第9章智能電子計數(shù)器

1、9.1 智能電子計數(shù)器的設(shè)計智能電子計數(shù)器的設(shè)計9.2 典型智能計數(shù)器產(chǎn)品介紹典型智能計數(shù)器產(chǎn)品介紹第第9章章 智能電子計數(shù)器智能電子計數(shù)器 電子計數(shù)器指能完成頻率測量、時間測量、計數(shù)等功能。電子計數(shù)器指能完成頻率測量、時間測量、計數(shù)等功能。頻率和時間是電子測量技術(shù)領(lǐng)域中最基本的參量，因此，電子頻率和時間是電子測量技術(shù)領(lǐng)域中最基本的參量，因此，電子計數(shù)器是一類重要的電子測量儀器。計數(shù)器是一類重要的電子測量儀器。 9.1.1 以以ICM7226為基礎(chǔ)的智能頻率計為基礎(chǔ)的智能頻率計 9.1 智能電子計數(shù)器的設(shè)計智能電子計數(shù)器的設(shè)計優(yōu)點：有體積小、成本低等不足：上限頻率太低，只有10MHz； 當被測

2、信號的頻率很低時，產(chǎn)生很大的量化誤差。 采用微處理器對ICM7226進行控制，進行智能化設(shè)計。 設(shè)計思想：采用高、中、低頻分段測量方法。 如果fx10MHz時，先一次預(yù)分頻，然后再進入ICM 7226測頻； 如果3140Hzfx10MHz時，則用ICM 7226 直接測頻； 如果fx3140Hz時，則將ICM 7226的功能改為測周，先測出周期，后再用軟件將其換算成頻率。 其中，3140Hz是ICM 7226的中界頻率。9.1.2 等精度頻率計的設(shè)計實例等精度頻率計的設(shè)計實例 目前，以微處理器為基礎(chǔ)的電子計數(shù)器設(shè)計普遍采用多周期同步測量方法，本節(jié)以一個用51系列單片機作為控制單元的等精度頻率計

3、為例，說明其設(shè)計原理。 采用的方法在中界頻率附近仍不能達到較高的測量精度，若采用多周采用的方法在中界頻率附近仍不能達到較高的測量精度，若采用多周期同步測量方法，便可較容易地在全頻段達到期同步測量方法，便可較容易地在全頻段達到10-4量級，實現(xiàn)等精度的頻率量級，實現(xiàn)等精度的頻率測量。測量。 該等精度頻率計主要由五部分組成：單片機控制部分、該等精度頻率計主要由五部分組成：單片機控制部分、通道部分、同步電路部分、計數(shù)器部分、鍵盤與顯示部分。通道部分、同步電路部分、計數(shù)器部分、鍵盤與顯示部分。 一、一、 等精度頻率計的組成等精度頻率計的組成 任務(wù)： 完成測量過程的控制、測量結(jié)果的處理與顯示等。 151

4、單片機及其接口部分單片機及其接口部分P1.0作預(yù)置閘門時間；P1.1作同步電路復(fù)位信號；P1.2 作查詢實際閘門時間；P1.3作計數(shù)器復(fù)位信號線；P1.4P1.7控制儀器鍵盤燈；P3.0，P3.1為通道部分的控制線。 主要由放大、整形和一個十分頻的預(yù)分頻電路組成。本機設(shè)計測頻范圍為20Hz100MHz。 2通道部分通道部分由主門、及同步控制電路組成。主門控制被測信號fx的通過，主門控制時鐘信號fo的通過，兩門的啟閉都由同步控制電路控制。 3同步電路同步電路 計數(shù)器包括事件計數(shù)器和時間計數(shù)器兩組完全相同的計數(shù)電路，分別由前后兩級組成。4計數(shù)器電路計數(shù)器電路 鍵盤與顯示部分的電路如圖所示，這是一個

5、典型的采用8155并行口組成的鍵盤顯示電路。七位LED顯示采用了動態(tài)顯示軟件譯碼工作方式。5鍵盤與顯示部分鍵盤與顯示部分1測量準備測量準備P1.3發(fā)出復(fù)位信號，使計數(shù)器清零；同時P1.1也發(fā)復(fù)位信號，使同步D觸發(fā)器的 端為低電平，則主門和主門關(guān)閉。這時P1.0的初狀態(tài)為“1”，使D觸發(fā)器的D端為高電平。同步門可靠關(guān)閉。2測量開始測量開始P1.0從高電平跳到低電平，使D觸發(fā)器的D端為“0”，這時被測信號一旦到達CK端，觸發(fā)器 立即由“0”“1”，同步門被打開，被測信號和時間信號分別進入相應(yīng)的計數(shù)器進行計數(shù)。P1.0從高電平跳到低電平的同時，也啟動了計時系統(tǒng)開始計量閘門時間。3測量結(jié)束測量結(jié)束 當

