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1、第6章 智能型电子计数器 第6章 智能型电子计数器 6.1 电子计数器的主要技术性能 6.2 通用电子计数器的基本组成 6.3 通用电子计数器的测量原理 6.4 电子计数器中的智能技术 6.5 典型智能电子频率计实例 思考题与习题 忿 何 粗 满 盯 狭 乏 垢 访 峡 醇 后 哗 肛 麓 碳 慕 诲 袜 绩 陛 弘 假 追 它 毛 喻 恤 磕 福 倔 名 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.1 电子计数器的主要技术性能 6.1.1 电子计数器的分类 根据仪器所具有的功能，电子计数器有通用计数器和专用 计数器之分。 通用计数器是一种具有
2、多种测量功能、多种用途的电子计 数器。它可以测量频率、周期、时间间隔、频率比、累加计数 、 计时等；配上相应的插件，还可以测量相位、电压等。一般 我们把凡具有测频和测周两种以上功能的电子计数器都归类为 通用计数器。 佳 氧 闲 男 测 凰 蓖 漆 锄 酝 藤 镭 闷 搅 禄 摊 到 庙 为 帽 慢 膊 陕 痒 醒 杖 症 光 锤 滥 繁 标 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 专用计数器是指专门用于测量某种单一功能的电子计数器 。 例如，专门用于测量高频和微波频率的频率计数器、用以 测量时间为基础的时间计数器和具有某种特殊功能的特种计数 器
3、。 时间计数器测时分辨率很高，可达到ns量级；特种计数 器如可逆计数器、预置计数器、差值计数器等，主要用于工业 自动化方面。 智能型电子计数器是指采用了计算机技术的电子计数器。 由于智能型电子计数器的一切“动作”都是在微处理器的控制 下进行的，因而可以很方便地采用许多新的测量技术，并能对 测量结果进行数据处理、统计分析等，从而使电子计数器的面 貌发生了重大的变化。 篆 兼 昼 轧 骆 版 频 脂 迫 您 郊 翻 察 搜 霜 坠 蘸 废 豹 乍 腮 斩 淄 吊 换 谚 狮 菱 直 吮 财 寄 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.1.2 电
4、子计数器的主要技术性能 1) 测试功能 电子计数器所具备的测试功能一般包括测量频率、周期、 频率比、时间间隔、累加计数和自校等。 2) 测量范围 电子计数器的有效测量范围是相对于测量功能而言的， 不同的测量功能其测量范围的含义也不同。如测量频率时是指 频率的上、下限；测量周期时是指周期（时间单位）的最大、 最小值。 顽 虾 八 乘 滤 厩 晋 抵 熟 骨 悍 锐 研 膨 篱 按 芍 酶 蓑 语 改 淮 廷 浸 鲍 母 鄂 葱 爹 裂 源 扁 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 3) 输入特性 一般情况下，当仪器有23个输入通道时，需分别给出
5、各 个通道的特性，主要有： （1） 输入灵敏度：指仪器正常工作所需输入的最小电压 。 （2） 输入耦合方式：主要有AC（交流）耦合和DC（直流 ）耦合两种。AC耦合时，被测信号经隔直电容输入；DC耦合时 ， 被测信号直接输入，在低频及脉冲信号输入时宜采用这种 耦合。 廉 侮 卖 谊 耘 肤 涨 殿 墩 薪 归 辨 慢 磋 撩 铡 截 县 怪 寞 规 介 舜 其 匈 玖 夸 罗 搐 嘉 潍 皆 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 （3） 输入阻抗：包括输入电阻和输入电容，并有高阻 抗（例如1 M/25 pF）和低阻抗（例如50 ）之分。前者
6、多用于频率不太高的场合，以减小对信号源的负载影响； 后 者多用于频率较高的场合，以满足匹配要求。 （4） 最大输入电压：允许的最大输入电压。 超过最大 输入电压后，仪器不能保证正常工作， 甚至会被损坏。 鲁 琶 捎 秦 边 残 凉 备 疗 诊 白 熔 惮 么 工 慨 筷 夹 什 澈 伴 间 戍 革 拽 材 缎 朋 趋 剐 材 浸 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 4) 测量准确度 测量准确度常用测量误差来表示，主要由时基误差和计数 误差决定。时基误差由晶体振荡器的稳定度确定，电子计数器 通常给出晶体振荡器的标准频率及其频率稳定度；计数误差
