfahrensschritt mit 6 Zählerständen berücksichtigt
wird.
Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 15 wird der Zähler
beginnend ab dem genannten Startwert erneut gestartet.
Der bei dem 13. Verfahrensschritt 13 gespeicherte Zählerstand
cnt1 wird für den Zugriff auf eine erste Tabelle während
eines 16. Verfahrensschrittes 16 verwendet. Der ermittelte
Zählerstand cnt1 stellt in erster Näherung der Periodendauer
des zu messenden Signales dar und wird als Eingangsgröße für
das Auslesen der ersten Tabelle verwendet, in der jeweils
vorbestimmten Zählerstandsbereichen jeweils eine bestimmte
Anzahl von Meßperioden n und eine bestimmte Codierung ldn zugeordnet
sind. Die Meßperiodenanzahl n ist hierbei so gewählt,
daß die Zählung der Taktimpulse mittels des Zählers
auch bei der längsten Periodendauer eines zu dem Periodendauerbereich
dieses Wertes n gehörigen Signales gerade noch
nicht zu einem Zählerüberlauf führt.
Die Meßperiodenanzahlen
n sind in einer solchen Staffelung mit der zugehörigen Codierung
ldn in der ersten Tabelle für die jeweiligen Zählerstände
cnt1 abgelegt, das einem bestimmten Zählerstand cnt1
und somit einer bestimmten, bereits ungefährt erfaßten Periodendauer
des Meßsignals jeweils eine solch Meßperiodenanzahl
n zugeordnet ist, daß diese der jeweils nächst kleinere
durch eine Zweierpotenz darstellbare Wert unterhalb desjenigen
Wertes ist, der sich aus dem Zählerstand und somit der
bereits ermittelten ungefähren Periodendauer geteilt durch
die Periodendauer der Taktimpulse sowie geteilt durch den
maximal zulässigen Zählerstand ergibt. Bei einer bevorzugten,
praktisch ausgeführten Ausgestaltung ist der
Meßperiodenanzahl n die Codierung als Logarithmus Dualis ldn
zugeordnet.
Mit anderen Worten sind die Meßperiodenanzahlen n als
Zweierpotenzen mit dem Exponenten ldn festgelegt. Mögliche
Werte der Meßperiodenanzahl n sind daher 1, 2, 4, 8, 16, 32,
64, . . .
Durch diese gestaffelte Zuordnung der Meßperiodenanzahlen zu
der durch die Schritte 1 bis 15 vorab eingestuften ungefähren
Periodendauer ist es möglich, mittels des Taktsignales
den Zähler unabhängig von der Periodendauer des zu messenden
Signales immer bis zu einem relativ hohen Wert hochzuzählen,
bevor das nächste auftretende Interrupt-Signal nach der
letzten Periodendauer den Zähler stoppt. Der hohe Zählerstand
ermöglicht, wie nachfolgend noch verdeutlicht werden
wird, eine Periodendauermessung für jedes Signal unabhängig
von seiner Periodendauer mit einer hohen Auflösung.
Ein besonders wichtiger Aspekt des Telemetrie-
Periodendauer-Meßverfahrens ist nun darin zu sehen, daß
der Zähler in dem 15. Verfahrensschritt 15 bereits vor dem
Verfahrensschritt 16 des Auslesens der ersten Tabelle gestartet
wird uns somit während der Zeitdauer des Tabellenauslesens
läuft. Mit anderen Worten wird bei diesem
Aspekt im Gegensatz zu der Ausgestaltung nach der
Hauptpatentanmeldung der Zähler nicht für den Tabellenzugriff
angehalten, sondern läuft während der Zeitdauer der
Tabellenzugriffs, wodurch wenigstens die Zeit für die Messung
einer Periodendauer des Meßsignales gewonnen wird. Da
die Meßzeit begrenzt ist, führt dies besonders bei der Messung
im Bereich niedriger Frequenzen zu einer Erhöhung der
Meßgenauigkeit.
