【正文】 8. 為什么說(shuō)多周期同步測(cè)量原理是全頻段 、 等精度測(cè)量 ？ 9. 內(nèi)插模擬擴(kuò)展技術(shù)是怎樣實(shí)現(xiàn)的 ? 10. 為什么在智能型電子計(jì)數(shù)器中 ， 系統(tǒng)的時(shí)基信號(hào)是由外部電路產(chǎn)生的 ， 而不是直接由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的 ？ 。 1誤差 ” 的影響？ 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 7. 用一臺(tái) 7位計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)量 fz=5 MHz的信號(hào)頻率 , 試分別計(jì)算閘門時(shí)間為 1s、 s、 10 ms時(shí) ， 由于 “ 177。 題中若不知道儀器內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)的頻率 ， 可否確定該未知信號(hào)的周期 ？若可以 ， 寫出求解過(guò)程 。 已知儀器內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)的頻率為 1 MHz， 若采用同一周期倍乘率和同一時(shí)標(biāo)信號(hào)去測(cè)量另一未知信號(hào) ， 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值結(jié)果為 15 000。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 表 61 閘門時(shí)間和顯示計(jì)數(shù)值 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 4. 用某計(jì)數(shù)器測(cè)量周期 ， 已知儀器內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號(hào)頻率為10 MHz， 選周期倍乘率 （ 分頻系數(shù) Kf） 為 102， 計(jì)數(shù)值結(jié)果為14 567， 問(wèn)該信號(hào)周期值是多少 。 2. 用 7位計(jì)數(shù)器測(cè)量 fx= MHz的信號(hào)頻率 。 當(dāng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間再次檢測(cè)到 fx和 fc同步時(shí) ，同步閘門信號(hào)關(guān)閉 ， 計(jì)數(shù)器閘門隨之關(guān)閉 。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 圖 621 克服量化誤差的結(jié)構(gòu)圖 放大整形fx同步控制放大整形fc門控A T 8 9C 20 51T0顯示T1I N T1I N T0第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 被測(cè)信號(hào) fx 和時(shí)基信號(hào) fc通過(guò)放大整形分別送入AT89C2051的定時(shí)器 T0、 T1進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 計(jì)數(shù)器的開(kāi)啟受同步控制器的控制 。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 (4) 由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)零量化誤差 。 所以 ， 為提高系統(tǒng)所測(cè)量的頻率較高的信號(hào)的準(zhǔn)確度 ， 可以對(duì)外部計(jì)數(shù)器 74HC90的計(jì)數(shù)結(jié)果通過(guò)單片機(jī) I/O口讀入單片機(jī) ， 并和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值一起經(jīng)處理后送出顯示 ， 這樣就不會(huì)因?qū)斎胄盘?hào)分頻而增大測(cè)量的量化誤差 。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 (3) 克服由高頻信號(hào)分頻導(dǎo)致的量化誤差增大 。由頻率直接測(cè)量誤差公式如下： ???????? ?????ccg1fffTffxxx第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 (2) 由軟件產(chǎn)生閘門信號(hào) 。 若分頻比較大 ， 而輸入信號(hào)頻率較小 ， 則可逐漸減小分頻比 ， 直到不產(chǎn)生溢出中斷 ， 程序由此而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋的功能 。 此時(shí) ,T0為 16位計(jì)數(shù)方式 ， 故在不分頻時(shí)測(cè)試的信號(hào)最大頻率為 216Hz， 即 65 535 Hz。 