专利名称：一种频率测量方法和装置的制作方法
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，通常釆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。釆用该方法时，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。还有一种方法釆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；当釆样完成时，根据当前中断次数获取要求釆样次数；根据 定时中断次数和定时器时间，获取采样时间；根据所述要求釆样次数 和釆样时间，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O;将定时中断次数设置为0;将 定时器时间设置为o;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，还包括确定釆样完成的步骤， 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，则确定釆样完成。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釆样次数的步骤，所述步骤包括由所述频率 值除以软分频值所得的值，再加l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 釆样次数的上限，如果是，则设置所述下次测量的要求釆样次数等于 所述要求釆样次数的上限。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；要求釆样次数获取单元，用于当采样完成时，根据当前中 断次数获取要求釆样次数；釆样时间获取单元，用于根据定时中断次 数和定时器时间，获取釆样时间；频率值获取单元，用于根据所述要 求釆样次数和釆样时间，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釆样次数获取单元，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釆样时由被测信号触发中断，当釆样完成后，根据当 前中断次数和釆样时间，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。
图l是本发明实施例的图2是本发明实施例的 图3是本发明实施例的 图4是本发明实施例的具体实施方式
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。一种频率测量方法的流程图; 一种主程序的流程图； 一种外部中断程序的流程图; 一种定时中断程序的流程图。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l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TO做定时器。参照图1,本实施例 包括以下步骤 -步骤sl01，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O;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sl02,从外部中断I/0 口接收被测信号，所述被测信号的边沿触发中断。步骤s103，判断釆样是否完成，如果是，则转步骤sl04，否则 转步骤sl08。所述判断釆样是否完成具体为首先判断当前中断次数是否大于 或等于要求釆样次数，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釆样次数，如果否，则确定采样完成。步骤sl04，根据当前中断次数获取要求采样次数。即将要求釆样 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s l05,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，釆样时间=定时器中断次数* 65536 + TH0*256 + TL0，其中 THO为定时器的高位数值，TLO为定时器的低位数值。本实施例中选用单片机TO定时器为16位2进制定时器，其中高8位为THO, 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sl06，根据所述要求采样次数和釆样时间，获取所述被测信 号的频率值。本实施例中，频率值=要求釆样次数*1536000/釆样时 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(TO定时器输入对象)的个数为1536000。步骤sl07,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l后取整，得到所述下次测 量的要求釆样次数。其中，软分频值预期精度x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釆样 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 要求釆样次数等于所述要求采样次数的上限，并转步骤sl02。例如， 如果频率值为10,则下次测量的要求釆样次数为10/40+l后取整， 得到该下次测量的要求釆样次数为1;如果频率值为5000,则下次测 量的要求釆样次数为5000/40+ 1后取整，得到该下次测量的要求釆 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 )，为保证釆样次数可在中断中根据主程序运行情况适当增加， 可选取要求釆样次数的上限为255 x (70 90)%之间的值，本实施例 中假设要求釆样次数的上限为210，则如果下次测量的要求釆样次数 大于210，则将该下次测量的要求釆样次数设置为210。步骤sl08,进行断线检测，判断是否发生断线，如果是，则转步 骤sl09;如果否，则转步骤sl02。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sl07得要求的釆样次数为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TO 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sl09,将频率值设置为O,并将断线标志设置为断线状态， 转步骤sl02。本发明实施例釆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，在主程序中根据釆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 断程序中根据当前釆样脉冲个数及保护标志标识确定当前釆样是否完成，是否需要调整要求采样脉冲的个数；如当前当前釆样，则纪录 实际脉冲个数、实际釆样时间，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1/0 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、釆样时间获取单元、频率值获取单元、下次测量 的要求釆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釆样完成时，根据当前中断次数获取要求釆样次数；釆样时间 获取单元用于根据定时中断次数和定时器时间，获取釆样时间；频率 值获取单元用于根据所述要求釆样次数和釆样时间，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，本发明实施例在釆样时由被测信号触发 中断，当釆样完成后，根据当前中断次数和釆样时间，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。
权利要求
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l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;将要求釆样次数设置为l;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，还包括确定釆样完成的步骤，所述步骤包括判断当前中断次数是否大于或等于要求釆样次数， 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 测量的要求釆样次数，如果否，则确定釆样完成。
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l后取整，得到所述下次测量的要求釆样次数；判断所述得到的下次测量的要求采样次数是否大于要求釆样次 数的上限，如果是，则设置所述下次测量的要求釆样次数等于所述要 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釆样次数；采样时间获取单元，用于根据定时中断次数和定时器时间，获取釆样时间；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釆样次数获取单元，用于根据所述频率值确定下 次测量的要求釆样次数。
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。
全文摘要
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。
文档编号G01R23/00GK101221200SQ20081005719
公开日2008年7月16日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者严可国, 金存山 申请人:北京英华达电力电子工程科技有限公司