【正文】 理和 游標(biāo)卡尺 的原理相似，是利用相差很微小的兩個(gè)量，對其量化單位以下的差值進(jìn)行多次的疊加，直到疊加的值達(dá)到一個(gè)量化單位為止，通過相關(guān)的計(jì)算便可以獲得較精確的差值。（ P167168） 第 62頁 例如 ， 擴(kuò)展器控制的開門時(shí)間為 T1的 1000倍 ,則： 內(nèi)插后測量分辨力提高了 1000倍 。 0?120 1 2 0 0xNNT T T T Nk ????? ? ? ? ?????0 0 0TN??0/k?第 61頁 二、時(shí)間擴(kuò)展電路 ◆時(shí)間擴(kuò)展電路 如下圖所示：以恒流源 I1對電容器 C充電，然后以恒流源 I2對電容器 C放電（取 K I2 = I1 ），設(shè)充電時(shí)間為 T1，由充放電電荷相等可得： 故放電時(shí)間為 kT1，即將 T1擴(kuò)展了 K倍。 ? 三次測量 若 T T2均擴(kuò)展 k倍， 采用同一個(gè)時(shí)標(biāo)（設(shè)為 ）分別測量 T0、 kT kT2，設(shè)計(jì)數(shù)值分別為： N0、 N N2， 則： ? 意義： 上式由于 不存在量化誤差，總量化誤差由(N1N2)引起，降低了 k倍。 輸入信號起始 終止時(shí)鐘脈沖xT1T 0T2T第 60頁 一、模擬內(nèi)插法原理 ? 由于 T1和 T2均很小（小于時(shí)標(biāo)），采用普通的 “ 時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法 ” 難以實(shí)現(xiàn)（需要非常小的時(shí)標(biāo)）。 內(nèi)插法 對已存在的量化誤差，測量出 量化單位以下的尾數(shù) (零頭時(shí)間 )。 1/ NB較小。 1誤差 ， NB存在 177。原理圖見 166頁圖 423. 第 58頁 A、 B計(jì)數(shù)器在同一個(gè)閘門時(shí)間 T內(nèi)分別對 fx和f0進(jìn)行計(jì)數(shù)。但測周時(shí)不能直接得到頻率值的顯示結(jié)果，為得到頻率值顯示，硬件上采用了一種特殊設(shè)計(jì) —— 即 倒數(shù)計(jì)數(shù)器 。 于是，有： 若考慮在一個(gè)周期開始和結(jié)束時(shí)可能都存在觸發(fā)誤差，分別用 表示，并按隨機(jī)誤差的均方根合成，得到： ● 結(jié)論： 測周時(shí)為減小觸發(fā)誤差，應(yīng)提高信噪比 。 39。如圖，測量誤差為： ● 分析 設(shè)輸入為正弦波： ,干擾幅度為 Vn。 ● 措施 增大觸發(fā)窗或減小信號幅度； 輸入濾波。 sxTNT?0xTN T?0smmTTTT?0msT T T?01msf TT?第 53頁 4）觸發(fā)誤差 ◆ 頻率測量時(shí)觸發(fā)誤差的影響 ● 尖峰脈沖的干擾 如圖，尖峰脈沖只 引起觸發(fā)點(diǎn)的改變， 對測頻影響不大。 測周時(shí) 。 可見，在測頻與測周之間，存在一個(gè)中界頻率 fm， 當(dāng) fxfm時(shí)，應(yīng)采用測頻；當(dāng) fxfm時(shí)，應(yīng)采用測周方案。 此外，第二項(xiàng)為 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 ，通常也要求小于測量誤差的一個(gè)數(shù)量級，這時(shí)就可作為微小誤差不予考慮。它表示 Tx愈大（被測信號的頻率愈低），則量化誤差愈小，其意義為 Tx愈大則計(jì)入的時(shí)標(biāo)周期數(shù) N愈大。 66 10110111 ?????????xxff第 50頁 周期測量的誤差分析 1）誤差表達(dá)式 ◆ 由測周的基本表達(dá)式： 根據(jù)誤差合成公式，可得： 式中， 和 分別為量化誤差和時(shí)標(biāo)周期誤差。 注意：該例中 ， 當(dāng)選擇閘門時(shí)間 Ts＝ 1s時(shí) ， 要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差優(yōu)于 177。 1誤差產(chǎn)生的測頻誤差 (不考慮標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 )為： 若 Ts增加為 10s， 則計(jì)數(shù)值增加 10倍 ， 相應(yīng)的測頻誤差也降低 10倍 ， 為 177。 例如： 一個(gè) 6位的計(jì)數(shù)器，最大顯示為 999999，當(dāng)用 Ts=10s的閘門測量 fx=1MHz時(shí) ,應(yīng)顯示“ ”Hz或 ”MHz ,顯然溢出 。 為減小量化誤差，需增大計(jì)數(shù)值 N： 增大閘門時(shí)間 Ts或在相同的閘門時(shí)間內(nèi)測量 較高的頻率 可得到較大的 N。 fx愈大則誤差愈小，閘門時(shí)間愈大誤差也愈小，并且，測頻誤差以標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差為極限?？傉`差采用分項(xiàng)誤差絕對值合成，即 : 式中， 即為 177。 第 46頁 頻率測量的誤差分析 1）誤差表達(dá)式 ◆ 由頻率測量表達(dá)式： fx=N/Ts=Nfs，計(jì)數(shù)器直接測頻的誤差主要由兩項(xiàng)組成：即量化誤差（ 177。 因此，內(nèi)部晶振要求較高穩(wěn)定性。因此，其 準(zhǔn)確度和測量時(shí)間之內(nèi)的短期穩(wěn)定度 將直接影響測量結(jié)果。 提前觸發(fā) ,周期 Tx?Tx’。由此產(chǎn)生的測量誤差稱為 “觸發(fā)誤差” ，也稱為 “轉(zhuǎn)換誤差” 。 這種 轉(zhuǎn)換要求只對信號幅值和波形變換，不能改變其頻率 。 ◆ 是隨機(jī)的，它們 服從均勻分布，其差值 則服從三角分布。根據(jù)頻率定義，準(zhǔn)確的 fx應(yīng)為 式中， 即， 或 因此，量化誤差的影響相當(dāng)于計(jì)數(shù)值 N的“ 177。 ◆ 下圖為頻率測量時(shí)量化誤差的 示意圖。 ◆產(chǎn)生原因： 量化誤差并非由于計(jì)數(shù)值 N的不準(zhǔn)確（也并非標(biāo)準(zhǔn)頻率源 fs或時(shí)標(biāo) T0的不準(zhǔn)確）造成。也稱為“ 177。 ◆ 自檢 不能檢測內(nèi)部基準(zhǔn)源 。 ◆實(shí)現(xiàn)方法： 為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該在自檢實(shí)施前即是已知的。 ? 