一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法，包括在系统时钟下，通过使能发生器，产生采样使能信号，在系统时钟和采样使能时钟下：首先通过数字步进量发生器，计算得到数字步进量；然后通过循环累加器，在数字周期范围内以数字步进量进行循环累加；最后通过波形发生器，根据设定阈值和循环累加器的当前计数值进行比较，产生目标脉冲。本发明专利技术产生的脉冲精确、均匀稳定、并且具有低的相位噪声和开关噪声等优点。

A pulse generation method based on digital frequency synthesis

The invention discloses a pulse generation method based on digital frequency synthesis technology, including in the system clock, the generator, sampling enable signal, the system clock and sampling clock enable: first by digital stepping generator, calculated by digital step; then through the loop in the accumulator the digital cycle range in digital stepping cycle accumulation; finally through the waveform generator, according to the set threshold and cycle accumulator the numerical comparison, target pulse. The pulse generated by the invention is accurate, uniform and stable, and has the advantages of low phase noise and switching noise.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法
本专利技术涉及运动控制
，具体涉及一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法。
技术介绍
在运动控制中，特别是位置控制模式，在进行粗插补后，还要进行精插补，也就是把粗插补获得的数据通过精插补转化为脉冲的形式来控制电机，而精插补就是脉冲生成。由于电机直接由脉冲进行控制，这样在一个插补周期中，脉冲生成的精度就会影响整个电机的控制精度，如果不能在每个插补周期产生精确脉冲，电机就会产生积累误差。针对脉冲生成方法，目前主要有直接分频法，就是直接通过系统时钟与期望目标输出时钟的商进行分频，这样的分频法如果不能够整除，这样会产生较大的误差，而且会有积累误差，这种方法虽然简单但是不适用于对精确电机控制的场合。另外一种方法是小数分频法，假设系统时钟与期望目标时钟的商为N，此方法就是通过实现多次N分频以及多次N+1分频，在一个计数周期内获得等价于期望目标频率的脉冲数，实现总体意义上的小数分频比。有关文献有对小数分频的具体实现，并且有实现N分频以及N+1分频交叉混合，这样可以减少相位噪声，也即是时钟抖动。虽然通过上述交叉混合可以在一定程度上减少相位噪声，但是由于是由两种不同的分频脉冲组成，这样就会使得电路频繁的在这两个分频电路中进行开关，这样带来了另外一个副作用，也就是开关噪声。这两种噪声都是不可避免的，并且两种噪声都会降低电路的稳定性。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法，其具体生成步骤为：设置一个数字周期；在系统时钟下，产生采样使能信号；根据系统时钟和采样使能信号，计算得到数字步进量；根据系统时钟和采样使能信号，在数字周期范围内以数字步进量进行循环累加；根据设定的阈值和循环累加的当前计数值进行比较，产生目标脉冲。所述数字周期是2的幂次方。目标脉冲频率与期望脉冲频率之差小于1Hz。最大目标脉冲频率为系统时钟频率的一半。计算得到数字步进量，由如下公式得到：其中：C为数字步进量即商的整数部分，ε为小数部分，其中0≤ε<1；Fsys和Fo(Kδ)分别为系时钟和期望目标输出脉冲参数，单位为Hz；M为数字周期；K为频率控制字。在数字周期内以数字步进量进行循环累加，具体为：当前计数值大于或等于数字周期时，则把当前计数值减去数字周期，将相减获得的差作为当前计数值，然后以步进量进行累加，直到遇到采样使能信号，则当前计数值被强制清零。如果设定的阈值小于数字周期，则当前的计数值与阈值比较：第一种：如果小于或等于阈值，设置为低电平，若大于阈值，设置为高电平；第二种：如果小于或等于阈值，设置为高电平，若大于阈值，设置为低电平。还包括在复位状态或者起始状态，则第一种情况，目标脉冲为低电平，第二种情况，目标脉冲为高电平。一种基于数字频率合成技术的脉冲生成装置，包括使能发生器：用于产生采样使能信号；数字步进量发生器：用于根据系统时钟和采样使能信号，计算得到数字步进量；数字循环累加器：用于在数字周期M中以步进量C循环累加；数字波形发生器：根据设定的阈值和数字循环累加器的当前计数值进行比较，产生目标脉冲。本专利技术的有益效果：本专利技术不仅能够得到精确的脉冲数，还且能够得到更加均匀稳定的脉冲、更低的相位噪声和开关噪声的脉冲；本专利技术采用数字周期范围内以数字进步量进行循环累加，使得运动控制更加精确，振动最小。