电子测量仪器-第4章电子计数器ppt课件

1、第四章 电子计数器4.1 概 述4.1.1 电子计数器的分类4.1.2 电子计数器的主要技术目的4.2 电子计数器的任务原理4.2.1 电子计数器的测频原理4.2.2 电子计数器的测周原理4.2.3 电子计数器的测时间间隔4.2.4 电子计数器的控制逻辑4.2.5 电子计数器的运用方法第四章 电子计数器 本章要点本章要点 电子计数器测频的任务原理、组成框图和误差分析电子计数器测频的任务原理、组成框图和误差分析 电子计数器测周的任务原理、组成框图电子计数器测周的任务原理、组成框图 电子计数器测时间间隔的任务原理、组成框图电子计数器测时间间隔的任务原理、组成框图 电子计数器的控制逻辑电子计数器的控

2、制逻辑 本章难点本章难点 掌握数字测频的根本任务原理，电子计数器的组成框图掌握数字测频的根本任务原理，电子计数器的组成框图和各点波形和各点波形 熟习量化误差的特点，了解减小量化误差的技术途径熟习量化误差的特点，了解减小量化误差的技术途径 掌握电子计数器测周的原理框图掌握电子计数器测周的原理框图第四章 电子计数器4.1 概 述 点子计数器是一种最常见、最根本的数字仪器。它可以测出一定时间内的脉冲数目，并将结果以数字方式显示。因这种仪器直接测得的是一定时间内的脉冲数，所以早期多用于丈量频率，称其为数字式频率计。但是，随着它的广泛运用和性能的不断改善，其功能也大大拓宽了。目前均普遍运用电子计数器这一

3、称号。第四章 电子计数器4.1.1 电子计数器的分类 电子计数器是一种多功能的仪器，按其测试功能可以分为以下几种。 1.通用计数器 2.频率计数器 3.计算计数器 4.特种计数器第四章 电子计数器4.1.2 电子计数器的主要技术目的1.频率丈量范围 2.周期丈量范围3.晶体振荡器的频率稳定度4.输入灵敏度5.输入阻抗6.闸门时间和时标7.显示及任务方式第四章 电子计数器 4.2 电子计数器的任务原理4.2.1 电子计数器的测频原理1.测频的根本原理根据频率的定义，一个周期性过程的频率，就是在单位时间内，这个过程的反复次数。因此，只需在一个特定的时间间隔T内，数出这个过程的周期数N，即电子计数器

4、测频是严厉按照频率的定义进展的。它在某个知的规范时间间隔Ts内，测出被测信号的反复次数N，然后由公式计算出频率。丈量的原理框图如图4.1所示。 第四章 电子计数器第四章 电子计数器 被测信号经过放大整形电路变成一个脉冲列，每一个脉冲对应一个振荡周期。这个脉冲列经过一个闸门。而这个闸门只在一段时间间隔T内开通，让脉冲经过。其他的时间闸门封锁，不让脉冲经过。经过闸门的脉冲由十进制电子计数器计数，计数的结果N在显示器上用数字显示出来。 闸门的开启与闭合受石英晶体振荡器频率为fx控制。经过适当的分频也可为倍频后，得到的脉冲，Kf为分频次数。此脉冲构成门控信号，使闸门在时间间隔T=KfTs 第四章 电子

5、计数器 Ts为晶振信号的周期内开启。显然，假设T=1s，那么频率fx=N；T=0.1s，fx=10N。再由译码显示电路将丈量结果显示出来。选择T大一些，N数也大，显示的数据位数那么多，那么频率准确度就高一些。图4.2为各点的任务波形。图中整形输出的脉冲信号v1对应的被测信号vi由负半周至正半周的过零点，每个周期产生一个脉冲。 主要单元电路的任务原理如下。第四章 电子计数器第四章 电子计数器1输入单元电路 输入单元电路通常由放大、整形电路构成，它将输入频率为fx的被测周期性信号放大、整形，变换成计数器可以接受的计数脉冲信号，并加到闸门电路的输入端。2时基Ts产生电路 时基Ts产生电路包括石英晶体

6、振荡器、分频器和时基选择电路。用于产生准确的时间间隔Ts。晶体振荡器输出的频率为fc周期为Tc的正弦波，经过分频、整形得到周期为Ts=nTc的窄脉冲，此脉冲触发一个双稳即门控电路，从门控电路输出端得到宽度为Ts的宽脉冲信号。第四章 电子计数器3主门电路在频率计中，主门是实现量化的比较电路。有了主门才干进展时间或频率的量化比较，实现时间或频率的数字转换。通常用“与门电路组成。4计数显示电路 计数显示电路的义务是对来自主门的脉冲进展计数，并将计数结果以数字显示出来。计数显示电路由计数器、存放器、译码器和显示器等电路组成。第四章 电子计数器5逻辑控制电路 控制电路的作用是产生各种控制信号，进而控制各

