脉冲信号周期及占空比连续测量方法技术

本发明专利技术提出了一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法。本方法是采用现有高精度计时芯片中边沿触发单元和计时单元的硬件功能，采用两个高精度计时芯片，其中一片测量脉冲上升沿至下降沿的时间，另一片测量脉冲下降沿至上升沿的时间，并且使它们交替工作在数据测量阶段和数据传输及初始化阶段。这样，就利用计时芯片单次测量高精度的优点，解决了一组脉冲信号周期及占空比连续测量的问题，并且不会损失测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
脉冲信号周期及占空比连续测量方法
本专利技术涉及一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法，特别是一种适用于测量精度要求达到皮秒级、需要对一组脉冲信号中各个脉冲的周期及占空比进行连续测量方法。
技术介绍
脉冲信号是传感器以及检测仪表中应用较多的信号形式。而脉冲的周期及占空比则包含了被测物体的多种信息。例如对超声波回波信号做处理后得到的脉冲信号，其周期及占空比可反映超声波信号包络线的疏密情况，进而可以利用时间相关法分析超声波飞行时间。对于测量精度要求不高，且比较稳定的周期脉冲信号的周期及占空比测量已有相当成熟的技术。但当一组脉冲信号混有干扰脉冲时，往往需要能精确测量每个输入脉冲的周期及占空比，这样才可以采用如时间相关法等对大量数据进行统计分析。因此，一个较理想的脉冲信号周期及占空比测量方法是能准确测量一组脉冲信号中各个脉冲的周期及占空比。在周期的测量上，可以利用了现代单片微处理器的定时器中比较器单元与捕捉器单元的硬件功能，例如专利脉冲信号周期测量方法(专利号：201010609782.0)。测量信号占空比(dutycycle)的方法主要是采用高速的计数器。待测信号可以根据计数器产生的信号均匀的区分成多个区间，并且计算这些多个区间中待测信号为高准位的个数。之后，再将区间的个数与高准位的个数相除，以得到占空比比。然而，传统上的测量方法，至少有下列缺点。利用此方法时所会面临到的一大缺点是在于此方法必须采用高速的计数器。举例而言，若是待测信号的频率为1GHz(千兆赫兹)，而欲将此待测信号均匀的区分成一百个区间时，在一定的精度要求下，至少会需要一个速度高达4GHz的计数器。然而，高速计数器的成本相当的高昂。传统的测试方法会使测试仪器的成本大幅提升。此外，计数器的容量也会是一个限制。若是针对频率为1GHz的待测信号，并以上述4GHz的计数器，进行为时1us(微秒)的测量，则此计数器至少需要4000位的容量。若是需要大容量的计数器，同样也会面临高成本的问题。因此，容量上的限制同样也是传统测量占空比时所遇到的问题。而且利用传统的测量方法时，若是测量时无法精确与待测信号的上升边缘(raisingedge)或是下降边缘(fallingedge)进行同步，可能会使测量时产生一个脉冲的误差，使得准确度上有所偏差。针对以上问题有专利利用除频器、压控振荡器与计数器的方法来保证测量精度的准确，例如专利占空比测量系统与其方法(专利号：201010590871.5)。但是，对于一组脉冲信号，若要得到其中各个脉冲的周期及占空比信息，则需要对各个脉冲进行连续测量，很明显，传统的测量方法和现有的技术还无法满足这个要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术存在的不足，提供一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法，特别是一种适用于测量精度要求达到皮秒级、需要对一组脉冲信号中各个脉冲的周期及占空比进行连续测量方法，准确地测量一组脉冲信号中每一个脉冲的周期及占空比，使测量系统可以采用如时间相关法等对大量数据进行统计分析。为达到上述目的，本专利技术的构思是：采用两个高精度计时芯片，其中一片测量脉冲上升沿至下降沿的时间，另一片测量脉冲下降沿至上升沿的时间，并且使它们交替工作在数据测量阶段和数据传输及初始化阶段。这样，就利用计时芯片单次测量高精度的优点，解决了一组脉冲信号周期及占空比连续测量的问题，并且不会损失测量的精度。上述系统充分利用了计时芯片单次测量高精度的优点和现代微处理器灵活的操控，消除了多中断程序响应的时间竞争问题，直接由专用芯片的硬件来得到高精度的脉冲边沿时间，从而可以连续得到高精度的脉冲周期及占空比。