【正文】 得到。 ◆測量原理 將需累加計(jì)數(shù)的信號(hào)（頻率測量時(shí)為被測信號(hào)，時(shí)間測量時(shí)為時(shí)標(biāo)信號(hào)），由一個(gè) “閘門”（主門） 控制，并由一個(gè) “門控” 信號(hào)控制閘門的開啟（計(jì)數(shù)允許）與關(guān)閉（計(jì)數(shù)停止）。 電子測量原理 第 26頁 數(shù)字測量原理 閘門可由 一個(gè)與（或 “ 或 ” ）邏輯門電路實(shí)現(xiàn) 。這種測量方法稱為 門控計(jì)數(shù)法 。其原理如下圖所示。 上圖為由“與”邏輯門作為閘門，其門控信號(hào)為‘ 1’時(shí)閘門開啟（允許計(jì)數(shù)），為‘ 0’時(shí)閘門關(guān)閉（停止計(jì)數(shù)）。 ◆ 測頻時(shí)，閘門開啟時(shí)間（稱為 “閘門時(shí)間” ）即為采樣時(shí)間 。 測時(shí)間（間隔）時(shí)，閘門開啟時(shí)間即為 被測時(shí)間 。 與門TATBTATBABC電子測量原理 第 27頁 2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成 通用電子計(jì)數(shù)器的組成框圖如下圖所示： 電子測量原理 第 28頁 2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成 ? 通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分 ? 輸入通道 ：通常有 A、 B、 C多個(gè)通道，以實(shí)現(xiàn)不同的測量功能。輸入通道電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行 放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計(jì)數(shù)的脈沖信號(hào)。 通過 預(yù)定標(biāo)器 還可 擴(kuò)展頻率測量范圍 。 ? 主門電路 ：完成計(jì)數(shù)的 閘門控制 作用。 ? 計(jì)數(shù)與顯示電路 ：計(jì)數(shù)電路是通用計(jì)數(shù)器的 核心電路 ，完成脈沖計(jì)數(shù)；顯示電路將計(jì)數(shù)結(jié)果（反映測量結(jié)果）以數(shù)字方式顯示出來。 ? 時(shí)基產(chǎn)生電路 ：產(chǎn)生 機(jī)內(nèi)時(shí)間、頻率測量的基準(zhǔn) ，即時(shí)間測量的時(shí)標(biāo)和頻率測量的閘門信號(hào)。 ? 控制電路 ： 控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作 ，即準(zhǔn)備 ?測量 ?顯示。 電子測量原理 第 29頁 電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能 電子計(jì)數(shù)器的組成 1） A、 B輸入通道 2）主門電路 3）計(jì)數(shù)與顯示電路 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 5）控制電路 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 1）頻率測量 2）頻率比測量 3）周期測量 4）時(shí)間間隔測量 5）自檢 電子測量原理 第 30頁 電子計(jì)數(shù)器的組成 ? 組成原理框圖 數(shù)字顯示器 寄存器 十進(jìn)制 計(jì)數(shù)器 A通道 (放大 、 整形 ) B 通道 ( 放大 、 整形 ) 主 門 功能開關(guān) 閘門選擇 、 周期倍乘 247。 10 247。 10 247。 10 247。 10 10s( 104) 1s( 103) 100ms ( 102) 10ms( 10) 1ms( 1) 時(shí)標(biāo)選擇 1 2 3 4 5 3 3 2 1 1 2 4 4 5 時(shí)基部分 10 10 247。 10 247。 10 247。 10 1ms 10us 1us 10ns 控制時(shí)序電路 開門 鎖存 復(fù)位 控制時(shí)序電路波形 電子測量原理 第 31頁 1） A、 B輸入通道 ◆ 作用： 它們主要由放大 /衰減、濾波、整形、觸發(fā)（包括出發(fā)電平調(diào)節(jié)）等單元電路構(gòu)成。其作用是 對(duì)輸入信號(hào)處理以產(chǎn)生符合計(jì)數(shù)要求（波形、幅度）的脈沖信號(hào) 。 