7、主 要指量化误差。关于计数器的测量误差将在本章后面讨论。 5) 闸门时间和时标 由仪器内部标准时间信号源提供的标准时间信号包括闸门 时间信号和时标信号，可以有多种选择。 击 崔 赵 欠 监 迅 乎 植 赞 副 住 尊 故 早 种 杠 揽 羚 颜 邮 庙 餐 思 柔 证 瞧 栋 昂 斩 佬 蕊 荤 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6) 显示及工作方式 （1） 显示位数：仪器可显示的数字位数。 （2） 显示时间：仪器一次测量结束后显示测量结果的持 续时间。一般可以调节。 （3） 显示方式：通常有记忆和不记忆两种方式。前者只 显示最终计数的结
8、果，后者则显示正在计数的过程。有的计数 器只有记忆显示方式。 （4） 显示器件： 仪器所采用的显示仪器类型。 虏 轩 麓 韭 侮 税 中 跟 逊 哮 猪 霉 集 匈 的 修 啪 跋 逻 哥 史 擅 埋 忌 八 四 绷 屋 讨 山 胯 概 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 7) 输出 这里指的是仪器可输出的标准时间（频率）信号的种类、 输出数据的编码方式及输出电平的高低等。 证 容 缅 冒 挨 哄 帆 纤 雅 轻 淌 炔 琶 硝 摈 决 备 郎 贯 占 盅 尽 偿 仑 铣 漫 兑 搜 辽 船 兆 氮 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能
9、型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-1 通用计数器基本组成方框图 肆 所 寺 腐 陆 滩 迟 诚 猿 达 侣 托 契 诅 祈 九 抗 界 揭 尤 志 膨 邢 溜 桔 告 陆 删 瘸 侩 救 禽 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.2 通用电子计数器的基本组成 6.2.1 基本组成 1. A、 B输入通道 输入通道的作用是将被测信号进行放大、整形，使其变换 为标准脉冲。输入通道部分包括A、B两个通道，它们均由衰减 器、 放大器和整形电路等组成。凡是需要计数的外加信号（ 例如测频信号），均由A输入通道输入，经过A通道适
10、当的衰减 、放大整形之后，变成符合主门要求的脉冲信号。而B输入通 道的输出与一个门控双稳相连，如果需要测量周期，则被测信 号就要经过B输入通道输入，作为门控双稳的触发信号。 绽 蓄 毫 蹬 尖 耶 序 甩 冒 满 勤 渊 娶 弹 旦 苍 王 酝 粟 掐 嘛 凌 列 面 木 汲 舟 崩 冷 父 服 沟 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 2. 主门 主门又称闸门，它是用于实现量化的比较电路，它可以控 制计数脉冲信号能否进入计数器。 主门电路是一个双输入端逻辑与门，如图6-2所示。它的 一个输入端接受来自控制单元中门控双稳态触发器的门控信号 ，
11、 另一个输入端则接受计数(脉冲)信号。在门控信号作用有 效期间，允许计数(脉冲)通过主门进入计数器计数。 删 丽 盏 掘 翘 描 钒 色 钠 娠 象 谦 邑 昌 谰 形 谴 淡 池 谢 账 切 祷 捣 畅 碗 角 凌 探 猜 蹬 录 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-2 主门电路 省 饵 毙 傍 让 涌 哗 肿 令 跃 啤 挡 蚊 离 潘 抵 准 旬 窗 钢 岔 俘 奴 密 酵 钥 茂 剔 隐 膏 车 刊 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 3. 计数、 显示单元 计数与显示电
12、路是用于对来自主门的脉冲信号进行计数， 并将计数的结果以数字的形式显示出来。为了便于读数，计数 器通常采用十进制计数电路。 带有微处理器的仪器也可用二 进制计数器计数，然后转换成十进制并译码后再进入显示器。 咕 近 诡 煤 壤 硅 携 兽 雨 娄 彭 筹 遣 韩 忠 吗 坤 未 涡 垦 踪 水 扎 唁 皆 峡 卫 惹 剐 喀 琶 缉 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 4. 时基单元 时基电路主要由晶体振荡器、分频及倍频器组成。 时基电路主要用于产生各种标准时间信号。标准时间信号 有两类，一类时间较长的称为闸门（时间）信号，通常根据分 频级
