[发明专利]一种正弦信号参数测量方法及系统

权利要求书

1.一种正弦信号参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)选取一个双刀双掷型继电器J，静态时，继电器J的静触点B1、B2分别与公共端子C1、C2接通，将被测正弦信号u_s从继电器的公共端子C1引入，继电器的公共端子C2连接到混频器的射频输入端RF；

b)所述继电器的两个静触点B1、B2用导线短路，继电器的动触点A1连接到衰减器的输入端，衰减器的输出端连接到继电器的动触点A2；

c)所述混频器的本振输入端LO连接到DDS本振源的输出端，混频器的中频输出端经匹配电阻连到带通滤波器的输入端，带通滤波器输出的中频信号u_I分成两路，一路连接到波形变换器的输入端，另一路输送到差分匹配网络；

d)所述混频器RF端的被测信号频率f_S、LO端的本振信号频率f_L和带通滤波器输出的中频信号频率f_I满足公式(1):

f_I＝f_L－f_S (1)；

e)所述波形变换器输出的方波信号u_P接到STM32微控制器的一个可以配置为PWM输入捕获模式的GPIO引脚；

f)所述中频信号u_I经过差分匹配网络后，输送到A/D转换器的模拟电压输入端，A/D转换器的数据输出端连接到FIFO存储器的数据输入端，FIFO存储器的数据输出端连接到STM32微控制器的I/O口；

g)所述STM32微控制器通过时钟线控制A/D转换器的模数转换过程和转换数据实时输出；

h)所述STM32微控制器通过时钟线、控制线和数据线与DDS本振源相连，基于对被测信号频率f_S的预估值，从键盘置入数值设定DDS本振源的输出正弦波信号频率f_L，使得依据公式(1)算出的f_I＝455kHz；

i)所述STM32微控制器将与波形变换器输出u_P相连的GPIO引脚配置为PWM输入捕获模式，并测算出u_P的方波信号频率f_IC，f_IC是公式(1)中f_I的测量值；若f_IC的数值偏离455kHz超过10kHz，则依据测算值，利用公式(1)重新计算，并从键盘重新置入f_L的频率值，使得f_IC在445kHz～465kHz之间，再测量得到最终的方波信号频率f_IC；

j)所述STM32微控制器根据最终置入的f_L值，依据公式(2)计算得到被测正弦信号的频率f_SC，

f_SC＝f_L－f_IC (2)

f_SC的倒数就是被测正弦信号的周期T_SC；

k)所述STM32微控制器与FIFO存储器数据输出端相连的I/O口配置成数据输入方式，依据带通滤波器输出的中频信号周期读取FIFO的输出数据，判断并计算出所述A/D转换器输入正弦波的最大值U_mc，利用公式得到有效值U_c；

l)选取已知频率为1MHz、最大值是1V的标准正弦波作为被测正弦信号u_s，从键盘设定DDS本振源的信号频率f_L为0.545MHz，按照所述步骤a～k的方法，先分别测得该标准正弦波的周期、频率、最大值、有效值的初次测量值T_SB、f_SB、U_mB、U_B，再利用下述公式(3)～(6)分别得到各个参数的误差值ΔT、Δf、ΔU_m、ΔU：

ΔT＝T_SB-1×10^-6(s) (3)

Δf＝f_SB-1×10⁶(Hz) (4)

ΔU_m＝U_mB-1(V) (5)

ΔU＝U_B-0.707(V) (6)

m)根据步骤l得到的各个参数的误差值，所述STM32微控制器依据下述公式(7)～(10)对步骤j、k测得的各个参数进行修正：

T_S＝T_SC-ΔT(s) (7)

f_S＝f_SC-Δf(Hz) (8)

U_m＝U_mc-ΔU_m(V) (9)

U＝U_c-ΔU(V) (10)

得到准确的被测正弦信号周期T_S、频率f_S、最大值U_m和有效值U，如果测得的正弦信号最大值U_m不超过1V，则依据公式(9)、(10)所得的U_m、U分别是被测正弦信号的最终电压最大值和有效值，STM32微控制器直接将测量结果送去显示器显示；

n)如果步骤m中测得的正弦信号最大值U_m超过1V，则所述STM32微控制器控制双刀双掷型继电器J动作，使继电器的动触点A1、A2分别与公共端子C1、C2接通，将衰减器串联进被测信号通路，再按步骤a～m的方法测得被测正弦波的最大值U_m、有效值U，并按下述公式(11)、(12)重新计算：

公式(11)中的dB为衰减器的分贝数绝对值，公式(11)、(12)中的U_mN、U_N分别是被测正弦信号电压最大值和有效值的最终测量结果，STM32微控制器将U_mN、U_N的结果输出到显示器显示。