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拆分层级 - 新建 docs/算法/采集与算法层设计说明.md（413 行、13 节）承接机制、契约、 判据与设计理由：定位与边界 / 数据流与初始化落点 / adc_input / adc_health / sample_ring / phasor / freq（7.1 为什么自适应窗、7.2 判据 J1~J6）/ prot_set / prot_elm / 关键约定与禁令 / 资源足迹 / 验证与判读 / 相关文档 - App/algo/README.md 360 -> 128 行：只留文件清单、依赖、逐文件"改代码必须 知道"的红线、构建与测试入口、新增模块动作；深挖改成逐条指针 - README 保留 §3.1-§3.7 原编号，既有"§3.7"引用不失效 索引与引用同步 - 索引：docs/README.md §5.2 新增行；项目架构总览主题表拆成"设计与判据 / 目录索引"两行；AGENTS.md 与 App/README.md 指向（后者原文还写着 L1/L2） - 按内容重指（编号仍在但内容已搬走，只核编号会静默指错）：App/algo/freq.h、 test/host/freq/freq_test.c、run_unit_test.py、继电保护规划 L2-4 行、 pre-commit使用说明 J4 行 -> 指向设计说明 - ADC采样节拍设计说明的两处指向同步改到新文档 修 README 内过时事实 - 挂载写"八个 .c"，实际 uvprojx 内 7 个 - SIM_EXEMPT 写"prot_set / freq 才登记豁免"，实际七个全在表内 - freq-unit-test 标"待登记"，实际已在 .pre-commit-config.yaml - 定值项数一处 31->40、一处 32->40；blob 144->176 B 证明是 32->40 - 用例与判据数字不再三处复制：属主是 test/host/<模块>/ 与 docs/测试说明/ 门禁 - doc-links --all 无新增问题；--sections-strict 覆盖 10 篇文档通过 - id-check 可判定 82.65%（基线 82.6，容差 0.1）；TC 双向追溯差异 124 处不变 - registration-check PASS（1 条已知 WARN）；freq 单测 46/46；@build 0 错 0 警 - 全部改动文件无 BOM、无 CR、U+FFFD = 0
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6.3 KiB
C
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C
/*
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* 模块名称：频率测量层（L2 派生量，L3-5 过频/低频的测量输入）
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* 模块功能：由 L2 相量使用区的基波相量导出系统频率——相邻两拍基波相量取
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* **共轭乘积** P = Z(m)·conj(Z(m-1))（其角 = 每拍相位增量，纯音 =
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* +2πf/Fs，免显式解缠绕），再对**自适应窗长**的相位增量做滑动平均：
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* K_eff = round(8·Fs/(2·f_hat)) ≈ 泄漏纹波周期 fs/(2f) 的整数倍
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* -> 非整周波 DFT 负序泄漏造成的 ~10 ms 周期相位纹波相消
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* （定长窗平均实测扫频误差 0.2~0.32 Hz，自适应窗进入 0.01 Hz 量级，
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* 推导与实测见 freq.c 文件头与 test/host/freq 输出）。
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* 覆盖规划 §3.3 L3-5 的测量侧与 §4.2 测频范围（45~55 Hz 建议段）。
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*
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* 原理与判据（详见 docs/算法/采集与算法层设计说明.md §7 与 test/host/freq/）：
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* - 采样率 Fs = 1000 Hz（TIM3 节拍，与 phasor 同源）；45~55 Hz 段每拍
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* 相位增量 ≈ 0.28~0.35 rad，距 ±π 缠绕边界裕度巨大，无歧义；
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* - 瞬时值钳制：单拍相位差折算越出 35~65 Hz（**假值带**，宽于系统合理带
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* 40.5~60.5=参考 CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX，规划 §10.1——贴边会非对称
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* 丢弃泄漏纹波半周造成偏置，见 FREQ_INST_* 注释）判为采样间隙/相位
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* 跳变假值，本拍不入窗；
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* - 幅值门：源相量有效值 < FREQ_AMP_MIN 判"无有效波形"（浮空输入/PT 断线），
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* 停止更新、valid 清零、读数保持 → 台架浮空 rms≈0 不发散；
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* - 信号源优先级：UA 基波 → IA 基波（UA 无幅值时用 IA，台架只注电流亦可测频）。
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*
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* ⚠ 本层**纯算法**：不碰寄存器、不碰 RTOS、不自己取数（输入 = phasor 使用区）
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* → 主机侧可免桩单测（L0.5，落实登记簿 A-4）。
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* 适用平台：STM32F407ZGTx（Cortex-M4F，硬件 FPU）
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* 作者：DTU 项目组
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* 创建日期：2026-10-12（B8）
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* 修改记录：
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* v1.0 2026-10-12 DTU 项目组 创建：相位解缠绕测频 + 滑动平均 + 幅值门
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*/
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#ifndef FREQ_H
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#define FREQ_H
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#include <stdint.h>
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/* 测频标称采样率（Hz）：TIM3 1 kHz 节拍，与 phasor/sample_ring 同一时基 */
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#define FREQ_FS_HZ 1000.0f
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/* 单拍（逐拍相位差折算）**假值钳制带**（Hz）：越出即判采样间隙/相位跳变/
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* 深度畸变过渡段产生的粗大假值，本拍不入窗（读数保持）。
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* ⚠ 与"系统合理频率带"分开定：非整周波 DFT 泄漏让单拍相位差本身带
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* ±5 Hz 量级纹波（45/55 Hz 端实测），钳制带若贴住 40.5~60.5（参考
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* CN_HERTZ_SOFTFR_MIN/MAX，规划 §10.1）会**非对称丢弃纹波半周** → 均值
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* 偏置（实测 45 Hz 点 +0.16 Hz）。放宽到 35~65 Hz 后仍拦得住窗滑 2 拍的
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* ≈2f（90~110 Hz）与相位跳变假值，又不吃掉正常纹波。
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* 系统合理带 40.5~60.5 由消费侧把关（OF/UF 定值范围 50~55 / 45~50），
