脈沖信號周期及占空比連續測量方法
【專利摘要】本發明提出了一種脈沖信號周期及占空比連續測量方法。本方法是采用現有高精度計時芯片中邊沿觸發單元和計時單元的硬件功能，采用兩個高精度計時芯片，其中一片測量脈沖上升沿至下降沿的時間，另一片測量脈沖下降沿至上升沿的時間，并且使它們交替工作在數據測量階段和數據傳輸及初始化階段。這樣，就利用計時芯片單次測量高精度的優點，解決了一組脈沖信號周期及占空比連續測量的問題，并且不會損失測量的精度。
【專利說明】脈沖信號周期及占空比連續測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種脈沖信號周期及占空比連續測量方法，特別是一種適用于測量精度要求達到皮秒級、需要對一組脈沖信號中各個脈沖的周期及占空比進行連續測量方法。
【背景技術】
[0002]脈沖信號是傳感器以及檢測儀表中應用較多的信號形式。而脈沖的周期及占空比則包含了被測物體的多種信息。例如對超聲波回波信號做處理后得到的脈沖信號，其周期及占空比可反映超聲波信號包絡線的疏密情況，進而可以利用時間相關法分析超聲波飛行時間。對于測量精度要求不高，且比較穩定的周期脈沖信號的周期及占空比測量已有相當成熟的技術。但當一組脈沖信號混有干擾脈沖時，往往需要能精確測量每個輸入脈沖的周期及占空比，這樣才可以采用如時間相關法等對大量數據進行統計分析。因此，一個較理想的脈沖信號周期及占空比測量方法是能準確測量一組脈沖信號中各個脈沖的周期及占空比。
[0003]在周期的測量上，可以利用了現代單片微處理器的定時器中比較器單元與捕捉器單元的硬件功能，例如專利脈沖信號周期測量方法(專利號:201010609782.0?0
[0004]測量信號占空比(如忭07016)的方法主要是采用高速的計數器。待測信號可以根據計數器產生的信號均勻的區分成多個區間，并且計算這些多個區間中待測信號為高準位的個數。之后，再將區間的個數與高準位的個數相除，以得到占空比比。然而，傳統上的測量方法，至少有下列缺點。
[0005]利用此方法時所會面臨到的一大缺點是在于此方法必須采用高速的計數器。舉例而言，若是待測信號的頻率為1(^2(千兆赫茲)，而欲將此待測信號均勻的區分成一百個區間時，在一定的精度要求下，至少會需要一個速度高達4(--的計數器。然而，高速計數器的成本相當的高昂。傳統的測試方法會使測試儀器的成本大幅提升。此外，計數器的容量也會是一個限制。若是針對頻率為16取的待測信號，并以上述4(--的計數器，進行為時11！“微秒)的測量，則此計數器至少需要4000位的容量。若是需要大容量的計數器，同樣也會面臨高成本的問題。因此，容量上的限制同樣也是傳統測量占空比時所遇到的問題。而且利用傳統的測量方法時，若是測量時無法精確與待測信號的上升邊緣6(186)或是下降邊緣(6111118 0(186)進行同步，可能會使測量時產生一個脈沖的誤差，使得準確度上有所偏差。
[0006]針對以上問題有專利利用除頻器、壓控振蕩器與計數器的方法來保證測量精度的準確，例如專利占空比測量系統與其方法(專利號:201010590871.5?。
[0007]但是，對于一組脈沖信號，若要得到其中各個脈沖的周期及占空比信息，則需要對各個脈沖進行連續測量，很明顯，傳統的測量方法和現有的技術還無法滿足這個要求。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是針對已有技術存在的不足，提供一種脈沖信號周期及占空比連續測量方法，特別是一種適用于測量精度要求達到皮秒級、需要對一組脈沖信號中各個脈沖的周期及占空比進行連續測量方法，準確地測量一組脈沖信號中每一個脈沖的周期及占空比，使測量系統可以采用如時間相關法等對大量數據進行統計分析。
