時(shí)間頻率測量課件

第四章(二)時(shí)間與頻率的測量4.1 概述4.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率源4.3數(shù)字測量原理4.4 電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能4.5 電子計(jì)數(shù)器的測量誤差4.6 時(shí)頻測量技術(shù)第四章(二)時(shí)間與頻率的測量4.1 概述4.1 概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念

1）時(shí)間和頻率的定義 2）時(shí)頻測量的特點(diǎn) 3）測量方法概述4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述

1）電子計(jì)數(shù)器的分類

2）主要技術(shù)指標(biāo) 3）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展4.1 概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念

1）時(shí)間和頻率的定義◆時(shí)間有兩個(gè)含義：

“時(shí)刻”：即某個(gè)事件何時(shí)發(fā)生；

“時(shí)間間隔”：即某個(gè)時(shí)間相對于某一時(shí)刻持續(xù)了多久。◆頻率的定義：周期信號在單位時(shí)間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時(shí)間間隔T內(nèi)周期信號重復(fù)變化了N次，則頻率可表達(dá)為：f＝N/T◆時(shí)間與頻率的關(guān)系：可以互相轉(zhuǎn)換。4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念1）時(shí)間和頻率的定義2)時(shí)頻測量的特點(diǎn)◆最常見和最重要的測量 時(shí)間是7個(gè)基本國際單位之一，時(shí)間、頻率是極為重要的物理量，在通信、航空航天、武器裝備、科學(xué)試驗(yàn)、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等民用和軍事方面都存在時(shí)頻測量?！魷y量準(zhǔn)確度高 時(shí)間頻率基準(zhǔn)具有最高準(zhǔn)確度（可達(dá)10-14），校準(zhǔn)（比對）方便，因而數(shù)字化時(shí)頻測量可達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。因此，許多物理量的測量都轉(zhuǎn)換為時(shí)頻測量?！糇詣?dòng)化程度高◆測量速度快4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念2)時(shí)頻測量的特點(diǎn)◆最常見和最重要的測量4.1.1時(shí)間、3）測量方法概述◆頻率的測量方法可以分為：差頻法拍頻法示波法電橋法諧振法比較法直讀法李沙育圖形法測周期法模擬法頻率測量方法數(shù)字法電容充放電法電子計(jì)數(shù)器法數(shù)字化電子計(jì)數(shù)器法是時(shí)間、頻率測量的主要方法，目前，電子計(jì)數(shù)器幾乎取代了模擬式儀器。4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念3）測量方法概述◆頻率的測量方法可以分為：差頻法拍頻法示波法各種測量方法有著不同的實(shí)現(xiàn)原理，其復(fù)雜程度不同。各種測量方法有著不同的測量準(zhǔn)確度和適用的頻率范圍。數(shù)字化電子計(jì)數(shù)器法是時(shí)間、頻率測量的主要方法，是本章的重點(diǎn)。3）測量方法概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念各種測量方法有著不同的實(shí)現(xiàn)原理，其復(fù)雜程度不同。3）測量方法4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類◆按功能可以分為如下四類：

（1）通用計(jì)數(shù)器：可測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)等。其測量功能可擴(kuò)展。

（2）頻率計(jì)數(shù)器：其功能限于測頻和計(jì)數(shù)。但測頻范圍往往很寬。

（3）時(shí)間計(jì)數(shù)器：以時(shí)間測量為基礎(chǔ)，可測量周期、脈沖參數(shù)等，其測時(shí)分辨力和準(zhǔn)確度很高。

（4）特種計(jì)數(shù)器:具有特殊功能的計(jì)數(shù)器。包括可逆計(jì)數(shù)器、序列計(jì)數(shù)器、預(yù)置計(jì)數(shù)器等。用于工業(yè)測控。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類1）電子計(jì)數(shù)器的分類按用途可分為：

測量用計(jì)數(shù)器和控制用計(jì)數(shù)器。按測量范圍可分為： （1）低速計(jì)數(shù)器（低于10MHz） （2）中速計(jì)數(shù)器（10~100MHz） （3）高速計(jì)數(shù)器（高于100MHz） （4）微波計(jì)數(shù)器（1~80GHz）

4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類按用途可分為：4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述2）主要技術(shù)指標(biāo)（1）測量范圍：毫赫~幾十GHz。（2）準(zhǔn)確度：可達(dá)10-9以上。（3）晶振頻率及穩(wěn)定度：晶體振蕩器是電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部基準(zhǔn)，一般要求高于所要求的測量準(zhǔn)確度的一個(gè)數(shù)量級（10倍）。輸出頻率為1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等，普通晶振穩(wěn)定度為10-5，恒溫晶振達(dá)10-7~10-9。（4）輸入特性：包括耦合方式（DC、AC）、觸發(fā)電平（可調(diào)）、靈敏度（10~100mV）、輸入阻抗（50Ω低阻和1MΩ//25pF高阻）等。（5）閘門時(shí)間(測頻)：有1ms、10ms、100ms、1s、10s。（6）時(shí)標(biāo)(測周)：有10ns、100ns、1ms、10ms。（7）顯示：包括顯示位數(shù)及顯示方式等。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述2）主要技術(shù)指標(biāo)（1）測量范圍：毫赫~幾十GHz。4.1.23）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展◆測量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智能化?！魷y量準(zhǔn)確度和頻率上限是電子計(jì)數(shù)器的兩個(gè)重要指標(biāo)，電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展體現(xiàn)了這兩個(gè)指標(biāo)的不斷提高及功能的擴(kuò)展和完善?！衾樱骸裢ǖ溃簝蓚€(gè)225MHz通道，也可 選擇第三個(gè)12.4GHz通道。●每秒12位的頻率分辨率、150ps的時(shí)間間隔分辨率?！駵y量功能：包括頻率、頻率比、時(shí)間間隔、上升時(shí)間、下降時(shí)間、相位、占空比、正脈沖寬度、負(fù)脈沖寬度、總和、峰電壓、時(shí)間間隔平均和時(shí)間間隔延遲?！裉幚砉δ埽浩骄?、最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述3）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展◆測量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智4.2.1原子時(shí)標(biāo)的定義 1967年10月，第13屆國際計(jì)量大會(huì)正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,770個(gè)周期的時(shí)間”。

1972年起實(shí)行，為全世界所接受。秒的定義由天文實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)過渡到原子自然標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度提高了4-5個(gè)量級，達(dá)5×10-14(相當(dāng)于62萬年±1秒)，并仍在提高。4.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率源4.2.1原子時(shí)標(biāo)的定義4.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率源4.2.1原子時(shí)標(biāo)p136原子鐘原子時(shí)標(biāo)的實(shí)物儀器，可用于時(shí)間、頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和比對。銫原子鐘準(zhǔn)確度：10-13~10-14。大銫鐘，專用實(shí)驗(yàn)室高穩(wěn)定度頻率基準(zhǔn)；小銫鐘，頻率工作基準(zhǔn)。銣原子鐘準(zhǔn)確度：10-11，體積小、重量輕，便于攜帶，可作為工作基準(zhǔn)。氫原子鐘短期穩(wěn)定度高：10-14~10-15，但準(zhǔn)確度較低（10-12）。4.2.1原子時(shí)標(biāo)p136原子鐘4.2.2石英晶體振蕩器電子計(jì)數(shù)器內(nèi)部時(shí)間、頻率基準(zhǔn)采用石英晶體振蕩器（簡稱“晶振”）為基準(zhǔn)信號源?；趬弘娦?yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。但是晶振頻率易受溫度影響（其頻率-溫度特性曲線有拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)處最平坦），普通晶體頻率準(zhǔn)確度為10-5。采用溫度補(bǔ)償或恒溫措施（恒定在拐點(diǎn)處的溫度）可得到高穩(wěn)定、高準(zhǔn)確的頻率輸出。恒溫晶振的組成4.2.2石英晶體振蕩器電子計(jì)數(shù)器內(nèi)部時(shí)間、頻率基準(zhǔn)采用石◆晶體振蕩器的主要指標(biāo)有:

輸出頻率:1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。 日波動(dòng):2×10-10 ；日老化:1×10-10；秒穩(wěn):5×10-12。 輸出波形:正弦波；輸出幅度:0.5Vrms(負(fù)載50Ω)?！魩追N不同類型的晶體振蕩器指標(biāo)