Nach Durchführung des Tabellenzugriffs im 16. Verfahrensschritt
wird die Meßperiodenanzahl n im 17. Verfahrensschritt
daraufhin überprüft, ob diese gleich 1 ist. Falls
dies der Fall ist, wird der beim 13. Verfahrensschritt abgespeicherte
Eingangszählerstand cnt1 als Zählerstand cnt
übernommen, woraufhin das Verfahren mit den bereits erläuterten
Verfahrensschritten 19 und 20 den Meßzyklus beendet.
Falls die Prüfung beim 17. Verfahrensschritt negativ ist,
wird bei einem 21. Verfahrensschritt 21 überprüft, ob die
Meßperiodenanzahl n kleiner oder gleich 32 ist. Falls die
nicht der Fall ist, wird bei einem 22. Verfahrensschritt 22
der Zähler angehalten und daraufhin der Zählerstand um einen
während des 16. Verfahrensschrittes aus der ersten Tabelle
ausgelesenen Überlaufzählerstand cntov erhöht. Auch diese
Addition erfolgt, wie oben erläutert, mit zwei aufeinanderfolgenden
8-Bit-Additionen einer höherwertigen Bitgruppe des
Überlaufzählerstandes und einer niederwertigen Bitgruppe des
Überlaufzählerstandes cntov zu dem aktuellen Zählerstand
cnt, woraufhin der Zähler bei dem 24. Verfahrensschritt 24
erneut gestartet wird. Dieser Überlaufzählerstand cntov ist
derart bemessen, daß der Zähler kurz vor Erreichen der maximal
zulässigen Meßzeit überläuft und spätestens dann die
Messung beendet. Diese Maßnahme ist für den Fall von schnell
fallenden Meßsignalfrequenzen erforderlich. Würde man nämlich
nicht den Überlaufzählerstand cntov, dessen Wert von
dem Periodendauerbereich abhängt, zu dem momentanen Wert des
Zählerstandes aufaddieren, könnte die Messung über die Meßperiodenanzahl
n, die dudrch Auslesen der ersten Tabelle beim
16. Verfahrensschritt 16 erhalten wird, zu einer Überschreitung
der Meßzeit führen, weil sich während der Meßdauer nach
Auslesen der Tabelle beim 16. Verfahrensschritt 16 die
aktuelle Periodendauer des Meßsignales erhöht hat und nicht
mehr der Vorabschützung entspricht. In einem 25. Verfahrensschritt
25 wird ein Schleifenzähler b mit der um 1 verminderten
Periodendauerzahl n vorbelegt. Bei dem darauffolgenden
Verfahrensschritt 26 wird der Zählerüberlauf geprüft.
Falls dies auftritt, springt das Programm zum 19. Verfahrensschritt
19.
Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt
27 das Auftreten einer Signalflanke des Meßsignals überprüft.
Falls keine Signalflanke auftritt, kehrt das Programm
zum 26. Verfahrensschritt 26 zurück. Falls dies jedoch der
Fall ist, wird der Schleifenzähler beim 28. Verfahrensschritt
28 dekrementiert. Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt
29 wird überprüft, ob der Schleifenzähler b den
Wert Null erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt
das Programm zum 26. Verfahrensschritt 26 zurück. Anderenfalls
wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 30 der
Zähler endgültig gestoppt, woraufhin bei dem 31. Verfahrensschritt
31 der Zählerstand cnt wiederum mittels zweier
8-Bit-Subtraktionen um den Überlaufzählerstand cntov vermindert
wird, um den wahren Meßwert zu erhalten. Mit einem
Sprung zum 19. Verfahrensschritt ist in diesem Fall der Meßzyklus
abgeschlossen.
Wenn die Prüfung bei dem 21. Verfahrensschritt 21 positiv
ausgefallen ist, fährt das Programm mit einem weiteren Prüfungsschritt
33 fort, bei dem überprüft wird, ob die Meßperiodenzahl
n größer oder gleich 512 ist. Fall dies nicht
der Fall ist, ist das Meßsignal als ein Signal eines mittleren
Frequenzbereiches eingestuft. In diesem Fall wird bei
einem 34. Verfahrensschritt 34 die Meßperiodenanzahl n durch
einen Schleifenzählerwert eines noch zu erläuternden inneren
Schleifenzählers geteilt, der im Beispielsfall 32 ist. Bei
dem darauffolgenden Verfahrensschritt 35 wird der Zähler auf
Überlauf hin überprüft. Falls ein Überlauf stattfindet, geht
das Programm zum 19. Verfahrensschritt 19. Anderenfalls wird
beim folgenden Verfahrensschritt 36 überprüft, ob eine Signalflanke
auftritt. Soweit dies nicht der Fall ist, geht das
Programm zum 35. Verfahrensschritt 35 zurück. Bei Auftreten
einer Signalflanke wird der Zählerstand beim nächsten Verfahrensschritt
37 auf Null gesetzt. Die nachfolgend erläuterten
Verfahrensschritte 38 bis 44 bilden einen inneren
Schleifenzähler.