[0009]為達到上述目的，本發明的構思是:采用兩個高精度計時芯片，其中一片測量脈沖上升沿至下降沿的時間，另一片測量脈沖下降沿至上升沿的時間，并且使它們交替工作在數據測量階段和數據傳輸及初始化階段。這樣，就利用計時芯片單次測量高精度的優點，解決了一組脈沖信號周期及占空比連續測量的問題，并且不會損失測量的精度。上述系統充分利用了計時芯片單次測量高精度的優點和現代微處理器靈活的操控，消除了多中斷程序響應的時間競爭問題，直接由專用芯片的硬件來得到高精度的脈沖邊沿時間，從而可以連續得到高精度的脈沖周期及占空比。
[0010]根據上述發明的構思，本發明采用以下技術方案:
一種脈沖信號周期及占空比連續測量方法，其特征在于:采用高精度定時器1和高精度定時器2以及一個數據處理單元；高精度定時器1有3仏代邊沿捕捉單元甲、義叩邊沿捕捉單元甲以及計時單元甲；高精度定時器2有義虹!:邊沿捕捉單元乙、31:01)邊沿捕捉單元乙以及計時單元乙；高精度定時器1的計時單元甲對3仏代邊沿捕捉單元甲輸入端31脈沖上升沿變化瞬間的時間和^0？邊沿捕捉單元甲輸入端32脈沖下降沿變化瞬間的時間的時間差進行計時；高精度定時器2的計時單元乙對3仏代邊沿捕捉單元乙輸入端33脈沖下降沿變化瞬間的時間和^0？邊沿捕捉單元乙輸入端34脈沖上升沿變化瞬間的時間的時間差進行計時；計時單元甲和計時單元乙分別將計時數值送入數據處理單元，高精度定時器1和高精度定時器2同時接收一組脈沖信號X并且交替工作，其中高精度定時器1的計時單元甲對當前脈沖的上升沿至下降沿的時間進行計時，高精度定時器2的計時單元乙對當前脈沖的下降沿至上升沿的時間進行計時；在高精度定時器1對脈沖上升沿至下降沿的時間計時的同時，將高精度定時器2的計時數據送入數據處理單元并且完成高精度定時器2的初始化，在高精度定時器2對脈沖上升沿至下降沿的時間計時的同時，將高精度定時器1的計時數據送入數據處理單元并且完成高精度定時器1的初始化。在一組脈沖信號X中的脈沖？(1)及其相鄰的脈沖？(1+1)下的具體操作步驟如下:
(^).脈沖信號X中的脈沖？ (1)上升沿變化時，高精度定時器1的3仏代邊沿捕捉單元甲被觸發；脈沖信號X中的脈沖？ (1)下降沿變化時，高精度定時器1的邊沿捕捉單元甲被觸發^在^叩邊沿捕捉單元甲被觸發的同時高精度定時器1的計時單元甲將經過計算的脈沖？ (1)上升沿至下降沿的時間II (1)送入數據處理單元并完成高精度定時器2的初始化；
化).脈沖信號X中的脈沖？ (1)下降沿變化時，高精度定時器2的3仏代邊沿捕捉單元乙被觸發；脈沖信號X中的脈沖？ (1+1)上升沿變化時，高精度定時器2的^0？邊沿捕捉單元乙被觸發；在3丨013邊沿捕捉單元乙被觸發的同時高精度定時器2的計時單元乙將經過計算的脈沖？(1)下降沿至上升沿的時間12(1)送入數據處理單元并完成高精度定時器1的初始化；
(0).重復進行步驟(幻和上升沿至下降沿的時間II (1+1)和下降沿至上升沿的時間12(1+1)測量；
((1).數據處理單元將高精度定時器1和高精度定時器2送入的脈沖？ (1)上升沿至下降沿的時間和下降沿至上升沿的時間進行保存，并等待下一脈沖？(1+1)的上升沿至下降沿的時間和下降沿至上升沿的時間數據。
[0011](0).得到當前脈沖的周期 1(1)= 11(1) +12(1),^^^0= 11(1)/ I'⑴。
[0012]本發明與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點:
