第4章頻率與時(shí)間的測量技術(shù)

第四章頻率和時(shí)間的測量技術(shù)4.1頻率和時(shí)間測量的基本要求和方法4.2使用示波器測量頻率的操作方法4.3使用電子計(jì)數(shù)器測量頻率的操作方法4.4使用數(shù)字頻率計(jì)測量頻率的操作方法4.5時(shí)間間隔的測量方法4.6相位差的測量方法1)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?！糇詣踊潭雀摺魷y量速度快4.1頻率和時(shí)間測量的基本要求和方法

2）時(shí)間和頻率的定義◆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。◆時(shí)間與頻率的關(guān)系：可以互相轉(zhuǎn)換。3）頻率的測量◆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接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1）直接法

直接法是利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率值，其又可細(xì)分為諧振法和電橋法兩種。（1）諧振法：利用諧振回路的諧振特性來測量頻率。將被測信號作為諧振電路的電源，通過調(diào)節(jié)可變電容器C使回路發(fā)生諧振，此時(shí)回路電流達(dá)到最大(高頻電壓表指示)，由電參數(shù)可得被測頻率為

可測量1500MHz以下的頻率，準(zhǔn)確度±(0.25～1)%。

(2）電橋法：利用電橋的平衡條件和頻率有關(guān)的特性來進(jìn)行頻率測量，通常采用如下圖所示的文氏電橋來進(jìn)行測量。調(diào)節(jié)R1、R2使電橋達(dá)到平衡，則有令平衡條件表達(dá)式兩端實(shí)虛部分別相等，得到： 和于是，被測信號頻率為：通常取R1=R2=R,C1=C2=C，則測量準(zhǔn)確度：受橋路中各元件的精確度、判斷電橋平衡的準(zhǔn)確程度（取決于橋路諧振特性的尖銳度即指示器的靈敏度）和被測信號的頻譜純度的限制，準(zhǔn)確度不高，一般約為±(0.5～1)%。2）比較法◆基本原理利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測量頻率fx進(jìn)行比較來測量頻率。有拍頻法、外差法、示波法以及計(jì)數(shù)法等。 數(shù)學(xué)模型為：◆拍頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率疊加，由指示器（耳機(jī)或電壓表）指示。適于音頻測量（很少用）?！舨铑l法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測頻率混頻，取出差頻并測量?？蓽y量范圍達(dá)幾十MHz（外差式頻率計(jì)）?！羰静ㄆ鞣ǎ豪钌秤龍D形法：將fx和fs分別接到示波器Y軸和X軸（X-Y圖示方式），當(dāng)fx＝fs時(shí)顯示為斜線（橢圓或園）；測周期法：直接根據(jù)顯示波形由X通道掃描速率得到周期，進(jìn)而得到頻率。4.2使用示波器測量頻率的操作方法示波器的分類

根據(jù)示波器對信號的處理方式的不同可分為模擬、數(shù)字兩大類：1.模擬示波器——采用模擬方式對時(shí)間信號進(jìn)行處理和顯示。2.數(shù)字示波器——對信號進(jìn)行數(shù)字化處理后再顯示。模擬示波器可分為通用示波器、多束示波器、取樣示波器、記憶示波器和專用示波器等。4.2.1示波器的工作原理及主要技術(shù)性能1.示波器工作原理示波器是利用電子示波管的特性，將人眼無法直接觀測的交變信號轉(zhuǎn)換成圖像顯示在熒光屏上以便測量的電子測量儀器。（1）通用示波器的組成主要由示波管、電源系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、X軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、Y軸偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、延遲掃描系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)信號源組成。（2）示波管組成及原理（陰極射線示波管）CRT主要由電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和熒光屏三部分組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

通用示波器組成原理圖電子槍電子槍的作用是發(fā)射電子并形成很細(xì)的高速電子束，它由燈絲F、陰極K、柵極G1和G2和陽極A1、A2組成。通過調(diào)節(jié)G1對K的負(fù)電位可控制電子束的強(qiáng)弱，從而調(diào)節(jié)光點(diǎn)的亮度，即進(jìn)行“輝度”控制。調(diào)節(jié)A1的電位器旋鈕稱為“聚焦”，通過對它進(jìn)行調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)G2與A1和A1與A2之間的電位；調(diào)節(jié)A2電位的旋鈕稱為“輔助聚焦”。電子束聚焦的原理是，電子從陰極K發(fā)射，經(jīng)G1、G2、A1、A2聚焦和加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。電子在電子槍中的運(yùn)動軌跡如下圖所示。

