4 軟件設計

　　選用NI公司的LabWindows/CVI為軟件開發環境，它以ANSIC為核心，有機結合了數據采集、分析和顯示等工具，為自動檢測系統提供了一個理想的軟件開發環境。待測信號較多時，如果使用單一線程，會造成測量或激勵沖突，導致系統死機，難以保證實時性。為避免這一現象，在頻率量測量程序中，本文使用了多線程技術——線程池。線程池實現了多個任務分時占有CPU，可在一個時間段內并行完成多個任務，適用于需要不連續地執行多次或在循環中執行的任務［4］。同時，軟件使用SQLToolkit工具包，記錄測試數據，并可進行離線數據分析。軟件系統示意圖如圖5。為了測量多路信號，使用三種功能模塊同時測量。

圖5：軟件結構示意圖

　　4.1 DMM-32-XT模塊測頻

　　DMM-32-XT的板載頻率有10kHz和10MHz兩種，根據輸入頻率的不同，選用不同的板載頻率來測量。首先用10kHz進行測頻。計數器是減記數的方式，所以在檢測到低電平時，往計數器0賦初值0；當遇到高電平時，計數器自動開始減數。直到再次遇到低電平時停止。這時，將計數器中的值鎖存并讀出。先從計數器讀出低位low，再讀出高位high。可求出頻率為：

　　為使測量誤差小于0.5%，由得fx≤50，如果待測頻率分頻后大于50Hz，為了精度更高，將選用10MHz的板載頻率再次測量，過程相同。程序流程圖如圖6。

　　4.2 OMM-XT模塊測頻

　　OMM-XT模塊只有一種大小為4MHz的板載頻率，在測低頻時，以4MHz作為基準頻率，計數器會產生溢出。為解決這個問題，將計數器1和計數器2的級連，把計數器1的輸出設置為計數器2的輸入。計數器1對4MHz分頻，產生50kHz的方波，計數器2用此頻率作為基準頻率計數。而在測高頻時，只用計數器2進行測頻即可。

　　為使測量誤差小于0.5%，由得fx≤250，為了保留一定的裕度，設定fx≥200時換用測高頻方式，即只用計數器2進行測頻。同理，由

　　得fx≤20kHz，當待測信號頻率大于20kHz時，精度無法保證，因此該法只適用于20kHz以下的頻率。

　　4.3 GPIO-MM-XT模塊測頻

　　GPIO-MM-XT功能模塊是基于FPGA的PC104計數器和數字I/O模塊，嵌入兩個CTS9513計數邏輯器件。其板載頻率為40MHz，軟件可配置16分頻、256分頻、4096分頻、65536分頻，得到大小不同的基準頻率。測頻原理類似于上述模塊。程序流程圖如圖7。

圖6? DMM-32X-AT模塊測頻流程圖
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圖7 GPIO模塊測頻流程圖

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　　5 實驗結果

　　使用EE1411型合成函數信號發生器產生的頻率信號作為輸入，對每個信號進行10次測量，得到的實驗數據如表1所示，可見測量誤差在0.2%以下。

　　6 結論

　　本文詳細論述了一種高精度頻率測量系統，該系統在設計上充分考慮了現場使用環境的特點和用戶需求，并為離線數據分析處理提供方便。硬件上采用PC104總線模塊，保證系統的高可靠性。軟件平臺采用NI公司的LabWindows/CVI，軟件設計面向測試過程，界面友好，為功能擴展提供了良好基礎。經實際測試表明，該系統用于電力電子測量中，滿足相應的測試要求和測試指標，操作簡單，可靠性好，檢測效率高，便于攜帶和維護。