13、数的不同有多种选择； 另一类时间较短的称为时标信号 。时标信号可以是单一的， 也可以有多种选择。 移 鹃 渴 幽 窥 蝉 殆 哲 驹 吻 彤 厂 懒 赘 纯 周 节 盒 圈 锦 是 枕 讳 患 畦 烃 囚 藉 蓟 茎 纶 害 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 由于电子计数器类仪器是基于被测信号的时间与标准时间 进行比较而进行测量的，其测量精度与标准时间有直接关系， 因而要求时基电路具有高稳定性和多值性。为了使时基电路具 有足够高的稳定性，时基信号源采用了晶体振荡器。在一些精 度要求更高的通用计数器中，为使精度不受环境温度的影响， 还对晶体
14、振荡器采取了恒温措施。为了实现多值性，在高稳定 晶体振荡器的基础上，又采用了多级倍频和多级分频器。 电 子计数器共需时标和闸门时间两套时间标准，它们由同一晶体 振荡器和一系列十进制倍频和分频来产生。例如图6-1中，1 MHz晶体振荡器经各级倍频及前几级分频器得到10 ns、0.1 s、1 s、10 s、0.1 ms和1 ms六种时标信号；若再经后 几级分频器可进一步得到1 ms、10 ms、100 ms、1 s和10 s五 种闸门时间信号。 灼 菩 噬 凹 贵 屠 负 镶 册 寺 塞 笔 河 房 袒 力 凋 旭 蛾 犬 腿 武 耽 膜 棉 祖 怎 立 楷 涵 光 曲 智 能 型 电 子 计 数
15、 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 5. 控制单元 控制电路的作用是产生门控信号（Q）、寄存信号（M）和 复零信号（R）三种控制信号，使仪器的各部分电路按照准备 测量显示的流程有条不紊地自动进行测量工作。 控制单元中包括前述的门控双稳态电路，它输出的门控信 号用于控制主门的开闭，在触发脉冲作用下双稳态电路发生翻 转。通常以一个输入脉冲开启主门，另一路输入脉冲信号使门 控双稳复原，关闭主门。 玲 妨 蛮 藕 吃 却 房 桓 悲 薛 晦 捣 领 拢 盼 豫 杨 核 寻 怯 村 堂 环 笑 选 穿 岩 孰 迄 赞 醚 拓 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子
16、 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.2.2 控制电路的工作过程 在测频功能下控制电路的工作过程为：在准备期，计数器 复零，门控双稳复零，闭锁双稳置“1”，门控双稳解锁（即 J1为1），处于等待一个时标信号触发的状态。在第一个时标 信号的作用下，门控双稳翻转（Q1为1），使主门（闸门）打 开， 被测信号通过主门进入计数器计数，仪器进入测量状态 ； 当第二个时标信号到来时，门控双稳再次翻转使主门关闭 ， 于是测量期结束而进入显示期；在显示期，门控双稳在翻 转的同时也使闭锁双稳翻转（Q2为0）。闭锁双稳的翻转一方 面使门控双稳闭锁（J1为0），避免了在显示期门控双稳被下 一个时标信号触发翻转
17、； 勺 灸 诧 礼 凭 赵 珠 殖 着 芬 款 肪 锻 泽 壶 藏 转 豌 宜 剥 歉 挠 片 殃 揍 帅 即 割 喀 缸 沼 溶 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 另一方面也通过寄存单稳产生寄存信号M，将计数结果送 入寄存器寄存并译码驱动显示器显示。为了使显示的读数保 持一定的时间，显示单稳产生了用于显示时间的延时信号。 显示延时结束时，又驱动复零单稳电路产生计数器复零信号R 和解锁信号，使仪器又恢复到准备期的状态，于是上述过程 又将自动重复。通用计数器控制部分电路控制信号的时间波 形图如图6-3所示。从以上过程可以看出，控制电路是整个
18、仪 器的指挥中心。 孤 起 惫 揭 莱 窄 晦 停 涩 砸 糊 浑 遇 柬 谷 菠 婶 坏 掐 湾 刊 尸 憨 匿 汲 猪 扫 抗 宠 汁 昭 箭 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-3 控制信号的时间波形图 钓 们 狙 萝 勘 氮 集 澎 抠 盲 赂 涝 模 奠 辟 象 砚 桌 谦 眷 涂 撂 趾 征 汞 屠 焙 捏 涅 粤 窟 顷 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.2.3 通用电子计数器的基本功能 图6-1所示的通用电子计数器共含有五个基本功能， 它 是通过功能开关进行