7、单元电路，使其按一定的规律，有条不紊、相互协调的任务，以完成数字化丈量任务。电子计数器在控制电路的一致指挥下，按照等待计数显示复零等待的任务程序依次反复循环，进展丈量任务。第四章 电子计数器2.电子计数器的测频误差1测频误差产生的缘由 闸门时间误差T 计数误差N2量化误差1误差3规范频率误差时基误差第四章 电子计数器4.2.2 电子计数器的测周原理1.计数器测周的必要性2.计数器测周的根本原理第四章 电子计数器丈量周期时，被测信号经过放大、整形后，转换为同周期的脉冲信号。用此脉冲串的脉冲跳变沿去触发门控双稳。门控双稳的输出作为闸门的控制信号，使闸门仅在被测周期Tx内开启。晶振的输出信号经过整形

8、后构成窄脉冲，再对其分频或倍频，得到一系列的规范时钟脉冲，即为时标信号。在闸门开启的时间Tx内，时标信号进入计数器。令时标信号周期为f0，经k分频输出频率为fs、周期为Ts的时标脉冲；时标脉冲在主门开启的时间进入计数器，计数器读数N，被测周期为Tx=NTs 式中：N经过主门的脉冲个数； Tx被测信号的周期； Ts规范晶振分频后构成的时标的周期。第四章 电子计数器fs=，Ts=式中：k分频系数；fc规范晶振的振荡频率；fs规范晶振分频后的频率；Ts规范晶振分频后构成的时标的周期。由以上分析可知，计数器测周根本原理与测频类似，也是用比较丈量的方法，只不过它采用的时基和时标信号均与测频方法相反，它是

9、用被测信号控制主门的开启，用规范时标脉冲进展计数的。其误差分析也与测频类似，亦存在量化误差和规范频率误差，这里不作分析，有兴趣可自行讨论。第四章 电子计数器4.2.3 电子计数器的测时间间隔1.丈量时间间隔的根本原理时间间隔的丈量和周期的丈量，都属于丈量信号或信号间的长度，因此，丈量方案根本一样。图4.4所示是时间间隔的丈量方案。与周期丈量的区别在于这里的门控双稳不再采用计数触发方式，而是以要求丈量时间间隔的两个信号分别作为置0、置1的触发信号。为此需求用通道电子计数器上B和C两个辅助通道。对于电子计数器主机只需一个辅助通道的，在丈量时间间隔时，需求再用一个丈量时间间隔的插件同主机配合运用。其

10、详细任务原理如下。第四章 电子计数器 输入通道B的信号作为起始信号，即将B通道的信号VB使门控双稳置1，将主门开启，时标脉冲经过闸门进入计数器计数。输入通道C的信号作为终止信号，即用C通道的信号VC使门控双稳电路复零，封锁主门，终了计数。假设计数器计数值为N，时标脉冲的周期为T0，那么 式中：N计数器的计数值； TB-C被测信号的时间间隔； Ts规范晶振分频后构成的时标周期。第四章 电子计数器第四章 电子计数器式中：k分频系数；T0规范晶振的振荡周期。 为了添加丈量的灵敏性，在B、C通道内分别设置极性选择和触发电平调理。根据所求的丈量时间间隔所在点的信号极性和电平的特征来选择触发极性和触发电平

11、，就可以选取两个输入信号的上升沿和下降沿上的某电平点，作为时间间隔的起点和终点，控制主门的开关，因此可以丈量两输入信号恣意两点之间的时间间隔。第四章 电子计数器2.相位差的丈量 相位差的丈量普通指两个同频率的相位差的丈量。相位差的丈量是时间间隔丈量的一个运用例子，如图4.5所示。第四章 电子计数器为了方便察看，将被测信号V1、V2分别送入过零比较器，当信号由负到正经过零点时，产生一个脉冲。由于输入V1、V2两路信号，产生两个脉冲，V1超前于V2，将V1产生的脉冲作为开门信号，V2产生的脉冲作为关门信号，开关门信号构成的时间间隔为T1的矩形脉冲作为时基信号，控制主门的开启与封锁。在开门时间T1内

12、对输入A通道的周期为Ts的时标进展计数，并经过计数器显示出对应的相位差的数值。设时标信号的周期为Ts，在T1间隔被计数值为N，那么V1、V2的相位差为式中：N计数器的计数值； Tx被测信号的周期； Ts规范晶振分频后的时标周期第四章 电子计数器4.2.4 电子计数器的控制逻辑电子计数器的方框图如图4.6所示。 第四章 电子计数器 由图可以看出，它是由输入通道部分、规范时间产生部分、计数和显示部分，门控部分四部分组成其中门控部分即控制部分，是电子计数器完成逻辑控制的指挥系统。在它的指挥下，整机各部分电路协调动作，以完成数字化丈量的任务。 电子计数器进展丈量的任务程序可分为等待、计数、显示和复零四