根据上述专利技术的构思，本专利技术采用以下技术方案：一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法，其特征在于：采用高精度定时器I和高精度定时器II以及一个数据处理单元；高精度定时器I有Start边沿捕捉单元甲、Stop边沿捕捉单元甲以及计时单元甲；高精度定时器II有Start边沿捕捉单元乙、Stop边沿捕捉单元乙以及计时单元乙；高精度定时器I的计时单元甲对Start边沿捕捉单元甲输入端S1脉冲上升沿变化瞬间的时间和Stop边沿捕捉单元甲输入端S2脉冲下降沿变化瞬间的时间的时间差进行计时；高精度定时器II的计时单元乙对Start边沿捕捉单元乙输入端S3脉冲下降沿变化瞬间的时间和Stop边沿捕捉单元乙输入端S4脉冲上升沿变化瞬间的时间的时间差进行计时；计时单元甲和计时单元乙分别将计时数值送入数据处理单元，高精度定时器I和高精度定时器II同时接收一组脉冲信号X并且交替工作，其中高精度定时器I的计时单元甲对当前脉冲的上升沿至下降沿的时间进行计时，高精度定时器II的计时单元乙对当前脉冲的下降沿至上升沿的时间进行计时；在高精度定时器I对脉冲上升沿至下降沿的时间计时的同时，将高精度定时器II的计时数据送入数据处理单元并且完成高精度定时器II的初始化，在高精度定时器II对脉冲上升沿至下降沿的时间计时的同时，将高精度定时器I的计时数据送入数据处理单元并且完成高精度定时器I的初始化。在一组脉冲信号X中的脉冲P(i)及其相邻的脉冲P(i+1)下的具体操作步骤如下：(a).脉冲信号X中的脉冲P(i)上升沿变化时，高精度定时器I的Start边沿捕捉单元甲被触发；脉冲信号X中的脉冲P(i)下降沿变化时，高精度定时器I的Stop边沿捕捉单元甲被触发；在Stop边沿捕捉单元甲被触发的同时高精度定时器I的计时单元甲将经过计算的脉冲P(i)上升沿至下降沿的时间T1(i)送入数据处理单元并完成高精度定时器II的初始化；(b).脉冲信号X中的脉冲P(i)下降沿变化时，高精度定时器II的Start边沿捕捉单元乙被触发；脉冲信号X中的脉冲P(i+1)上升沿变化时，高精度定时器II的Stop边沿捕捉单元乙被触发；在Stop边沿捕捉单元乙被触发的同时高精度定时器II的计时单元乙将经过计算的脉冲P(i)下降沿至上升沿的时间T2(i)送入数据处理单元并完成高精度定时器I的初始化；(c).参考进行步骤(a)和(b)，完成对P(i+1)上升沿至下降沿的时间T1(i+1)和下降沿至上升沿的时间T2(i+1)测量；(d).数据处理单元将高精度定时器I和高精度定时器II送入的脉冲P(i)上升沿至下降沿的时间和下降沿至上升沿的时间进行保存，并等待下一脉冲P(i+1)的上升沿至下降沿的时间和下降沿至上升沿的时间数据。(e).得到当前脉冲的周期T(i)＝T1(i)+T2(i)，占空比D＝T1(i)/T(i)。本专利技术与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本专利技术充分利用了计时芯片单次测量高精度的优点和现代微处理器灵活的操控，消除了多中断程序响应的时间竞争问题，直接由专用芯片的硬件来得到宽量程高精度的脉冲边沿时间，保证了测量精度可以达到皮秒级别。而两个高精度计时芯片交替工作在数据测量阶段和数据传输及初始化阶段，满足了连续测量周期及占空比的需求。这些特性使连续得到高精度的脉冲周期及占空比成为可能。附图说明图1是本专利技术的一个实施例的测量设置结构原理框图。具体实施方式本专利技术的一个优选实施例如下述：参见图1。一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法，采用高精度定时器I1和高精度定时器II2以及一个数据处理单元3；高精度定时器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法，其特征在于：采用高精度定时器1(1)和高精度定时器2(2)以及一个数据处理单元(3)；高精度定时器1(1)有Start边沿捕捉单元甲(1.1)、Stop边沿捕捉单元甲(1.2)以及计时单元甲(1.3)；高精度定时器2(2)有Start边沿捕捉单元乙(2.1)、Stop边沿捕捉单元乙乙(2.2)以及计时单元乙(2.3)；高精度定时器1(1)的计时单元甲(1.3)对Start边沿捕捉单元甲(1.1)输入端S1脉冲上升沿变化瞬间的时间和Stop边沿捕捉单元甲(1.2)输入端S2脉冲下降沿变化瞬间的时间的时间差进行计时；高精度定时器2(2)的