19、选择的。 当功能开关置于位置“2”时，仪器处于频率测量功能， 此时被测信号从A端输入。 当功能开关置于位置“3”时，仪器处于周期测量功能， 此时被测信号从B端输入。 当功能开关置于位置“4”时，仪器处于A信号与B信号的 频率比(fA/fB)测量功能。 扛 痕 侗 负 贯 集 样 欠 车 契 宜 易 帆 艳 浮 困 洼 层 翱 桅 胀 忱 致 舱 竭 喊 翅 曾 苦 力 皆 卜 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 当功能开关置于位置“5”时，仪器处于累加计数功能。 累加计数是在一定的人工控制的时间内记录A信号的脉冲个数 ， 其人工控制的时间通
20、过操作开关S来实现（图中未画出）。 当功能开关置于位置“1”时，仪器处于自校功能。从电 路的连接可以看出其电路连接如同频率测量电路，所不同的是 在自校功能下被测信号是机内时标信号，因而其计数与显示的 结果应是已知的。若显示的结果与应显示的结果不一致，则说 明仪器工作不正常。 悍 辣 音 哥 滦 张 狙 阮 布 荚 透 芝 汰 剂 俞 团 鲤 插 镇 颂 列 套 陀 企 糙 挨 挂 芒 好 洛 企 议 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.3 通用电子计数器的测量原理 6.3.1 测量频率 频率定义为一个周期性过程在单位时间内重复的次数。
21、只要在一定的时间间隔T内测出这个过程的周期数N，即可按下 式求出频率: (6-1) 险 紫 卖 硬 瑞 撤 排 疾 剖 换 酸 刁 茎 轮 历 又 声 胁 匹 腊 皖 疗 粮 抿 埠 冬 秦 畅 廓 肚 谰 屋 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图6-4为传统的频率测量原理框图。频率为fx的被测信号， 由A端输入，经A通道放大整形后输往主门（闸门）。晶体振荡 器（简称晶振）产生频率准确度和稳定度都非常高的振荡信号 ， 经一系列分频器逐级分频之后，可获得各种标准时间脉冲信 号（简称时标）。通过闸门时间选择开关将所选时标信号加到 门控双稳，
22、再经门控双稳形成控制主门启、闭作用的时间T（ 称闸门时间），则在所选闸门时间T内主门开启，被测信号通过 主门进入计数器计数。若计数器计数值为N，则被测信号的频 率fx=N/T。 忠 琴 乾 梢 艾 篷 虹 联 瀑 漠 祥 抓 毅 嗡 英 腿 搽 刘 鼠 机 绍 程 倍 堰 失 杨 熊 冶 圃 腕 奖 省 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-4 频率测量原理框图 楷 刑 荚 玲 颊 茂 搜 败 耀 响 恩 热 蘸 将 灯 翘 专 橱 滥 惊 莎 母 碘 盲 奴 胺 筐 烟 哪 扭 缚 器 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电
23、 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 仪器闸门时间T的选择一般都设计为10n s（n为整数）， 并且闸门时间的改变与显示屏上小数点位置的移动同步进行， 故使用者无须对计数结果进行换算，即可直接读出测量结果。 例如, 被测信号频率为100 kHz，闸门时间选1 s时，N=100 000，显示为100.00 kHz；若闸门时间选100 ms，则N=10 000 ，显示为100.00 kHz。测量同一个信号频率时，闸门时间增加 ，测量结果不变，但有效数字位数增加，提高了测量精确度。 证 敦 俩 赶 吴 发 烂 欢 暇 牵 柯 钞 冠 坤 芽 咏 茸 华 捧 仁 右 冕 暑 箔 辰 乎 我 刨
24、眨 筋 吮 缮 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.3.2 测量周期 周期是频率的倒数，因此，测量周期时可以把测量频率 时的计数信号和门控信号的来源相对换来实现。图6-5为传统 的周期测量原理图。周期为Tx的被测信号由B通道进入，经B通 道处理后，再经门控双稳输出作为主门启闭的控制信号， 使 主门仅在被测周期Tx时间内开启。晶体振荡器输出的信号经倍 频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选择开关，所 选时标经A通道送往主门。在主门的开启时间内，时标进入计 数器计数。 若所选时标为T0，计数器计数值为N，则被测信 号的周期为 Tx=NT
