1、第四章第四章 频率和时间测量及仪器频率和时间测量及仪器 频率测量的方法：频率测量的方法：无源测频法无源测频法:谐振法谐振法 电桥法电桥法 有源比较测频法：拍频法有源比较测频法：拍频法 差频法差频法 示波器法：示波器法：第一节 概述测量方法测量方法无源测频法是利用电路的频率响应特性无源测频法是利用电路的频率响应特性 来测量频率；来测量频率；有源比较测频法是利用已知的参考频率有源比较测频法是利用已知的参考频率 同被测频率进行比较而测得被测频率的；同被测频率进行比较而测得被测频率的；示波器法是先测出信号的周期再换算出示波器法是先测出信号的周期再换算出 频率。频率。第二节第二节 电子计数器概述电子计数
2、器概述一、电子计数器的分类一、电子计数器的分类（1）通用电子计数器）通用电子计数器 （2）频率计数器）频率计数器 （3）计算计数器）计算计数器 （4）特种计数器）特种计数器 VC2000频率计频率计 F40型数字合成函数信号发生器型数字合成函数信号发生器/计数器计数器通常把数字式测量频率和时间的仪器称为电子计数器通常把数字式测量频率和时间的仪器称为电子计数器或或 通用计数器。通用计数器。二、电子计数器基本组成二、电子计数器基本组成 （1）输入通道输入通道 （2）计数显示电路计数显示电路 （3）逻辑控制电路逻辑控制电路 （4）标准时间产生电路标准时间产生电路电子计数器基本组成方框电子计数器基本组
3、成方框9倍频：系数倍频：系数m 越高，频率越高越高，频率越高 mf ，周期越小，周期越小，T/m。分频：系数分频：系数 kf 越高，频率越低越高，频率越低 f/kf ，周期越大，周期越大，Kf T 。10弄清楚弄清楚 四个信号的区别与联系：四个信号的区别与联系：计数脉冲计数脉冲门控信号门控信号时标信号时标信号时基信号时基信号（1）输入通道）输入通道 输入通道即输入电输入通道即输入电路。其作用是接收被路。其作用是接收被测信号，并对被测信测信号，并对被测信号进行放大整形，然后送入闸门（即主门或信号号进行放大整形，然后送入闸门（即主门或信号门）。输入通道通常包括门）。输入通道通常包括A、B 两个独立
4、的单元电路。两个独立的单元电路。A通道是通道是计数脉冲计数脉冲信号的通道。它对输入信号进信号的通道。它对输入信号进行放大整形、变换，转变成计数脉冲信号。计数脉行放大整形、变换，转变成计数脉冲信号。计数脉冲信号经过闸门进入十进制计数器冲信号经过闸门进入十进制计数器,是十进制计数器是十进制计数器的触发脉冲源。的触发脉冲源。B通道是闸门通道是闸门时间信号的通道，时间信号的通道，用于控制闸门的用于控制闸门的开启和关闭，又称开启和关闭，又称门控信号门控信号。输入信号经整形后用。输入信号经整形后用来触发门控电路（双稳态触发器），使其状态翻转。来触发门控电路（双稳态触发器），使其状态翻转。以一个脉冲开启闸门
5、，而以随后的一个脉冲关闭闸以一个脉冲开启闸门，而以随后的一个脉冲关闭闸门，两脉冲的时间间隔为闸门时间。在此期间，十门，两脉冲的时间间隔为闸门时间。在此期间，十进制计数器对经过进制计数器对经过A通道的计数脉冲进行计数。通道的计数脉冲进行计数。（2）计数显示电路）计数显示电路 计数显示电路是一个计数显示电路是一个十进制计数显示电路，十进制计数显示电路，将被测信号转换成于之将被测信号转换成于之成比例的脉冲信号，（由放大整形电路完成）。成比例的脉冲信号，（由放大整形电路完成）。再对通过闸门的脉冲（即计数脉冲）进行计数，再对通过闸门的脉冲（即计数脉冲）进行计数，并以十进制方式显示计数结果。计数显示电路并