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)示波管的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對相互垂直的平行金屬板組成，分別稱為垂直偏轉(zhuǎn)板和水平偏轉(zhuǎn)板。當(dāng)有外加電壓作用時(shí)，偏轉(zhuǎn)板之間形成電場；在偏轉(zhuǎn)電場作用下，電子束打向由X、Y偏轉(zhuǎn)板共同決定的熒光屏上的某個(gè)坐標(biāo)位置。為了示波器有較高的測量靈敏度，Y偏轉(zhuǎn)板置于靠近電子槍的部位，而X偏轉(zhuǎn)板在Y的右邊。電子束在偏轉(zhuǎn)電場作用下的偏轉(zhuǎn)距離與外加偏轉(zhuǎn)電壓成正比：示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度（單位為cm/V）：其倒數(shù)為示波管的Y軸偏轉(zhuǎn)因數(shù)。偏轉(zhuǎn)靈敏度越大，示波管越靈敏。為提高Y軸偏轉(zhuǎn)靈敏度，可在偏轉(zhuǎn)板至熒光屏之間加一個(gè)后加速陽極A3。l為偏轉(zhuǎn)板的長度；S為偏轉(zhuǎn)板中心到屏幕中心的距離；b為偏轉(zhuǎn)板間距；Va為陽極A2上的電壓。

熒光屏

熒光屏將電信號變?yōu)楣庑盘?，是示波管的波形顯示部分。在使用示波器時(shí)，應(yīng)避免電子束長時(shí)間的停留在熒光屏的一個(gè)位置，否則將使熒光屏受損。因此在示波器開啟后不使用的時(shí)間內(nèi)，可將“輝度”調(diào)暗。當(dāng)電子束停止轟擊熒光屏?xí)r，光點(diǎn)仍能保持一定的時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為“余輝效應(yīng)”。（3）掃描發(fā)生器及示波器顯示波形原理顯示隨時(shí)間變化的圖形（1）Ux、Uy為固定電壓時(shí)，有下面四種情況：

光點(diǎn)出現(xiàn)在熒光屏的中心位置。

光點(diǎn)僅在垂直方向偏移：Uy為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向上移；Uy為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往垂直方向下移。

顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）光點(diǎn)僅在水平方向偏移：Ux為正電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向右移；Ux為負(fù)電壓時(shí)，光點(diǎn)從熒光屏的中心往水平方向左移。

當(dāng)兩對偏轉(zhuǎn)板上同時(shí)加固定的正電壓時(shí)，光點(diǎn)位置應(yīng)為兩電壓的矢量合成。顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）（2）X、Y偏轉(zhuǎn)板上分別加變化電壓，有下面兩種情況：僅在垂直偏轉(zhuǎn)板的兩板間加正弦變化的電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的垂直方向來回移動，出現(xiàn)一條垂直線段。顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）僅在水平偏轉(zhuǎn)板的兩板間加鋸齒電壓，則光點(diǎn)只在熒光屏的水平方向來回移動，出現(xiàn)一條水平線段。顯示隨時(shí)間變化的圖形（續(xù)）（3）Y偏轉(zhuǎn)板加正弦波信號電壓，X偏轉(zhuǎn)板加鋸齒波電壓，熒光屏上將顯示出被測信號隨時(shí)間變化的一個(gè)周期的波形曲線。顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系示波器兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板上都加正弦電壓時(shí)顯示的圖形稱為李沙育（Lissajous）圖形，這種圖形在相位和頻率測量中常會用到。若兩信號的初相相同，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出一條與水平軸呈45度角的直線。

顯示任意兩個(gè)變量之間的關(guān)系（續(xù)）若兩信號的初相相差90度，且在X、Y方向的偏轉(zhuǎn)距離相同，在熒光屏上畫出的圖形為圓。掃描的概念

如果在X偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)隨時(shí)間線性變化的電壓，垂直偏轉(zhuǎn)板不加電壓，那么光點(diǎn)在水平方向的偏移距離為，比例系數(shù)Sx稱為示波管的X軸偏轉(zhuǎn)靈敏度。光點(diǎn)在鋸齒波作用下掃動的過程稱為“掃描”，能實(shí)現(xiàn)掃描的鋸齒波電壓稱為掃描電壓，光點(diǎn)自左向右的連續(xù)掃動稱為“掃描正程”，自熒光屏的右端迅速返回左端起掃點(diǎn)的過程稱為“掃描逆程”。

同步的概念（1）Tx=nTy(n為正整數(shù))：熒光屏上將穩(wěn)定顯示n個(gè)周期的被測信號波形。n=2如果掃描電壓周期Tx與被測電壓周期Ty保持Tx=nTy的關(guān)系，則稱掃描電壓與被測電壓“同步”。