晶振類型輸出頻率(MHz)日穩(wěn)定度準(zhǔn)確度普通1，1010-5~10-610-5溫度補(bǔ)償1，5，1010-6~10-710-6單恒溫槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8雙恒溫槽2.5，5，1010-9~10-11優(yōu)于10-84.2.2

石英晶體振蕩器◆晶體振蕩器的主要指標(biāo)有:晶振類型輸出頻率(MHz)日穩(wěn)定度4.2.2

石英晶體振蕩器4.2.2石英晶體振蕩器4.3數(shù)字測量原理1）門控計(jì)數(shù)法測量原理◆時(shí)間、頻率量的特點(diǎn)

頻率是在時(shí)間軸上無限延伸的，因此，對頻率量的測量需確定一個(gè)取樣時(shí)間T，在該時(shí)間內(nèi)對被測信號的周期累加計(jì)數(shù)(若計(jì)數(shù)值為N)，根據(jù)fx=N/T得到頻率值。(P1374.4.2)

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。◆測量原理

將需累加計(jì)數(shù)的信號（頻率測量時(shí)為被測信號，時(shí)間測量時(shí)為時(shí)標(biāo)信號），由一個(gè)“閘門”（主門）控制，并由一個(gè)“門控”信號控制閘門的開啟（計(jì)數(shù)允許）與關(guān)閉（計(jì)數(shù)停止）。4.3數(shù)字測量原理1）門控計(jì)數(shù)法測量原理4.3數(shù)字測量原理

閘門可由一個(gè)與（或“或”）邏輯門電路實(shí)現(xiàn)。這種測量方法稱為門控計(jì)數(shù)法。其原理如下圖所示。 上圖為由“與”邏輯門作為閘門，其門控信號為‘1’時(shí)閘門開啟（允許計(jì)數(shù)），為‘0’時(shí)閘門關(guān)閉（停止計(jì)數(shù)）?！魷y頻時(shí)，閘門開啟時(shí)間（稱為“閘門時(shí)間”）即為采樣時(shí)間。

測時(shí)間（間隔）時(shí)，閘門開啟時(shí)間即為被測時(shí)間。4.3數(shù)字測量原理 閘門可由一個(gè)與（或“或”）邏輯門電路實(shí)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：4.3數(shù)字測量原理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：2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分①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。輸入通道電路對輸入信號進(jìn)行放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計(jì)數(shù)的脈沖信號。 通過預(yù)定標(biāo)器還可擴(kuò)展頻率測量范圍。②主門電路：完成計(jì)數(shù)的閘門控制作用。③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。④時(shí)基產(chǎn)生電路：產(chǎn)生機(jī)內(nèi)時(shí)間、頻率測量的基準(zhǔn)，即時(shí)間測量的時(shí)標(biāo)和頻率測量的閘門信號。⑤控制電路：控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作，即準(zhǔn)備測量顯示。4.3數(shù)字測量原理2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分4.3數(shù)2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分①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。輸入通道電路對輸入信號進(jìn)行放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計(jì)數(shù)的脈沖信號。 通過預(yù)定標(biāo)器還可擴(kuò)展頻率測量范圍。②主門電路：完成計(jì)數(shù)的閘門控制作用。③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。④時(shí)基產(chǎn)生電路：產(chǎn)生機(jī)內(nèi)時(shí)間、頻率測量的基準(zhǔn)，即時(shí)間測量的時(shí)標(biāo)和頻率測量的閘門信號。⑤控制電路：控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作，即準(zhǔn)備測量顯示。4.3數(shù)字測量原理2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分4.3數(shù)4.4電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成

1）A、B輸入通道 2）主門電路 3）計(jì)數(shù)與顯示電路 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 5）控制電路4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能

1）頻率測量

2）頻率比測量 3）周期測量 4）時(shí)間間隔測量 5）自檢4.4電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能4.4.1電子計(jì)數(shù)器NFC1000C多功能頻率計(jì)數(shù)器主要技術(shù)指標(biāo)功能測頻、測周、計(jì)數(shù)、自校頻率測量范圍0.1Hz-1000MHz周期測量范圍100ns-10s靈敏度30mv(rms)輸入阻抗1MΩ/35pf(A通道）50Ω(B通道）輸入方式AC/DC(A通道）AC（B通道）動(dòng)態(tài)范圍30mVrms-1Vrms(A通道）-17dBm-+6dBm(B通道）觸發(fā)電平±2V連續(xù)可調(diào)測量誤差±時(shí)基準(zhǔn)確度±觸發(fā)誤差×被測頻率（或被測周期）±LSD晶振穩(wěn)定度±2V連續(xù)可調(diào)

體積與重量240x220x80(mm)32.0KgNFC1000C多功能頻率計(jì)數(shù)器測頻、測周、計(jì)數(shù)、自校頻率4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成數(shù)字顯示器寄存器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

A通道(放大、整形)B通道(放大、整形)主門功能開關(guān)閘門選擇、周期倍乘÷10÷10÷10÷1010s(×104)1s(×103)100ms(×102)10ms(×10)1ms(×1)

時(shí)標(biāo)選擇12345332112445時(shí)基部分×10×10÷10÷10÷101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制時(shí)序電路開門鎖存復(fù)位控制時(shí)序電路波形周期測量頻率測量組成原理框圖4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成數(shù)字顯示器寄存器十進(jìn)制A通1）A、B輸入通道◆作用：它們主要由放大/衰減、濾波、整形、觸發(fā)（包括出發(fā)電平調(diào)節(jié)）等單元電路構(gòu)成。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。

通過預(yù)定標(biāo)器（外插件）還可擴(kuò)展頻率測量范圍。◆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。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成1）A、B輸入通道◆作用：它們主要由放大/衰減、濾波、整形、通道組合可完成不同的測量功能：被計(jì)數(shù)的信號（常從A通道輸入）稱為計(jì)數(shù)端；控制閘門開啟的信號通道（常從B、C通道輸入）稱為控制端。從計(jì)數(shù)端輸入的信號有：被測信號(fx);內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號等;從控制端輸入的信號有：閘門信號；被測信號(Tx)等；序號計(jì)數(shù)端信號控制端信號測試功能計(jì)數(shù)結(jié)果1內(nèi)時(shí)鐘（T0）內(nèi)時(shí)鐘（T）自檢N=T/T02被測信號（fx）內(nèi)時(shí)鐘（T）測量頻率（A）fx＝N/T3內(nèi)時(shí)鐘（T0）被測周期（Tx）測量周期（B）Tx＝NT04被測信號（fA）被測信號（fB）測量頻率比（A/B）fA/fB=N5內(nèi)時(shí)鐘（T0）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量時(shí)間間隔（A-B）tB-C=NT06外輸入（TA）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量外控時(shí)間間隔B-CtB-C=NTA7外待測信號（Nx）手控或遙控累加計(jì)數(shù)（A）Nx＝N8內(nèi)時(shí)鐘（秒信號）手控或遙控計(jì)時(shí)N（秒）1）A、B輸入通道4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成通道組合可完成不同的測量功能：序號計(jì)數(shù)端信號控制端信號測試功2）主門電路◆功能：主門也稱為閘門，通過“門控信號”控制進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖，使計(jì)數(shù)器只對預(yù)定的“閘門時(shí)間”之內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)?！?/p>