本發明充分利用了計時芯片單次測量高精度的優點和現代微處理器靈活的操控，消除了多中斷程序響應的時間競爭問題，直接由專用芯片的硬件來得到寬量程高精度的脈沖邊沿時間，保證了測量精度可以達到皮秒級別。而兩個高精度計時芯片交替工作在數據測量階段和數據傳輸及初始化階段，滿足了連續測量周期及占空比的需求。這些特性使連續得到高精度的脈沖周期及占空比成為可能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的一個實施例的測量設置結構原理框圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明的一個優選實施例如下述:參見圖1。
[0015]一種脈沖信號周期及占空比連續測量方法，采用高精度定時器1(1)和高精度定時器2(2)以及一個數據處理單元(3)；高精度定時器1(1)有3仏代邊沿捕捉單元甲(1.1)、義叩邊沿捕捉單元甲(1.2)以及計時單元甲(1.3)；高精度定時器2 (2)有3仏代邊沿捕捉單元乙(2.1)、8^0？邊沿捕捉單元乙(2.2)以及計時單元乙(2.3)；高精度定時器1 (1)的計時單元甲(1.3)對3仏代邊沿捕捉單元甲(1.1)輸入端51脈沖上升沿變化瞬間的時間和義叩邊沿捕捉單元甲(1.2)輸入端32脈沖下降沿變化瞬間的時間的時間差進行計時；高精度定時器2 (2)的計時單元乙(2.3)對3仏代邊沿捕捉單元乙(2.1)輸入端33脈沖下降沿變化瞬間的時間和^0？邊沿捕捉單元乙(2.2)輸入端34脈沖上升沿變化瞬間的時間的時間差進行計時；計時單元甲(1.3)和計時單元乙(2.3)分別將計時數值送入數據處理單元(3)。高精度定時器1(1)和高精度定時器2 (2)同時接收一組脈沖信號X并且交替工作，其中高精度定時器1(1)的計時單元甲(1.3)對當前脈沖上升沿至下降沿的時間進行計時，高精度定時器2(2)的計時單元乙(2.3)對當前脈沖下降沿至上升沿的時間進行計時；在高精度定時器1(1)對脈沖上升沿至下降沿的時間進行的同時，將高精度定時器2(2)的計時數據送入數據處理單元(3)并且完成高精度定時器2 (2)的初始化，在高精度定時器2(2)對脈沖下降沿至上升沿的時間進行計時的同時，將高精度定時器1(1)的計時數據送入數據處理單元(3)并且完成高精度定時器1(1)的初始化。在一組脈沖信號X中的脈沖^(1)及其相鄰的脈沖？(1+1)下的具體操作步驟如下:
(￡1).脈沖信號X中的脈沖？ (1)上升沿變化時，高精度定時器1(1)的3仏代邊沿捕捉單元甲(1.1)被觸發；脈沖信號X中的脈沖？ (1)下降沿變化時，高精度定時器1(1)的義叩邊沿捕捉單元甲(1.2)被觸發；在義013邊沿捕捉單元甲(1.2)被觸發的同時高精度定時器1(1)的計時單元甲(1.3)將經過計算的脈沖？(1)上升沿至下降沿的時間II (1)送入數據處理單元(3)并完成高精度定時器2 (2)的初始化；
化).脈沖信號X中的脈沖？ (1)下降沿變化時，高精度定時器2 (2)的3仏代邊沿捕捉單元乙(2.1)被觸發；脈沖信號X中的脈沖？(1+1)上升沿變化時，高精度定時器2(2)的3七0？邊沿捕捉單元乙(2.2)被觸發；在義013邊沿捕捉單元乙(2.2)被觸發的同時高精度定時器2 (2)的計時單元乙(2.3)將經過計算的脈沖？ (1)下降沿至上升沿的時間12 (1)送入數據處理單元(3)并完成高精度定時器1(1)的初始化；
(0).重復進行步驟(幻和的上升沿至下降沿的時間II (1+1)和下降沿至上升沿的時間12(1+1)測量；
((1).數據處理單元(3)將高精度定時器1(1)和高精度定時器2 (2)送入的脈沖？ (1)上升沿至下降沿的時間和下降沿至上升沿的時間進行保存，并等待下一脈沖？(1+1)的上升沿至下降沿的時間和下降沿至上升沿的時間數據。
[0016](一).得到當前脈沖的周期1(1)= 11(1) +12(1),^^^0= 11(1)/ I'⑴。