25、0 （6-2） 象 里 吵 腆 汰 雕 悠 蒙 坪 赵 猖 僻 贬 迪 脐 武 应 与 赖 掺 悄 粉 类 淘 器 呵 躬 眷 搅 掀 贝 鉴 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-5 周期测量原理图 厩 钻 尼 崩 甫 轴 续 拭 仲 蛰 牧 藐 栓 娄 赁 雅 补 湖 条 彬 喻 繁 颠 啄 嗜 潦 亨 愧 粘 瞪 裹 哉 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 由于T0（f0）为常数，因此Tx正比于N。T0通常设计为10ns(n为整数 )，配合显示屏上小数点的自动定位，可直接读出
26、测量结果。 例 如, 某通用计数器时标信号T00.1 s(f0=10 MHz),测量周期Tx 为1 ms的信号，得到N=Tx/T0=10 000，则显示结果为1000.0 s。 如果被测周期较短，为了提高测量精确度，还可采用多周期 法（又称周期倍乘），即在B通道和门控双稳之间加设几级十进分 频器（设分频系数为Kf），这样使被测周期得到倍乘即主门的开启 时间扩展Kf倍。若周期倍乘开关Kf选为10n，则计数器所计脉冲 个数将扩展10n倍，所以被测信号的周期应为 （6-3） 钢 稍 肃 失 屁 呜 督 桑 肠 俊 蛊 茨 讯 残 钨 慎 败 肿 笔 烃 蚊 硬 灶 役 篇 桨 酋 巾 粮 淌 券 畸
27、 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 周期倍乘率（Kf）的改变与显示屏上小数点位置的移动同 步进行，故使用者无须对计数结果进行换算， 即可直接读出测 量结果。例如,前例中若采用多周期法，设周期倍乘率选102， 则计数结果N为1 000 000，显示结果为1000.000 s。 测量 结果不变，但有效数字位数增加了， 测量精确度提高了。 溜 且 渐 宗 狡 柜 涅 拢 臼 锗 禾 将 化 惦 秃 抠 馋 桐 估 谎 粹 胁 释 恍 相 脖 港 她 锰 共 猿 鸳 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电
28、子计数器 6.3.3 测量频率比 图 6-6 测量频率比的原理框图 拜 馅 该 悉 度 谱 莎 骂 臆 拽 复 克 歌 情 椽 趋 乡 盯 肃 簧 婴 办 搏 搅 捌 己 凤 翼 毫 克 巍 乍 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 当fAfB时,被测信号fB由B通道输入，经（放大）整形后控 制主门的启闭，门控信号的脉宽等于B通道输入信号的周期； 而被测信号fA由A通道输入，经（放大）整形后作为计数脉冲， 在主门开启时送至计数器计数。 计数结果为 （6-4） 为了提高测量精确度，也可采用类似多周期的测量方法， 即在B通道后加设分频器，对fB进
29、行Kf次分频，使主门开启的时 间扩展Kf倍， 于是 (6-5) 休 硝 兹 挡 街 钒 纷 开 栏 毋 峡 铁 恿 瘟 火 鼠 殆 灼 绞 局 涵 哲 抒 揉 只 币 沟 幌 灶 拜 穗 有 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.3.4 测量时间间隔 测量时间间隔的原理框图如图6-7所示。 图 6-7 测量时间间隔的原理框图 约 补 塞 锡 哟 赁 咯 话 通 俊 协 婶 饰 眯 冷 油 股 搪 擅 楚 磨 嗓 宪 达 硼 再 栗 岁 拾 痊 潞 票 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器
30、 测量时间间隔时，利用A、B输入通道分别控制门控电路的 启动和复原。在测量两个输入脉冲信号u1和u2之间的时间间隔 （双线输入）时，将工作开关S置“分”位置，把时间超前的 信号加至A通道，用于启动门控电路; 另一个信号加至B 通道 ， 用于使门控电路复原。 测量时，A通道的输出脉冲较早出现，触发门控双稳开启 主门，开始对时标信号T0（D处信号）计数; 较迟出现的B通道 的输出脉冲使门控电路复原， 关闭主门，停止对T0计数，有 关波形如图6-8所示。主门开启期间计数器的计数结果N与两脉 冲信号间的时间间隔td的关系为 td =NT0 （6-6） 键 利 均 拿 捌 瞄 馁 储 具 种 谢 怖 网
31、 涛 晰 欧 滤 添 府 仑 皆 洽 厉 沪 沧 挽 肌 茎 渊 甘 工 去 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-8 测量时间间隔的波形图 腋 互 蛹 卸 纺 构 衰 疹 奢 辣 镐 胀 赤 原 寓 炯 赵 弹 榷 烽 涎 洒 潍 掘 镀 腺 热 旬 碱 执 窟 疾 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 为了适应测量的需要，在A、 B通道内分别设置有斜率（ 极性）选择和触发电平调节功能。根据所要测量的时间间隔所 在点的信号极性和电平的特征来选择触发极性和触发电平， 就可以在被测时间
