[发明专利]基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置及其工作方法

权利要求书

1.一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置，其特征在于它包括微控制器单元、交流正弦波/方波转化模块、AD转换模块、低通滤波单元和电压基准单元；其中，所说的微控制器单元的输入端与交流正弦波/方波转化模块的输入端和AD转换模块的输入端连接，其输出端与AD转换模块的输出端；所说的交流正弦波/方波转化模块的输入端与低通滤波单元的输出端连接；所说的AD转换模块的输入端采集电压基准单元的电压信号；所说的低通滤波单元的输入端采集交流信号模拟量。

2.根据权利要求1所说的一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置，其特征在于所说的AD转换模块是由两片并行工作的带有启动采样转换输入端的AD7656-1芯片组成；每个芯片的输入端均与微控制器单元、低通滤波单元和电压基准单元的输出端连接，其输出端均与微控制器单元的输入端连接；所说的每片AD7656-1芯片均与微控制器单元呈双向连接。

3.根据权利要求1所说的一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置，其特征在于所说的微控制器单元采用具备eTPU功能模块的带有数据/地址线的freescal公司MCF523x系列芯片；所说的eTPU功能模块包括通道1和通道2，其中，所说的通道2与AD转换模块的启动采样转换输入端连接，所说的通道1与交流正弦波/方波转化模块的输出端连接，所说的微控制器单元依数据/地址线分别与AD转换模块的两片AD7656-1芯片呈双向连接。

4.根据权利要求3所说的一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置，其特征在于所说的MCF523x系列芯片可以是MCF5234芯片，其工作总线频率为75MHz，eTPU模块的定时器工作基准频率为9.375MHz，即对微控制器总线频率进行8分频，此时交流电压、电流信号为每周波32点等间隔采样，即对于50Hz的交流信号，20毫秒完整周期内实现32次采样，采样频率为1.6kHz。

5.一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

①对eTPU模块的功能进行初始化：首先，对eTPU通道1进行中断加载，并允许中断产生；然后对eTPU模块进行基本配置，包括：将eTPU微码库加载到内存，配置eTPU通用寄存器，复制eTPU通用参数到数据RAM中；

②设置eTPU模块的通道1工作模式为GPIO功能的输入捕捉方式，并指定捕捉步骤①中所产生的方波信号的上升沿和下降沿，并设置GPIO输入捕捉事件发生时触发中断；此时如果不是则终止后续操作；如果为上升沿，则读取eTPU模块的基准时钟当前计数值，并根据上个上升沿的计数值，计算出本次完整脉冲的计数值；

③设置eTPU模块的通道2工作模式为PWM输出方式，初始输出脉冲周期为20毫秒，占空比固定为20％，启动eTPU模块功能，开始采样工作；

④由低通滤波单元采集需要进行频率测量的交流电压信号，并送入交流正弦波/方波转化模块中进行波形信号转换，将转换好的方波信号送给微控制器单元中的eTPU模块的通道1；

⑤将低通滤波单元采集需要进行采样的交流电压信号、电流信号送入AD转换模块中两片并行工作芯片的各个输入端，且由eTPU模块的通道2连接到AD转换模块的启动采样转换输入端，AD芯片在收到PWM输出信号的上升沿时开始启动AD采样转换；

⑥当AD转换模块中芯片完成采样转换后，给微控制器单元产生中断信号，微控制器在中断处理函数中完成采样数据的读取操作；

⑦eTPU模块的通道1对方波信号进行捕捉，根据捕捉到的脉冲信号的周期时间，计算出信号的频率值；

⑧每次频率值计算有效后，根据该频率值，根据AD转换模块中芯片的启动采样转换的时间要求，设定占空比固定为20％，通过Freescal公司提供eTPU的PWM模块软件功能模块操作接口完成对eTPU通道2的PWM的周期值的调整；

⑨将每次测量到的频率值，与最近上两次测量到的值进行排序，用中间值作为当前的实际测量频率；

⑩为了保证采样功能的可靠性，微控制器会通过产品自带的软件方式创建并启动一个采样监视任务，完成频率测量功能的监视，如果eTPU通道一连续1秒钟没有捕捉输入方波信号的边沿变化时，则认为当前频率为50Hz频率，并按照此频率值控制交流信号的采样。

6.根据权利要求5所说的一种基于eTPU的交流信号同步采样和频率测量装置的工作方法，其特征在于所说的步骤中⑧中的有效频率值是指在交流电压、电流信号的频率正常为50Hz时，定义有效测量范围为44Hz～56Hz，当测量到的频率超出上述范围，认为频率测量无效。