通過 預(yù)定標(biāo)器 （外插件）還可 擴(kuò)展頻率測量范圍 。 ◆斯密特觸發(fā)電路： 利用 斯密特觸發(fā)器 的 回差特性 ，對(duì)輸入信號(hào)具有較好的抗干擾作用。 電子測量原理 第 32頁 1） A、 B輸入通道 ? 通道組合可完成不同的測量功能： ? 被計(jì)數(shù)的信號(hào)（常從 A通道輸入）稱為 計(jì)數(shù)端 ；控制閘門開啟的信號(hào)通道（常從 B、 C通道輸入）稱為 控制端 。 ? 從計(jì)數(shù)端輸入的信號(hào)有：被測信號(hào) (fx)。內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)等 。 ? 從控制端輸入的信號(hào)有：閘門信號(hào)；被測信號(hào) (Tx)等； 序號(hào) 計(jì)數(shù)端信號(hào) 控制端信號(hào) 測試功能 計(jì)數(shù)結(jié)果 1 內(nèi)時(shí)鐘（ T0） 內(nèi)時(shí)鐘（ T） 自檢 N=T/T0 2 被測信號(hào)（ fx） 內(nèi)時(shí)鐘（ T） 測量頻率（ A） fx＝ N/T 3 內(nèi)時(shí)鐘（ T0） 被測周期（ Tx） 測量周期（ B） Tx＝ NT0 4 被測信號(hào)（ fA） 被測信號(hào)（ fB） 測量頻率比（ A/B） fA/fB=N 5 內(nèi)時(shí)鐘（ T0） 被測信號(hào)相應(yīng)間隔 tBC 測量時(shí)間間隔（ AB） tBC=NT0 6 外輸入（ TA） 被測信號(hào)相應(yīng)間隔 tBC 測量外控時(shí)間間隔 BC tBC=NTA 7 外待測信號(hào)（ Nx） 手控或遙控 累加計(jì)數(shù)（ A） Nx＝ N 8 內(nèi)時(shí)鐘（秒信號(hào)） 手控或遙控 計(jì)時(shí) N（秒） 電子測量原理 第 33頁 2）主門電路 ◆ 功能： 主門 也稱為 閘門 ，通過“門控信號(hào)”控制進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖，使計(jì)數(shù)器只對(duì)預(yù)定的“閘門時(shí)間”之內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)。 ◆ 電路： 由“與門”或“或門”構(gòu)成。其原理如下圖： ◆ 由 “與門”構(gòu)成的主門，其“門控信號(hào)”為‘ 1’時(shí)，允許計(jì)數(shù)脈沖通過； 由 “或門”構(gòu)成的主門，其“門控信號(hào)”為‘ 0’時(shí)，允許計(jì)數(shù)脈沖通過。 ◆ “門控信號(hào)”還可 手動(dòng)操作 得到，如實(shí)現(xiàn)手動(dòng)累加計(jì)數(shù)。 與門TATBTATBAB C電子測量原理 第 34頁 3）計(jì)數(shù)與顯示電路 ◆ 功能： 計(jì)數(shù)電路 對(duì)通過主門的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（計(jì)數(shù)值代表了被測頻率或時(shí)間），并通過 數(shù)碼顯示器 將 測量結(jié)果直觀地顯示出來。 為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路 。 ◆計(jì)數(shù)電路的重要指標(biāo)： 最高計(jì)數(shù)頻率 。 計(jì)數(shù)電路一般由多級(jí)雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間限制，使計(jì)數(shù)電路存在 最高計(jì)數(shù)頻率的限制 。而且對(duì)多位計(jì)數(shù)器，最高計(jì)數(shù)頻率主要由 個(gè)位計(jì)數(shù)器 決定。 ◆不同電路具有不同的工作速度： 如 74LS（ 74HC）系列為 30~40MHz； 74S系列為 100MHz； CMOS電路約 5MHz； ECL電路可達(dá) 600MHz。 電子測量原理 第 35頁 3）計(jì)數(shù)與顯示電路 ? 類型：單片集成與可編程計(jì)數(shù)器 ? 單片集成的中小規(guī)模 IC如： 74LS90（ MC11C90）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器； 74LS390、 CD4018(MC14018)為雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 ? 