6、以十进制方式显示计数结果。计数显示电路由计数器、寄存器、译码器、显示电路组成。由计数器、寄存器、译码器、显示电路组成。（3）标准时间产生电路）标准时间产生电路 标准时间信号由石英晶体振荡器提供，作为标准时间信号由石英晶体振荡器提供，作为电子计数器的内部时间基准。电子计数器的内部时间基准。测周期时测周期时:标准时间信号（晶振）经过放大整形和倍频电路，送入A通道，用作测周期时的计数脉冲，称为时标信号时标信号；测频率时测频率时:标准时间信号（晶振）经过放大整形和一系列分频，送入B通道，用作控制闸门电路的的门控信号，称为时基信号时基信号。（4）逻辑控制电路）逻辑控制电路逻辑控制电路逻辑控制电路 产生各
7、种产生各种控制信号，用于控制电子控制信号，用于控制电子计数器各单元电路的协调计数器各单元电路的协调工作。在工作。在“启动启动”、“停止停止”信号作用下，信号作用下，输出门控信号控制门电路即控制显示时间的长短。输出门控信号控制门电路即控制显示时间的长短。计数结束后发出复零指令，每一次测量的工作程计数结束后发出复零指令，每一次测量的工作程序为：序为：准备准备、计数计数、显示显示、准备下次测量准备下次测量。17四个信号的区别与联系：四个信号的区别与联系：计数脉冲计数脉冲时标信号时标信号门控信号门控信号时基信号时基信号三、电子计数器的主要技术指标三、电子计数器的主要技术指标 P75 1.测试功能：测试
8、功能：2.测量范围：仪器的有效测量范围测量范围：仪器的有效测量范围 3.输入特性输入特性：（1）输入耦合方式）输入耦合方式 （2）触发电平及其可调范围）触发电平及其可调范围 （3）输入灵敏度）输入灵敏度 （4）最高输入电压）最高输入电压 （5）输入阻抗）输入阻抗 4.测量准确度测量准确度 5.闸门时间和时标闸门时间和时标 6.显示及工作方式显示及工作方式 7.输出输出 20一、测频原理一、测频原理 对一个周期性信号，若在一定时间间隔对一个周期性信号，若在一定时间间隔T内计得这个周期性信号的重复变化次数内计得这个周期性信号的重复变化次数N则其频率为：则其频率为：f=N/T 可见，只要知道了可见，
9、只要知道了N和和T，就可以决定频率。，就可以决定频率。第三节第三节 通用电子计数器通用电子计数器一、测量频率一、测量频率计数脉冲计数脉冲时基信号时基信号倍频系数倍频系数 m 分频系数分频系数 Kf 被测信号从被测信号从A通道输入，通道输入，B通道是作为计数脉冲的晶振信号。通道是作为计数脉冲的晶振信号。f x 被测信号频率，其倒数为周期被测信号频率，其倒数为周期 Tx；N 闸门开启期间十进制计数器计出闸门开启期间十进制计数器计出 的计数脉冲个数；的计数脉冲个数；f s 晶振信号频率；晶振信号频率；Ts 晶振信号周期；晶振信号周期；m 倍频系数；倍频系数；K f 分频系数；分频系数；闸门时间闸门时
10、间 Kf Ts 闸门时间选择闸门时间选择 调节调节 Kf 的旋钮；的旋钮；xxTf1ssTf1时基信号时基信号计数脉冲计数脉冲23脉冲形脉冲形成电路成电路闸门闸门十进电子十进电子计数器计数器门控门控电路电路十进十进分频器分频器石英石英晶振晶振fx（a）（b）（c）（d）（e）计数器测频原理方框图只有当闸门开启时，计数脉冲在闸门时间只有当闸门开启时，计数脉冲在闸门时间T内才能通过闸门，进入十进制计数器去计数，内才能通过闸门，进入十进制计数器去计数，计数结果为计数结果为N个计数脉冲。个计数脉冲。abcdefN个计数脉冲24测频率的公式关系测频率的公式关系若计数器计数结果为若计数器计数结果为 N：s
11、fxXTKmfNmTNsfxTmKNf xsffTmKN（N个计数脉冲的个计数脉冲的周期），被测信号周期），被测信号作为计数脉冲，从作为计数脉冲，从A通道输入。通道输入。门控时间：晶振信号门控时间：晶振信号作为门控信号，称时作为门控信号，称时基信号基信号,从从B通道输入通道输入为使为使N能直接表示能直接表示fx，常取，常取mkfTs=1ms,10ms,0.1s,1s,10s等闸门时间。等闸门时间。25为了使为了使N值能够直接表示值能够直接表示 fx:即当闸门时间为即当闸门时间为 110n s (n为整数为整数)，并且使，并且使闸门开启时间的改变与计数器显示屏上小数闸门开启时间的改变与计数器显示