13、个阶段，并依次反复循环进展，如图4.7所示。从图可以看出，t1t2为计数阶段；t2t3为显示阶段；t3t5为复原阶段；t5t6为等待阶段。在t3t5阶段内，t3t4为复原脉冲抺去原计数，并恢复到“0形状的阶段；t4t5为闭锁延迟阶段，它作为计数器和分频器在撤除复原后的恢复时间，这样才不致因复原脉冲撤除后立刻计数能够引起的任务不正常。第四章 电子计数器t2t5为闭锁时间，在此时间内，主控器稳处于锁闭形状。t5时辰以后，各部分都处于等待形状，等待下一次计数的进展。控制电路的简化方框图如图4.8所示，它是由同步双稳触发器、主控双稳触发器、辅助双稳触发器、记忆单稳触发器、记忆输出电路、显示延时电路、复

14、原单稳触发器、复原输出电路、闭锁单稳触发器和控制门等组成。第四章 电子计数器第四章 电子计数器其任务原理现以丈量频率来阐明。同步双稳触发器的作用是保证闸门时间信号与同步信号的周期有一样的精度。测频时，控制门的一端接正电位，故同步双稳触发器的输出脉冲能经过控制门G1去触发主控双稳触发器。假设第一个时钟脉冲来到之前，主控双稳触发器为“10形状，那么当第一个钟脉冲来到时，该脉冲的下降沿的微分脉冲经过负与门G2使主控双稳触发器翻转到“01形状(见图4.9)，并送出门控脉冲使主门开启。当第二个时钟脉冲来到时，其下降沿的微分脉冲经负与门G3使主控双稳触发器翻转回“01形状；门控脉冲终了，主门封锁。在门控脉

15、冲终了的同时，主控双稳触发器的另一路输出经倒相后，去触发辅助双稳触发器，使其从“01形状翻转到“10形状。第四章 电子计数器 辅助双稳触发器的输出Q3，使负与门G2封锁，从而使主控双稳触发器处于锁闭形状，同时，Q3又使显示延时电路开场任务，而去触发记忆单稳触发器，使它向存放器送出一个记忆指令脉冲，显示时间由显示延时电路来控制，显示一段时间后，延时电路输出一个脉冲信号触发复原单稳触发器。它送出的复原脉冲使计数器和分频器恢复到初始形状。复原脉冲的后沿触发闭锁单稳触发 器，其输出脉冲的后沿触发辅助双稳触发器，使其翻回“01形状，从而对主控双稳触发器解锁。这时，控制电路又处于等待形状，下一个时钟脉冲来

16、到时，又自动反复以上过程。 第四章 电子计数器第四章 电子计数器4.2.5 电子计数器的运用方法 电子计数器种类繁多，但运用方法大同小异。现以SP3000型多功能计数器加以阐明。SP3000计数器具有频率丈量、周期丈量、计数、PPM丈量等多种功能，其面板如图4.10所示。 1丈量数据显示窗口 显示丈量的频率、周期或计数的数据。 2指示显示窗口 显示被测信号的指数量级。 3B通道输入插座 当被测信号频率大于100MHz时，由此通道输入。 (4) A通道输入插座 当被测信号频率小于100MHz或作周期、计数丈量时由此通道输入 第四章 电子计数器第四章 电子计数器(5) 低通滤波器开关 按下此键可有

17、效滤除低频信号上混有的高频成分。 (6) 衰减开关 按下此键，可衰减A通道输入信号20倍。 (7) 闸门选择按钮100ms 按下此钮，闸门时间为100ms。当仪器具有PPM丈量功能，在设置预置频率f0时，此按钮为向右挪动按钮。 (8) 闸门选择按钮10s 按下此钮，闸门时间为10s。当仪器具有PPM丈量功能，在设置预置频率f0时，此按钮为数字递减按钮。第四章 电子计数器 (9) 闸门选择按钮(1s) 按下此钮，闸门时间为1s。当仪器具有PPM丈量功能，在设置预置频率f0时，此按钮为数字递增按钮。 (10) 闸门选择按钮(10ms) 按下此钮，闸门时间为10ms。当仪器具有PPM丈量功能，在设置预置频率f0时，此按钮为向左挪动按钮。 (11) 设置按钮 当仪器具有PPM丈量功能，按此按钮可对预置频率f0进展恣意设置。设置范围为1Hz100MHz，开机默许的f0为32768Hz。第四章 电子计数器 (12) PPM丈量按钮 按此钮，仪器进入PPM丈量形状。丈量范围为-9999PPM+9999PPM，超出范围时显示9999PPM。 (13) 计数按钮 按此钮，仪器进入计数丈量形状