同步的概念（續(xù)）（2）Tx≠nTy(n為正整數(shù))，即不滿足同步關(guān)系時(shí)，顯示的波形不穩(wěn)定。1.垂直方式的選擇（1）輸入耦合方式的選擇輸入耦合方式設(shè)有AC、GND、DC三檔選擇開關(guān)。觀察交流信號時(shí)，置“AC”檔。確定零電壓時(shí)，置“GND”檔。觀測頻率很低的信號或帶有直流分量的交流信號時(shí)，置“DC”檔。4.2.2正確使用示波器測量信號頻率（2）垂直方式的選擇當(dāng)要觀察一路信號時(shí)，將“垂直”開關(guān)置“CH1”或“CH2”，此時(shí)被選中的通道有效，被測信號可從通道端口輸入。（3）靈敏度（V/div）選擇的設(shè)定“靈敏度選擇”開關(guān)外旋鈕為粗調(diào)，中心旋鈕為細(xì)調(diào)（微調(diào)），微調(diào)旋鈕按順時(shí)針方向旋至校正位置時(shí)，可根據(jù)粗調(diào)旋鈕的示值（V/div）和波形在垂直軸方向上的格數(shù)讀出被測信號幅值。（1）觸發(fā)源的選擇內(nèi)觸發(fā)（INT）：將Y前置放大器輸出（延遲線前的被測信號）作為觸發(fā)信號，適用于觀測被測信號。外觸發(fā)（EXT）：用外接的、與被測信號有嚴(yán)格同步關(guān)系的信號作為觸發(fā)源，用于比較兩個(gè)信號的同步關(guān)系。電源觸發(fā)（LINE）：用50Hz的工頻正弦信號作為觸發(fā)源，適用于觀測與50Hz交流有同步關(guān)系的信號。（2）內(nèi)觸發(fā)源的選擇“CH1”觸發(fā)：觸發(fā)源取自通道1；“CH2”觸發(fā)：觸發(fā)源取自通道2；交替觸發(fā)：觸發(fā)源受垂直方式開關(guān)控制，當(dāng)垂直方式開關(guān)置于“CH1”，觸發(fā)源自動切換到通道1；當(dāng)垂直方式開關(guān)置于“CH2”，觸發(fā)源自動切換到通道2。2．觸發(fā)源的選擇3.水平系統(tǒng)的操作（1）掃描速度選擇（T/div）的設(shè)定

可根據(jù)粗調(diào)旋鈕的示值（T/div）和波形在水平軸方向上的格數(shù)讀出被測信號的時(shí)間參數(shù)。當(dāng)需要觀察波形某一個(gè)細(xì)節(jié)時(shí)，可進(jìn)行水平擴(kuò)展×10倍。（2）掃描觸發(fā)方式選擇（TRIGMODE）

常態(tài)（NORM）觸發(fā)方式：指有觸發(fā)源信號并產(chǎn)生了有效的觸發(fā)脈沖時(shí)，熒光屏上才有掃描線。自動（AUTO）觸發(fā)方式：有連續(xù)掃描鋸齒波電壓輸出，熒光屏上總能顯示掃描線。電視（TV）觸發(fā)方式：是在原有放大、整形電路基礎(chǔ)上插入電視同步分離電路實(shí)現(xiàn)的，以便對電視信號（如行、場同步信號）進(jìn)行監(jiān)測與電視設(shè)備維修。

（3）“極性”選擇和電平位置觸發(fā)極性和觸發(fā)電平?jīng)Q定觸發(fā)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，并決定被顯示信號的起始點(diǎn)。觸發(fā)極性是指觸發(fā)點(diǎn)位于觸發(fā)源信號的上升沿還是下降沿。觸發(fā)電平是指觸發(fā)脈沖到來時(shí)所對應(yīng)的觸發(fā)放大器輸出電壓的瞬時(shí)值。

4．探頭的正確使用常見探頭為低電容高電阻探頭：低電容探頭的應(yīng)用使輸入阻抗大大提高，特別是輸入電容大大減小。但是，將使示波器的靈敏度有所下降。探頭和示波器是配套使用的，不能互換，否則將會導(dǎo)致分壓比誤差增加或高頻補(bǔ)償不當(dāng)。低電容高電阻探頭的校正方法是以良好的方波電壓通過探頭加到示波器，微調(diào)電容C以達(dá)到出現(xiàn)良好的方波。4.2.3用示波器測量電壓

1．直流電壓的測量

（1）測量原理

利用被測電壓在屏幕上呈現(xiàn)的直線偏離時(shí)間基線（零電平線）的高度與被測電壓的大小成正比的關(guān)系進(jìn)行的。

為被測直流電壓值，h為被測直流信號線的電壓偏離零電平線的高度；為示波器的垂直靈敏度，k為探頭衰減系數(shù)。1．直流電壓的測量（續(xù)）（2）測量方法

1）將示波器的垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置（CAL）。2）將待測信號送至示波器的垂直輸入端。3）確定零電平線。4）將示波器的輸入耦合開關(guān)撥向“DC”檔，確定直流電壓的極性。5）讀出被測直流電壓偏離零電平線的距離h。6）計(jì)算被測直流電壓值。

