【正文】 。 電子計數(shù)器的組成 電子計數(shù)器的組成原理和測量功能 第 25頁 2）主門電路 ◆ 功能： 主門 也稱為 閘門 ，通過“門控信號”控制進入計數(shù)器的脈沖，使計數(shù)器只對預(yù)定的“閘門時間”之內(nèi)的脈沖計數(shù)。其原理如下圖： ◆ 由 “與門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘ 1’時，允許計數(shù)脈沖通過； 由 “或門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘ 0’時，允許計數(shù)脈沖通過。 與門TATBTATBAB C第 26頁 3）計數(shù)與顯示電路 ◆ 功能： 計數(shù)電路 對通過主門的脈沖進行計數(shù)（計數(shù)值代表了被測頻率或時間），并通過 數(shù)碼顯示器 將 測量結(jié)果直觀地顯示出來。 ◆計數(shù)電路的重要指標(biāo)： 最高計數(shù)頻率 。而且對多位計數(shù)器，最高計數(shù)頻率主要由 個位計數(shù)器 決定。 第 27頁 ? 類型：單片集成與可編程計數(shù)器 ? 單片集成的中小規(guī)模 IC如： 74LS90（ MC11C90）十進制計數(shù)器； 74LS390、CD4018(MC14018)為雙十進制計數(shù)器。 ? 顯示器 ? LED、 LCD 、熒光（ VFD）等。 ? 如 74LS4 CD4511等。 第 28頁 4）時基產(chǎn)生電路 ◆ 功能： 產(chǎn)生測頻時的 “ 門控信號 ” （多檔閘門時間可選）及時間測量時的 “ 時標(biāo) ” 信號（多檔可選）。再 通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到 “ 門控信號 ” 。 第 29頁 ◆ 要求： ? 標(biāo)準(zhǔn)性 ： “ 門控信號 ” 和 “ 時標(biāo) ” 作為計數(shù)器頻率和時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。 ? 常用 “ 閘門時間 ” 有： 1ms、 10ms、 100ms、1s、 10s。 第 30頁 5）控制電路 ◆ 功能： 產(chǎn)生各種控制信號，控制、協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機按 “復(fù)零－測量－顯示” 的工作程序完成自動測量的任務(wù)。 根據(jù)上式的頻率定義， T為采樣時間， N為 T內(nèi)的周期數(shù)。則 或 該式表明，在數(shù)字化頻率測量中，可 用計數(shù)值 N表示 fx。 ◆例如： 閘門時間 Ts=1s，若計數(shù)值 N=10000，則顯示的 fx為“ 10000”Hz，或 “ ”kHz。 請注意： 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)等于時基頻率 fs ） 。 ? 測量速度與分辨力 ：閘門時間 Ts為頻率測量的采樣時間，Ts愈大，則測量時間愈長，但計數(shù)值 N愈大，分辨力愈高。 據(jù)此，若要測量 fA對 fB的頻率比（假設(shè) fAfB），只要用 fB的周期 TB作為閘門，在 TB時間內(nèi)對 fA作周期計數(shù)即可。 BAABTfNTf??第 34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。 例如：以 B通道信號的 10個周期作為閘門信號，則計數(shù)值為： ,即計數(shù)值擴大了 10倍，相應(yīng)的測量精度也就提高了 10倍。 10ABf Nf ?10 10BAABTfN ??第 35頁 3）周期的測量 ◆原理： “ 時標(biāo)計數(shù)法 ” 周期測量。即 該式表明， “ 時標(biāo) ” 的計數(shù)值 N可表示周期 Tx。 ◆實現(xiàn)： 由 Tx得到 閘門 ；在 Tx內(nèi)計數(shù)器對時標(biāo)計數(shù)。 