高准确性的频率测量系统

的信号进行四分频。

硬件电路原理图如图4所示。

图3改进的测频方法原理框图

图4 硬件电路图

4 软件设计

选用NI公司的LabWindows/CVI为软件开发环境，它以ANSIC为核心，有机结合了数据采集、分析和显示等工具，为自动检测系统提供了一个理想的软件开发环境。待测信号较多时，如果使用单一线程，会造成测量或激励冲突，导致系统死机，难以保证实时性。为避免这一现象，在频率量测量程序中，本文使用了多线程技术——线程池。线程池实现了多个任务分时占有CPU，可在一个时间段内并行完成多个任务，适用于需要不连续地执行多次或在循环中执行的任务[4]。同时，软件使用SQLToolkit工具包，记录测试数据，并可进行离线数据分析。软件系统示意图如图5。为了测量多路信号，使用三种功能模块同时测量。

图5 软件结构示意图

4.1 DMM-32-XT模块测频

DMM-32-XT的板载频率有10kHz和10MHz两种，根据输入频率的不同，选用不同的板载频率来测量。首先用10kHz进行测频。计数器是减记数的方式，所以在检测到低电平时，往计数器0赋初值0；当遇到高电平时，计数器自动开始减数。直到再次遇到低电平时停止。这时，将计数器中的值锁存并读出。先从计数器读出低位low，再读出高位high。可求出频率为：

为使测量误差小于0.5%，由得fx≤50，如果待测频率分频后大于50Hz，为了精度更高，将选用10MHz的板载频率再次测量，过程相同。程序流程图如图6。

4.2 OMM-XT模块测频

OMM-XT模块只有一种大小为4MHz的板载频率，在测低频时，以4MHz作为基准频率，计数器会产生溢出。为解决这个问题，将计数器1和计数器2的级连，把计数器1的输出设置为计数器2的输入。计数器1对4MHz分频，产生50kHz的方波，计数器2用此频率作为基准频率计数。而在测高频时，只用计数器2进行测频即可。

为使测量误差小于0.5%，由得fx≤250，为了保留一定的裕度，设定fx≥200时换用测高频方式，即只用计数器2进行测频。同理，由

得fx≤20kHz，当待测信号频率大于20kHz时，精度无法保证，因此该法只适用于20kHz以下的频率。

4.3 GPIO-MM-XT模块测频

GPIO-MM-XT功能模块是基于FPGA的PC104计数器和数字I/O模块，嵌入两个CTS9513计数逻辑器件。其板载频率为40MHz，软件可配置16分频、256分频、4096分频、65536分频，得到大小不同的基准频率。测频原理类似于上述模块。程序流程图如图7。

图6 DMM-32X-AT模块测频流程图

图7 GPIO模块测频流程图

5 实验结果

使用EE1411型合成函数信号发生器产生的频率信号作为输入，对每个信号进行10次测量，得到的实验数据如表1所示，可见测量误差在0.2%以下。

6 结论

本文详细论述了一种高精度频率测量系统，该系统在设计上充分考虑了现场使用环境的特点和用户需求，并为离线数据分析处理提供方便。硬件上采用PC104总线模块，保证系统的高可靠性。软件平台采用NI公司的LabWindows/CVI，软件设计面向测试过程，界面友好，为功能扩展提供了良好基础。经实际测试表明，该系统用于电力电子测量中，满足相应的测试要求和测试指标，操作简单，可靠性好，检测效率高，便于携带和维护。

参考文献
[1] 陈晓荣，蔡萍，周洪全.基于单片机的频率测量的几种实用方法[J].工业仪表与自动化装置,2003,(01) :40
[2] 梁旭，李行善，袁海文.一种基于PC104总线的航空发动机综合检查仪的研制[A].全国第二届总线技术与测控系统工程学术报告会论文集[C].2001：53-56
[3] 连业耀，袁海文，刘颖异.基于PC104的某型发动机参数检查仪的研制[A].金刚.2010年航空试验测试技术峰会暨学术交流会论文集[C].北京:《测控技术》杂志社,2010:48-51
[4] Logan.w.k．Adding Reliability and Determinism to Your ATE System with LabWindows/CVI Real-Time[A]．IEEE Systems Readiness Technology Conference[C] , America:2006：784-788

作者简介
李坤峪（1989-），女，安徽寿县人，硕士研究生，主要研究方向为自动检测技术。■