電路：由“與門”或“或門”構(gòu)成。其原理如下圖：◆由“與門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘1’時(shí)，允許計(jì)數(shù)脈沖通過；由“或門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘0’時(shí)，允許計(jì)數(shù)脈沖通過?！簟伴T控信號”還可手動(dòng)操作得到，如實(shí)現(xiàn)手動(dòng)累加計(jì)數(shù)。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成2）主門電路◆功能：主門也稱為閘門，通過“門控信號”控制進(jìn)入3）計(jì)數(shù)與顯示電路◆功能：計(jì)數(shù)電路對通過主門的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（計(jì)數(shù)值代表了被測頻率或時(shí)間），并通過數(shù)碼顯示器將測量結(jié)果直觀地顯示出來。 為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路。◆計(jì)數(shù)電路的重要指標(biāo)：最高計(jì)數(shù)頻率。 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。而且對多位計(jì)數(shù)器，最高計(jì)數(shù)頻率主要由個(gè)位計(jì)數(shù)器決定?！舨煌娐肪哂胁煌墓ぷ魉俣龋喝?4LS（74HC）系列為30-40MHz；74S系列為100MHz；CMOS電路約5MHz；ECL電路可達(dá)600MHz。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成3）計(jì)數(shù)與顯示電路◆功能：計(jì)數(shù)電路對通過主門的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（3）計(jì)數(shù)與顯示電路類型：單片集成與可編程計(jì)數(shù)器單片集成的中小規(guī)模IC如：74LS90（MC11C90）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；74LS390、CD4018(MC14018)為雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器?？删幊逃?jì)數(shù)器IC如：Intel8253/8254等。顯示器LED、LCD、熒光顯示屏（VFD）等。顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路。如74LS47、CD4511等。專用計(jì)數(shù)與顯示單元電路：如ICM7216D。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成3）計(jì)數(shù)與顯示電路類型：單片集成與可編程計(jì)數(shù)器4.4.1電4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆功能：產(chǎn)生測頻時(shí)的“門控信號”（多檔閘門時(shí)間可選）及時(shí)間測量時(shí)的“時(shí)標(biāo)”信號（多檔可選）?！魧?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。再通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到“門控信號”。

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。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆功能：產(chǎn)生測頻時(shí)的“門控信號”（多檔閘門時(shí)4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆要求：標(biāo)準(zhǔn)性：“門控信號”和“時(shí)標(biāo)”作為計(jì)數(shù)器頻率和時(shí)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。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。常用“閘門時(shí)間”有：1ms、10ms、100ms、1s、10s。常用的“時(shí)標(biāo)”有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆要求：4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成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(jī)按“復(fù)零－測量－顯示”的工作程序完成自動(dòng)測量的任務(wù)。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)）4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成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4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能1）頻率測量(p138)

◆原理：計(jì)數(shù)器嚴(yán)格按照的定義實(shí)現(xiàn)頻率測量。 根據(jù)上式的頻率定義，T為采樣時(shí)間，N為T內(nèi)的周期數(shù)。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）。則或 該式表明，在數(shù)字化頻率測量中，可用計(jì)數(shù)值N表示fx。◆例如：閘門時(shí)間Ts=1s，若計(jì)數(shù)值N=10000，則顯示的fx為“10000”Hz，或“10.000”kHz。如閘門時(shí)間Ts=0.1s，則計(jì)數(shù)值N=1000，則顯示的fx為“10.00”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(shí)基頻率fs）。4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能1）頻率測量(p138) 1）頻率測量(續(xù))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(dòng)小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測頻率。測量速度與分辨力：閘門時(shí)間Ts為頻率測量的采樣時(shí)間，Ts愈大，則測量時(shí)間愈長，但計(jì)數(shù)值N愈大，分辨力愈高。TB放大、整形閘門門控電路計(jì)數(shù)顯示Afx分頻電路時(shí)基Ts4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能1）頻率測量(續(xù))原理框圖和工作波形圖（fx由A通道輸入，內(nèi)4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能2）頻率比的測量(p141)◆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。 據(jù)此，若要測量fA對fB的頻率比（假設(shè)fA>fB），只要用fB的周期TB作為閘門，在TB時(shí)間內(nèi)對fA作周期計(jì)數(shù)即可。◆方法：fA對fB分別由A、B兩通道輸入，如下圖。

4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能2）頻率比的測量(p141)◆注意：頻率較高者由A通道輸入，頻率較低者由B通道輸入。◆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)。

例如：以B通道信號的10個(gè)周期作為閘門信號，則計(jì)數(shù)值為：,即計(jì)數(shù)值擴(kuò)大了10倍，相應(yīng)的測量精度也就提高了10倍。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)。2）頻率比的測量(續(xù))4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能◆注意：頻率較高者由A通道輸入，頻率較低者由B通道輸入。2）3）周期的測量（p143）◆原理：“時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法”周期測量。 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。即 該式表明，“時(shí)標(biāo)”的計(jì)數(shù)值N可表示周期Tx。也體現(xiàn)了時(shí)間間隔（周期）的比較測量原理?！魧?shí)現(xiàn)：由Tx得到閘門；在Tx內(nèi)計(jì)數(shù)器對時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)。 ——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）。4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能3）周期的測量（p143）4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能◆原理框圖：◆例如：時(shí)標(biāo)T0=1us，若計(jì)數(shù)值N=10000，則顯示的Tx為“10000”us，或“10.000”ms。如時(shí)標(biāo)T0=10us，則計(jì)數(shù)值N=1000，顯示的Tx為“10.00”ms。請注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表示了周期測量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)標(biāo)T0）。為便于顯示，多檔時(shí)標(biāo)設(shè)定為10的冪次方?！魷y量速度與分辨力：一次測量時(shí)間即為一個(gè)周期Tx，Tx愈大(頻率愈低)則測量時(shí)間愈長；計(jì)數(shù)值N與時(shí)標(biāo)有關(guān)，時(shí)標(biāo)愈小分辨力愈高。3）周期的測量(續(xù))圖4.5.14.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能◆原理框圖：3）周期的測量(續(xù))圖4.5.14.4.2電4）時(shí)間間隔的測量（p145）◆時(shí)間間隔：指兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間段。在測量技術(shù)中，兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)通常由兩個(gè)事件確定。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。◆兩個(gè)事件的例子及測量參數(shù)還有：

同一信號波形上兩個(gè)不同點(diǎn)之間脈沖信號參數(shù)；

兩個(gè)信號波形上，兩點(diǎn)之間相位差的測量； 手動(dòng)觸發(fā)定時(shí)、累加計(jì)數(shù)。◆

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。在門控時(shí)間內(nèi)，仍采用“時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)”方法測量（即所測時(shí)間間隔由“時(shí)標(biāo)”量化）。

4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能4）時(shí)間間隔的測量（p145）4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功4）時(shí)間間隔的測量(續(xù))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。時(shí)標(biāo)由機(jī)內(nèi)提供。如下圖。4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能4）時(shí)間間隔的測量(續(xù))原理框圖4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量5）相位的測量（p146）相位差的測量(脈沖計(jì)數(shù)法測相位)利用時(shí)間間隔的測量，可以測量兩個(gè)同頻率的信號之間的相位差。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。測量原理如下圖：4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能使輸出電壓與兩個(gè)輸入信號之間相位差有確定關(guān)系的電路5）相位的測量（p146）相位差的測量(脈沖計(jì)數(shù)法測相位)45）相位的測量（p146）4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能將相位差為＆的兩個(gè)信號轉(zhuǎn)換成一定時(shí)間間隔的起始和終止脈沖時(shí)標(biāo)周期T0門控信號脈沖鑒相器取時(shí)標(biāo)頻率f0為360度5）相位的測量（p146）4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能將4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能5）自檢（自校）◆功能：檢驗(yàn)儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常。◆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。為此，用機(jī)內(nèi)的時(shí)基Ts（閘門信號）對時(shí)標(biāo)T0計(jì)數(shù)，則計(jì)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?！糇詸z不能檢測內(nèi)部基準(zhǔn)源。放大、整形晶振放大、整形閘門計(jì)數(shù)器顯示門控電路分頻電路T0Tx4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能5）自檢（自校）放大、整形晶4.5電子計(jì)數(shù)器的測量誤差4.5.1測量誤差的來源

1）量化誤差；2）觸發(fā)誤差；3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差4.5.2頻率測量的誤差分析

