基于AVR单片机的自动准同期装置频率测量方法

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第2 8卷

第 3期

吉首大学学报 (自然科学版)Jt lf i o n e i N t a Si c dtn ama 0 s uU i rt a rl ce eE io) Jh v sy( u n i

V0 . 8 No 3 12 .Ma 2 0 y. 0 7

20年 5 07月

文章编号：07—28 (0r 0— 06 3 10 952O)3 0 7—0 7

基于 A R单片机的自动准同期装置频率测量方法 V彭道林(湖南农业大学理学院，湖南长沙 40 2 ) 118

摘

要：频率测量在自动准同期装置的设计中十分重要，它直接影响到压差、角差计算的准确度和并网的质量 .笔者以

A M G 18单片机为例， T E A2结合工程经验，探讨了 2种不同的测量办法，对工程应用有一定的借鉴意义.关键词：入捕获；出；断输溢中

中圈分类号：P9 .2 T 3 17

文献标识码： A

A M G 18单片机自身带有输入捕捉功能，为精确 T E A2这计算周期提供了一个很好的基础 . 1 6位定时器 T和，以 1 I 3可在外部事件 (上升沿或下降沿)来到时，将相应定时器的计数值保存在输入捕获寄存器 IP和 IP C 1 C 3当中 .…毫无疑问，不

管使用何种方法，硬件都必须将正弦信号转变为方波信号送入 A M G 18的输入捕捉端，荐的波形变换电路见图 1 T E A2推所示 .笔者所探讨的 2种方法都是围绕微处理器的硬件基础

展开 .主要的工作就是必须准确地测量出系统侧和对象侧各自相临 2个上升沿或下降沿之间的时间差 .由于自动准同期

装置还必须计算角差， T和 .还必须承担起实际角差时故 l I 3间(也就是测量系统侧和对象侧之间相临的上升沿或下降沿的时间差，下同 )的测量，因此周期测量部分附带包含实际角差时间的测量 .

GND

圈 1波形变换电路

1测量方法 1的思路和流程假设 T和， 1 I 3分别对应于系统侧和对象侧的周期捕获(假定两者均设置为上升沿捕获中断)那么第 1,种思路就是在相

临2个上升沿的前者到来时，计数值清零，将那么后者到来时所捕获的计数值乘上定时器的分辨率就是周期 T T和， .1 I 3输入捕获中断对应的程序流程图如图 23所示 .3由系统侧定时器 T启动，,, I 1因此不用初始化 .—r t指定时器的分辨率

( A .与 T M￣A18 F; 2时钟频率和对应定时器的分频系数有关 ), 一o e标志位用来判断本次上升沿是否为连续两者中的前一个 . rr d 一o el r r和定时器 d一o el ) r r=0 d当系统侧前次上升沿到来时，中断程序将捕获值保存在变量 pel中， n rk清零上升沿次序标志位

计数寄存器 T N 1然后启动对象侧定时器， . CT, I那么， 3当再一个上升沿到来时，中断程序就会根据标志位 (

判断出该次上升沿为连续 2个上升沿中的后者 .因此，时的计数值乘上定时器的分辨率 t就是系统侧的周期 .此—r

再反过来看对象侧定时器，,获事件发生的时候，的中断程序还是依据自身的上升沿次序标志位 I当捕 3, I 3个上升沿 .定此时所捕获的值为，实测角差时间为 t W=(假则一p k )—r然后中断程序依旧把 T N 3和 r 3×t . e CT—

一o e rr d3一o. r

来判断此次到来的上升沿是连续 2次中的前者或是后者 .如果是前者，明该上升沿是定时器，说 I 3被 T启动后到来的第 1 1

dr e 3清零，等待下次上升沿的到来 .下一个上升沿到来后，似地可以用计数值乘上定时器的分辨率 t得到对象侧的周类—r

收稿日期 -07— 3一l '0 0 2 l

基金项目：湖南省科技攻关重点资助项目(4 K 0 2; 0 G 2 1 )湖南农业大学青年科研基金资助项目(3 N 2 0Q 0 )作者简介：彭道林 (9 3,, 17一)男湖南常德人，湖南农业大学理学院讲师，硕士，主要从事智能控制、嵌入式系统与单片机运用研究 .