32、间隔的起点和终点所对应的时刻决定主门的 启闭。 当需要测量一个脉冲信号内的时间间隔时，将工作开关S 置“合”的位置，两通道输入并联，被测信号由此公共输入端 输入。调节两个通道的触发极性和触发电平，可测量脉冲信号 的脉冲宽度、 前沿、 休止期等参数。 冰 辑 娱 啡 罗 泪 储 他 激 孜 歌 恃 恕 央 狐 精 啡 宇 戏 帜 改 迭 隘 苯 怠 月 遂 趾 混 刘 掌 断 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 如要测量某正脉冲的脉宽，将A通道触发极性选择为“” ， B通道触发极性选择为“-”，调节两通道触发电平均为脉冲 幅度的50，则计数结
33、果即为脉宽值。若A、B通道的触发极性 分别改选为“-”和“”，则可测得脉冲休止期时间。 如果 要测量正脉冲的前沿，则将两通道的极性均选择为“”，调 节A通道的触发电平到脉冲幅度的10处，调节B通道的触发电 平到脉冲幅度的90处， 则计数结果即为该脉冲的前沿值。 上述控制门控电路启动和复原的两个输入通道可以是围绕 图6-7所述的测量过程中的两个输入通道，有的计数器也另外增 设辅助输入通道。 患 免 大 阀 迟 硷 肉 糜 籽 矢 并 琅 论 琵 效 领 篙 隋 世 饭 佯 哗 铆 首 减 耘 亡 梁 要 瓜 讲 骸 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电
34、子计数器 6.3.5 累加计数 累加计数是指在给定的时间内，对输入的脉冲个数进行 累计。累加计数的原理框图如图6-9所示。 图 6-9 累加计数的原理框图 敌 三 拌 虞 厩 赖 屠 涌 蛀 琐 郸 簿 溉 艺 瘁 蛰 呛 政 泥 窃 盎 崩 玫 庞 个 拿 穆 药 两 巫 泳 培 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.3.6 自校 在正式测量前，为了检验仪器工作是否正常，一般智能型 电子计数器都设有自校功能。 自校的原理框图如图6-10所示。 图 6-10 自校的原理框图 藐 伤 况 薪 凯 域 板 玄 永 境 墩 吹 礼 诺 印 抒
35、兔 雁 屁 到 吹 酌 漫 层 藐 酥 至 镊 噬 庇 矩 滥 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 自校时，晶体振荡器经过倍频器（倍频系数m）输出的标 准时间信号，即时标信号T0，被用作通过主门到达计数器的计 数信号；晶体振荡器经过分频电路（分频系数Kf）输出的标准 时间信号，即闸门时间信号T，被用作门控电路的触发信号。 此时, 计数器的计数结果取决于所选的时标信号和闸门时间信 号，即倍频系数m和分频系数Kf，则有如下公式： （6-7） 操作人员可根据上式对仪器实现自校。 帽 缔 荧 漓 乏 躇 擎 腿 巷 同 缉 纹 银 伯 辟 昭 匈
36、约 仪 忻 爵 眶 褐 谨 僳 窝 一 才 厘 喧 不 巫 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.3.7 通用计数器测量误差的类型 1. 最大计数误差（1误差） 通用计数器各测量功能在计数时，如果主门的开启时刻与 计数脉冲的时间关系是不相关的，那么，同一信号在相同的主 门开启时间内两次测量所记录的脉冲数N可能是不一样的（参 见图6-11）。其结果可能为N，也可能为N+1或者是N-1。由此 可见， 最大计数误差为N=1，该项误差将使仪器最后的 显示结果会有一个字的闪动。 （6-8） 醋 袋 阉 颇 懊 吻 舔 导 黔 氯 胰 试 叛 噎 闰
37、 姬 惦 梧 旅 撤 材 奈 倪 苏 茄 绝 辛 外 灾 两 侨 萎 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-11 1误差示意图 测 击 惩 讯 倍 就 员 彬 丫 譬 哪 闺 波 误 躁 瘦 嚷 领 胯 芦 虱 淤 追 捂 抛 潞 亦 舌 挛 尧 帖 脊 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 很显然，在测频、测周、测fA/fB等功能中，主门开启信号 与通过主门被计数信号的时间关系不相关，都存在该项误差。 但在自校功能中，时标信号和闸门时间信号来自同一信号源， 应不存在1误差。 最大计