1）誤差表達(dá)式；2）量化誤差的影響； 3）實(shí)例分析4.5.3周期測量的誤差分析

1）誤差表達(dá)式；2）量化誤差的影響； 3）觸發(fā)誤差

4.5電子計(jì)數(shù)器的測量誤差4.5.1測量誤差的來源4.5.1測量誤差的來源1）量化誤差(p141)◆量化誤差：由前述頻率測量fx=N/Ts=Nfs和周期測量Tx=NT0，可見，由于計(jì)數(shù)值N為整數(shù)，fx和Tx必然產(chǎn)生“截?cái)嗾`差”，該誤差即為“量化誤差”。也稱為“±1誤差”，它是所有數(shù)字化儀器都存在的誤差?！舢a(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。而是由于閘門開啟和關(guān)閉的時(shí)間與被測信號不同步引起（亦即開門和關(guān)門時(shí)刻與被測信號出現(xiàn)的時(shí)刻是隨機(jī)的），使得在閘門開始和結(jié)束時(shí)刻有一部分時(shí)間零頭沒有被計(jì)算在內(nèi)而造成的測量誤差?！粝聢D為頻率測量時(shí)量化誤差的示意圖。4.5.1測量誤差的來源1）量化誤差(p141)1）量化誤差（續(xù)）如圖，對同一被測信號，在相同的閘門時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)結(jié)果不同。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“±”個(gè)字。真實(shí)值4.5.1測量誤差的來源1）量化誤差（續(xù)）如圖，對同一被測信號，在相同的閘門時(shí)間內(nèi)，4.5.1測量誤差的來源1）量化誤差（續(xù)）4.5.1測量誤差的來源1）量化誤差（續(xù)）4.5.1測量誤差的來源2）觸發(fā)誤差◆什么是觸發(fā)誤差：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。 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。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(diǎn)就可能變化。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”?！羧鐖D。周期為Tx的輸 入信號，觸發(fā)電平在 A1點(diǎn)，但在A1’點(diǎn)上有 干擾信號(幅度Vn)。 提前觸發(fā),周期TxTx’。4.5.1測量誤差的來源2）觸發(fā)誤差4.5.1測量誤差的來源3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差(P142)

機(jī)內(nèi)時(shí)基（閘門時(shí)間）和時(shí)標(biāo)是頻率和時(shí)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。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。

通常，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差小于測量誤差的一個(gè)數(shù)量級。 因此，內(nèi)部晶振要求較高穩(wěn)定性。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。4.5.1測量誤差的來源3）標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差(P142)4.5.2頻率測量的誤差分析1）誤差表達(dá)式（p141）◆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（±1誤差）和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差?？傉`差采用分項(xiàng)誤差絕對值合成，即:

式中，

即為±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(dá)式可寫成：4.5.2頻率測量的誤差分析1）誤差表達(dá)式（p141）1）誤差表達(dá)式誤差曲線P143圖4.4.9更正錯(cuò)誤：縱坐標(biāo)負(fù)指數(shù)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(shí)間Ts的關(guān)系。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。1）誤差表達(dá)式誤差曲線分析：誤差曲線直觀地表示了測頻誤差與被4.5.2頻率測量的誤差分析2）量化誤差的影響◆從頻率測量的誤差表達(dá)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）。

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。◆但需注意：增大閘門時(shí)間將降低測量速度，并且計(jì)數(shù)值的增加不應(yīng)超過計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量，否則將產(chǎn)生溢出（高位無法顯示）。

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“1000000.0”Hz或1.0000000”MHz,顯然溢出。4.5.2頻率測量的誤差分析2）量化誤差的影響4.5.2頻率測量的誤差分析3）實(shí)例分析[例]被測頻率fx＝1MHz，選擇閘門時(shí)間Ts＝1s，則由±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±1×10－7，但測量時(shí)間將延長10倍。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±1×10－7（即比量化誤差高一個(gè)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。4.5.2頻率測量的誤差分析3）實(shí)例分析4.5.3周期測量的誤差分析（P144）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。由(Tc為晶振周期，k為倍頻或分頻比)，有：而計(jì)數(shù)值N為：

所以，4.5.3周期測量的誤差分析（P144）1）誤差表達(dá)式4.5.3周期測量的誤差分析2）誤差的影響◆由測周的誤差表達(dá)式： 其中，第一項(xiàng)即為量化誤差。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。另外，晶振的分頻系數(shù)k愈小，則時(shí)標(biāo)周期愈小，在相同的Tx內(nèi)計(jì)數(shù)值愈大。 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。◆為減小量化誤差，應(yīng)增加計(jì)數(shù)值N，但也需注意不可使其溢出。

例如：一個(gè)6位的計(jì)數(shù)器，最大顯示為999999,當(dāng)用T0=1us的時(shí)標(biāo)測量Tx=10s(fx=0.1Hz)時(shí),應(yīng)顯示“10000000”us或“10.000000”s,顯然溢出。4.5.3周期測量的誤差分析2）誤差的影響4.5.3周期測量的誤差分析3）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。

●高頻疊加干擾

如圖，產(chǎn)生錯(cuò)誤計(jì)數(shù)。 ●措施

增大觸發(fā)窗或減小信號幅度；

輸入濾波。

高頻干擾下多次觸發(fā)4.5.3周期測量的誤差分析3）觸發(fā)誤差高頻干擾下多次觸發(fā)◆周期測量時(shí)觸發(fā)誤差的影響●尖峰脈沖

周期測量時(shí)，尖峰脈沖的干擾對測量結(jié)果的影響非常嚴(yán)重。如圖，測量誤差為：●分析

設(shè)輸入為正弦波：,干擾幅度為Vn。對觸發(fā)點(diǎn)A1作切線ab，其斜率為

則，

可見，愈小，即觸發(fā)點(diǎn)愈陡峭，誤差愈小。4.5.3周期測量的誤差分析◆周期測量時(shí)觸發(fā)誤差的影響4.5.3周期測量的誤差分析進(jìn)一步推導(dǎo)觸發(fā)點(diǎn)的斜率，如下：實(shí)際中，對正弦輸入信號，常選擇過零點(diǎn)為觸發(fā)點(diǎn)（具有最陡峭的斜率），則觸發(fā)點(diǎn)電壓VB滿足：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。4.5.3周期測量的誤差分析進(jìn)一步推導(dǎo)觸發(fā)點(diǎn)的斜率，如下：4.5.3周期測量的誤差分析4.6時(shí)頻測量技術(shù)4.6.1調(diào)制域測量 1）調(diào)制域測量 2）調(diào)制域測量的意義4.6.2時(shí)頻測量原理 1）瞬時(shí)頻率測量原理 2）無間隔計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)3）提高測量速度與分辨力的方法4）調(diào)制域分析的應(yīng)用5）發(fā)展動(dòng)態(tài)4.6時(shí)頻測量技術(shù)4.6.1調(diào)制域測量4.6.1調(diào)制域測量(P270)1）調(diào)制域測量◆時(shí)域與頻域分析的局限性 一個(gè)實(shí)際的信號可以從時(shí)域和頻域進(jìn)行描述和分析，時(shí)域分析可以了解信號波形（幅值）隨時(shí)間的直觀變化；頻域分析則可以了解信號中所含頻譜分量，但是，卻不能把握各頻譜分量在何時(shí)出現(xiàn)。◆調(diào)制域概念 在通信等領(lǐng)域中，各種復(fù)雜的調(diào)制信號越來越多地被人們使用，因而，常常需要了解信號頻率隨時(shí)間的變化，以便對調(diào)制信號等進(jìn)行有效分析——即調(diào)制域分析。

調(diào)制域即指由頻率軸(F)和時(shí)間軸(T)共同構(gòu)成的平面域。4.6.1調(diào)制域測量(P270)1）調(diào)制域測量4.6.1調(diào)制域測量(P270)下圖所示描述了同一信號在時(shí)域（V-T）、頻域（V-F）、調(diào)制域（F-T）的特性。(P272)◆調(diào)制域分析儀能夠完成調(diào)制域分析的測量儀器稱為調(diào)制域分析儀。調(diào)制域測量技術(shù)是對時(shí)域和頻域測量技術(shù)的補(bǔ)充和完善。4.6.1調(diào)制域測量(P270)下圖所示描述了同一信號在時(shí)4.6.1調(diào)制域測量(P270)2）調(diào)制域測量的意義

調(diào)制域描繪出了頻率、時(shí)間間隔或相位等隨時(shí)間的變化曲線。

方便地表達(dá)出頻域和時(shí)域中難以描述的信號參數(shù)和信號特性。為人們對復(fù)雜信號的測試和分析提供了方便直觀的方法，解決了一些難以用傳統(tǒng)方法或不可能用傳統(tǒng)方法解決的難題。

4.6.1調(diào)制域測量(P270)2）調(diào)制域測量的意義汽車遙控鑰匙的頻譜與ASK調(diào)制波形實(shí)例,ASK信號的基帶、時(shí)鐘、射頻調(diào)制波形與頻譜之間的關(guān)系。