可編程計(jì)數(shù)器 IC如： Intel8253/8254等。 ? 顯示器 ? LED、 LCD 、熒光（ VFD）等。 ? 顯示電路： 包括鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路。 ? 如 74LS4 CD4511等。 ? 專用計(jì)數(shù)與顯示單元電路： 如 ICM7216D。 電子測量原理 第 36頁 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 ◆ 功能： 產(chǎn)生測頻時(shí)的 “ 門控信號(hào) ” （多檔閘門時(shí)間可選）及時(shí)間測量時(shí)的 “ 時(shí)標(biāo) ” 信號(hào)（多檔可選）。 ◆實(shí)現(xiàn)： 由內(nèi)部 晶體振蕩器 （也可外接），通過 倍頻或分頻得到。再 通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到 “ 門控信號(hào) ” 。 如，若 fc=1MHz,經(jīng) 106分頻后，可得到 fs=1Hz(周期 Ts=1s) 的時(shí)基信號(hào)，經(jīng)過 門控雙穩(wěn)態(tài)電路得 到寬度為 Ts=1s的 門控信號(hào)。 電子測量原理 第 37頁 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 ◆ 要求： ? 標(biāo)準(zhǔn)性 ： “ 門控信號(hào) ” 和 “ 時(shí)標(biāo) ” 作為計(jì)數(shù)器頻率和時(shí)間測量的本地工作基準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)具有高穩(wěn)定度和高準(zhǔn)確度。 ? 多值性 ：為了適應(yīng)計(jì)數(shù)器較寬的測量范圍，要求 “ 閘門時(shí)間 ” 和 “ 時(shí)標(biāo) ” 可多檔選擇。 ? 常用 “ 閘門時(shí)間 ” 有： 1ms、 10ms、 100ms、 1s、 10s。 ? 常用的“時(shí)標(biāo)”有： 10ns、 100ns、 1us、 10us、 100us、 1ms。 電子測量原理 第 38頁 5）控制電路 ◆ 功能： 產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制、協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機(jī)按 “復(fù)零－測量－顯示” 的工作程序完成自動(dòng)測量的任務(wù)。如下圖所示： 準(zhǔn)備期 （ 復(fù)零，等待） 測量期 （開門，計(jì)數(shù)） 顯示期 （關(guān)門，停止計(jì)數(shù)） 電子測量原理 第 39頁 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 1）頻率測量 ◆原理：計(jì)數(shù)器嚴(yán)格按照 的定義實(shí)現(xiàn)頻率測量。 根據(jù)上式的頻率定義， T為采樣時(shí)間， N為 T內(nèi)的周期數(shù)。采樣時(shí)間 T預(yù)先由閘門時(shí)間 Ts確定（時(shí)基頻率為 fs）。則 或 該式表明，在數(shù)字化頻率測量中，可 用計(jì)數(shù)值 N表示 fx。它體現(xiàn)了數(shù)字化頻率測量的 比較法測量原理 。 ◆例如： 閘門時(shí)間 Ts=1s，若計(jì)數(shù)值 N=10000，則顯示的 fx為“ 10000”Hz，或 “ ”kHz。如閘門時(shí)間 Ts=，則計(jì)數(shù)值N=1000，則顯示的 fx為 “ ”kHz。 請(qǐng)注意： 顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位 的意義，它 表示了頻率測量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)基頻率 fs ） 。 TN?fxssNf NfT?? xsxs TT ＝?N電子測量原理 第 40頁 1）頻率測量 ? 原理框圖和工作波形圖（ fx由 A通道輸入，內(nèi)部時(shí)基） ? 