附图说明图1是本专利技术的原理框图；图2是本专利技术的时钟生成示意图；图3是相位斜率与频率的相关性示意图；图4是M等分圆的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1所示，clk_fsys和clk_f′o(Kδ)分别为系统时钟和实际目标输出脉冲；Fsys和Fo(Kδ)分别为系时钟和期望目标输出脉冲参数，单位为Hz；Ts_clken为采样使能信号；M为数字周期；C为数字步进增量。图2中，clk_fsys和clk_f′o(Kδ)分别为系统时钟和实际目标输出脉冲；Tp是期望目标频率脉冲clk_fo(Kδ)的周期；T1-Δ为实际目标频率脉冲最后一个脉冲的时间；Ts为一个采样段时间，各个采样段时间相等；Ts_clken为采样使能信号；Δ1和Δ2分别为采样段1和采样段2中最后一个脉冲的相对于期望目标频率clk_fo(Kδ)缺少的脉冲个数。一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法，其装置部分包括使能发生器、数字步进量发生器、数字循环累加器及数字波形发生器；其具体步骤为：设置一个数字周期，所述数字周期为2的幂次方，也可以是任意一个正整数，为了达到脉冲的精确性，一般数字周期取数比较大；在系统时钟下，产生采样使能信号；所述采样使能信号可以是周期性的，也可以是非周期性的，在一个采样使能段中，目标脉冲频率和期望脉冲频率之差小于1HZ，最大目标脉冲频率为系统时钟频率的一半。在数字步进量发生器中，根据系统时钟和采样使能信号，计算得到数字步进量；所述数字步进量的计算方法如下：其中C为商，整数部分，也即是数字步进量；ε为小数部分，其中0≤ε<1；Fsys和Fo(Kδ)分别为系统时钟和期望目标输出脉冲参数，单位为Hz；M为数字周期；K为频率控制字。在数字循环累加器中根据系统时钟和采样使能信号，在数字周期范围内以数字步进量进行循环累加；具体为：当前计数值大于或等于数字周期时，则把当前计数值减去数字周期，将相减获得的差作为当前计数值，然后以步进量进行累加，直到遇到采样使能信号，则当前计数值被强制清零。在数字波形发生器中，根据设定的阈值和循环累加的当前计数值进行比较，产生目标脉冲，所述目标脉冲与期望脉冲频率之差小于1Hz。方案一：若小于或等于阈值，设置为低电平，若大于阈值，设置为高电平；方案二：若小于或等于阈值，设置为高电平，若大于阈值，设置为低电平；针对目标脉冲，在复位状态或者是起始状态，方案一时，目标脉冲为低电平，方案二时，目标脉冲为高电平。所述数字合成技术具体为：假设单频率信号为：u(t)＝U0sin(2πf0t+Θ0)(1)其中幅值U0以及初始相位Θ0均为常数，这个时候信号u(t)的频谱则是在频率f0处的一条谱线。这里令U0＝1和Θ0＝0，也就是：u(t)＝sin(2πf0t)＝sin(ω0t)＝sim(θ(t))(2)其中相位函数θ(t)＝2πf0t，则对时间的导数为：通过式(3)可知，相位的斜率也就是信号的频率，也就是可以知道，相位的斜率决定了信号的的频率ω0，这两者的相关性如图3所示。对式(2)的信号进行采样，其中采样周期为Tc，则采样频率为这样可以得到离散序列为：u(n)＝sin(2πf0nTc)(4)其中n＝0,1,2,…。这样可以获得相位离散序列为：θ(n)＝2πf0nTc(5)其中n＝0,1,2,…。同样相对应于式(3)的导数形式，在离散序列中是由差分方程表示，也即是相位增量为：同样通过式(6)知道，相位的斜率Δθ决定了信号的频率f0，如图3所示，这里只是离散的形式。如图4所示，将一个周期相位2π等分为M等分，其中M＝2N，则M等分角度δ为：当相位增量时，根据式(6)可得信号的最小频率或者是频率分辨率为：根据奈奎斯特采样定理，采样频率fc必须本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法，其特征在于，其具体生成步骤为：设置一个数字周期；在系统时钟下，产生采样使能信号；根据系统时钟和采样使能信号，计算得到数字步进量；根据系统时钟和采样使能信号，在数字周期范围内以数字步进量进行循环累加；根据设定的阈值和循环累加的当前计数值进行比较，产生目标脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字频率合成技术的脉冲生成方法，其特征在于，其具体生成步骤为：设置一个数字周期；在系统时钟下，产生采样使能信号；根据系统时钟和采样使能信号，计算得到数字步进量；根据系统时钟和采样使能信号，在数字周期范围内以数字步进量进行循环累加；根据设定的阈值和循环累加的当前计数值进行比较，产生目标脉冲。2.根据权利要求1所述的脉冲生成方法，其特征在于，所述数字周期是2的幂次方。3.根据权利要求1所述的脉冲生成方法，其特征在于，目标脉冲频率与期望脉冲频率之差小于1Hz。4.根据权利要求1所述的脉冲生成方法，其特征在于，最大目标脉冲频率为系统时钟频率的一半。5.根据权利要求1所述的脉冲生成方法，其特征在于，计算得到数字步进量，由如下公式得到：其中：C为数字步进量即商的整数部分，ε为小数部分，其中0≤ε<1；Fsys和Fo(Kδ)分别为系时钟和期望目标输出脉冲参数，单位为Hz；M为数字周期；K为频率控制字。6.根据权利要求1所述的脉冲生成方法，其特征在于，在数字周期内以数字步进量进行循环累加，具体为：当前计数值大于或等于数字周期时，则把当前计数值减去数字周期，将相减获得的差作为当前计数值，然后以步进量进行累加，直...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈安，胡跃明，闵思思，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44