[发明专利]脉冲频率测量设备和方法以及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲频率测量技术领域，更具体地，涉及能够使用廉价的硬件计数器和低速处理单元来实施对高频脉冲序列进行测量的脉冲频率测量设备和方法，还涉及包含有所述脉冲频率测量设备的控制系统以及被配置为执行所述脉冲频率测量方法的控制系统。

背景技术

当今，脉冲频率测量广泛应用于过程自动化产业中，并且必须处理具有各种频率的脉冲序列。现有的实现方法通常使用现场可编程门阵列(FPGA)来实施频率测量逻辑函数，这增加了实现成本。此外，当前的用于频率测量的算法(例如计算某个时段内脉冲数量的“f”方法和测量脉冲宽度的“t”方法)需要用于高频脉冲的高速MCU，这同样增加了成本。

发明内容

下文将给出本发明的发明内容，以提供对本发明的一些方面的基本理解。然而，可被理解的是，所述发明内容既不是对本发明的完整描述，也不欲限定本发明的实质或重要的构件或范围，其目的仅是以简化的形式介绍本发明的一些理念，并由此用作随后呈现的具体实施方式的前序。

鉴于上述的背景技术，本发明的目的是提出一种新的频率测量解决方案，所述解决方案使用低速MCU和外部硬件计数器来测量输入脉冲序列的频率，由此在确保与FPGA解决方案所提供的测量效果相同的同时显著降低了成本。

根据本发明的一个方面，提供了一种包含有硬件计数器和处理单元的脉冲频率测量设备，所述硬件计数器被配置为对输入脉冲序列执行计数操作以输出计数结果，所述处理单元被配置为从所述计数结果得到脉冲个数并测量得到的脉冲个数占用的第一时间周期，其中所述处理单元包括频率计算模块，所述频率计算模块被配置为基于得到的脉冲个数和第一时间周期计算输入脉冲序列的频率。

根据本发明的实施例，如果处理单元确定出硬件计数器在预定的采样时间周期内达到其满量程计数的次数(该次数得自计数结果)不小于第一预定阀值，或者确定出在预定的采样时间周期内从计数结果得到的脉冲个数不小于第二预定阀值，那么频率计算模块还可被配置为基于从处理单元得到的脉冲个数和第一时间周期来计算输入脉冲序列的频率。

根据本发明的实施例，如果处理单元确定出硬件计数器在预定的采样时间周期内达到其满量程计数的次数(该次数获取自计数结果)小于第一预定阀值，或者确定出在预定的采样时间周期内从计数结果得到的脉冲个数小于第二预定阀值，那么频率计算模块还可被配置为基于由处理单元测量的单个脉冲的时间周期来计算输入脉冲序列的频率。

根据本发明的另一实施例，处理单元还可包括软件计数器，如果处理单元确定出基于单个脉冲的时间周期计算的频率大于预定的频率阀值，则所述软件计数器可被配置为对输入脉冲序列中脉冲的个数进行计数，并测量所计数的脉冲个数占用的第二时间周期，并且频率计算模块还可被配置为基于由软件计数器计数的脉冲个数和第二时间周期来计算输入脉冲序列的频率。

根据本发明的另一实施例，处理单元还可被配置为从计数结果得到硬件计数器达到其满量程计数的脉冲个数，并且基于该次数和满量程计数得到脉冲的个数，可基于硬件计数器达到其满量程计数的时间点来确定第一时间周期。

根据本发明的另一实施例，采用时间分割策略来测量多个输入脉冲序列的频率，处理单元还被配置为在第一预定的测量时间周期内得到第一输入脉冲序列的脉冲个数，同时在第二预定的测量时间周期内得到第二输入脉冲序列的脉冲个数。

根据本发明的另一实施例，如果处理单元确定出在第一预定的测量时间周期内得到的第一输入脉冲序列的脉冲个数小于预定值，则第一输入脉冲序列在后台被测量，而不会受限于第一预定的测量时间周期。

根据本发明的另一实施例，第一预定的测量时间周期与第二预定的测量时间周期时长相等且不重合。

根据本发明的另一实施例，第一预定阀值是1，并且第二预定阀值是硬件计数器的满量程计数。

根据本发明的另一实施例，通过捕获输入脉冲序列的上升边可测量单个脉冲的时间周期和第二时间周期。

根据本发明的另一实施例，处理单元是微控制单元。

根据本发明的另一方面，提供了一种脉冲频率测量方法，其包括：由硬件计数器对输入脉冲序列进行计数操作以输出计数结果；由处理单元从计数结果得到脉冲个数，并测量得到的脉冲个数占用的第一时间周期；以及，如果硬件计数器在预定的采样时间周期内达到其满量程计数的次数(该次数可从计数结果得到)不小于第一预定阀值，或者在预定的采样时间周期内从计数结果得到的脉冲个数不小于第二预定阀值，则由处理单元中的频率计算模块基于得到的脉冲个数和第一时间周期计算输入脉冲序列的频率。