第9章智能電子計(jì)數(shù)器

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

2、信號(hào)的頻率很低時(shí)，產(chǎn)生很大的量化誤差。 采用微處理器對(duì)ICM7226進(jìn)行控制，進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)思想：采用高、中、低頻分段測量方法。 如果fx10MHz時(shí)，先一次預(yù)分頻，然后再進(jìn)入ICM 7226測頻； 如果3140Hzfx10MHz時(shí)，則用ICM 7226 直接測頻； 如果fx3140Hz時(shí)，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(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)例等精度頻率計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)例 目前，以微處理器為基礎(chǔ)的電子計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)普遍采用多周期同步測量方法，本節(jié)以一個(gè)用51系列單片機(jī)作為控制單元的等精度頻率計(jì)

3、為例，說明其設(shè)計(jì)原理。 采用的方法在中界頻率附近仍不能達(dá)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(dá)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(dá)到期同步測量方法，便可較容易地在全頻段達(dá)到10-4量級(jí)，實(shí)現(xiàn)等精度的頻率量級(jí)，實(shí)現(xiàn)等精度的頻率測量。測量。 該等精度頻率計(jì)主要由五部分組成：單片機(jī)控制部分、該等精度頻率計(jì)主要由五部分組成：單片機(jī)控制部分、通道部分、同步電路部分、計(jì)數(shù)器部分、鍵盤與顯示部分。通道部分、同步電路部分、計(jì)數(shù)器部分、鍵盤與顯示部分。 一、一、 等精度頻率計(jì)的組成等精度頻率計(jì)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(jī)及其接口部分單片機(jī)及其接口部分P1.0作預(yù)置閘門時(shí)間；P1.1作同步電路復(fù)位信號(hào)；P1.2 作查詢實(shí)際閘門時(shí)間；P1.3作計(jì)數(shù)器復(fù)位信號(hào)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(gè)十分頻的預(yù)分頻電路組成。本機(jī)設(shè)計(jì)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(hào)fx的通過，主門控制時(shí)鐘信號(hào)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(jì)數(shù)器包括事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器兩組完全相同的計(jì)數(shù)電路，分別由前后兩級(jí)組成。4計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)器電路 鍵盤與顯示部分的電路如圖所示，這是一個(gè)

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(dòng)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(zhǔn)備測量準(zhǔn)備P1.3發(fā)出復(fù)位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器清零；同時(shí)P1.1也發(fā)復(fù)位信號(hào)，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(shí)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(shí)被測信號(hào)一旦到達(dá)CK端，觸發(fā)器 立即由“0”“1”，同步門被打開，被測信號(hào)和時(shí)間信號(hào)分別進(jìn)入相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。P1.0從高電平跳到低電平的同時(shí)，也啟動(dòng)了計(jì)時(shí)系統(tǒng)開始計(jì)量閘門時(shí)間。3測量結(jié)束測量結(jié)束 當(dāng)

6、預(yù)定的測量時(shí)間(1s或0.1s)結(jié)束時(shí)，INT1 端便測到時(shí)間信號(hào)，此時(shí)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(hào)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(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。4數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理當(dāng)查詢到P1.2的狀態(tài)為低電平時(shí)，單片機(jī)就進(jìn)行讀數(shù)、運(yùn)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(jìn)行下一次測量。 二、二、 等精度頻率計(jì)的測量過程等精度頻率計(jì)的測量過程QQQ三、等精度頻率計(jì)軟件系統(tǒng)三、等精度頻率計(jì)軟件系統(tǒng)四、平均模式的時(shí)間間隔四、平均模式的時(shí)間間隔TA-B測量功能的實(shí)現(xiàn)測量功能的實(shí)現(xiàn) 在原先基礎(chǔ)上再增加一個(gè)同步控制電路在原先基礎(chǔ)上再增加一個(gè)

7、同步控制電路2（D觸發(fā)器）和一個(gè)觸發(fā)器）和一個(gè)B輸入通道，就輸入通道，就可以實(shí)現(xiàn)平均模式的時(shí)間間隔可以實(shí)現(xiàn)平均模式的時(shí)間間隔TA-B的測量功能。的測量功能。四、平均模式的時(shí)間間隔四、平均模式的時(shí)間間隔TA-B測量功能的實(shí)現(xiàn)測量功能的實(shí)現(xiàn) 在測得兩個(gè)同頻信號(hào)之間的時(shí)間間隔TA-B及周期的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算即可求出兩信號(hào)的相位差。在上述電路的基礎(chǔ)上，若將兩個(gè)通道的輸入端連在一起，并分別選擇兩個(gè)通道的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖寬度的測量。在測得信號(hào)的脈沖寬度及其周期的基礎(chǔ)之上，再通過計(jì)算還可得到被測脈沖信號(hào)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(jì)數(shù)器）通用計(jì)數(shù)器） 9.2 典型智能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品介紹典型智能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品介紹 該儀器有A和B兩個(gè)輸入通道，其觸發(fā)電平可以通過DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置。測量模式電路可以組合成進(jìn)行各種測量功能的電路，從而實(shí)現(xiàn)頻率、周期、時(shí)間間隔、頻率比、單次脈沖串頻率、相位差等多項(xiàng)測量。儀器不用于測量時(shí)，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(shí)間并由輸入信號(hào)去同步閘門，測量輸入信號(hào)多個(gè)完整周期內(nèi)對(duì)頻標(biāo)計(jì)數(shù)的平均值，從而實(shí)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(hào)的頻率，原理如圖。 按測量鍵后，閘門由A輸入信號(hào)觸發(fā)開啟，

9、經(jīng)過N個(gè)事先預(yù)置的被測信號(hào)周期之后，閘門自動(dòng)關(guān)閉。那么由計(jì)數(shù)器測得的時(shí)間T就可以計(jì)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(hào)源短期穩(wěn)定度的測定。待測信號(hào)從B通道輸入，機(jī)內(nèi)兩個(gè)閘門交替輪流地啟、閉計(jì)數(shù)器和，即兩個(gè)計(jì)數(shù)器交替地對(duì)B通道輸入的信號(hào)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(jì)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(gè)通道信號(hào)間的相位差。其測量原理是：先測量時(shí)間間隔TA

10、B，再測量輸入信號(hào)A的周期PA，然后按公式AB360PA計(jì)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(gè)高級(jí)鍵之一被按下時(shí)，儀器便進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)，直到按其他高級(jí)鍵后才會(huì)改變目前狀態(tài)（自檢鍵除外）。 按下自檢鍵后，儀器進(jìn)入自檢狀態(tài)，自檢結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)入測量狀態(tài)。自檢過程中，也允許按其他鍵打斷自檢，進(jìn)入其他狀態(tài)。按下測量鍵后儀器進(jìn)入測量狀態(tài)，按照已設(shè)定的功能進(jìn)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(jí)鍵都會(huì)打斷正在進(jìn)行的測量工作而進(jìn)入相應(yīng)的新狀態(tài)。功能、預(yù)置、查閱三個(gè)高級(jí)鍵要與不同的低級(jí)鍵構(gòu)成組合鍵。操作的過程為：先按下某一高級(jí)鍵，使儀器進(jìn)入到相應(yīng)的狀態(tài)，再按下低級(jí)鍵選擇相應(yīng)的內(nèi)