Zunächst wird bei einem 38. Verfahrensschritt 38 der Schleifenzählerstand
auf Null gesetzt, woraufhin bei dem darauffolgenden
Verfahrensschritt 39 überprüft wird, ob ein Zählerüberlauf
stattfindet. Falls dies der Fall ist, geht das
Programm zum 19. Verfahrensschritt 19. Anderenfalls wird
überprüft, ob eine Meßsignalflanke aufgetreten ist. Nach
dieser Überprüfung im Verfahrensschritt 40 kehrt das Programm
zum Verfahrensschritt 39 zurück, falls keine Signalflanke
aufgetreten ist. Bei Auftreten einer Meßsignalflanke
wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 41 der
Schleifenzählerstand inkrementiert.
Bei dem darauffolgenden Schritt 42 wird überprüft, ob der
momentane Schleifenzählerstand den Endwert 32 erreicht hat.
Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 39.
Verfahrensschritt zurück. Anderenfalls wird bei einem 43.
Verfahrensschritt der Meßperiodenzähler dekrementiert. Bei
dem darauffolgenden Verfahrensschritt wird überprüft, ob die
Meßperiodenanzahl n den Wert Null erreicht hat. Falls dies
nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 38. Verfahrensschritt
38 zurück. Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden
Verfahrensschritt 45 der Zähler angehalten und der Zählerinhalt
als Zählerstand cnt abgespeichert, woraufhin das Programm
mit dem 19. Verfahrensschritt 19 weiterarbeitet.
Wie bereits erwähnt, wird bei dem 33. Verfahrensschritt 33
überprüft, ob die Meßperiodenanzahl n größer oder gleich 512
ist. Falls diese Überprüfung zu einem positiven Ergebnis
führt, fährt das Programm mit dem 47. Verfahrensschritt 47
fort, bei dem der Zähler auf Überlauf überprüft wird. Falls ein
Überlauf auftritt, springt das Programm zum Verfahrensschritt
19.
Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt
48 überprüft, ob eine Signalflanke des Meßsignales auftritt.
Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm zum 47.
Verfahrensschritt 47 zurück. Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden
Verfahrensschritt 49 der Zählerstand auf Null
gesetzt, woraufhin bei dem Verfahrensschritt 50 ein Schleifenzählerstand
auf Null gesetzt wird. Die nachfolgend erläuterte
Programmroutine mit den Verfahrensschritten 49 bis
57 dient dazu, für hohe Frequenzen des Meßsignales eine höhere
Genauigkeit bei der Ermittlung der Meßperiodenanzahl zu
erzielen. Mit anderen Worten ist die anfängliche Messung
einer einzigen Periodendauer zur Ermittlung der Meßperiodenanzahl
wegen der bei hohen Frequenzen geringen Zählerstände
mit Unsicherheiten behaftet, denen bei einer anfänglichen
Messung über eine einzige Periodendauer nur dadurch
begegnet werden kann, daß die Tabellenwerte für die Meßperiodenanzahl
die Meßungenauigkeit berücksichtigten. Dies würde
jedoch zu einem Verlust bezüglich der erzielbaren Genauigkeit
führen. Daher wird bei der nachfolgend erläuterten
Programmroutine eine Abschätzung der Periodendauer des Meßsignales
über mehrere Perioden durchgeführt.
Zu diesem Zwecke wird bei dem 50. Verfahrensschritt 50 der
Schleifenzählerstand auf Null gesetzt, woraufhin bei dem 51.
Verfahrensschritt 51 der Zähler auf Überlauf überprüft wird.