遙控玩具車的控制信號幅移鍵控信號汽車遙控鑰匙的頻譜與ASK調(diào)制波形實(shí)例,ASK信號的基帶FSK數(shù)字碼無線抄表測試實(shí)例在測試射頻信號的頻譜的同時(shí)，測試了FSK碼流變化

胎壓監(jiān)測實(shí)例，圖中下半部分為FSK頻譜顯示，上半部分橙色曲線為射頻信號頻率隨時(shí)間變化的曲線，該曲線可以清晰地顯現(xiàn)FSK的數(shù)字碼

FSK數(shù)字碼無線抄表測試實(shí)例在測試射頻信號的頻譜的同時(shí)，測試4.6.2時(shí)頻測量原理1）瞬時(shí)頻率測量原理◆瞬時(shí)頻率的概念 信號頻率隨時(shí)間的變化，可將頻率量視為時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)，用f(t)表示。f(t)也代表了時(shí)間t時(shí)的瞬時(shí)頻率。◆平均頻率 實(shí)際上，由于測量上的困難，瞬時(shí)頻率只是一種理論上的概念。因?yàn)樗袦y量都需要一定的采樣時(shí)間（閘門時(shí)間），測量結(jié)果則為該采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率?！粲闷骄l率逼近瞬時(shí)頻率 在時(shí)間軸上以某個(gè)時(shí)刻t0為起始點(diǎn)，連續(xù)地對被測信號進(jìn)行采樣，則：4.6.2時(shí)頻測量原理1）瞬時(shí)頻率測量原理各采樣計(jì)數(shù)值Mi與相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)ti相對應(yīng)。則可得到采樣時(shí)間內(nèi)的平均頻率值。當(dāng)時(shí)間趨于無限小時(shí)即可得到各時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)頻率值。如下圖所示，采樣點(diǎn)A作為時(shí)間起始點(diǎn)t0，則：在采樣點(diǎn)B得到事件周期值M1和時(shí)間標(biāo)記：(T0為時(shí)標(biāo))在采樣點(diǎn)C得到事件周期值M2和時(shí)間標(biāo)記：于是，B點(diǎn)的頻率為：同理，C點(diǎn)的頻率為如此連續(xù)不斷地測量下去就得到了時(shí)頻曲線。4.6.2時(shí)頻測量原理各采樣計(jì)數(shù)值Mi與相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)ti相對應(yīng)。則可得到采樣時(shí)間內(nèi)的4.6.2時(shí)頻測量原理2）無間隙計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)（P274）◆無間隙計(jì)數(shù)器通用計(jì)數(shù)器的頻率測量，其前后兩次閘門之間必然存在一段間隙時(shí)間（顯示、存儲(chǔ)、下一次測量準(zhǔn)備），使有用信息被丟失，導(dǎo)致時(shí)間軸上的不連續(xù)性。為此，就要使用無間隙計(jì)數(shù)器方案?！魧?shí)現(xiàn)原理

使用兩組計(jì)數(shù)器交替工作，每一組都包括時(shí)間計(jì)數(shù)器（對時(shí)標(biāo)T0）和事件計(jì)數(shù)器。當(dāng)一組計(jì)數(shù)器工作時(shí)，另一組計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示等工作。如此往復(fù)交替，完成時(shí)間軸上無間隙的測量。

4.6.2時(shí)頻測量原理2）無間隙計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)（P274）4.6.2時(shí)頻測量原理工作原理波形圖4.6.2時(shí)頻測量原理工作原理波形圖◆原理框圖4.6.2時(shí)頻測量原理◆原理框圖4.6.2時(shí)頻測量原理4.6.2時(shí)頻測量原理3）提高測量速度與分辨力的方法◆采用同步和內(nèi)插技術(shù)提高分辨力兩組基本計(jì)數(shù)器均采用雙計(jì)數(shù)器(事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器)且閘門由輸入信號同步，同時(shí)采用內(nèi)插技術(shù)進(jìn)一步提高分辨力?！糇钚〔蓸訒r(shí)間兩組計(jì)數(shù)器交替計(jì)數(shù)，即當(dāng)一組計(jì)數(shù)器在采樣計(jì)數(shù)時(shí)，另一組基本計(jì)數(shù)器正在進(jìn)行內(nèi)插、讀數(shù)、清零等操作，因此最小采樣時(shí)間滿足下式：該式中,后3項(xiàng)取決于器件速度（一般選用高速器件）,因此應(yīng)設(shè)法減小內(nèi)插時(shí)間以提高測量速度。4.6.2時(shí)頻測量原理3）提高測量速度與分辨力的方法◆內(nèi)插時(shí)間

在使用模擬內(nèi)插法時(shí)，設(shè)開門和關(guān)門脈沖的最大寬度為Tm(兩個(gè)零頭時(shí)間)，放大倍數(shù)為K，則內(nèi)插時(shí)間為：KTm。為減小內(nèi)插時(shí)間，可提高時(shí)基頻率（如采用更高頻率的晶振）以減小Tm的值。但時(shí)基頻率的提高將給器件的選擇和電路設(shè)計(jì)帶來困難。減小內(nèi)插時(shí)間還可減小內(nèi)插系數(shù)K，但K值太小測時(shí)分辨力降低，為適應(yīng)某些高測時(shí)分辨力要求，必須協(xié)調(diào)好采樣速度和高測時(shí)分辨力的矛盾。4.6.2時(shí)頻測量原理由于T1和T2均很?。ㄐ∮跁r(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)）。其實(shí)現(xiàn)的基本思路是：對T1和T2作時(shí)間擴(kuò)展（放大）后測量◆內(nèi)插時(shí)間 4.6.2時(shí)頻測量原理由于T1和T2均很?。ㄐ　舨捎昧魉鳂I(yè)法提高測量速度流水作業(yè)法：即用幾套相同的硬件順序、連貫地工作，從而提高整體的采樣速率。工作時(shí)序如下圖所示。圖中，T為一套硬件的最小采樣時(shí)間，當(dāng)采用4套硬件時(shí)，整機(jī)工作速度將提高4倍。但是，其速度的提高以硬件的復(fù)雜性和成本的提高為代價(jià)。TLine21Line11Line31Line41Line114.6.2時(shí)頻測量原理◆采用流水作業(yè)法提高測量速度TLine21Line11Lin4.6.2時(shí)頻測量原理4）調(diào)制域分析的應(yīng)用◆典型應(yīng)用——調(diào)制參數(shù)的測試：頻率調(diào)制是通信系統(tǒng)所用的很多調(diào)制電路的基礎(chǔ)。通過調(diào)制域分析，可立即顯示調(diào)制波形，提供載波頻率、峰-峰值頻偏、調(diào)制率等關(guān)鍵參數(shù)。如下圖。4.6.2時(shí)頻測量原理4）調(diào)制域分析的應(yīng)用4.6.2時(shí)頻測量原理5）發(fā)展動(dòng)態(tài)隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，調(diào)制域分析技術(shù)和儀器產(chǎn)品在高新技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并發(fā)揮重要作用。國外從80年代起開始調(diào)制域分析儀研制(如HP5371A、5373A）。目前已有HP5372A、HP5373A、HP53310A及VXI模塊HPE1740A、HPE1725A等。國際先進(jìn)水平的調(diào)制域分析儀達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)為：直接測量頻率：10Hz~500MHz;測時(shí)分辨率：200ps;連續(xù)采樣速率：10MHz。4.6.2時(shí)頻測量原理5）發(fā)展動(dòng)態(tài)一、填空題1、測量頻率時(shí)，通用計(jì)數(shù)器采用的閘門時(shí)間越

，測量準(zhǔn)確度越高。2、在用電子計(jì)數(shù)器測量頻率時(shí)，為了減小誤差，對于低頻被測信號應(yīng)采用

法測量頻率。3、電子計(jì)數(shù)器的基本測量功能是測量

和測量時(shí)間（周期）。二、選擇題1．用計(jì)數(shù)器測頻的誤差主要包括

A．量化誤差、觸發(fā)誤差 B．量化誤差、轉(zhuǎn)換誤差C．觸發(fā)誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差D．量化誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差2．采用電子計(jì)數(shù)器直接測頻，不管計(jì)數(shù)值N為何值，最大的量化絕對誤差總是等于

