时频参数测量中存储容量的压缩方法

　　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=f·t

　　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=4μs时，M=2.5KB;若要进一步压缩存储容量，可增大tc，如当tc=8μs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。