12、屏上小数点位置的移动同步进行时，无需对计数结果点位置的移动同步进行时，无需对计数结果进行换算，就可直接读出测量结果。进行换算，就可直接读出测量结果。常取常取 mKf Ts=1ms、10ms、0.1s、1s、10s等几种闸门时间。等几种闸门时间。sfxTmKNf 门控信号门控信号(fs)二、测量周期二、测量周期被测信号从被测信号从B通道输入，通道输入，A通道是作为计数脉冲的晶振信号。通道是作为计数脉冲的晶振信号。TX Kf 为闸门时间；Kf 分频器分频次数；Ts 为晶振信号周期；调节 Kf 的旋钮称为“周期倍乘率”;改变 Ts/m 的大小的旋钮称为“时标选择”开关。fssfx1mKNTfmKNT
13、ssxfmfNmTNTK1三、测量频率比三、测量频率比 ABNTT BAABffTTN四、累加计数四、累加计数 累加计数指的是在限定时间内，对输入的计数脉冲进行累加。五、测量时间间隔五、测量时间间隔通用电子计数器测量时间间隔示意图 mTNTSBC 33用电子计数器测量频率，已知闸门时间和计数值用电子计数器测量频率，已知闸门时间和计数值N如下表所示，求各情况下的如下表所示，求各情况下的 fx=?T10s1s0.1s10ms1msN1 000 000100 00010 0001 000100fx 提示：根据前面公式：提示：根据前面公式：为使为使N能直接表示能直接表示fx，常取，常取 闸门时间为：闸
14、门时间为：mKfTs =1ms,10ms,0.1s,1s,10s等数值。等数值。sfxTmKNf 六、自检（自校）检查仪器自身的逻辑功能以及电路的工作是否正常。检查仪器自身的逻辑功能以及电路的工作是否正常。自检时的计数脉冲不再是被测信号而是晶自检时的计数脉冲不再是被测信号而是晶 振信号经倍频后产生的时标信号。显然，振信号经倍频后产生的时标信号。显然，只要满足关系：只要满足关系：SfSTKmTNfmKN 1fmKN 1是因为计数器中存在量化误差 总结总结1.频率测量的方法频率测量的方法：无源测频法无源测频法 有源比较测频法有源比较测频法 示波器法示波器法2.电子计数器基本组成：（电子计数器基本组
15、成：（1）输入通道输入通道 （2）计数显示电路）计数显示电路 （3）逻辑控制电路）逻辑控制电路 （4）标准时间产生电路）标准时间产生电路3.通用电子计数器测量频率、周期的方法及公式：通用电子计数器测量频率、周期的方法及公式：sfxTmKNf fsxmKNTT 37总结总结1.频率测量的方法：频率测量的方法：无源测频法无源测频法 有源比较测频法有源比较测频法 示波器法示波器法2.电子计数器基本组成：（电子计数器基本组成：（1）输入通道输入通道 （2）计数显示电路）计数显示电路 （3）逻辑控制电路）逻辑控制电路 （4）标准时间产生电路）标准时间产生电路383.通用电子计数器测量频率、周期的方法及公
16、式：通用电子计数器测量频率、周期的方法及公式：fsxmKNTT sfxTmKNf 作业作业P89-90 1，2 ，5补充题补充题：解释以下信号的解释以下信号的含义含义：时标信号、时基信号、计数脉冲、门控信号。时标信号、时基信号、计数脉冲、门控信号。作业作业 补充题补充题1 1：1.1.画出通用电子计数器测量频率、周期的原理框图，简画出通用电子计数器测量频率、周期的原理框图，简述其基本原理，并说明二者的区别。述其基本原理，并说明二者的区别。2.2.用电子计数器测量频率，已知闸门时间和计数值用电子计数器测量频率，已知闸门时间和计数值N N如如下表，求各情况下的下表，求各情况下的fx=?=?T10s1s 0.1s10ms1msN 1 000 000100 000 10 000 1 000100fx
