CN104849549B - 测量脉冲频率的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种测量脉冲频率的方法，对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；然后获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1‑T2)。通过将T1和T2引入计算，可以解决首尾的半个脉冲问题，大大降低甚至去除了测量误差，使得测量更加精确。本发明还提供一种测量脉冲频率的系统。

Description

测量脉冲频率的方法及系统

技术领域

本发明涉及电子测量领域，特别涉及一种测量脉冲频率的方法及系统。

背景技术

对于脉冲频率的测量，通常有两种测量方法：M法和T法。

T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期从而得到频率(频率＝1/周期)，因存在首尾的半个时间单位问题，可能会有一个时间单位的误差。频率较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低频脉冲。然而，T法测量既存在因首尾的半个时间单位问题引起的误差，又存在以下问题：脉冲频率较低时，相邻两个脉冲之间的时间间隔(即周期)将非常大，可能会导致计数器计数时出现溢出现象，导致测量结果错误。

M法通常宜测量高频脉冲。M法是测量单位时间内的脉冲数换算成频率(频率＝脉冲数/单位时间)，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有两个脉冲的误差。例如，脉冲频率固定、采样间隔时间固定，相邻两个单位时间内脉冲数量分别为N1、N2；N1和N2可能存在3种关系，即：N1＝N2、N1＝N2+1、N1＝N2-1。脉冲频率固定、采样间隔时间固定时，根据M法计算公式得到的相邻两个采样间隔的频率计算结果可能不一致，这种计算结果的不一致在采样间隔时间较长时表现并不明显，但是在采样间隔时间较短时M法计算公式的计算结果波动明显加大。而实际测量中采样间隔时间不可能太长，因为较长的采样间隔时间不能及时反映脉冲频率的变化并导致检测和控制上的滞后。因而，传统的M法测量精确度还有待提高。

发明内容

基于此，有必要提供一种在测量较高脉冲频率时能提高测量准确度的测量脉冲频率的方法，此外还提供一种测量脉冲频率的系统。

一种测量脉冲频率的方法，包括：

接收待测脉冲信号、标准频率脉冲信号和时间采样信号，标准频率脉冲信号的频率为f1；

对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；

对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；

获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)，其中：T为预设值，T为时间采样信号的采样间隔时间。

在其中一个实施例中，对标准频率脉冲信号进行计数，得到T1和T2的步骤包括：

对标准频率脉冲信号进行计数，接收到待测脉冲信号的一个脉冲时，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零；接收到时间采样信号的前一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack1，得到T1＝ClockCntBack1/f1；接收到时间采样信号的后一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存至K后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack2，得到T2＝ClockCntBack2/f1。

在其中一个实施例中，时间采样信号中采样间隔时间为T的两个所述触发信号之间还夹着N-1个触发信号。

在其中一个实施例中，N＝1。

在其中一个实施例中，脉冲信号的检测上升沿有效。

一种测量脉冲频率的系统，包括：

接收模块，用于接收待测脉冲信号、标准频率脉冲信号和时间采样信号，标准频率脉冲信号的频率为f1；

第一计数模块，用于对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；

第二计数模块，用于对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；

频率计算模块，用于获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)，其中：T为预设值，T为时间采样信号的采样间隔时间。

在其中一个实施例中，所述第二计数模块用于：

对标准频率脉冲信号进行计数，接收到待测脉冲信号的一个脉冲时，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零；接收到时间采样信号的前一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack1，得到T1＝ClockCntBack1/f1；接收到时间采样信号的后一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存至K后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack2，得到T2＝ClockCntBack2/f1。

在其中一个实施例中，时间采样信号中采样间隔时间为T的两个所述触发信号之间还夹着N-1个触发信号。

在其中一个实施例中，N＝1。

在其中一个实施例中，脉冲信号的检测上升沿有效。

上述测量脉冲频率的方法及系统，对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；然后获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)。通过将T1和T2引入计算，可以解决首尾的半个脉冲问题，大大降低甚至去除了测量误差，使得测量更加精确。