兩個(gè)信號分別由 B、 C通道輸入，并選擇相同的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平。如下圖的脈沖參數(shù)測量。如下圖。 第 38頁 ?原理框圖 欲測量時(shí)間間隔的起始、終止信號分別由 B、 C通道 輸入。 ◆ 測量方法：由 兩個(gè)事件 觸發(fā)得到 起始信號和終止信號 ，經(jīng)過門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到 “ 門控信號 ” ，門控時(shí)間即為被測的時(shí)間間隔。如，一個(gè) 周期信號的兩個(gè)同相位點(diǎn) （如過零點(diǎn)）所確定的時(shí)間間隔即為周期。 第 37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。為便于顯示， 多檔 時(shí)標(biāo)設(shè)定為10的冪次方。如時(shí)標(biāo) T0=10us，則計(jì)數(shù)值N=1000，顯示的 Tx為 “ ”ms。 —— Tx由 B通道輸入，內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號由 A通道輸入（ A通道外部輸入斷開）。也體現(xiàn)了時(shí)間間隔（周期）的 比較測量原理 。 對被測周期 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。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)。 ◆ 提高頻率比的測量精度： 擴(kuò)展 B通道信號的周期個(gè)數(shù) 。 ◆方法： fA對 fB分別由 A、 B兩通道輸入，如下圖。 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 B C D D Ts A B C 第 33頁 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 fs的頻率比 。 TN?fxssNf N fT?? xsxs TT ＝?N第 32頁 ? 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，并通過移動小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測頻率。如閘門時(shí)間 Ts=，則計(jì)數(shù)值N=1000，則顯示的 fx為 “ ”kHz。它體現(xiàn)了數(shù)字化頻率測量的 比較法測量原理 。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）。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)） 第 31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。 ? 常用的“時(shí)標(biāo)”有： 10ns、 100ns、 1us、 10us、100us、 1ms。 ? 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。 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，經(jīng)過 門控雙穩(wěn)態(tài)電路得 到寬度為 Ts=1s的 門控信號。 ◆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。 ? 專用計(jì)數(shù)與顯示單元電路：如 ICM7216D。 ? 顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動電路。 ? 可編程計(jì)數(shù)器 IC如： Intel8253/8254等。 ◆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。 計(jì)數(shù)電路一般由多級雙穩(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 。 為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路 。 ◆ “門控信號”還可 手動操作 得到，如實(shí)現(xiàn)手動累加計(jì)數(shù)。 ◆ 電路： 由“與門”或“或門”構(gòu)成。 ◆斯密特觸發(fā)電路： 利用 斯密特觸發(fā)器 的 回差特性 ，對輸入信號具有較好的抗干擾作用。其作用是 對輸入信號處理以產(chǎn)生符合計(jì)數(shù)要求（波形、幅度）的脈沖信號 。 ? 控制電路 ： 控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作 ，即準(zhǔn)備 ?測量 ?顯示。 ? 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。 通過 預(yù)定標(biāo)器 還可 擴(kuò)展頻率測量范圍 。 與門TATBTATBABC第 22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： 第 23頁 ? 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。 ◆ 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 。其原理如下圖所示。 第 21頁 閘門可由 一個(gè)與（或 “ 或 ” ）邏輯門電路實(shí)現(xiàn) 。 為實(shí)現(xiàn) 時(shí)間 （這里指時(shí)間間隔）的數(shù)字化測量，需將被測時(shí)間按盡可能小的 時(shí)間單位（稱為時(shí)標(biāo)） 進(jìn)行量化，通過 累計(jì)被測時(shí)間內(nèi)所包含的時(shí)間單位數(shù)（計(jì)數(shù)） 得到。 ◆示波法： 李沙育圖形法 ：將 fx和 fs分別接到示波器 Y軸和 X軸（ XY圖示方式），當(dāng) fx＝ fs時(shí)顯示為斜線（橢圓或園）； 測周期法 ：直接根據(jù)顯示波形由 X通道 掃描速率 得到周期，進(jìn)而得到頻率。 ◆外差法： 將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率 混頻 ，取出差頻并測量。 數(shù)學(xué)模型為： ◆拍頻法： 將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率 疊加 ，由指示器（