Falls ein Überlauf auftritt, springt das Programm zum Verfahrensschritt
19. Anderenfalls wird überprüft, ob eine Signalflanke
des Meßsignals aufgetreten ist. Falls diese Überprüfung
bei dem 52. Verfahrensschritt 52 negativ ist, kehrt
das Programm zum 51. Verfahrensschritt zurück. Anderenfalls
wird ein Schleifenzählerstand bei dem nachfolgenden Verfahrensschritt
53 inkrementiert. Bei dem sich anschließenden
Verfahrensschritt 54 wird überprüft, ob der Schleifenzählerstand
eine Periodenanzahl für die anfängliche Überprüfung
von 20 Perioden erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist,
kehrt die Programmroutine zum 51. Verfahrensschritt zurück.
Anderenfalls wird bei dem darauffolgenden 55. Verfahrensschritt
55 der Zähler angehalten und dessen Wert bei dem
folgenden Verfahrensschritt 56 als Zählerstand cnt1 gespeichert.
Mit diesem wird bei einem 57. Verfahrensschritt 57
auf eine zweite Tabelle zugegriffen, aus der für den hier
vorliegenden Bereich hoher Frequenzen die Anzahl der Meßperioden,
deren Codierung ldn und der Überlaufzählerstand
cntov ausgelesen wird.
Bei dem darauffolgenden Verfahrensschritt 58 wird überprüft,
ob die Codierung ldn größer oder gleich 14 ist. Falls dies
nicht der Fall ist, wird das gemessene Signal dem oberen Bereich
mittlere Frequenzen zugerechnet, so daß das Programm
die Periodendauermessung durch Sprung zu dem 34. Programmschritt
34 durchführt.
Ist die Prüfung bei dem 58. Verfahrensschritt 58 positiv,
bedeutet dies, daß das Meßsignal als höchstfrequentes Meßsignal
eingestuft wird. Für diesen Fall führt das
Verfahren bei den nachfolgenden zu erläuternden
Verfahrensschritten 59 bis 67 keine Periodendauermessung,
sondern eine Frequenzmessung durch.
Die obere Grenzfrequenz der Periodendauermessung ist durch
die Geschwindigkeit des verwendeten Prozessors vorgegeben.
Pro Flanke des Meßsignals muß nämlich ein Interrupt abgearbeitet
werden. Die Periodendauer darf die für die Abarbeitung eines
Interrupts erforderliche Bearbeitungszeit nicht unterschreiten,
da sonst einzelne Flanken nicht registriert werden können.
Hierdurch wäre die obere Grenzfrequenz stark eingeschränkt,
so daß nicht alle bei einem Telemetrie-Meßverfahren
auftretenden Frequenzen abgedeckt werden könnten.
Bei Einsatz des 8051-Mikrocontrollers besteht jedoch die
Möglichkeit, hardwaremäßig Impulse zu zählen. Dabei liegt
die Grenzfrequenz bei einem 24tel der Prozessortaktfrequenz,
weil das Meßsignal mit einem 12tel der Prozessortaktfrequenz
abgetastet wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das realisiert worden
ist, beträgt die Grenzfrequenz der Periodendauermessung
106 kHz, während diejenige der Frequenzmessung bei 426 kHz
liegt.
Die Kombination beider Verfahren
ermöglicht die Messung von Frequenzen zwischen 25 Hz und 426
kHz, wobei in kleinem Fall die maximal zulässige Meßzeit von
80 ms überschritten wird. Die Auflösung der Frequenzmessung
beträgt 13 Bit bei Frequenzen um 100 kHz und steigt bis 15
Bit bei der oberen Grenzfrequenz.
Bei einem auf die Maximalmeßzeit von 160 ms angepaßten Verfahren
ist eine Periodendauermessung zwischen 13 Hz und 106
kHz mit einer Auflösung zwischen 15 und 16 Bit möglich. Die
Frequenzmessung erzielt dabei eine Auflösung von 14 bis 16
Bit bei Signalfrequenzen zwischen 106 kHz und 418 kHz.
Zur Durchführung der Frequenzmessung muß das Meßsignal am
Eingang T0 (Timer 0) des Prozessors (nicht dargestellt) anliegen.