[0017]上述脈沖信號周期及占空比連續測量方法，所述兩個高精度定時器的交替工作在數據測量階段和數據傳輸及初始化階段。
【權利要求】
1.一種脈沖信號周期及占空比連續測量方法，其特征在于:采用高精度定時器I (I)和高精度定時器2(2)以及一個數據處理單元(3);高精度定時器I (I)有Start邊沿捕捉單元甲(1.l)、Stop邊沿捕捉單元甲(1.2)以及計時單元甲(1.3);高精度定時器2 (2)有Start邊沿捕捉單元乙(2.1)、Stop邊沿捕捉單元乙乙(2.2)以及計時單元乙(2.3);高精度定時器I (I)的計時單元甲(L 3)對Start邊沿捕捉單元甲(1.1)輸入端SI脈沖上升沿變化瞬間的時間和Stop邊沿捕捉單元甲(1.2)輸入端S2脈沖下降沿變化瞬間的時間的時間差進行計時；高精度定時器2(2)的計時單元乙(2.3)對Start邊沿捕捉單元乙(2.1)輸入端S3脈沖下降沿變化瞬間的時間和Stop邊沿捕捉單元乙(2.2)輸入端S4脈沖上升沿變化瞬間的時間的時間差進行計時；計時單元甲(1.3)和計時單元乙(2.3)分別將計時數值送入數據處理單元(3);高精度定時器1(1)和高精度定時器2(2)同時接收一組脈沖信號X并且交替工作，其中高精度定時器I (I)的計時單元甲(1.3)對當前脈沖上升沿至下降沿的時間進行計時，高精度定時器2 (2)的計時單元乙(2.3)對當前脈沖下降沿至上升沿的時間進行計時；在高精度定時器1(1)對脈沖上升沿至下降沿的時間進行的同時，將高精度定時器2(2)的計時數據送入數據處理單元(3)并且完成高精度定時器2 (2)的初始化，在高精度定時器2(2)對脈沖下降沿至上升沿的時間進行計時的同時，將高精度定時器1(1)的計時數據送入數據處理單元(3)并且完成高精度定時器I (I)的初始化；在一組脈沖信號X中的脈沖P(i)及其相鄰的脈沖P(i+1)下的具體操作步驟如下: (a).脈沖信號X中的脈沖P(i)上升沿變化時，高精度定時器I(I)的Start邊沿捕捉單元甲(1.1)被觸發；脈沖信號X中的脈沖P (i)下降沿變化時，高精度定時器I (I)的Stop邊沿捕捉單元甲(1.2)被觸發；在Stop邊沿捕捉單元甲(1.2)被觸發的同時高精度定時器1(1)的計時單元甲(1.3)將經過計算的脈沖P(i)上升沿至下降沿的時間Tl (i)送入數據處理單元(3)并完成高精度定時器2 (2)的初始化； (b).脈沖信號X中的脈沖P(i)下降沿變化時，高精度定時器2 (2)的Start邊沿捕捉單元乙(2.1)被觸發；脈沖信號X中的脈沖P(i+1)上升沿變化時，高精度定時器2(2)的Stop邊沿捕捉單元乙(2.2)被觸發；在Stop邊沿捕捉單元乙(2.2)被觸發的同時高精度定時器2 (2)的計時單元乙(2.3)將經過計算的脈沖P (i)下降沿至上升沿的時間T2(i)送入數據處理單元(3)并完成高精度定時器1(1)的初始化； (c).重復進行步驟(a)和(b)，完成對P(i+1)的上升沿至下降沿的時間Tl(i+1)和下降沿至上升沿的時間T2(i+1)測量； (d).數據處理單元(3)將高精度定時器I(I)和高精度定時器2 (2)送入的脈沖P (i)上升沿至下降沿的時間和下降沿至上升沿的時間進行保存，并等待下一脈沖P(i+1)的上升沿至下降沿的時間和下降沿至上升沿的時間數據；
(e).得到當前脈沖的周期T(i)= Tl(i) +T2(i)，占空比D= Tl(i)/ T(i)。
【文檔編號】G01R29/02GK104316775SQ201410591468
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2014年10月29日
【發明者】劉宇杰, 蘇劍, 劉振凱, 李斌, 姚駿 申請人:上海大學