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彭道林：于 A R单片机的自动准同期装置频率测量方法基 V

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期，然后关掉 1, 3等待 T再次启动 . 1方法 1的时序图解如图 4所示3启被

N

pe3 I P l rk C 3t_

l—=C 3 tr T g I P×—

w p e 3 ( rk -

二]== !1!曼2一 ! TCM T3 =0

F a re3 0 lR o d r=

停止T 3

图 2方法 1中 T中断流程图 1

图 3方法 2中 1 3中断流程图

系统侧

对象侧!● :

A

:

!

! i :

! ’ ;

B

c

A 0 B

图 4方法 1时序

图的

笔者发现，方法 1现的频率测量程序在实验中却并不准确 .实而且毫无例外，出现大的误差均表现为计算频率大于实际频率 .笔者以为可能是定时器溢出的影响，但是当定时器采用的预分频时，一个溢出循环时间为 6 .3 s远超过工频电 5 55m,压周波长度 (om )因此不存在这个问题 .过详细查找， 2 s,经笔者所用的程序中把电压采样中断 (采用的是定时器 0的输出比

较中断 )屏蔽掉，频率计算的精度马上会提高 .是原因绝对不是“但中断嵌套”所造成的，因为 A R系列单片机和 5系列有 V 1一

个重要的不同，就是当进入任何一个中断服务程序时，那硬件将自动关闭全局中断，中断返回时再打开 .待因此，若要实

现中断嵌套，须在进入某个中断服务程序后将全局中断打开，必然后将相应的局部中断使能 .正的原因是中断优先级和真

软件中的定时器计数值清零发生了冲突，这个冲突的过程可以见图 5所示 .▲

正弦波信号

;硬件转换 ●

方波信号

图 5方法 1的定时器清零被更高级中断推迟示意图

图中 A时刻是系统侧或对象侧信号上升沿到来的时刻，此时硬件自动将定时器 T或是 1 1 3的计数值保存在 IP或是 C1 IP . C 3中按照方法 1的设计思路，此时应立刻将进入相应的捕获中断服务程序将定时器清零 .是，但如果此时更高级的中断也同时到来(本实验中是定时器 r I r D或 I 2的输出比较中断，中断的优先级见表 1中断向量号靠前的具有更高优先级 ) 4个，, 程序将转向更高级的中断服务程序 .在执行完更高级中断服务程序以后，才响应 1或 1 ' 1 3的捕获中断服务程序，这就是时

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刻 B.可以看出定时器被推迟了时刻曰减去时刻 A的时间才清零 .因此，时刻 C到来的时候，在计数值小于实际应有的计数值，因此周期偏小，计算的频率偏大 .表 1 4个中断优先级列表

2测量方法 2的思路和流程第 2种方法就是针对中断程序的执行被推迟这一点展开的 .如果 2个更高级的中断非使用不可，就不能在 T和那 1

的输入捕获中断程序中把相应的定时器清零 .者推荐的办法是定时器 T和在初始化以后，不要对他们进行操作，笔 1

就对于其溢出产生的影响，可以考虑通过在 T和 1 1 3的溢出中断程序中设置溢出标志位的办法来解决 . ( )由于定时器 T和定时器是同时初始化的( 1 1两者分频系数要设置相同)因此在任何时刻， 1, T和的计数值应该一

样.