附图说明

图1为测量脉冲频率的方法各步骤示意图；

图2为信号时序图；

图3为将采样间隔时间再分成N等分的测量时刻图；

图4为测量脉冲频率的系统的简单模块图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1为测量脉冲频率的方法各步骤示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在以下方法中，脉冲信号的检测上升沿有效。

一种测量脉冲频率的方法，包括如下步骤：

步骤S100：接收待测脉冲信号Pulse、标准频率脉冲信号Clock和时间采样信号Timer。标准频率脉冲信号Clock的频率为f1，在其中一个实施例中，标准频率脉冲信号Clock为一般的高频时钟信号。

图2为信号时序图。

步骤S200：对待测脉冲信号Pulse进行计数，以得到时间采样信号Timer中采样间隔时间为T的两个触发信号Timer1和Timer2之间待测脉冲信号Pulse的脉冲计数值K。时间采样信号Timer中采样间隔时间为T的两个触发信号Timer1和Timer2之间还夹着N-1个触发信号。在其中一个实施例中，N＝1，即两个触发信号Timer1和Timer2为相邻的两个触发信号。图2中，ClockCnt为标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值。

步骤S300：对标准频率脉冲信号Clock进行计数，得到时间采样信号Timer前一个触发信号Timer1与待测脉冲信号Pulse在两个触发信号Timer1和Timer2之间的第一个脉冲P1之间的时间T1，并得到时间采样信号Timer后一个触发信号Timer2与待测脉冲信号Pulse在相邻两个触发信号Timer1和Timer2之间的最后一个脉冲P2之间的时间T2。

具体为，对标准频率脉冲信号Clock进行计数，接收到待测脉冲信号Pulse的一个脉冲P1时，标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值锁存后清零；接收到时间采样信号Timer的前一个触发信号Timer1时，待测脉冲信号Pulse的脉冲计数值锁存后清零，标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值锁存至ClockCntBack1，得到T1＝ClockCntBack1/f1；接收到时间采样信号Timer的后一个触发信号Timer2时，待测脉冲信号Pulse的脉冲计数值锁存至K后清零，标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值锁存至ClockCntBack2，得到T2＝ClockCntBack2/f1。

步骤S400：获取待测脉冲信号Pulse的频率f＝K/(T+T1-T2)，其中：T为预设值，T为时间采样信号的采样间隔时间。

上述测量脉冲频率的方法，对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；然后获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)。通过将T1和T2引入计算，可以解决首尾的半个脉冲问题，大大降低甚至去除了测量误差，使得测量更加精确。

由于实际测量中采样间隔时间T不可能太长(因为较长的采样间隔时间不能及时反映脉冲频率的变化并导致检测和控制上的滞后)，因此采用上述方法时，可以将采样间隔时间T再分成N等分，在每个等分时刻开始都采用上述方法，相当于在两个采样间隔时间T内就完成了N+1轮测量，再将测定的结果进行滤波可进一步提高高频阶段测定精度，减少单位时间导致的测速延迟。图3为将采样间隔时间T再分成N等分的测量时刻图。

以下描述一种应用于上述方法的测量脉冲频率的系统，图4为测量脉冲频率的系统的简单模块图。在以下描述中，脉冲信号的检测上升沿有效。

一种测量脉冲频率的系统，包括：

接收模块100，用于接收待测脉冲信号Pulse、标准频率脉冲信号Clock和时间采样信号Timer。标准频率脉冲信号Clock的频率为f1，在其中一个实施例中，标准频率脉冲信号Clock为一般的高频时钟信号。

第一计数模块200，用于对待测脉冲信号Pulse进行计数，以得到时间采样信号Timer中采样间隔时间为T的两个触发信号Timer1和Timer2之间待测脉冲信号Pulse的脉冲计数值K。时间采样信号Timer中采样间隔时间为T的两个触发信号Timer1和Timer2之间还夹着N-1个触发信号。在其中一个实施例中，N＝1，即两个触发信号Timer1和Timer2为相邻的两个触发信号。图2中，ClockCnt为标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值。

