CN106682300A - 一种数字信号发生装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字信号发生装置及其方法，包括PC机模块，PC机模块与ARM模块连接，ARM模块输出强时钟节拍信号；其中PC机模块向ARM模块发送模型数据信息；其中ARM模块接收模型数据信息，并将模型数据信息存放在缓存器模块中，然后ARM模块通过定时模块按照时钟节拍将模型数据发送出去。解决了现有技术中使用DSP芯片和FPGA硬件电路设计在电力系统中控制吧的开发周期长，开发成本高的问题，并且该装置具有通用性；该方法发送的数据具有很强的时钟节拍，能够很好的模拟实际电力系统中的采样频率。

Description

一种数字信号发生装置及其方法

技术领域

本发明属于计算机信息技术领域，涉及一种数字信号发生装置，还涉及一种数字信号发生方法。

背景技术

传统控制板的测试实验都需要搭建相应的物理模型来给其提供测试信号，对于不同的控制板来说就需要搭建不同的电路，这在一定程度上相当的耗费财力物力。现在市场上出现的信号发生器大多数是给仪器仪表投入使用前提供标准测试用信号，比如提供的电压信号人为可以设置的参数有幅值，频率，加入的谐波含量等，不能够很好的模拟实际电路中的电压信号。而且市场上已有的信号发生器采用的信号发生技术大多数是基于DSP芯片的程序设计或者是基于FPGA的硬件电路设计，这使得开发人员在开发信号发生器时耗费掉太多的时间和精力。目前电力系统中控制板的开发大多数要辅助开发其相应的测试信号发生器，这使的控制板的开发周期变长，而且其开发成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字信号发生装置，解决了现有技术中使用DSP芯片和FPGA硬件电路设计在电力系统中控制吧的开发周期长，开发成本高的问题，并且该装置具有通用性。

本发明的目的还在于提供了一种数字信号发生方法，使用该方法发送的数据具有很强的时钟节拍，能够很好的模拟实际电力系统中的采样频率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种数字信号发生装置包括PC机模块，PC机模块与ARM模块连接，ARM模块输出强时钟节拍信号；其中PC机模块向ARM模块发送模型数据信息；其中ARM模块接收模型数据信息，并将模型数据信息存放在缓存器模块中，然后ARM模块通过定时模块按照时钟节拍将模型数据发送出去。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中PC机模块通过以太网接口与ARM模块连接。

其中ARM模块发送模型数据信息时，定时模块中断定时任务。

本发明的另一技术方案是一种数字信号发生方法，包括以下步骤：

步骤1，设置定时钟节拍；

步骤2，PC机模块通过以太网接口向ARM模块发送模型数据信息；

步骤3，ARM模块接收到PC机模块发送的模型数据信息，并将其存储到缓存器模块；

步骤4，ARM模块监听到时钟节拍信号，将存储在缓存器模块中的模型数据信息发送出去。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中步骤2还包括ARM模块创建定时中断任务，以太网发送任务何以太网接收任务。

其中步骤3还包括ARM模块监听到以太网接口传输的模型数据信息，ARM模块执行以太网接收任务。

其中步骤4中ARM模块监听到时钟节拍信号后，ARM模块执行定时中断任务，定时模块停止发送定时节拍，然后ARM模块执行以太网发送任务，将存储在缓存器模块中的模型数据信息发送出去。

其中该数字信号发生方法还包括步骤5，重复执行步骤2-步骤4。

本发明的有益效果是；该数字信号发生装置能够很好的模拟实际电力系统中的采样频率，并且该装置具有通用性，能够给大多数电力系统控制板提供测试信号，本装置主要采用PC机模块和ARM模块相结合，开发人员只需要在PC机模块上针对不同需求搭建不同的电力系统模型，从而缩短了开发周期，降低了开发成本。