INT0中斷服務(wù)程序的流程圖如圖 620所示 ， 主要完成測(cè)頻 、 BCD碼轉(zhuǎn)換 、 譯碼等功能 。 當(dāng)時(shí)基信號(hào)到來(lái)時(shí) ， 計(jì)數(shù)器 T0閘門打開(kāi) ， 并開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)時(shí)基信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí) ， 計(jì)數(shù)器 T0閘門關(guān)閉 ， 同時(shí) INT0產(chǎn)生中斷 ， 此時(shí)將 TR0清零 ， 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù) ， 讀取 TL0、 TH0的數(shù)據(jù) （ 設(shè)為N） 并保存 。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 圖 618 定時(shí)器 T 0方式 1結(jié)構(gòu)圖 G A T EI N T0O S C 247。 當(dāng) GATE為 “ 1”時(shí) , 僅當(dāng) TR 0為 “ 1”且INT0引腳上輸入高電平時(shí) ， 控制端為高電平 ， 控制開(kāi)關(guān)閉合 ，允許 T0計(jì)數(shù) 。 因?yàn)橄到y(tǒng)中需對(duì)輸入 T0（ ） 端的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 所以將 C/T設(shè)為 “ 1”。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 3. 系統(tǒng)頻率測(cè)量原理 根據(jù)單片機(jī) AT89C2051中計(jì)數(shù)器 T0的方式 1結(jié)構(gòu)圖 （ 如圖 618所示 ） 可知 ， T0計(jì)數(shù)脈沖控制電路中 ， 有一個(gè)方式電子開(kāi)關(guān) ， 當(dāng) C/T為 “ 0”時(shí) ， 方式電子開(kāi)關(guān)打在上面 ， 以振蕩器的 12分頻信號(hào)作為 T 0的計(jì)數(shù)信號(hào) ， 此時(shí)作為定時(shí)器使用； C/T為 “ 1”時(shí) ， 方式電子開(kāi)關(guān)打在下面 ， 此時(shí)以 T0（ ） 引腳上的輸入脈沖作為 T0的計(jì)數(shù)脈沖 ， 這種情況下可對(duì)外界脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù) 。 CD4060構(gòu)成石英晶體振蕩器和分頻器 ， 將 32 768 Hz晶體振蕩信號(hào)分頻為 2 Hz信號(hào) ， 再經(jīng)過(guò) CD4013雙 D觸發(fā)器 4分頻獲得持續(xù)時(shí)間為 1 s， 頻率為 Hz的時(shí)基 （ 閘門 ） 信號(hào) 。 分頻后的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器送入 CPU的 T0端 ， 數(shù)據(jù)選擇器受 CPU的 。 若閘門時(shí)間為 1 s， 則所測(cè)信號(hào)最高頻率為 Hz。 計(jì)數(shù)的結(jié)果經(jīng)軟件譯碼后送入數(shù)碼顯示器顯示 。 待測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形后 ， 由分頻器進(jìn)行分頻 ， 分頻后的信號(hào)再經(jīng) CD4051選擇后送入單片機(jī)的 T0端進(jìn)行計(jì)數(shù) ， 分頻比受單片機(jī)控制 。 AT89C2051是 MCS51系列單片機(jī)中的一種 ， 由其完成電路中待測(cè)信號(hào)的計(jì)數(shù) 、 譯碼和顯示 ， 以及對(duì)分頻比的控制 。11 1 0 0 0 TTT ?? （ 613） 在 T1+T1′ 這段時(shí)間內(nèi) ,V3處于截止?fàn)顟B(tài) ， B點(diǎn)的電壓為 0 V； V3導(dǎo)通時(shí) ， B點(diǎn)電壓為 1 V(10 μ A 100 kΩ)， 則 B點(diǎn)出現(xiàn)了一個(gè)寬度為 1000T1的脈沖 ， 再經(jīng)運(yùn)算放大器放大即可觸發(fā)擴(kuò)展觸發(fā)器 。 顯然 Q1=Q2， 于是可得： 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 1221139。 T1結(jié)束后 ， 電流開(kāi)關(guān)又轉(zhuǎn)換為使 V1導(dǎo)通 、 V2截止的初始狀態(tài) ， 10 μ A恒流源 I2對(duì)電容 C 充電 ， 使 A點(diǎn)電位逐步上升 。 工作原理為：初始狀態(tài) V1導(dǎo)通 、 V2截止 ， 10 μ A恒流源 I2對(duì)電容 C充電 ， 使 A點(diǎn)電位上升到約 V， V3導(dǎo)通 。 