0xT NT?第 36頁 ◆ 原理框圖： ◆例如： 時標(biāo) T0=1us，若計數(shù)值 N=10000，則顯示的 Tx為“ 10000”us，或 “ ”ms。 請注意： 顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位 表示了周期測量的分辨力（應(yīng)等于時標(biāo) T0 ） 。 ◆ 測量速度與分辨力： 一次測量時間即為一個周期 Tx，Tx愈大 (頻率愈低 )則測量時間愈長；計數(shù)值 N與時標(biāo)有關(guān)，時標(biāo)愈小分辨力愈高。在測量技術(shù)中，兩個時刻點通常由 兩個事件 確定。 ◆ 兩個事件 的例子及 測量參數(shù) 還有： 同一信號波形上兩個不同點之間 ?脈沖信號參數(shù) ； 兩個信號波形上，兩點之間 ?相位差的測量 ； 手動觸發(fā) ?定時、累加計數(shù)。在門控時間內(nèi)，仍 采用 “ 時標(biāo)計數(shù) ” 方法 測量（即所測時間間隔由“時標(biāo)”量化）。時標(biāo)由機內(nèi)提供。 第 39頁 ◆ 觸發(fā)極性選擇和觸發(fā)電平 調(diào)節(jié) ：為增加測量的靈活性， B、C輸入通道都設(shè)置有觸發(fā)極性 (+、 )和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)，以完成各種時間間隔的測量。 VB Vc 起始 停止 開門時間 C＋ (50%) B＋ (50%) 起始 停止 開門時間 VB Vc B＋ (50%) C (50%) (50%) － B + (50%) C + (50%) － (50%) C＋ (90%) 閘門信號 關(guān)門信號 開門信號 B ＋ (10%) 第 40頁 ? 相位差的測量 ? 利用時間間隔的測量，可以測量兩個同頻率的信號之間的相位差。 ? 測量原理如下圖： ? 為減小測量誤差，分別取 +、 觸發(fā)極性作兩次測量， 得到 t t2再取平均，則 ??2 21tt ??第 41頁 5）自檢（自校） ◆功能： 檢驗儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常。為此， 用機內(nèi)的時基 Ts（閘門信號）對時標(biāo) T0計數(shù) ，則計數(shù)結(jié)果應(yīng)為： ◆自檢的方框圖： ◆例如： 若選擇 Ts=10ms, T0=1us,則自檢顯示應(yīng) 穩(wěn)定在 N=10000。 放大 、整形 晶振 放大 、整形 閘門 計數(shù)器 顯示 門控電路 分頻電路 T0 Ts 0sTN T?第 42頁 測量誤差的來源 1）量化誤差 ◆量化誤差定義： 由前述頻率測量 fx=N/Ts=Nfs和周期測量 Tx=NT0，可見， 由于計數(shù)值 N為整數(shù) ， fx和 Tx必然產(chǎn)生 “截斷誤差” ，該誤差即為 “量化誤差” 。 1誤差” ，它是所有數(shù)字化儀器都存在的誤差。而是 由于閘門開啟和關(guān)閉的時間與被測信號不同步引起 （亦即開門和關(guān)門時刻與被測信號出現(xiàn)的時刻是隨機的），使得在閘門開始和結(jié)束時刻有一部分 時間零頭 沒有被計算在內(nèi)而造成的測量誤差。 電子計數(shù)器的測量誤差 第 43頁 量化誤差分析 ?如圖，對同一被測信號，在相同的閘門時間內(nèi)，計數(shù)結(jié)果不同。 ”個字。 12xsNfT t t? ? ? ? ?12,s x x xT N T T t t T? ? ? ? ? ? ?12( 1 ) ( 1 )x s xN T T t t N T? ? ? ? ? ? ? ?1211s xT t tNNT? ? ? ?? ? ? ?12tt??、12tt? ??第 44頁 2）觸發(fā)誤差 ◆觸發(fā)誤差定義 ： 輸入信號都需經(jīng)過通道電路放大、整形等，得到脈沖信號，即 輸入信號 ?(轉(zhuǎn)換為 )脈沖信號 。