例:示波器測直流電壓及垂直靈敏度開關(guān)示意圖如圖所示，h=4cm、V/cm、若k=10：1，求被測直流電壓值。

(V)2．交流電壓的測量

（1）測量原理為被測交流電壓值（峰-峰值）；h為被測交流電壓波峰和波谷的高度或任意兩點(diǎn)間的高度；為示波器的垂直靈敏度；為探頭衰減系數(shù)。（2）測量方法

垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度微調(diào)旋鈕置于校準(zhǔn)位置；接入待測信號；輸入耦合開關(guān)置于“AC”；調(diào)節(jié)掃描速度使波形穩(wěn)定顯示；調(diào)節(jié)垂直靈敏度開關(guān)；讀出被測交流電壓波峰和波谷的高度；計(jì)算被測交流電壓的峰-峰值。例:示波器正弦電壓如圖所示，h=8cm、V/cm、若K=1：1，求被測正弦信號的峰-峰值和有效值。正弦信號的峰-峰值為正弦信號的有效值為V1．測量周期和頻率

（1）測量原理

被測交流信號的周期 （x為被測交流信號的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占距離；為示波器的掃描速度；為X軸擴(kuò)展倍率。周期的倒數(shù)即為頻率。（2）測量方法

1）將示波器的掃描速度微調(diào)旋鈕置于“校準(zhǔn)”位置。 2）將待測信號送至示波器的垂直輸入端。 3）將示波器的輸入耦合開關(guān)置于“AC”位置。 4）調(diào)節(jié)掃描速度開關(guān)，記錄值。 5）讀出被測交流信號的一個(gè)周期在熒光屏水平方向所占的距離x。 6）計(jì)算被測交流信號的周期。

例:熒光屏上的波形如圖所示，信號一周期7cm，掃描速度開關(guān)置于“10ms/cm”位置，掃描擴(kuò)展置于“拉出×10”位置，求被測信號的周期。

ms

2．測量時(shí)間間隔

（1）測量同一信號中任意兩點(diǎn)A與B的時(shí)間間隔的測量方法如下圖。A與B的時(shí)間間隔 （為A與B的時(shí)間間隔在熒光屏水平方向所占距離，為示波器的掃描速度）（2）若A、B兩點(diǎn)分別為脈沖波前后沿的中點(diǎn)，則所測時(shí)間間隔為脈沖寬度，如下圖示。

（3）采用雙蹤示波器可測量兩個(gè)信號的時(shí)間差。將B脈沖的起點(diǎn)左移1格，讀出兩被測信號起始點(diǎn)時(shí)間的水平距離。用這種方法測相位差時(shí)應(yīng)該注意，只能用其中一個(gè)波形去觸發(fā)另一路信號。

4.3使用電子計(jì)數(shù)器測量頻率的

操作方法4.3.1電子計(jì)數(shù)器的分類按功能可以分為如下四類：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。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。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。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。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：低速計(jì)數(shù)器（低于10MHz）中速計(jì)數(shù)器（10~100MHz）高速計(jì)數(shù)器（高于100MHz）微波計(jì)數(shù)器（1~80GHz）4.3.2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。4.3.3電子計(jì)數(shù)器的組成原理和測量功能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)（包括觸發(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。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）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)?！綦娐罚河伞芭c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。◆“門控信號”還可手動操作得到，如實(shí)現(xiàn)手動累加計(jì)數(shù)。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。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（VFD）等。顯示電路：包括鎖存、譯碼、驅(qū)動電路。如74LS47、CD4511等。專用計(jì)數(shù)與顯示單元電路：如ICM7216D。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，產(chǎn)生“時(shí)標(biāo)”信號，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）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。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)）4.3.4用電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行頻率的測量1）頻率測量 ◆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。它體現(xiàn)了數(shù)字化頻率測量的比較法測量原理?！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，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）。1）頻率測量原理框圖和工作波形圖（fx由A通道輸入，內(nèi)部時(shí)基）被測信號通過脈沖形成電路轉(zhuǎn)變成脈沖信號送入閘門，在門控信號作用時(shí)間內(nèi)閘門打開，脈沖通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。若閘門在控制信號作用下開啟時(shí)間為1S，則計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)即為被測頻率值。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Ts2）頻率比的測量◆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?！糇⒁猓侯l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)。1）時(shí)間間隔的測量◆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； 手動觸發(fā)定時(shí)、累加計(jì)數(shù)?！?/p>

測量方法：由兩個(gè)事件觸發(fā)得到