第二计数模块300，用于对标准频率脉冲信号Clock进行计数，得到时间采样信号Timer前一个触发信号Timer1与待测脉冲信号Pulse在两个触发信号Timer1和Timer2之间的第一个脉冲P1之间的时间T1，并得到时间采样信号Timer后一个触发信号Timer2与待测脉冲信号Pulse在相邻两个触发信号Timer1和Timer2之间的最后一个脉冲P2之间的时间T2。

具体为，对标准频率脉冲信号Clock进行计数，接收到待测脉冲信号Pulse的一个脉冲P1时，标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值锁存后清零；接收到时间采样信号Timer的前一个触发信号Timer1时，待测脉冲信号Pulse的脉冲计数值锁存后清零，标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值锁存至ClockCntBack1，得到T1＝ClockCntBack1/f1；接收到时间采样信号Timer的后一个触发信号Timer2时，待测脉冲信号Pulse的脉冲计数值锁存至K后清零，标准频率脉冲信号Clock的脉冲计数值锁存至ClockCntBack2，得到T2＝ClockCntBack2/f1。

频率计算模块400，用于获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)，其中：T为预设值，T为时间采样信号的采样间隔时间。

上述测量脉冲频率的系统，对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；然后获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)。通过将T1和T2引入计算，可以解决首尾的半个脉冲问题，大大降低甚至去除了测量误差，使得测量更加精确。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种测量脉冲频率的方法，其特征在于，包括：

接收待测脉冲信号、标准频率脉冲信号和时间采样信号，标准频率脉冲信号的频率为f1；

对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；

对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；其中，接收到待测脉冲信号的一个脉冲时，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零；接收到时间采样信号的前一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack1，得到T1＝ClockCntBack1/f1；接收到时间采样信号的后一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存至K后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack2，得到T2＝ClockCntBack2/f1；

获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)，其中：T为预设值，T为时间采样信号的采样间隔时间。

2.根据权利要求1所述的测量脉冲频率的方法，其特征在于，时间采样信号中采样间隔时间为T的两个所述触发信号之间还夹着N-1个触发信号。

3.根据权利要求2所述的测量脉冲频率的方法，其特征在于，N＝1。

4.根据权利要求1所述的测量脉冲频率的方法，其特征在于，脉冲信号的检测上升沿有效。

5.一种测量脉冲频率的系统，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收待测脉冲信号、标准频率脉冲信号和时间采样信号，标准频率脉冲信号的频率为f1；

第一计数模块，用于对待测脉冲信号进行计数，以得到时间采样信号中采样间隔时间为T的两个触发信号之间待测脉冲信号的脉冲计数值K；

第二计数模块，用于对标准频率脉冲信号进行计数，得到时间采样信号前一个所述触发信号与待测脉冲信号在两个所述触发信号之间的第一个脉冲之间的时间T1，并得到时间采样信号后一个所述触发信号与待测脉冲信号在相邻两个所述触发信号之间的最后一个脉冲之间的时间T2；其中，接收到待测脉冲信号的一个脉冲时，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零；接收到时间采样信号的前一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack1，得到T1＝ClockCntBack1/f1；接收到时间采样信号的后一个所述触发信号时，待测脉冲信号的脉冲计数值锁存至K后清零，标准频率脉冲信号的脉冲计数值锁存至ClockCntBack2，得到T2＝ClockCntBack2/f1；

频率计算模块，用于获取待测脉冲信号的频率f＝K/(T+T1-T2)，其中：T为预设值，T为时间采样信号的采样间隔时间。

6.根据权利要求5所述的测量脉冲频率的系统，其特征在于，时间采样信号中采样间隔时间为T的两个所述触发信号之间还夹着N-1个触发信号。

7.根据权利要求6所述的测量脉冲频率的系统，其特征在于，N＝1。

8.根据权利要求5所述的测量脉冲频率的系统，其特征在于，脉冲信号的检测上升沿有效。