A．+1個(gè)計(jì)數(shù)單位 B．-1個(gè)計(jì)數(shù)單位C．1個(gè)計(jì)數(shù)單位 D．N個(gè)計(jì)數(shù)單位3.在用計(jì)數(shù)器式頻率計(jì)測量頻率比時(shí)，選用的門控信號由

產(chǎn)生A．fB信號放大整形后的信號 B．fA信號放大整形后的信號C．晶體振蕩器產(chǎn)生的信號 D．晶體振蕩器產(chǎn)生后的信號分頻后的信號習(xí)題課一、填空題習(xí)題課習(xí)題課三、是非題1．測量高頻信號的頻率不宜采用直接測頻法()2．計(jì)時(shí)器測頻法的誤差包括三項(xiàng)：量化誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差和觸發(fā)誤差。四、簡答題、計(jì)算題1、電子計(jì)數(shù)器測頻原理圖如下，簡述電子計(jì)數(shù)器測頻法的原理。2、測量一個(gè)頻率為200HZ的信號頻率，采用測頻法（閘門時(shí)間T=1S）和測周法（時(shí)標(biāo)信號周期Ts=0.1ms）兩種方法，分別計(jì)算由1誤差引起的測量誤差習(xí)題課三、是非題TT第四章(二)時(shí)間與頻率的測量4.1 概述4.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率源4.3數(shù)字測量原理4.4 電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能4.5 電子計(jì)數(shù)器的測量誤差4.6 時(shí)頻測量技術(shù)第四章(二)時(shí)間與頻率的測量4.1 概述4.1 概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念

1）時(shí)間和頻率的定義 2）時(shí)頻測量的特點(diǎn) 3）測量方法概述4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述

1）電子計(jì)數(shù)器的分類

2）主要技術(shù)指標(biāo) 3）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展4.1 概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念

1）時(shí)間和頻率的定義◆時(shí)間有兩個(gè)含義：

“時(shí)刻”：即某個(gè)事件何時(shí)發(fā)生；

“時(shí)間間隔”：即某個(gè)時(shí)間相對于某一時(shí)刻持續(xù)了多久?！纛l率的定義：周期信號在單位時(shí)間（1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。如果在一定時(shí)間間隔T內(nèi)周期信號重復(fù)變化了N次，則頻率可表達(dá)為：f＝N/T◆時(shí)間與頻率的關(guān)系：可以互相轉(zhuǎn)換。4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念1）時(shí)間和頻率的定義2)時(shí)頻測量的特點(diǎn)◆最常見和最重要的測量 時(shí)間是7個(gè)基本國際單位之一，時(shí)間、頻率是極為重要的物理量，在通信、航空航天、武器裝備、科學(xué)試驗(yàn)、醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等民用和軍事方面都存在時(shí)頻測量。◆測量準(zhǔn)確度高 時(shí)間頻率基準(zhǔn)具有最高準(zhǔn)確度（可達(dá)10-14），校準(zhǔn)（比對）方便，因而數(shù)字化時(shí)頻測量可達(dá)到很高的準(zhǔn)確度。因此，許多物理量的測量都轉(zhuǎn)換為時(shí)頻測量?！糇詣?dòng)化程度高◆測量速度快4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念2)時(shí)頻測量的特點(diǎn)◆最常見和最重要的測量4.1.1時(shí)間、3）測量方法概述◆頻率的測量方法可以分為：差頻法拍頻法示波法電橋法諧振法比較法直讀法李沙育圖形法測周期法模擬法頻率測量方法數(shù)字法電容充放電法電子計(jì)數(shù)器法數(shù)字化電子計(jì)數(shù)器法是時(shí)間、頻率測量的主要方法，目前，電子計(jì)數(shù)器幾乎取代了模擬式儀器。4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念3）測量方法概述◆頻率的測量方法可以分為：差頻法拍頻法示波法各種測量方法有著不同的實(shí)現(xiàn)原理，其復(fù)雜程度不同。各種測量方法有著不同的測量準(zhǔn)確度和適用的頻率范圍。數(shù)字化電子計(jì)數(shù)器法是時(shí)間、頻率測量的主要方法，是本章的重點(diǎn)。3）測量方法概述4.1.1時(shí)間、頻率的基本概念各種測量方法有著不同的實(shí)現(xiàn)原理，其復(fù)雜程度不同。3）測量方法4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類◆按功能可以分為如下四類：

（1）通用計(jì)數(shù)器：可測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間間隔、累加計(jì)數(shù)等。其測量功能可擴(kuò)展。

（2）頻率計(jì)數(shù)器：其功能限于測頻和計(jì)數(shù)。但測頻范圍往往很寬。

（3）時(shí)間計(jì)數(shù)器：以時(shí)間測量為基礎(chǔ)，可測量周期、脈沖參數(shù)等，其測時(shí)分辨力和準(zhǔn)確度很高。

（4）特種計(jì)數(shù)器:具有特殊功能的計(jì)數(shù)器。包括可逆計(jì)數(shù)器、序列計(jì)數(shù)器、預(yù)置計(jì)數(shù)器等。用于工業(yè)測控。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類1）電子計(jì)數(shù)器的分類按用途可分為：

測量用計(jì)數(shù)器和控制用計(jì)數(shù)器。按測量范圍可分為： （1）低速計(jì)數(shù)器（低于10MHz） （2）中速計(jì)數(shù)器（10~100MHz） （3）高速計(jì)數(shù)器（高于100MHz） （4）微波計(jì)數(shù)器（1~80GHz）

4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述1）電子計(jì)數(shù)器的分類按用途可分為：4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述2）主要技術(shù)指標(biāo)（1）測量范圍：毫赫~幾十GHz。（2）準(zhǔn)確度：可達(dá)10-9以上。（3）晶振頻率及穩(wěn)定度：晶體振蕩器是電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部基準(zhǔn)，一般要求高于所要求的測量準(zhǔn)確度的一個(gè)數(shù)量級（10倍）。輸出頻率為1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz等，普通晶振穩(wěn)定度為10-5，恒溫晶振達(dá)10-7~10-9。（4）輸入特性：包括耦合方式（DC、AC）、觸發(fā)電平（可調(diào)）、靈敏度（10~100mV）、輸入阻抗（50Ω低阻和1MΩ//25pF高阻）等。（5）閘門時(shí)間(測頻)：有1ms、10ms、100ms、1s、10s。（6）時(shí)標(biāo)(測周)：有10ns、100ns、1ms、10ms。（7）顯示：包括顯示位數(shù)及顯示方式等。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述2）主要技術(shù)指標(biāo)（1）測量范圍：毫赫~幾十GHz。4.1.23）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展◆測量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智能化。◆測量準(zhǔn)確度和頻率上限是電子計(jì)數(shù)器的兩個(gè)重要指標(biāo)，電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展體現(xiàn)了這兩個(gè)指標(biāo)的不斷提高及功能的擴(kuò)展和完善?！衾樱骸裢ǖ溃簝蓚€(gè)225MHz通道，也可 選擇第三個(gè)12.4GHz通道。●每秒12位的頻率分辨率、150ps的時(shí)間間隔分辨率?！駵y量功能：包括頻率、頻率比、時(shí)間間隔、上升時(shí)間、下降時(shí)間、相位、占空比、正脈沖寬度、負(fù)脈沖寬度、總和、峰電壓、時(shí)間間隔平均和時(shí)間間隔延遲?！裉幚砉δ埽浩骄?、最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。4.1.2電子計(jì)數(shù)器概述3）電子計(jì)數(shù)器的發(fā)展◆測量方法的不斷發(fā)展：模擬數(shù)字技術(shù)智4.2.1原子時(shí)標(biāo)的定義 1967年10月，第13屆國際計(jì)量大會(huì)正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,770個(gè)周期的時(shí)間”。