6、預(yù)定的測量時間(1s或0.1s)結(jié)束時，INT1 端便測到時間信號，此時令P1.0從低電平恢復(fù)到高電平，隨后緊跟而來的被測信號再次觸發(fā)D觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)， 端由高電平轉(zhuǎn)為低電平，使同步門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。4數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理當查詢到P1.2的狀態(tài)為低電平時，單片機就進行讀數(shù)、運算、數(shù)據(jù)處理等工作，并將結(jié)果輸出顯示。然后又重復(fù)上述過程進行下一次測量。 二、二、 等精度頻率計的測量過程等精度頻率計的測量過程QQQ三、等精度頻率計軟件系統(tǒng)三、等精度頻率計軟件系統(tǒng)四、平均模式的時間間隔四、平均模式的時間間隔TA-B測量功能的實現(xiàn)測量功能的實現(xiàn) 在原先基礎(chǔ)上再增加一個同步控制電路在原先基礎(chǔ)上再增加一個

7、同步控制電路2（D觸發(fā)器）和一個觸發(fā)器）和一個B輸入通道，就輸入通道，就可以實現(xiàn)平均模式的時間間隔可以實現(xiàn)平均模式的時間間隔TA-B的測量功能。的測量功能。四、平均模式的時間間隔四、平均模式的時間間隔TA-B測量功能的實現(xiàn)測量功能的實現(xiàn) 在測得兩個同頻信號之間的時間間隔TA-B及周期的基礎(chǔ)上，通過計算即可求出兩信號的相位差。在上述電路的基礎(chǔ)上，若將兩個通道的輸入端連在一起，并分別選擇兩個通道的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平，就能實現(xiàn)對脈沖寬度的測量。在測得信號的脈沖寬度及其周期的基礎(chǔ)之上，再通過計算還可得到被測脈沖信號的占空比。 9.2.1 儀器的原理與組成儀器的原理與組成（AS3341型型100MHz通

8、用計數(shù)器）通用計數(shù)器） 9.2 典型智能計數(shù)器產(chǎn)品介紹典型智能計數(shù)器產(chǎn)品介紹 該儀器有A和B兩個輸入通道，其觸發(fā)電平可以通過DA轉(zhuǎn)換器進行自動或手動設(shè)置。測量模式電路可以組合成進行各種測量功能的電路，從而實現(xiàn)頻率、周期、時間間隔、頻率比、單次脈沖串頻率、相位差等多項測量。儀器不用于測量時，還可作為數(shù)字鐘使用。儀器采用了多周期同步測量原理，即預(yù)置閘門時間并由輸入信號去同步閘門，測量輸入信號多個完整周期內(nèi)對頻標計數(shù)的平均值，從而實現(xiàn)了全頻段的“等精度測量”。9.2.1 儀器的原理與組成儀器的原理與組成脈沖串頻率測量功能是用來測量間歇振蕩信號的頻率，原理如圖。 按測量鍵后，閘門由A輸入信號觸發(fā)開啟，

9、經(jīng)過N個事先預(yù)置的被測信號周期之后，閘門自動關(guān)閉。那么由計數(shù)器測得的時間T就可以計算得到脈沖串頻率fN/T。 本儀器設(shè)置有N1，3，9，33，129五擋預(yù)置周期數(shù)以供選擇。9.2.1 儀器的原理與組成儀器的原理與組成無間隔阿倫方差測量功能無間隔阿倫方差測量功能廣泛用于高穩(wěn)定度信號源短期穩(wěn)定度的測定。待測信號從B通道輸入，機內(nèi)兩個閘門交替輪流地啟、閉計數(shù)器和，即兩個計數(shù)器交替地對B通道輸入的信號測頻，測量數(shù)據(jù)F1，F(xiàn)2，依次存入數(shù)據(jù)區(qū)，測量結(jié)果即可按下列公式計算求得。 式中，N為測量次數(shù)，可以預(yù)選。 相位測量功能相位測量功能是用于測量A、B兩個通道信號間的相位差。其測量原理是：先測量時間間隔TA

10、B，再測量輸入信號A的周期PA，然后按公式AB360PA計算。NFFINii2)(119.2.2 儀器鍵盤操作與分析儀器鍵盤操作與分析 一、一、 鍵盤的組成鍵盤的組成 二、二、 鍵盤的操作鍵盤的操作 五個高級鍵之一被按下時，儀器便進入相應(yīng)的狀態(tài)，直到按其他高級鍵后才會改變目前狀態(tài)（自檢鍵除外）。 按下自檢鍵后，儀器進入自檢狀態(tài)，自檢結(jié)束后，自動進入測量狀態(tài)。自檢過程中，也允許按其他鍵打斷自檢，進入其他狀態(tài)。按下測量鍵后儀器進入測量狀態(tài)，按照已設(shè)定的功能進行連續(xù)測量。如果設(shè)置在單次工作方式，則按下一次鍵測量一次。在測量過程中按下任何其他高級鍵都會打斷正在進行的測量工作而進入相應(yīng)的新狀態(tài)。功能、預(yù)置、查閱三個高級鍵要與不同的低級鍵構(gòu)成組合鍵。操作的過程為：先按下某一高級鍵，使儀器進入到相應(yīng)的狀態(tài)，再按下低級鍵選擇相應(yīng)的內(nèi)