[发明专利]一种快速全范围测量的脉冲计数系统及其工作方法

权利要求书

1.一种快速全范围测量的脉冲计数系统，其特征在于，所述脉冲计数系统包括MCU和CPLD，MCU与CPLD之间通过SPI串行通讯接口交互，MCU负责CPLD与PLC控制器之间的数据交互和命令下发，CPLD负责外部脉冲信号的采集并接收MCU的控制命令；

所述CPLD包括低频测频单元、中频测频单元、高频测频单元、仲裁控制单元、SPI通讯单元，外部脉冲信号同时经过低频测频单元、中频测频单元、高频测频单元的测频之后，将测得的脉冲计数数据传输至仲裁控制单元；仲裁控制单元根据当前输入的脉冲计数数据，选择测频精度更高的测频单元的测频结果向SPI通讯单元发送，同时控制各测频单元的启动、停止、复位；SPI通讯单元接收MCU的控制命令和数据命令，将仲裁控制单元发送而来的脉冲计数数据上传给MCU，同时下发MCU的控制命令，通过MCU进行频率计算转换。

2.一种权利要求1所述的快速全范围测量的脉冲计数系统的工作方法，其特征在于，所述仲裁控制单元对脉冲计数数据进行划分，由于固定基频下，脉冲计数数据与频率值相互对应，因此，通过频率值来表达实际脉冲计数值，将F0-F5记为低频、F5-F6记为中频、F6以上记为高频；在F5±20Hz范围内设定F1、F2，在F6±200Hz范围内设定F3、F4，低频测频单元在F0-F2的范围内输出正常值，中频测频单元在F1-F4的范围内输出正常值，高频测频单元在F3以上输出正常值；

所述仲裁控制单元接收到低频测频单元、中频测频单元、高频测频单元输入的外部脉冲计数值对应的频率F之后，如果F0≤F＜F2，仲裁控制单元选择低频测频单元的输出值；

如果F2≤F＜F4，仲裁控制单元选择中频测频单元的输出值；

如果F4≤F，仲裁控制单元选择高频测频单元的输出值；

此后，

如果是对连续脉冲的测频，则先判断F是逐渐递增还是逐渐递减：

如果逐渐递增，则在F＜F2时，仲裁控制单元选择低频测频单元的输出值，在F2≤F＜F4时，仲裁控制单元选择中频测频单元的输出值，在F4≤F时，仲裁控制单元选择高频测频单元的输出值；

如果逐渐递减，则在F＜F1时，仲裁控制单元选择低频测频单元的输出值，在F1≤F＜F3时，仲裁控制单元选择中频测频单元的输出值，在F3≤F时，仲裁控制单元选择高频测频单元的输出值；

如果是对非连续脉冲的测频，则在F＜F2时，仲裁控制单元选择低频测频单元的输出值，在F2≤F＜F4时，仲裁控制单元选择中频测频单元的输出值，在F4≤F时，仲裁控制单元选择高频测频单元的输出值。

3.根据权利要求2所述的一种快速全范围测量的脉冲计数系统的工作方法，其特征在于，所述低频测频单元将连续两个输入脉冲的上升沿作为对10M基频计数的起始和停止信号，通过计算在连续两个上升沿信号之间10M基频的计数值，从而在输入MCU之后计算出当前输入脉冲的频率。

4.根据权利要求2所述的一种快速全范围测量的脉冲计数系统的工作方法，其特征在于，所述中频测频单元为提高测频精度，采用测周期和测脉冲相结合的方式实现对输入脉冲信号频率的测量；

所述中频测频单元同样采用10M基频作为测频基频，同时增加一路1KHz的基频信号作为窗口时间长度的基频，通过指定1KHz基频信号的计数值大小，可修改窗口时间长度，单位ms；最后通过测量在指定时间周期内，外部输入脉冲计数值和10M基频脉冲计数值，从而计算出外部输入脉冲的频率，且该指定时间周期长度可根据当前输入脉冲频率动态调节，保证测频准确度的同时提高测频响应速度。

5.根据权利要求4所述的一种快速全范围测量的脉冲计数系统的工作方法，其特征在于，给定时间窗口t，测得外部脉冲计数为m个，10M基频计数为n个，则MCU按以下公式计算外部脉冲频率：F＝(m*10M)/n；

该时间窗口t大于外部脉冲周期的2倍以上，同时，该时间窗口t可按公式t＝2/F动态跟随外部脉冲频率周期变化，t最小限制为10ms。

6.根据权利要求2所述的一种快速全范围测量的脉冲计数系统的工作方法，其特征在于，所述高频测频单元采用指定时间内测脉冲的方式实现对输入脉冲信号频率的测量，高频测频单元使用10M基频作为采样频率，可配置不同的硬件滤波等级，对输入脉冲信号进行滤波，只有连续n次获取的电平信号都为高电平/低电平时，外部脉冲信号值才会被计数一次，从而在输入MCU之后计算出当前输入脉冲的频率。