时频参数测量中存储容量的压缩方法

1、时频参数测量中存储容量的压缩方法摘要：介绍一种单片机测量时频参数时的数据处理方法，即线性地址变换法。在存储容量有效压缩的基础上，进一步分析采样数据，用软件实现可控时标，保证测量精度。 在智能仪表、网络通讯、过程控制等测控系统应用中，经常需要对脉冲信号的频率（或周期）进行精确测量。常用的方法是被测信号作为闸门信号，而且一个标准频率信号作为填充脉冲，在闸门周期内对标准频率信号计数，如何压缩数据存储量，是本文要解决的主要问题。1 基于单片机系统的时频参数测量当采用单片机微处理器测量信号频率（周期）时，定时器T0工作在计数方式，定时器T1工作在定时方式，T1向外部发固定频率的脉冲（时标），T0对时标进

2、行计数。被测脉冲信号产生一个外部中断控制信号，向CPU发出一个中断请求，CPU响应中断，在中断服务程序中把T0的计数值读入数据存储器，数据转移完成后，使T0复位，重新计数，开始新的周期测量，其测量原理如图2所示。2 线性地址变换单片机把计数值读入存储器，是把每一个测出的周期值Ti按其时间先后顺序存入存储器中。这样，测量出的每一个Ti无论是否相同都要用一个单元来存放，且随着被测信号的平均频率和测量时间t的增长，所需要的存储容量就会增加，即：存储容量 M=ft如被测信号平均频率f=10kHz，则1秒的约需存储容量10KB，10秒约需存储容量100KB。显然，单片机内RAM是不能满足要求的。即使扩充

3、外存，也不宜太大，会有一定的限制。但实际上，所测出的Ti中，有相当多是相同的。如果把相同的Ti值用一个单元来存放，则可大大压缩存储容量。为此，可采用线性变换的方法，把每个Ti按（1）式转换为单元地址值，并将其内容加1，表示已有一个该Ti值。最后该单元的内容Ni就表示测量中共有Ni个相同的Ti值出现。存储地址=起始地址+kTi (1)式中：起始地址对应于Ti=0的存储单元地址，根据所选单片机型号任意设定。 k变换比，表示出现Ti值的个数Ni用k个字节来存放。k=1，表示Ti对应的Ni值用2个字节存放。这样：存储容量M=存储地址最大值-起始地址值=kTimax （2）因此，使用线性地址变换时，存储

4、容量由测量的最大周期Timax决定。且当采用计数方式测Ti值时，若计数时标周期为tc，则计数器测得的Ti值实际上是Ti所包含的tc个数。这样，存储容量可改写为：存储容量M=Timax/tc (设k=1) （3）若规定测量的Timax=10ms,当设置tc=4s时，M=2.5KB；若要进一步压缩存储容量，可增大tc，如当tc=8s时，M1.25MB，从而可满足有限存储容量的要求。单片机进行线性地址变换时，用定时器计数方法测量每一个Ti值，然后用中断服务子程序按（1）式进行地址变换，把Ti值转换为地址单元号，并使该单元内容加1。如把一次采样规定为测n个Ti值，则当把n个Ti采样完后，在存储器从起始

5、地址开始的单元内就直接存放了如图3所示的反映被测脉冲频率波动情况的周期概率分布曲线。图3中Ni为一次采样的n个脉冲周期中出现周期为Ti的次数，Nmax为Ni中的最大值，Tnmax为对应的周期值。 根据测得的存储数据，由数理统计方法可计算出平均周期T=(NiTi)/ Ni，或平均频率f=1/T。上述数据处理方法既保证了数据采样的信息量又节约了存储空间。较真实地反映了采样期间信号的变化情况。3 存储容量的压缩与测量精度的保证上述数据处理方法虽然可用增大时标tc来压缩存储空量，但另一方面则可能使测试的相对误差增大，其最大相对误差max出现在测量区间的低端Timin时：max=tc/Timin (4)

6、考虑测试误差，将（4）式代入（3）式，则存储容量可表示为：存储容量M=(1/max) (Timax/Timin) (5)此式表明，考虑测试误差时，要压缩存储容量就要压缩测量区间。若测量范围定为50s10ms，则测量区间计算值为：(Timax/Timin)=(100ms/50s)=20如设定max0.01，则M20KB。因此，为了将存储容量压缩到2KB左右，又使其max0.01，则应压缩测量区间到20以下。若把整个测量范围分成若干个区间，每个区间以不同的时标进行测试，就可满足max0.01，存储容量23KB的要求。上述定标是由软件完成的。采用的方法是先用较大的时标测量一次（称为粗测），然后从概率分布曲线上找到Nmax所对应的Tnmax值，与区间定标界限系数相比较，视其所在区间确定定时器T1的时间常数，输出相应的时标脉冲。自动定标后，以新的时标重新进行测量（称为精测），精测得到的周期概率分布曲线才作为计算和控制的依据。关于数据采集的软件流程如图4所示。随着单片机主频的不断提高，DSP技术的广泛应用，为时频参数的高精度测量创造了