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* 测量层不做截断——测量层只保证"测得准"。 */
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#define FREQ_INST_MIN_HZ 35.0f
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#define FREQ_INST_MAX_HZ 65.0f
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/* 幅值门限（有效值，**原始码值口径**，L1-5 标定未实现）：低于该值判
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* "无有效波形"。⚠ 拟定值（远小于正常波形千级码值、远大于浮空噪声），
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* 标定落地后须按工程量口径复核（同 prot_set 默认值"拟定"口径）。 */
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#define FREQ_AMP_MIN 50.0f
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/* 相位增量滑窗环容量（拍）：96 拍 = 96 ms 上限。实际平均窗长**自适应**
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* （freq.c fq_read_freq：K_eff = round(8·Fs/(2·f_hat))，45~55 Hz 段 73~89 拍），
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* 使窗长恰为 DFT 负序泄漏纹波周期 fs/(2f) 的整数倍 -> 纹波相消。
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* 保护定值延时 ≥100 ms，~90 ms 窗不影响动作时序判据。 */
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#define FREQ_AVG_TAPS 96u
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/* 自适应窗长下限（拍）：K_eff 钳位区间下界（启动段窗未满时按已有拍数）。 */
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#define FREQ_AVG_MIN 72u
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/* 判"启动收敛完成"所需最少样本数（拍）：20 拍 = 20 ms（首个有效相量后
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* 21 拍内出首个读数）。窗未满时按已有样本求均值（部分窗），收敛快。 */
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#define FREQ_START_TAPS 20u
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/*
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* 函数功能：频率测量层初始化
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* 入口参数：无
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* 返 回 值：0 - 成功
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* 限定条件：内核启动前调用（无 RTOS 依赖）；须在 phasor_init() 之后无要求
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* （本层只在使用区就绪后才产出）
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* 函数说明：清平均缓冲/计数/读数/有效标志；可重复调用（幂等）。
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*/
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int freq_init(void);
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/*
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* 函数功能：每拍测频步进（读 phasor 使用区 → 相位差 → 钳制 → 滑动平均）
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* 入口参数：无
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* 返 回 值：无
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* 限定条件：仅采集消费者任务上下文（adcTask），**须在 phasor_run() 之后**
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* 同拍调用（本拍相量已切换使用区）
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* 函数说明：相量未就绪（-2）→ 本拍不更新；幅值门失效 → 停更新、valid 清零、
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* 读数保持；单拍乘积角折算越出 40.5~60.5 Hz → 假值拍入 0（不进窗）。
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* 窗未满 FREQ_AVG_TAPS 时按已有乘积求和（部分窗），收敛快。
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*/
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void freq_run(void);
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/*
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* 函数功能：读测得频率（工程量 Hz）
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* 入口参数：out - 输出（NULL 直接返回 -1）
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* 返 回 值：0 - 已有读数（out = 现值，可能为保持值）；-1 参数错；
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* -2 - 从未启动收敛（尚无任何有效读数，out 写 0）
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* 限定条件：无（任意上下文；float 单字读，Cortex-M 原子）
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* 函数说明：本函数判"**有没有数**"；判"数新不新"（幅值门是否仍 OK）
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* 用 freq_valid()。保护元件消费口径 = get==0 && valid==1。
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*/
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int freq_get(float *out);
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/*
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* 函数功能：读"本拍有效"标志（幅值门 OK 且已启动收敛）
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* 入口参数：无
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* 返 回 值：1 - 读数新鲜；0 - 未启动或幅值门失效（读数仍保持）
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* 限定条件：无
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* 函数说明：供心跳日志与保护元件判"测量可信"用。
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*/
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uint8_t freq_valid(void);
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/*
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* 函数功能：读最近一次有效读数（不判新鲜度）
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* 入口参数：无
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* 返 回 值：Hz；从未收敛返回 0.0
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||
* 限定条件：无
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* 函数说明：单字 float 读，原子。
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*/
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float freq_last(void);
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#endif /* FREQ_H */
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