本发明另一技术方案的有益效果是：通过定时模块设定时钟节拍，并且设置有缓存器模块进行存储模型数据信息，在ARM模块监听到时钟节拍信号后，按照精确的时钟节拍将模型数据信息发送出去，从而能够精确的模拟实际电路中的电压信号，避免了在信号发生器加入谐波引起的模拟电压信号准确度不高，导致模拟结果偏差大的问题。

附图说明

图1为本发明的模块连接示意图；

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种数字信号发生装置，如图1所示，包括PC机模块，PC机模块通过以太网接口与ARM模块连接，其中PC机模块通过以太网接口向ARM模块传输模型数据信息，ARM模块接收模型数据信息并且将其存储在缓存器模块中，定时模块创建定时时钟节拍，ARM模块按照上述定时时钟节拍的节拍信号将模型数据信息发送出去。

本发明还提供了一种数字信号发生方法，如图2所示，具体流程是：

步骤1，定时模块设置定时时钟节拍。

步骤2，PC机模块通过以太网接口向ARM模块发送模型数据信息，同时ARM模块创建定时中断任务，以太网发送任务和以太网接收任务。

步骤3，ARM模块监听到以太网接口传输的模型数据信息时，ARM模块执行以太网接收任务，ARM模块接收模型数据信息，并将其存储在缓存器模块中。

步骤4，ARM模块监听到时钟节拍信号时，ARM模块执行定时中断任务，定时模块停止发送定时节拍，然后ARM执行以太网发送任务，将存储在缓存器模块中的模型数据信息发送出去，并且定时模块继续发送定时节拍。

步骤5，重复执行步骤2-步骤4。

本发明中PC机模块利用Windows系统下simulink建模方便的优势，将控制板所对应的主电路在simulink上进行建模并离线仿真验证其电路的准确性。然后在simulink上利用S函数创建以太网发送模块，在Simulink模型中通过以太网发送模块将控制板所需要的测量信号发送出去。由于simulink不是一个实时仿真软件，其仿真时间是基于内部的仿真时钟而不是实际系统的仿真时间，基于此利用simulink自带的RTW工具箱，将simulink模型转换为可实时运行的C代码并生成可执行文件。用户通过运行可执行文件就可以将simulink模型中的相应数据通过以太网接口实时的发送出去，此处的实时意味着simulink的仿真时间此时是基于实际系统时钟的。在simulink模型代码转化的过程中，需要将模型的仿真时间设置为inf，仿真步长设置为离散型，这样便于模型持续对外发送以太网数据。

电力系统中的数字信号大多数是模拟信号通过A/D采样后得到的，具有很严格的时钟节拍。由于Windows系统是分时操作系统，其内部的时钟源不稳定，不能够在很严格的时钟间隔下进行任务调度。因此本发明借助硬件平台ARM模块，对Windows系统下simulink模型发送的数据进行缓冲发送已达到电力系统所要求的精确时间间隔发送数据的目的，具体的方法是：

在ARM模块上利用其内部的时钟源设置一个定时模块，定时时间间隔为100us，当时钟到来时，触发相应的定时时钟中断任务；同时在ARM模块上的嵌入式实时操作系统中建立以太网数据接收和以太网发送两个任务，并开辟一个较大的缓存器模块，用来存储接收到的以太网数据，其中以太网接收任务的优先级必须要大于以太网发送任务的优先级。ARM模块实时的监听网络端口，当有数据包到来时接收数据并将其存储到缓存池内。以太网发送任务通过定时时钟中断来触发，时钟到来时以太网发送任务执行，并通过以太网接口向外发送数据，至此就达到强时钟节拍向外发送数据的目的。

本发明的数字信号发生方法，PC机模块为Windows操作系统，并且PC机模块上通过simulink仿真软件搭建电力系统模型，使用C语言编程实现该方法的具体实施过程是：

在simulink上进行电力系统模型的搭建和离线仿真。按照电力系统控制板的需求，搭建与其对应的电力系统模型，然后通过simulink内部提供的示波器模块观察仿真所得的控制板的测试信号是否正确，此处设置simulink模型的仿真时间为inf，仿真步长设置为离散型，仿真步长为100us。