计时单元乙(2.3)对Start边沿捕捉单元乙(2.1)输入端S3脉冲下降沿变化瞬间的时间和Stop边沿捕捉单元乙(2.2)输入端S4脉冲上升沿变化瞬间的时间的时间差进行计时；计时单元甲(1.3)和计时单元乙(2.3)分别将计时数值送入数据处理单元(3)；高精度定时器1(1)和高精度定时器2(2)同时接收一组脉冲信号X并且交替工作，其中高精度定时器1(1)的计时单元甲(1.3)对当前脉冲上升沿至下降沿的时间进行计时，高精度定时器2(2)的计时单元乙(2.3)对当前脉冲下降沿至上升沿的时间进行计时；在高精度定时器1(1)对脉冲上升沿至下降沿的时间进行的同时，将高精度定时器2(2)的计时数据送入数据处理单元(3)并且完成高精度定时器2(2)的初始化，在高精度定时器2(2)对脉冲下降沿至上升沿的时间进行计时的同时，将高精度定时器1(1)的计时数据送入数据处理单元(3)并且完成高精度定时器1(1)的初始化；在一组脉冲信号X中的脉冲P(i)及其相邻的脉冲P(i+1)下的具体操作步骤如下：(a). 脉冲信号X中的脉冲P(i)上升沿变化时，高精度定时器1(1)的Start边沿捕捉单元甲(1.1)被触发；脉冲信号X中的脉冲P(i)下降沿变化时，高精度定时器1(1)的Stop边沿捕捉单元甲(1.2)被触发；在Stop边沿捕捉单元甲(1.2)被触发的同时高精度定时器1(1)的计时单元甲(1.3)将经过计算的脉冲P(i) 上升沿至下降沿的时间T1(i)送入数据处理单元(3)并完成高精度定时器2(2)的初始化；(b). 脉冲信号X中的脉冲P(i)下降沿变化时，高精度定时器2(2)的Start边沿捕捉单元乙(2.1)被触发；脉冲信号X中的脉冲P(i+1)上升沿变化时，高精度定时器2(2)的Stop边沿捕捉单元乙(2.2)被触发；在Stop边沿捕捉单元乙(2.2)被触发的同时高精度定时器2(2)的计时单元乙(2.3)将经过计算的脉冲P(i) 下降沿至上升沿的时间T2(i)送入数据处理单元(3)并完成高精度定时器1(1)的初始化；(c). 重复进行步骤(a)和(b)，完成对P(i+1)的上升沿至下降沿的时间T1(i+1)和下降沿至上升沿的时间T2(i+1)测量；(d). 数据处理单元(3)将高精度定时器1(1)和高精度定时器2(2)送入的脉冲P(i) 上升沿至下降沿的时间和下降沿至上升沿的时间进行保存，并等待下一脉冲P(i+1)的上升沿至下降沿的时间和下降沿至上升沿的时间数据； (e). 得到当前脉冲的周期T(i)= T1(i) +T2(i)，占空比D= T1(i)/ T(i)。...

【技术特征摘要】
1.一种脉冲信号周期及占空比连续测量方法，其特征在于：采用高精度定时器I(1)和高精度定时器II(2)以及一个数据处理单元(3)；高精度定时器I(1)有Start边沿捕捉单元甲(1.1)、Stop边沿捕捉单元甲(1.2)以及计时单元甲(1.3)；高精度定时器II(2)有Start边沿捕捉单元乙(2.1)、Stop边沿捕捉单元乙(2.2)以及计时单元乙(2.3)；高精度定时器I(1)的计时单元甲(1.3)对Start边沿捕捉单元甲(1.1)输入端S1脉冲上升沿变化瞬间的时间和Stop边沿捕捉单元甲(1.2)输入端S2脉冲下降沿变化瞬间的时间的时间差进行计时；高精度定时器II(2)的计时单元乙(2.3)对Start边沿捕捉单元乙(2.1)输入端S3脉冲下降沿变化瞬间的时间和Stop边沿捕捉单元乙(2.2)输入端S4脉冲上升沿变化瞬间的时间的时间差进行计时；计时单元甲(1.3)和计时单元乙(2.3)分别将计时数值送入数据处理单元(3)；高精度定时器I(1)和高精度定时器II(2)同时接收一组脉冲信号X并且交替工作，其中高精度定时器I(1)的计时单元甲(1.3)对当前脉冲上升沿至下降沿的时间进行计时，高精度定时器II(2)的计时单元乙(2.3)对当前脉冲下降沿至上升沿的时间进行计时；在高精度定时器I(1)对脉冲上升沿至下降沿的时间进行的同时，将高精度定时器II(2)的计时数据送入数据处理单元(3)并且完成高精度定时器II(2)的初始化，在高精度定时器II(2)对脉冲下降沿至上升沿的时间进行计时的同时，将高精度定时器I(1)的计时数据送入数据处理单元(3)并且完成高精度定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇杰，苏剑，刘振凯，李斌，姚骏，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31