1972年起實(shí)行，為全世界所接受。秒的定義由天文實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)過渡到原子自然標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確度提高了4-5個(gè)量級，達(dá)5×10-14(相當(dāng)于62萬年±1秒)，并仍在提高。4.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率源4.2.1原子時(shí)標(biāo)的定義4.2 標(biāo)準(zhǔn)頻率源4.2.1原子時(shí)標(biāo)p136原子鐘原子時(shí)標(biāo)的實(shí)物儀器，可用于時(shí)間、頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和比對。銫原子鐘準(zhǔn)確度：10-13~10-14。大銫鐘，專用實(shí)驗(yàn)室高穩(wěn)定度頻率基準(zhǔn)；小銫鐘，頻率工作基準(zhǔn)。銣原子鐘準(zhǔn)確度：10-11，體積小、重量輕，便于攜帶，可作為工作基準(zhǔn)。氫原子鐘短期穩(wěn)定度高：10-14~10-15，但準(zhǔn)確度較低（10-12）。4.2.1原子時(shí)標(biāo)p136原子鐘4.2.2石英晶體振蕩器電子計(jì)數(shù)器內(nèi)部時(shí)間、頻率基準(zhǔn)采用石英晶體振蕩器（簡稱“晶振”）為基準(zhǔn)信號源?；趬弘娦?yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。但是晶振頻率易受溫度影響（其頻率-溫度特性曲線有拐點(diǎn)，在拐點(diǎn)處最平坦），普通晶體頻率準(zhǔn)確度為10-5。采用溫度補(bǔ)償或恒溫措施（恒定在拐點(diǎn)處的溫度）可得到高穩(wěn)定、高準(zhǔn)確的頻率輸出。恒溫晶振的組成4.2.2石英晶體振蕩器電子計(jì)數(shù)器內(nèi)部時(shí)間、頻率基準(zhǔn)采用石◆晶體振蕩器的主要指標(biāo)有:

輸出頻率:1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。 日波動(dòng):2×10-10 ；日老化:1×10-10；秒穩(wěn):5×10-12。 輸出波形:正弦波；輸出幅度:0.5Vrms(負(fù)載50Ω)?！魩追N不同類型的晶體振蕩器指標(biāo)

晶振類型輸出頻率(MHz)日穩(wěn)定度準(zhǔn)確度普通1，1010-5~10-610-5溫度補(bǔ)償1，5，1010-6~10-710-6單恒溫槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8雙恒溫槽2.5，5，1010-9~10-11優(yōu)于10-84.2.2

石英晶體振蕩器◆晶體振蕩器的主要指標(biāo)有:晶振類型輸出頻率(MHz)日穩(wěn)定度4.2.2

石英晶體振蕩器4.2.2石英晶體振蕩器4.3數(shù)字測量原理1）門控計(jì)數(shù)法測量原理◆時(shí)間、頻率量的特點(diǎn)

頻率是在時(shí)間軸上無限延伸的，因此，對頻率量的測量需確定一個(gè)取樣時(shí)間T，在該時(shí)間內(nèi)對被測信號的周期累加計(jì)數(shù)(若計(jì)數(shù)值為N)，根據(jù)fx=N/T得到頻率值。(P1374.4.2)

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?！魷y量原理

將需累加計(jì)數(shù)的信號（頻率測量時(shí)為被測信號，時(shí)間測量時(shí)為時(shí)標(biāo)信號），由一個(gè)“閘門”（主門）控制，并由一個(gè)“門控”信號控制閘門的開啟（計(jì)數(shù)允許）與關(guān)閉（計(jì)數(shù)停止）。4.3數(shù)字測量原理1）門控計(jì)數(shù)法測量原理4.3數(shù)字測量原理

閘門可由一個(gè)與（或“或”）邏輯門電路實(shí)現(xiàn)。這種測量方法稱為門控計(jì)數(shù)法。其原理如下圖所示。 上圖為由“與”邏輯門作為閘門，其門控信號為‘1’時(shí)閘門開啟（允許計(jì)數(shù)），為‘0’時(shí)閘門關(guān)閉（停止計(jì)數(shù)）?！魷y頻時(shí)，閘門開啟時(shí)間（稱為“閘門時(shí)間”）即為采樣時(shí)間。

測時(shí)間（間隔）時(shí)，閘門開啟時(shí)間即為被測時(shí)間。4.3數(shù)字測量原理 閘門可由一個(gè)與（或“或”）邏輯門電路實(shí)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：4.3數(shù)字測量原理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：2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分①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。輸入通道電路對輸入信號進(jìn)行放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計(jì)數(shù)的脈沖信號。 通過預(yù)定標(biāo)器還可擴(kuò)展頻率測量范圍。②主門電路：完成計(jì)數(shù)的閘門控制作用。③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。④時(shí)基產(chǎn)生電路：產(chǎn)生機(jī)內(nèi)時(shí)間、頻率測量的基準(zhǔn)，即時(shí)間測量的時(shí)標(biāo)和頻率測量的閘門信號。⑤控制電路：控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作，即準(zhǔn)備測量顯示。4.3數(shù)字測量原理2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分4.3數(shù)2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分①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。輸入通道電路對輸入信號進(jìn)行放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計(jì)數(shù)的脈沖信號。 通過預(yù)定標(biāo)器還可擴(kuò)展頻率測量范圍。②主門電路：完成計(jì)數(shù)的閘門控制作用。③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。④時(shí)基產(chǎn)生電路：產(chǎn)生機(jī)內(nèi)時(shí)間、頻率測量的基準(zhǔn)，即時(shí)間測量的時(shí)標(biāo)和頻率測量的閘門信號。⑤控制電路：控制協(xié)調(diào)整機(jī)工作，即準(zhǔn)備測量顯示。4.3數(shù)字測量原理2）通用計(jì)數(shù)器的基本組成通用計(jì)數(shù)器包括如下幾個(gè)部分4.3數(shù)4.4電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成

1）A、B輸入通道 2）主門電路 3）計(jì)數(shù)與顯示電路 4）時(shí)基產(chǎn)生電路 5）控制電路4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能

1）頻率測量

2）頻率比測量 3）周期測量 4）時(shí)間間隔測量 5）自檢4.4電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能4.4.1電子計(jì)數(shù)器NFC1000C多功能頻率計(jì)數(shù)器主要技術(shù)指標(biāo)功能測頻、測周、計(jì)數(shù)、自校頻率測量范圍0.1Hz-1000MHz周期測量范圍100ns-10s靈敏度30mv(rms)輸入阻抗1MΩ/35pf(A通道）50Ω(B通道）輸入方式AC/DC(A通道）AC（B通道）動(dòng)態(tài)范圍30mVrms-1Vrms(A通道）-17dBm-+6dBm(B通道）觸發(fā)電平±2V連續(xù)可調(diào)測量誤差±時(shí)基準(zhǔn)確度±觸發(fā)誤差×被測頻率（或被測周期）±LSD晶振穩(wěn)定度±2V連續(xù)可調(diào)

體積與重量240x220x80(mm)32.0KgNFC1000C多功能頻率計(jì)數(shù)器測頻、測周、計(jì)數(shù)、自校頻率4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成數(shù)字顯示器寄存器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

A通道(放大、整形)B通道(放大、整形)主門功能開關(guān)閘門選擇、周期倍乘÷10÷10÷10÷1010s(×104)1s(×103)100ms(×102)10ms(×10)1ms(×1)

時(shí)標(biāo)選擇12345332112445時(shí)基部分×10×10÷10÷10÷101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制時(shí)序電路開門鎖存復(fù)位控制時(shí)序電路波形周期測量頻率測量組成原理框圖4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成數(shù)字顯示器寄存器十進(jìn)制A通1）A、B輸入通道◆作用：它們主要由放大/衰減、濾波、整形、觸發(fā)（包括出發(fā)電平調(diào)節(jié)）等單元電路構(gòu)成。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。