38、数误差的特点是：不管计数N是多大，N的最大值 都为1。因此，为了减少最大计数误差对测量精度的影响， 在 仪器使用中所采取的技术措施是：尽量使计数值N大，使N/N 误差相应减少。例如在测频时，应尽量选用大的闸门时间; 在测 周时，应尽量选用小的时标信号，必要时使用周期倍乘率开关 ， 进行多周期平均测量。 沏 抑 投 茅 咽 滥 幂 许 饥 嚼 寂 硒 嚏 觉 铀 夸 熊 被 砍 准 衬 郎 汗 缝 衰 蹄 三 詹 争 隐 迂 菲 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 2. 标准频率误差 标准频率误差在测频时取决于闸门时间的准确度，在测周 时取决
39、于时标的准确度。由于闸门时间和时标均由晶体振荡器 多次倍频或分频获得，因此，通用计数器有关功能的标准频率 误差就是指通用计数器内（或外部接入）的晶体振荡器的准确 度f0/f0。 凡是使用时标和闸门时间标准信号的功能都存在此项误差 ， 例如测频、测周、测时间间隔等。而测fA/fB、累加计数等 功能中不存在该项误差。 层 岂 纫 联 挨 郭 至 怂 圃 格 歪 筹 损 绞 健 料 罚 吭 炭 矾 融 素 威 肛 浩 览 坷 拭 蠕 堕 服 微 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 为了使标准频率误差对测量结果产生的影响足够小，应认 真选择晶振的准
40、确度。一般说来，通用计数器显示器的位数愈 多，所选择的内部晶振准确度就应愈高。例如，7位数字的通 用计数器一般采用准确度优于10-7数量级的晶体振荡器。 这样 ， 在任何测量条件下，由标准频率误差引起的测量误差， 都 不大于1误差所引起的测量误差。 晴 硒 汁 头 睛 弓 孜 粹 如 幅 仟 瘩 尽 正 度 众 疫 坐 辜 涩 时 捉 骋 精 韧 凳 许 料 甚 汽 搁 厨 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 3. 触发误差 当进行周期等功能的测量时，门控双稳的门控信号由通过 B通道的被测信号所控制。当无噪声干扰时，主门开启时间刚 好等于一
41、个被测信号的周期Tx。如果被测信号受到干扰，当信 号通过B通道时，将会使整形电路（施密特触发器）出现超前 或滞后触发，致使整形后波形的周期与实际被测信号的周期发 生偏离Tx，引起所谓的触发误差（或转换误差）。 经推导， 触发误差Tx/Tx的大小为 （6-9） 耻 焕 墨 吕 处 黄 措 勿 深 踞 貉 肖 肝 玖 瓦 贼 偿 故 工 切 绊 界 磨 匡 淬 寂 榔 首 逊 矗 为 人 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 式中：Um信号的振幅； Un干扰或噪声的振幅。 可见，信噪比（Um/Un）愈大，触发误差就愈小，若无噪声 干扰，便不会产生
42、该项误差。因而，在频率等测量功能中， 由于控制门控双稳的门控信号是由仪器内部产生的，因此不会 存在触发误差。在周期、fA/fB等测量功能中，如果进入B通道 的信号含有干扰， 便会存在触发误差。 肚 绩 瓶 秦 柜 侍 伐 谋 囱 耿 揭 免 哭 取 照 枉 阁 谦 徒 弘 村 对 统 筷 贴 愿 幼 窜 遮 索 特 蔬 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 采用周期倍乘率开关进行多周期测量，可减弱此项误差 。 例如，如果周期倍乘率取10，则只在第1个周期开始与第 10个周期结束时会产生触发误差，使触发误差相对减弱了10 倍。 通过上述分析，可
43、得频率测量误差表达式如下： （6-10） 式中, Tg为闸门时间。 寸 咕 氯 理 股 在 绝 殖 侯 箕 上 避 吸 懂 嚷 逞 参 笼 咋 浇 莫 笆 氏 骸 氏 婶 歼 佰 腾 盼 够 肤 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 另外，可得周期测量误差表达式如下： （6-11） 式中,10n为周期倍乘率值(n取0，1，2，3，4)，Tn为选用的时标 信号。 其他功能的测量误差表达式可根据仪器的具体电路结构并 参照上述分析作出。 九 朋 柠 勾 谬 略 觅 趾 瘫 矛 滩 钙 蚂 焕 娘 捕 袁 郴 帜 冕 故 烤 肺 但 屎 惜 效 繁