Jede fallende Flanke erhöht dann den Zählerstand des
Timers 0. Als Zeitbasis für die Frequenzmessung muß ein Signal
mit fester Frequenz am Eingang INT1 (Interrupt 1) anliegen.
Das Zählen des Zeitgebers Timer 0 kann durch das Bit
TRO (Timer Run 0) gesteuert werden. Zur Frequenzmessung wird
das Zählen mit diesem Bit für eine bestimmte vorgegebene
Zeit ermöglicht. Diese Zeit wird als entsprechende Anzahl
von Flanken am Eingang INT1 abgezählt.
Bei dem realisierten Ausführungsbeispiel hat die Vergleichsfrequenz
am Eingang INT1 eine Frequenz von 1,25 kHz, welche
der Periodendauer von 800 µs entspricht. Die Messung wird
über 98 derartiger Periodendauern durchgeführt, so daß sich
eine Meßzeit von 78,4 ms ergibt. Damit wird zusammen mit der
bereits erläuterten Vorabmessung die maximale Meßzeit von 80
ms eingehalten.
Wenn, wie erläutert, bei dem 58. Programmschritt das Vorliegen
höchstfrequenter Meßsignale festgestellt wird, wird bei
dem darauffolgenden Verfahrensschritt 59 ein Vergleichsfrequenzpulszähler
mit der Meßperiodenanzahl n geladen.
Daraufhin wird bei dem Verfahrensschritt 60 überprüft, ob
eine Flanke der Vergleichsfrequenz am Eingang INT1 vorliegt.
Falls dies der Fall ist, geht das Programm zum 60. Verfahrensschritt
zurück. Anderenfalls wird der Zähler, der nun
als Signalflankenzähler dient, bei dem darauffolgenden
Schritt 61 auf Null gesetzt. Falls bei dem darauffolgenden
Verfahrensschritt 62 das Auftreten einer Signalflanke erfaßt
wird, wird bei dem 63. Verfahrensschritt 63 der Zähler inkrementiert.
Anderenfalls geht das Programm direkt zu dem
darauffolgenden Verfahrensschritt 64, bei dem überprüft
wird, ob eine Flanke der Vergleichsfrequenz vorliegt.
Falls dies der Fall ist, wird bei dem 65. Verfahrensschritt
65 der Vergleichsfrequenzpulszähler b dekrementiert. Anderenfalls
wird dieser Programmschritt übersprungen, woraufhin
das Programm bei dem 66. Programmschritt 66 überprüft, ob
der Vergleichsfrequenzpulszähler b mittlerweile den Zählwert
Null erreicht hat. Falls dies nicht der Fall ist, geht das
Verfahren zu dem 62. Schritt zurück. Anderenfalls wird der
momentane Zählerstand bei dem darauffolgenden Programmschritt
67 als Zählerstand "cnt" abgespeichert, woraufhin
die Übertragung des Zählerstandes "cnt" sowie der codierten
Periodenanzahl "ldn" bei dem 19. Verfahrensschritt erfolgt,
bevor das Verfahren bei dem 20. Verfahrensschritt beendet
wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden folgende Daten
zwischen dem Telemetriesender und dem Telemetriempfänger
übertragen:
Einerseits Zählerstand cnt als 16-Bit-Wort und andererseits
die Codierung der Periodenzahl ldn als 4-Bit-Wort.
Bekannt ist die Prozessortaktfrequenz fcpu von 10,24 MHz.
Auf Seiten des Telemetrieempfängers müssen für die Berechnung
der Signalfrequenz zwei Fälle unterschieden werden:
Einerseits der Fall der Periodendauermessung, der bei dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegt, wenn die Codierung
ldn im Wertebereich zwischen 0 und 13 liegt. Da mit ldn der
Zweierlogarithmus der Periodenzahl übertragen wird, wird die
Periodenzahl folgendermaßen ermittelt: n=2ldn.