通過預(yù)定標(biāo)器（外插件）還可擴(kuò)展頻率測量范圍。◆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。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成1）A、B輸入通道◆作用：它們主要由放大/衰減、濾波、整形、通道組合可完成不同的測量功能：被計(jì)數(shù)的信號（常從A通道輸入）稱為計(jì)數(shù)端；控制閘門開啟的信號通道（常從B、C通道輸入）稱為控制端。從計(jì)數(shù)端輸入的信號有：被測信號(fx);內(nèi)部時(shí)標(biāo)信號等;從控制端輸入的信號有：閘門信號；被測信號(Tx)等；序號計(jì)數(shù)端信號控制端信號測試功能計(jì)數(shù)結(jié)果1內(nèi)時(shí)鐘（T0）內(nèi)時(shí)鐘（T）自檢N=T/T02被測信號（fx）內(nèi)時(shí)鐘（T）測量頻率（A）fx＝N/T3內(nèi)時(shí)鐘（T0）被測周期（Tx）測量周期（B）Tx＝NT04被測信號（fA）被測信號（fB）測量頻率比（A/B）fA/fB=N5內(nèi)時(shí)鐘（T0）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量時(shí)間間隔（A-B）tB-C=NT06外輸入（TA）被測信號相應(yīng)間隔tB-C測量外控時(shí)間間隔B-CtB-C=NTA7外待測信號（Nx）手控或遙控累加計(jì)數(shù)（A）Nx＝N8內(nèi)時(shí)鐘（秒信號）手控或遙控計(jì)時(shí)N（秒）1）A、B輸入通道4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成通道組合可完成不同的測量功能：序號計(jì)數(shù)端信號控制端信號測試功2）主門電路◆功能：主門也稱為閘門，通過“門控信號”控制進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖，使計(jì)數(shù)器只對預(yù)定的“閘門時(shí)間”之內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)?！?/p>

電路：由“與門”或“或門”構(gòu)成。其原理如下圖：◆由“與門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘1’時(shí)，允許計(jì)數(shù)脈沖通過；由“或門”構(gòu)成的主門，其“門控信號”為‘0’時(shí)，允許計(jì)數(shù)脈沖通過?！簟伴T控信號”還可手動(dòng)操作得到，如實(shí)現(xiàn)手動(dòng)累加計(jì)數(shù)。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成2）主門電路◆功能：主門也稱為閘門，通過“門控信號”控制進(jìn)入3）計(jì)數(shù)與顯示電路◆功能：計(jì)數(shù)電路對通過主門的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（計(jì)數(shù)值代表了被測頻率或時(shí)間），并通過數(shù)碼顯示器將測量結(jié)果直觀地顯示出來。 為了便于觀察和讀數(shù)，通常使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路?！粲?jì)數(shù)電路的重要指標(biāo)：最高計(jì)數(shù)頻率。 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。而且對多位計(jì)數(shù)器，最高計(jì)數(shù)頻率主要由個(gè)位計(jì)數(shù)器決定?！舨煌娐肪哂胁煌墓ぷ魉俣龋喝?4LS（74HC）系列為30-40MHz；74S系列為100MHz；CMOS電路約5MHz；ECL電路可達(dá)600MHz。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成3）計(jì)數(shù)與顯示電路◆功能：計(jì)數(shù)電路對通過主門的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（3）計(jì)數(shù)與顯示電路類型：單片集成與可編程計(jì)數(shù)器單片集成的中小規(guī)模IC如：74LS90（MC11C90）十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；74LS390、CD4018(MC14018)為雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器?？删幊逃?jì)數(shù)器IC如：Intel8253/8254等。顯示器LED、LCD、熒光顯示屏（VFD）等。顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路。如74LS47、CD4511等。專用計(jì)數(shù)與顯示單元電路：如ICM7216D。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成3）計(jì)數(shù)與顯示電路類型：單片集成與可編程計(jì)數(shù)器4.4.1電4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆功能：產(chǎn)生測頻時(shí)的“門控信號”（多檔閘門時(shí)間可選）及時(shí)間測量時(shí)的“時(shí)標(biāo)”信號（多檔可選）?！魧?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。再通過門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器得到“門控信號”。

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。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆功能：產(chǎn)生測頻時(shí)的“門控信號”（多檔閘門時(shí)4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆要求：標(biāo)準(zhǔn)性：“門控信號”和“時(shí)標(biāo)”作為計(jì)數(shù)器頻率和時(shí)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。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。常用“閘門時(shí)間”有：1ms、10ms、100ms、1s、10s。常用的“時(shí)標(biāo)”有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成4）時(shí)基產(chǎn)生電路◆要求：4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成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(jī)按“復(fù)零－測量－顯示”的工作程序完成自動(dòng)測量的任務(wù)。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)）4.4.1電子計(jì)數(shù)器的組成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4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能1）頻率測量(p138)

◆原理：計(jì)數(shù)器嚴(yán)格按照的定義實(shí)現(xiàn)頻率測量。 根據(jù)上式的頻率定義，T為采樣時(shí)間，N為T內(nèi)的周期數(shù)。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）。則或 該式表明，在數(shù)字化頻率測量中，可用計(jì)數(shù)值N表示fx?！衾纾洪l門時(shí)間Ts=1s，若計(jì)數(shù)值N=10000，則顯示的fx為“10000”Hz，或“10.000”kHz。如閘門時(shí)間Ts=0.1s，則計(jì)數(shù)值N=1000，則顯示的fx為“10.00”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(shí)基頻率fs）。4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能1）頻率測量(p138) 1）頻率測量(續(xù))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(dòng)小數(shù)點(diǎn)和單位的配合，就可得到被測頻率。測量速度與分辨力：閘門時(shí)間Ts為頻率測量的采樣時(shí)間，Ts愈大，則測量時(shí)間愈長，但計(jì)數(shù)值N愈大，分辨力愈高。TB放大、整形閘門門控電路計(jì)數(shù)顯示Afx分頻電路時(shí)基Ts4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能1）頻率測量(續(xù))原理框圖和工作波形圖（fx由A通道輸入，內(nèi)4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能2）頻率比的測量(p141)◆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。 據(jù)此，若要測量fA對fB的頻率比（假設(shè)fA>fB），只要用fB的周期TB作為閘門，在TB時(shí)間內(nèi)對fA作周期計(jì)數(shù)即可?！舴椒ǎ篺A對fB分別由A、B兩通道輸入，如下圖。

4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能2）頻率比的測量(p141)◆注意：頻率較高者由A通道輸入，頻率較低者由B通道輸入?！籼岣哳l率比的測量精度：

擴(kuò)展B通道信號的周期個(gè)數(shù)。

例如：以B通道信號的10個(gè)周期作為閘門信號，則計(jì)數(shù)值為：,即計(jì)數(shù)值擴(kuò)大了10倍，相應(yīng)的測量精度也就提高了10倍。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)。2）頻率比的測量(續(xù))4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能◆注意：頻率較高者由A通道輸入，頻率較低者由B通道輸入。2）3）周期的測量（p143）◆原理：“時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法”周期測量。 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。即 該式表明，“時(shí)標(biāo)”的計(jì)數(shù)值N可表示周期Tx。也體現(xiàn)了時(shí)間間隔（周期）的比較測量原理。◆實(shí)現(xiàn)：由Tx得到閘門；在Tx內(nèi)計(jì)數(shù)器對時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)。 ——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）。4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能3）周期的測量（p143）4.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能◆原理框圖：◆例如：時(shí)標(biāo)T0=1us，若計(jì)數(shù)值N=10000，則顯示的Tx為“10000”us，或“10.000”ms。如時(shí)標(biāo)T0=10us，則計(jì)數(shù)值N=1000，顯示的Tx為“10.00”ms。請注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表示了周期測量的分辨力（應(yīng)等于時(shí)標(biāo)T0）。為便于顯示，多檔時(shí)標(biāo)設(shè)定為10的冪次方?！魷y量速度與分辨力：一次測量時(shí)間即為一個(gè)周期Tx，Tx愈大(頻率愈低)則測量時(shí)間愈長；計(jì)數(shù)值N與時(shí)標(biāo)有關(guān)，時(shí)標(biāo)愈小分辨力愈高。3）周期的測量(續(xù))圖4.5.14.4.2電子計(jì)數(shù)器的測量功能◆原理框圖：3）周期的測量(續(xù))圖4.5.14.4.2電4）時(shí)間間隔的測量（p145）◆時(shí)間間隔：指兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)之間的時(shí)間段。在測量技術(shù)中，兩個(gè)時(shí)刻點(diǎn)通常由兩個(gè)事件確定。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?！魞蓚€(gè)事件的例子及測量參數(shù)還有：

同一信號波形上兩個(gè)不同點(diǎn)之間脈沖信號參數(shù)；

兩個(gè)信號波形上，兩點(diǎn)之間