為便于測量和顯示，計(jì)數(shù)器通常為 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ，多檔閘門時(shí)間設(shè)定為 10的冪次方 ，這樣可直接顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，并通過移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測頻率。 ? 測量速度與分辨力 ：閘門時(shí)間 Ts為頻率測量的采樣時(shí)間，Ts愈大，則測量時(shí)間愈長，但計(jì)數(shù)值 N愈大，分辨力愈高。 TB 放大 、 整形 閘門 門控電路 計(jì)數(shù) 顯示 A fx 分頻電路 時(shí)基 Ts 電子測量原理 第 41頁 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 2）頻率比的測量 ◆原理：實(shí)際上，前述頻率測量的比較測量原理就是一種頻率比的測量： fx對(duì) fs的頻率比 。 據(jù)此，若要測量 fA對(duì) fB的頻率比（假設(shè) fAfB），只要用 fB的周期 TB作為閘門，在 TB時(shí)間內(nèi)對(duì) fA作周期計(jì)數(shù)即可。 ◆方法： fA對(duì) fB分別由 A、 B兩通道輸入，如下圖。 BAABTfNTf??電子測量原理 第 42頁 ◆ 注意： 頻率較高者由 A通道輸入，頻率較低者由 B通道輸入。 ◆ 提高頻率比的測量精度： 擴(kuò)展 B通道信號(hào)的周期個(gè)數(shù) 。 例如：以 B通道信號(hào)的 10個(gè)周期作為閘門信號(hào)，則計(jì)數(shù)值為： ,即計(jì)數(shù)值擴(kuò)大了 10倍，相應(yīng)的測量精度也就提高了 10倍。為得到真實(shí)結(jié)果，需將計(jì)數(shù)值 N縮小 10倍（小數(shù)點(diǎn)左移 1位），即 ◆ 應(yīng)用： 可方便地測得電路的分頻或倍頻系數(shù)。 10ABf Nf ?2）頻率比的測量 10 10BAABTfN ??電子測量原理 第 43頁 3）周期的測量 ◆原理： “時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法” 周期測量。 對(duì)被測周期 Tx，用已知的較小單位時(shí)間刻度 T0（“時(shí)標(biāo)”）去量化，由 Tx所包含的“時(shí)標(biāo)”數(shù) N即可得到 Tx。即 該式表明， “時(shí)標(biāo)”的計(jì)數(shù)值 N可表示周期 Tx。也體現(xiàn)了時(shí)間間隔（周期）的 比較測量原理 。 ◆實(shí)現(xiàn)： 由 Tx得到 閘門 ；在 Tx內(nèi)計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)。 —— Tx由 B通道輸入，內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)由 A通道輸入（ A通道外部輸入斷開）。 電子計(jì)數(shù)器的測量功能 0xT NT?電子測量原理 第 44頁 ◆ 原理框圖： ◆例如： 時(shí)標(biāo) T0=1us，若計(jì)數(shù)值 N=10000，則顯示的 Tx為“ 10000”us，或 “ ”ms。如時(shí)標(biāo) T0=10us，則計(jì)數(shù)值 N=1000，顯示的 Tx為 “ ”ms。 請(qǐng)注意： 顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位 的意義，它 表示了周期測量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)標(biāo) T0 ） 。為便于顯示， 多檔 時(shí)標(biāo)設(shè)定為 10的冪次方。 ◆ 測量速度與分辨力 ： 一次測量時(shí)間即為一個(gè)周期 Tx， Tx愈大 (頻率愈低 )則測量時(shí)間愈長；計(jì)數(shù)值 N與時(shí)標(biāo)有關(guān)，時(shí)標(biāo)愈小分辨力愈高。 3）周期的測量 電子測量原理 第 45頁 4）時(shí)間間隔的測量 ◆ 時(shí)間間隔： 指 兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn) 之間的時(shí)間段。 在測量技術(shù)中，兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)通常由 兩個(gè)事件 確定。