In diesem Fall berechnet sich die Frequenz f folgendermaßen:
Falls die Codierung ldn den Wert 14 oder 15 hat, sagt dies
aus, daß eine Frequenzmessung durchgeführt worden ist. Die
Periodenzahl n beträgt in diesem Fall 98 bei einem Wert von
ldn=14 bzw. 196 bei einem Wert von ldn=15. Die Frequenz
berechnet sich sodann folgendermaßen:
Eine ungültige Messung wird als cnt=0 codiert. Das Unterschreiten
der unteren Grenzfrequenz wird als ldn=0 codiert.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die angegebenen
Zahlenwerte lediglich der Erläuterung einer Fallunterscheidung
dienen und somit vom Anwendungsfall abhängen.
Claims (3)
1. Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren mit folgenden
Verfahrensschritten:
- 1.1 Zählen von Taktimpulsen über wenigstens eine halbe Periodendauer eines Meßsignales mittels eines Zählers zur Ermittlung eines die ungefähre Periodendauer des Meßsignales anzeigenden Periodendauer-Zählerstandes,
- 1.4 Auslesen einer einem Periodendauerbereich, in den der Periodendauer-Zählerstand fällt, zugeordneten Meßperiodenanzahl (n) aus einer Tabelle mittels des Periodendauer-Zählerstandes, wobei die Meßperiodenanzahl so gewählt ist, daß die Zählung der Taktimpulse mittels des Zählers auch bei der längsten Periodendauer dieses Periodendauerbereiches gerade noch nicht zu einem Zählerüberlauf führt,
- 1.5 Zählen der Taktimpulse über die Meßperiodenanzahl (n) von Perioden des Meßsignales, und
- 1.6 Übertragen des Zählerstandes (cnt) und einer die Meßperiodenanzahl (n) darstellenden Information (ldn) zu einem Telemetrie-Empfänger, nach Patent 40 36 107,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- 1.2 Speichern (13, cnt1) des Zählerstandes nach dem Verfahrensschritt 1.1 bei Auftreten (11) einer Signalflanke des Meßsignales; und
- 1.3 Rücksetzen (14) und erneutes Starten (15) des Zählers vor dem Verfahrensschritt 1.4, woraufhin der Zähler bereits während dieses Verfahrensschrittes 1.4 Taktimpulse zählt und diese Zählung bei dem Verfahrensschritt 1.5 nutzbar ist.
2. Telemetrie-Periodendauer-Meßverfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt 1.2 folgende Verfahrensschritte
umfaßt:
- 1.21 Anhalten (12) des Zählers bei Auftreten (11 der Signalflanke des Meßsignales;
- 1.22 Speichern (13, cnt) einer höherwertigen Bitgruppe des Zählerstandes mit einer durch den verwendeten Rechner verarbeitbaren Wortlänge;
- 1.23 Speichern (13, cnt) einer verbleibenden niedrigwertigen Bitgruppe des Zählerstandes mit einer durch den verwendeten Rechner verarbeitbaren Wortlänge;
- 1.24 Setzen (14) des Zählers auf einen Startwert, der der Dauer des Anhaltens des Zählers entspricht; und
- 1.25 Starten (15) des Zählers.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914119378 DE4119378C1 (de) | 1990-11-13 | 1991-06-12 | |
AT91115304T ATE122479T1 (de) | 1990-11-13 | 1991-09-10 | Telemetrie-periodendauer-messverfahren. |
DE59105434T DE59105434D1 (de) | 1990-11-13 | 1991-09-10 | Telemetrie-Periodendauer-Messverfahren. |
EP91115304A EP0485705B1 (de) | 1990-11-13 | 1991-09-10 | Telemetrie-Periodendauer-Messverfahren |
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DE19914119378 DE4119378C1 (de) | 1990-11-13 | 1991-06-12 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4119378C1 true DE4119378C1 (de) | 1992-10-01 |
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ID=25898456
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914119378 Expired - Lifetime DE4119378C1 (de) | 1990-11-13 | 1991-06-12 |
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Country | Link |
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DE (1) | DE4119378C1 (de) |
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US4760536A (en) * | 1985-12-06 | 1988-07-26 | Curtis Jerald C | Autoranging frequency sensor |
DE3811735A1 (de) * | 1988-04-08 | 1989-10-19 | Vdo Schindling | Verfahren zur frequenzmessung |
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1991
- 1991-06-12 DE DE19914119378 patent/DE4119378C1/de not_active Expired - Lifetime
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