通过编写S函数在simulink中创建以太网发送模块，在S函数的编写过程中，在初始化仿真模型函数中设置S函数的输入输出个数，在仿真开始执行函数中创建网络套接字socket，设置发送方的IP地址及网络端口号，在仿真计算输出函数中调用以太网发送函数，在仿真结束函数中释放套接字，关闭网络端口。S函数的具体编写过程可参考MATLAB提供的S函数的具体实例，其中初始化仿真模型函数，仿真开始执行函数，仿真计算输出函数，仿真结束函数都是实例中提供的，只需要根据自己的需求进行改写就好。

编写S函数相对应的TLC文件。TLC文件编写过程中需要先申明其对应的S函数的文件名，然后申明外部定义的变量及函数，最后在模型启动，运行，结束函数中调用与S函数相对应的函数即可。

将示波器换成以太网发送模块，将simulink模型文件，S函数文件和TLC文件放到一个文件夹下，然后调用simulink自身提供的系统TLC文件将模型转换为可实时运行的C代码。

调用模板makefile文件，编译模型代码使其生成可执行的.exe文件。用户通过运行可执行文件就可以将模型内相关的数据通过以太网接口发送出去。

ARM侧数据的缓冲发送部分首先要设计定时时间间隔为100us的定时器，并创建定时中断任务，以太网发送任务，以太网接收任务，其中以太网接收任务的优先级最高，定时中断任务的优先级最低。以太网接收数据模块实时监听网络端口，当有数据到来时，接收数据并将其存放到缓存池内，否则一直监听。当时钟到来时触发定时时钟中断，发送信号量，以太网发送任务接收到信号量后触发该任务的执行并调用发送数据函数将缓存池内的数据按照定时时钟节拍严格的发送出去。

通过PC端与ARM端相结合的方式，本发明提供的这种新型数字信号发生器能够很好的模拟实际电力系统中的各种信号，为控制板或仪表提供准确的测试信号。

虽然本发明创造已较好地实施并公开如上，但它们并不是用来限定本发明创造，在不脱离本发明创造之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明创造的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (8)

1.一种数字信号发生装置，其特征在于，包括PC机模块，PC机模块与ARM模块连接，ARM模块输出强时钟节拍信号；

所述PC机模块向ARM模块发送模型数据信息；

所述ARM模块接收模型数据信息，并将模型数据信息存放在缓存器模块中，然后ARM模块通过定时模块按照时钟节拍将模型数据发送出去。

2.根据权利要求1所述的数字信号发生装置，其特征在于，所述PC机模块通过以太网接口与ARM模块连接。

3.根据权利要求1所述的数字信号发生装置，其特征在于，所述ARM模块发送模型数据信息时，定时模块中断定时任务。

4.一种数字信号发生方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设置定时钟节拍；

步骤2，PC机模块通过以太网接口向ARM模块发送模型数据信息；

步骤3，ARM模块接收到PC机模块发送的模型数据信息，并将其存储到缓存器模块；

步骤4，ARM模块监听到时钟节拍信号，将存储在缓存器模块中的模型数据信息发送出去。

5.根据权利要求4所述的数字信号发生方法，其特征在于，所述步骤2还包括ARM模块创建定时中断任务，以太网发送任务何以太网接收任务。

6.根据权利要求5所述的数字信号发生方法，其特征在于，所述步骤3还包括ARM模块监听到以太网接口传输的模型数据信息，ARM模块执行以太网接收任务。

7.根据权利要求5所述的所述的数字信号发生方法，其特征在于，所述步骤4中ARM模块监听到时钟节拍信号后，ARM模块执行定时中断任务，定时模块停止发送定时节拍，然后ARM模块执行以太网发送任务，将存储在缓存器模块中的模型数据信息发送出去。

8.根据权利要求4所述的所述的数字信号发生方法，其特征在于，所述数字信号发生方法还包括步骤5，重复执行步骤2-步骤4。