( )以分频系数为 11 2/ 6为例，一个溢出循环间隔时间为 6 .3 s因此当频率在 1 z以上时，个周波内(于 5 55I, n 5H一小 6 .3 s不可能出现 2次溢出， 5 55m )同理，对象侧和系统侧相邻 2个上升沿之间，定时器也不可能出现 2次溢出( 因为 2个上升沿的间隔时间必须小于对象侧的一个周波，否则不是系统侧和对象侧相临的 2上升沿)个 .

依据以上 2可以得到方法 2中的 T和的输入捕获中断程序的流程图 .图 6中，点 1在发生，么前后 2次计数值相减计算周期 T时必须加上 0 10 9在图 7中，那 I00 .

一ol v是溢出标志位 (如果发

生了溢出， T的溢出中断程序会将该标志位置位 )pel则 1,r保存的是上一次系统侧上升沿到来时计数器 T的值 . k 1如果溢出一o3仍然是溢出标志位，r 3是上一次对 v pk e

象侧上升沿到来时计数器的计数值 .在求实测角差时间 t—W时，变量 pel rk再次被使用 .这个原因就是上面注意的第 () 2点：系统侧上升沿到来的瞬间，1在 T和的计数值应该相同，因此 T的计数值如果为 p k, 1 r l那么在该瞬间的计数值也 e

为 pe1这样在对象侧上升沿来到时，计数值 k去 pel为角差实测时间， rk . B减 r则 k当然如果系统侧和对象侧 2个相邻上升

沿之间发生了溢出， k p k, 即< r l则计算角差实测时间的时候同样要加上 0l 0 . e x0 0方法 2 0的实现是完全依赖硬件，软件没有对计数器进行操作，因此频率测量准确性大幅度提高，足了运行要求 .满

图 6方法 2中 T输入捕获中断程序 1

图 7方法 2中输入捕获中断程序

3结论在准同期装置的研发当中，频率测量是相当重要的环节，笔者介绍了 2种测量方法，并阐述了第 1的不足之处，种实践

证明， 2种方法精度高，第有一定参考价值 .参考文献：

[]马 1

潮.高档 8位单片机 A M G 2 T E A18原理与开发应用指南( )[ .上 M]北京：北京

航空航天大学出版社，O 4 20 .(下转第 8 8页)

[]张瑛， 2牟龙华，刘军 .电力系统频率测量及跟踪[]电力系统及其自动化学报，0 3 ()3 3 . J. 20,3:5— 6

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坚硬顶板对冲击矿压发生的影响姚精明，富连窦林名李哲张波 何，,,(. 1北京科技大学金属矿山高效开采教育部重点实验室，京北 10 8; . 00 32中国矿业大学能源学院，江苏徐州 2 10 ) 208

摘

要：通过理论分析、现场实测和冲击矿压现象分析，明了顶板坚硬岩层产生的静压和突然运动、断均可使煤体说破

内部裂纹不稳定扩展而容易发生冲击矿压 . 关键词：冲击矿压；坚硬顶板；裂纹；失稳扩展中图分类号：D 2 . T 3 72文献标识码： A

(责任编辑

向阳洁)

(上接第 7 8页)

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S n h o im u p n s d o y c r n s Eq i me tBa e n AVR i ge Ch p Pr c so S n l— i o e s r

P ENG o ln Da -i

(c neCUae f ua gi l r nvrt, a I 40 2, h a Si c oeg H nnA r uua U i syal l 1 18 C i ) e o ct l ei l a n

Ab ta t F e u n y Ie Sle i e y i o tn n t e d sg fa o t y c r ns e u p n . h e s n l s i sr c: rq e c n, l' sv r mp r ti h e in o utma c s n h o im q ime t T e ra o i n a l a i e

te fc h t te et i c n u n e o ea c ua y o e v l g i e e c, h s i ee c n h u ly o h a t a x r ad r t f e c n t e e r e ft ot e d rn e p a e df rn e a d te q ai f t i s e il h h a f tc t n—n o e aim . k n h MEGA1 8 sn l— h p p o e s rfre a l a c ut g i p

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(任编辑责

陈炳权)

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