第9章 智能电子计数器

9.1智能电子计数器的设计9.2典型智能计数器产品介绍第9章智能电子计数器

电子计数器指能完成频率测量、时间测量、计数等功能。频率和时间是电子测量技术领域中最基本的参量，因此，电子计数器是一类重要的电子测量仪器。9.1.1以ICM7226为基础的智能频率计9.1智能电子计数器的设计优点：有体积小、成本低等不足：上限频率太低，只有10MHz；当被测信号的频率很低时，产生很大的量化误差。采用微处理器对ICM7226进行控制，进行智能化设计。设计思想：采用高、中、低频分段测量方法。如果fx≥10MHz时，先一次预分频，然后再进入ICM7226测频；如果3140Hz≤fx≤10MHz时，则用ICM7226直接测频；如果fx≤3140Hz时，则将ICM7226的功能改为测周，先测出周期，后再用软件将其换算成频率。其中，3140Hz是ICM7226的中界频率。9.1.2等精度频率计的设计实例目前，以微处理器为基础的电子计数器设计普遍采用多周期同步测量方法，本节以一个用51系列单片机作为控制单元的等精度频率计为例，说明其设计原理。

采用的方法在中界频率附近仍不能达到较高的测量精度，若采用多周期同步测量方法，便可较容易地在全频段达到10-4量级，实现等精度的频率测量。

该等精度频率计主要由五部分组成：单片机控制部分、通道部分、同步电路部分、计数器部分、键盘与显示部分。一、等精度频率计的组成任务：完成测量过程的控制、测量结果的处理与显示等。1．51单片机及其接口部分P1.0作预置闸门时间；P1.1作同步电路复位信号；P1.2作查询实际闸门时间；P1.3作计数器复位信号线；P1.4～P1.7控制仪器键盘灯；P3.0，P3.1为通道部分的控制线。主要由放大、整形和一个十分频的预分频电路组成。本机设计测频范围为20Hz～100MHz。2．通道部分由主门Ⅰ、Ⅱ及同步控制电路组成。主门Ⅰ控制被测信号fx的通过，主门Ⅱ控制时钟信号fo的通过，两门的启闭都由同步控制电路控制。3．同步电路计数器包括事件计数器和时间计数器两组完全相同的计数电路，分别由前后两级组成。4．计数器电路键盘与显示部分的电路如图所示，这是一个典型的采用8155并行口组成的键盘显示电路。七位LED显示采用了动态显示软件译码工作方式。5．键盘与显示部分

1．测量准备P1.3发出复位信号，使计数器清零；同时P1.1也发复位信号，使同步D触发器的端为低电平，则主门Ⅰ和主门Ⅱ关闭。这时P1.0的初状态为“1”，使D触发器的D端为高电平。同步门可靠关闭。

2．测量开始P1.0从高电平跳到低电平，使D触发器的D端为“0”，这时被测信号一旦到达CK端，触发器立即由“0”→“1”，同步门被打开，被测信号和时间信号分别进入相应的计数器进行计数。P1.0从高电平跳到低电平的同时，也启动了计时系统开始计量闸门时间。

3．测量结束当预定的测量时间(1s或0.1s)结束时，INT1端便测到时间信号，此时令P1.0从低电平恢复到高电平，随后紧跟而来的被测信号再次触发D触发器，使之翻转，端由高电平转为低电平，使同步门关闭，计数器停止计数。

4．数据处理当查询到P1.2的状态为低电平时，单片机就进行读数、运算、数据处理等工作，并将结果输出显示。然后又重复上述过程进行下一次测量。二、等精度频率计的测量过程三、等精度频率计软件系统四、平均模式的时间间隔TA-B测量功能的实现在原先基础上再增加一个同步控制电路2（D触发器）和一个B输入通道，就可以实现平均模式的时间间隔TA-B的测量功能。四、平均模式的时间间隔TA-B测量功能的实现在测得两个同频信号之间的时间间隔TA-B及周期的基础上，通过计算即可求出两信号的相位差。在上述电路的基础上，若将两个通道的输入端连在一起，并分别选择两个通道的触发极性和触发电平，就能实现对脉冲宽度的测量。在测得信号的脉冲宽度及其周期的基础之上，再通过计算还可得到被测脉冲信号的占空比。9.2.1仪器的原理与组成（AS3341型100MHz通用计数器）

9.2典型智能计数器产品介绍

该仪器有A和B两个输入通道，其触发电平可以通过D／A转换器进行自动或手动设置。测量模式电路可以组合成进行各种测量功能的电路，从而实现频率、周期、时间间隔、频率比、单次脉冲串频率、相位差等多项测量。仪器不用于测量时，还可作为数字钟使用。仪器采用了多周期同步测量原理，即预置闸门时间并由输入信号去同步闸门，测量输入信号多个完整周期内对频标计数的平均值，从而实现了全频段的“等精度测量”。9.2.1仪器的原理与组成脉冲串频率测量功能是用来测量间歇振荡信号的频率，原理如图。按测量键后，闸门由A输入信号触发开启，经过N个事先预置的被测信号周期之后，闸门自动关闭。那么由计数器Ⅱ测得的时间T就可以计算得到脉冲串频率f＝N/T。本仪器设置有N＝1，3，9，33，129五挡预置周期数以供选择。9.2.1仪器的原理与组成

无间隔阿伦方差测量功能广泛用于高稳定度信号源短期稳定度的测定。待测信号从B通道输入，机内两个闸门交替轮流地启、闭计数器Ⅰ和Ⅱ，即两个计数器交替地对B通道输入的信号测频，测量数据F1，F2，…依次存入数据区，测量结果即可按下列公式计算求得。式中，N为测量次数，可以预选。

相位测量功能是用于测量A、B两个通道信号间的相位差。其测量原理是：先测量时间间隔TA－B，再测量输入信号A的周期PA，然后按公式ＴA－B×360／PA计算。9.2.2仪器键盘操作与分析一、键盘的组成二、键盘的操作

五个高级键之一被按下时，仪器便进入相应的状态，直到按其他高级键后才会改变目前状态（《自检》键除外）。按下《自检》键后，仪器进入自检状态，自检结束后，自动进入测量状态。自检过程中，也允许按其他键打断自检，进入其他状态。按下《测量键》后仪器进入测量状态，按照已设定的功能进行连续测量。如果设置在单次工作方式，则按下一次键测量一次。在测量过程中按下任何其他高级键都会打断正在进行的测量工作而进入相应的新状态。《功能》、《预置》、《查阅》三个高级键要与不同的低级键构成组合键。操作的过程为：先按下某一高级键，使仪器进入到相应的状态，再按下低级键选择相