[发明专利]定时计数器测频系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字测试测量领域，是一种可基于多种总线标准实现的软件操控化的测频技术，可在一定范围内方便地对外部输入的信号或设备内部信号进行频率测量。

背景技术

信号频率测量是测试测量领域的常见内容。随着用户需求和应用场合的不同，测频所采用的技术、方法以及获得的测试精度也会有所不同。在定时计数器测频时，一般采用对被测信号的相邻脉冲间隔进行计数的原理，即单周期计数测频法，其原理示意图如图1所示。由于被测信号和基准时钟信号之间的对应关系不确定，这种方法存在着测量误差较大的缺点。从图1中可以看出，单周期计数测频对输入信号脉冲间隔测量的最大误差将是一个基准时钟周期。当然，若基准时钟的频率越高，测量的误差将会减小。但无休止的依靠提高基准时钟频率来换取测量的精度是不可取的，现实中也是不允许的。

发明内容

为了解决现有定时计数器单周期测频方法存在测量误差较大的问题，本发明提供一种定时计数器测频系统及方法，通过改进测量方法，提高定时计数器对信号频率或周期测量的精度。

本发明的技术解决方案：

定时计数器测频系统，其特殊之处在于：包括上位机和逻辑电路模块，上位机与逻辑电路模块之间通过总线互联，

所述上位机用于配置基准信号的频率、测量时长T和被测量信号的输入通道，读取测量结果，并向逻辑电路模块发送指令；所述逻辑电路模块包括定时模块、时基源模块、主计数器、辅计数器、寄存器一以及寄存器二；

所述时基源模块用于根据上位机的配置产生基准时钟信号；

所述主计数器用于对基准时钟信号进行计数；

所述辅计数器用于对测量信号进行计数；

所述寄存器一用于存储主计数器的计数值，并供上位机读取；

所述寄存器二用于存储辅计数器的计数值，并供上位机读取。

定时计数器测频方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】上位机通过总线配置参数：

指定时基源模块生成基准时钟信号的频率f_基准；

指定定时模块的测量时长T；

指定被测量信号的输入通道；

2】信号源接入，将被测量信号通过指定的输入通道接入辅计数器的输入端；

3】上位机发送测量启动指令：

定时模块开始计时，同时触发时基源模块按照配置参数产生基准时钟信号，主计数器和辅计数器同时进入计数等待状态；

4】当辅助计数器检测到被测量信号的第一个上升沿时开始计数，触发主计数器开始工作；并在被测量信号每个上升沿到来时，将辅计数器的当前计数值存储到寄存器二中，同时将主计数器的当前计数值存储到寄存器一中；

5】当定时模块运行到定时结束时，主计数器和辅计数器均停止计数；同时上位机读取寄存器一的当前存储值M和寄存器二的当前存储值N；

6】上位机通过计算，得出被测信号的频率f_测量=f_基准×N/M。

上述测量时长T为0.1-10s，f_基准至少为f_测量的2倍。

本发明所具有的优点：

1、本发明系统中，上位机和逻辑电路模块之间的互联可基于多种总线平台实现；例如可由上位机通过PXIe总线控制虚拟仪器类板卡的FPGA器件来实现。

2、参数配置，测量启动以及测量结果的获取、计算，均可通过上位机操作控制，灵活方便。

3、定时计数器测频是对输入信号的周期进行计数，从而确定频率的；本发明将传统的单周期计数测频改进为在指定时间长度内对输入信号进行多周期计数测量，从而减小了测量所引入的误差，提高了频率测量的精度；

4、本发明系统可用于各种模块化仪器设计中，可在一定范围内方便测量出输入信号的频率，简单实用、灵活方便，且具有很高的精度。

与传统的频域变换法相比，定时计数器测频不需要傅里叶变换带来的复杂计算，只需对信号周期进行简单计数即可获得信号频率。本发明在单周期计数测频基础上，通过改进测量方法有效降低了测量误差，在测试测量领域中具有一定的工程实用价值。

5、本发明将测量时长T设定为0.1-10s，f_基准至少为f_测量的2倍，缩短整个测量时间。

附图说明

图1为现有定时计数器单周期计数测频原理示意图；

图2为本发明定时计数器测频系统结构示意图；

图3为本发明定时计数器多周期计数测频原理示意图。