如果時(shí)鐘頻率為 10 MHz（ T0=100 ns） ， 內(nèi)插模擬擴(kuò)展倍數(shù) N=1000， 則被測(cè)時(shí)間間隔可以表示為 10010001000 210210 ??????? ?????? NNNTTTT 將 T1和 T2展寬的辦法是：首先在 T1和 T2內(nèi)對(duì)一個(gè)電容以恒定電流充電；然后以慢 N倍 （ 例如 N＝ 1000） 的速度放電 ， 則電容放電到起始狀態(tài)下的時(shí)間是 T1和 T2的 N倍；最后再用原來(lái)的時(shí)鐘對(duì)其進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)得到 N1和 N2。 1誤差的那兩部分時(shí)間 T1和 T2拉寬 N倍 。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 615示出了內(nèi)插法測(cè)量波形圖 。 單純地通過(guò)提高時(shí)鐘頻率 f0來(lái)提高測(cè)時(shí)分辨率是有限的 ， 例如即使 f0高達(dá) 100 MHz的時(shí)鐘 ， 其測(cè)時(shí)分辨率也只能達(dá)到 10 ns。 多周期同步測(cè)量電路需要計(jì)算電路且要有兩個(gè)計(jì)數(shù)器 ， 因而電路的實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的測(cè)量電路要復(fù)雜 ， 但若使用微處理器可使電路大大簡(jiǎn)化 ， 所以在智能型電子計(jì)數(shù)器中完全可采用此方法 。 若要進(jìn)一步減少這項(xiàng)誤差的影響 ， 須再增大時(shí)鐘頻率 f0。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 圖 614 多周期同步測(cè)量工作波形圖 fxTpTgNAf0NB第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 設(shè)閘門時(shí)間為 1s， 取時(shí)鐘頻率 f0=10 MHz， 則由 177。 1誤差的影響很小 。但由于時(shí)鐘信號(hào)與閘門的開(kāi)和關(guān)無(wú)確定的相位關(guān)系 ， 因此計(jì)數(shù)器 Ⅱ 所記錄的 NB的值仍存在 177。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 圖 613 多周期同步測(cè)量原理框圖 預(yù)置 閘門時(shí)間 產(chǎn)生D Q同步 電路主門Ⅰ主門Ⅱ放大整形通道時(shí)鐘 f0計(jì)數(shù) 器ⅠNA＝ fxTg計(jì)數(shù) 器ⅡNB＝ f0Tg 計(jì)算 ：顯示fxTpTg????????BANNfx＝ f0第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 由圖 614所示的工作波形圖中可以看出 ， 由于 D觸發(fā)器的同步作用 ， 計(jì)數(shù)器 Ⅰ 所記錄的 NA值已不存在 177。 由于閘門的開(kāi)和關(guān)與被測(cè)信號(hào)同步 ， 因而實(shí)際的閘門時(shí)間 Tg已不等于預(yù)置的閘門時(shí)間 Tp,且大小也不是固定的 。 在時(shí)間 Tg內(nèi) ， 計(jì)數(shù)器 Ⅰ 的累計(jì)數(shù) NA=fxTg， 計(jì)數(shù)器 Ⅱ 的累計(jì)數(shù) NB=f0Tg, 再由運(yùn)算部件計(jì)算得出 fx=(NA/NB) f0, 即為被測(cè)頻率 。 預(yù)置閘門時(shí)間產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生預(yù)置的閘門時(shí)間 Tp， Tp經(jīng)同步電路便可產(chǎn)生與被測(cè)信號(hào) fx同步的實(shí)際的閘門時(shí)間 Tg。 該方法不僅可以直接讀取頻率值或周期值 ， 而且還可以使其測(cè)量精度在全頻段上一致 ， 即實(shí)現(xiàn)了等精度測(cè)量 。 1誤差引起的測(cè)量誤差的一種有效方法 ， 但還存在兩個(gè)問(wèn)題：一是該方法不能直接讀出其頻率值或周期值； 二是在中界頻率附近 ， 仍不能達(dá)到較高的測(cè)量精度 。 例如 ， 測(cè)頻時(shí)取閘門時(shí)間為1 s， 測(cè)周時(shí)取時(shí)標(biāo)為 10 ns的中界頻率 fxm＝ 10 kHz， 由圖可知 ，此時(shí)兩種方法所引起的量化誤差均為 104。 很顯然 ， 當(dāng) fx＞ fxm時(shí)宜采用測(cè)頻的方法 ， 當(dāng)fx＜ fxm時(shí)宜采用測(cè)周的方法 。 第 6章 智能型電子計(jì)數(shù)器 測(cè)頻量化誤差及測(cè)周量化誤差與被測(cè)信號(hào)頻率的關(guān)系見(jiàn)圖612所示 ， 圖中測(cè)頻和測(cè)周