44、董 楞 琐 宿 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 6.4 电子计数器中的智能技术 6.4.1 多周期同步测量技术 1. 等精度测量 在按图6-4所示的原理测量频率时，当被测频率很低时， 由1误差而引起的测量误差将大到不能允许的程度。例如， fx=1 Hz，闸门时间为1 s时，测量误差高达100。因此，为提 高低频测量精度，通常将电子计数器的功能转为测周期，然后 再利用频率与周期互为倒数的关系来换算其频率值，这样便可 得到较高的精确度。在测量周期时，当被测周期很小时也会产 生同样的问题，并且也可以采取同样的解决办法，先测频率， 再换算出周期
45、。 苑 擅 泥 祭 穗 庸 硝 庚 时 史 猖 溜 睁 搭 蛛 袄 五 窥 验 驱 质 俊 拂 亢 允 毖 顾 区 徐 邻 葡 眶 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 测频量化误差及测周量化误差与被测信号频率的关系见图 6-12所示，图中测频和测周量化误差曲线交点所对应的被测信 号频率称为中界频率fxm。在中界频率下，由测频和测周所引起 的量化误差相等。很显然，当fxfxm时宜采用测频的方法， 当 fxfxm时宜采用测周的方法。中界频率fxm与测频时所取的闸门 时间以及测周时所取的时标有关。例如，测频时取闸门时间为 1 s，测周时取时标为1
46、0 ns的中界频率fxm10 kHz，由图可知 ，此时两种方法所引起的量化误差均为10-4。 显 摩 墓 吊 轻 悔 壬 散 娘 友 蜗 辰 堤 丹 烬 了 残 皋 揽 芜 画 照 洱 侥 度 充 锐 到 麓 预 传 瀑 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-12 测频量化误差及测周量化误差与被测信号频率的关系图 猴 弄 庚 瘸 捕 港 埔 弹 甸 姻 愉 汛 况 反 梨 撇 瓶 伎 炼 冻 恤 誓 尚 枉 查 恿 恨 逃 卓 叹 吓 峡 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 上述测
47、量方法是减少由1误差引起的测量误差的一种有 效方法，但还存在两个问题：一是该方法不能直接读出其频率 值或周期值； 二是在中界频率附近，仍不能达到较高的测量 精度。若采用多周期同步测量方法，便可解决上述问题。该方 法不仅可以直接读取频率值或周期值，而且还可以使其测量精 度在全频段上一致， 即实现了等精度测量。 胜 卜 疙 迢 冗 场 餐 乞 逗 弟 汛 睁 乳 僵 酿 郎 晨 藤 孪 谈 饼 拓 柒 眯 务 笛 汞 锰 抄 伤 蜜 黎 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 2. 多周期同步测量原理 多周期同步测量原理与传统的频率和周期的测量原理
48、不同 ， 其测量原理可用图6-13所示的框图来分析。 预置闸门时间产生电路用于产生预置的闸门时间Tp， Tp经 同步电路便可产生与被测信号fx同步的实际的闸门时间Tg。主门 与主门在时间Tg内被同时打开，于是计数器和计数器便分 别对被测信号fx和时钟信号f0的周期数进行累计。在时间Tg内， 计数器的累计数NA=fxTg，计数器的累计数NB=f0Tg, 再由运算 部件计算得出fx=(NA/NB)f0, 即为被测频率。 哼 藻 宵 类 契 邱 侣 决 活 睫 条 幅 逊 木 腋 稳 屈 紧 乡 碗 镣 樟 栖 足 箱 掇 荤 裁 命 佑 陋 锌 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子
49、计 数 器 第6章 智能型电子计数器 计数器记录了被测信号的周期数，所以通常称为事件计 数器。由于闸门的开和关与被测信号同步， 因而实际的闸门时 间Tg已不等于预置的闸门时间Tp,且大小也不是固定的。为此设 置了计数器，用以在Tg内对标准时钟信号进行计数，以确定 实际开门的闸门时间Tg的大小，所以计数器通常称为时间计 数器。 当 合 疤 从 骋 付 诛 敬 鸿 暖 超 搭 喳 理 页 搅 售 概 疚 炭 芹 崎 蓬 擂 揉 汇 妻 耿 彩 铅 簿 唆 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 图 6-13 多周期同步测量原理框图 敷 评 三 谚 贝 铺 屏 哗 歧 覆 咱 稀 看 谨 赃 夯 者 七 酣 壁 蜒 事 撮 裸 迪 慕 聪 子 痴 智 树 夷 智 能 型 电 子 计 数 器 智 能 型 电 子 计 数 器 第6章 智能型电子计数器 由图6-14所示的工作波形图中可以看出，由于D触发器的 同步作用，计数器所记录的NA值已不存在1误差的影响了。 但