但是，若輸入被測信號 疊加有干擾信號 ，則信號的頻率（周期）及相對閘門信號的觸發(fā)點就可能變化。 ◆ 如圖，周期為 Tx的輸 入信號，觸發(fā)電平在 A1點，但在 A1’點上有 干擾信號 (幅度 Vn)。 第 45頁 3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差 機內(nèi)時基（閘門時間）和時標(biāo)是頻率和時間間隔測量的參考基準(zhǔn)，它們由內(nèi)部晶體振蕩器（標(biāo)準(zhǔn)頻率源）分頻或倍頻后產(chǎn)生。 通常，要求 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差小于測量誤差的一個數(shù)量級 。 若不能滿足測量要求，還可外接更高準(zhǔn)確度的 外部基準(zhǔn)源 。 1誤差）和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。 1誤差，其最大值為 ,而 由于 fs由晶振 (fc)分頻得到，設(shè) fs=fc/k，則 于是，頻率測量的誤差表達式可寫成： xsffNf N f?????N? 1N? ??scscffff???s sxxTN T fT??1xcx s x cfff T f f????? ? ?????第 47頁 ?誤差曲線 ?分析： 誤差曲線直觀地表示了 測頻誤差與被測頻率 fx和閘門時間 Ts的關(guān)系 。 第 48頁 2）量化誤差的影響 ◆ 從頻率測量的誤差表達式： 可知，量化誤差為 它是頻率測量的主要誤差（標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差一般可忽略）。 ◆但需注意： 增大閘門時間將降低 測量速度 ，并且計數(shù)值的增加不應(yīng)超過計數(shù)器的 計數(shù)容量 ，否則將產(chǎn)生溢出（高位無法顯示）。 1xcx s x cfff T f f????? ? ?????xs fTNNN 11 ?????第 49頁 3） 實例分析 [例 ]被測頻率 fx＝ 1MHz， 選擇閘門時間 Ts＝ 1s， 則由177。 1 10－ 7， 但測量時間將延長10倍 。 1 10－ 7 （ 即比量化誤差高一個數(shù)量級 ） ， 否則 ， 標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在總測量誤差中不能忽略 。 由 (Tc為晶振周期， k為倍頻或分頻比 )， 有： 而計數(shù)值 N為： 所以， 00TTNNTTxx ?????xcNkN T f? ?0xT N T??ccx x c c x c cTfT k kT T f T T f f????? ? ? ? ? ? ?????1NNN??? 00TT?0 cT kT?00ccT T fT T f? ? ?? ? ?0x x x ccT T T fNT k T k? ? ?第 51頁 2）量化誤差的影響 ◆ 由測周的誤差表達式： 其中，第一項即為 量化誤差 。另外，晶振的分頻系數(shù) k愈小，則時標(biāo)周期愈小，在相同的 Tx內(nèi)計數(shù)值愈大。 ccx x c c x c cTfT k kT T f T T f f????? ? ? ? ? ? ?????第 52頁 3）中界頻率 ◆ 測頻時，被測頻率 fx愈低，則量化誤差愈大； 測周時，被測頻率 fx愈高，則量化誤差愈大。 ◆ 中界頻率 fm的確定 量化誤差取決于計數(shù)值 N，測頻時 。 令兩式相等，并用 Tm表示 Tx： 于是，有： 或 例：若 Ts=1s,T0=1us，則 fm=1kHz,在該頻率上 ,測頻與測周的量化誤差相等。 ● 高頻疊加干擾 如圖，產(chǎn)生錯誤計數(shù)。 第 54頁 1T? ◆ 周期測量時觸發(fā)誤差的影響 ● 尖峰脈沖 周期測量時，尖峰脈沖的干擾對測量結(jié)果的影響非常嚴(yán)重。 對觸發(fā)點 A1作切線 ab，其斜率為 則， 可見， 愈大，即 觸發(fā)點愈陡峭，誤差愈小 。xxT T T? ? ?s inx m xv V t?