計(jì)數(shù)器工作原理分析課件

1電子計(jì)數(shù)法測量頻率1.1電子計(jì)數(shù)法測頻原理1.基本原理根據(jù)頻率的定義，若某一信號在T秒時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化了N次，則該信號的頻率為：門電路復(fù)習(xí)：與門A1/0B1/0c1/0同理“或”門、與非、或非門等也有類似功能。A0011B0101C00011電子計(jì)數(shù)法測量頻率1.1電子計(jì)數(shù)法測頻原理1.基1由圖可見：因此實(shí)現(xiàn)了測頻原理：“定時(shí)計(jì)數(shù)”實(shí)質(zhì)：比較法

測頻的原理與門ABT1s…………TNTxC1s重點(diǎn)掌握由圖可見：因此實(shí)現(xiàn)了測頻原理：“定時(shí)計(jì)數(shù)”實(shí)質(zhì)：比較法測頻22．組成框圖下圖是計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測頻的框圖。它主要由下列四部分組成。t0BC00ttTTxDE0tTxN0AtTx時(shí)基電路計(jì)數(shù)一

輸入電路

分頻

顯示

晶振

門控

主門控制電路

ABCDE2．組成框圖下圖是計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測頻的框圖。它主要由下列四部31)時(shí)基（T）電路兩個(gè)特點(diǎn)：(1)標(biāo)準(zhǔn)性閘門時(shí)間準(zhǔn)確度應(yīng)比被測頻率高一數(shù)量級以上，故通常晶振頻率穩(wěn)定度要求達(dá)10-6～10-10。（恒溫糟）(2)多值性閘門時(shí)間T不一定為1秒，應(yīng)讓用戶根據(jù)測頻精度和速度的不同要求自由選擇。例如：1kHz100Hz10Hz1Hz0.1Hz1ms10ms0.1s、1s、10s等。門控（雙穩(wěn)）電路：TT1)時(shí)基（T）電路兩個(gè)特點(diǎn)：(1)標(biāo)準(zhǔn)性閘門時(shí)間準(zhǔn)確度應(yīng)42)輸入電路由放大整形電路和主門電路組成。被測輸入周期信號（頻率為fx，周期為Tx）經(jīng)放大、整形、微分得周期Tx的窄脈沖，送主門的一個(gè)輸入端。輸入電路工作波形圖ustttt0000A輸入(T0或Fx)放大整形微分2)輸入電路由放大整形電路和主門電路組成。被測輸入周期信53)計(jì)數(shù)顯示電路這部分電路的作用，簡單地說，就是計(jì)數(shù)被測周期信號重復(fù)的次數(shù)，顯示被測信號的頻率。它一般由計(jì)數(shù)電路、邏輯控制電路、譯碼器和顯示器組成。4)控制電路控制電路的作用是產(chǎn)生各種控制信號，去控制各電路單元的工作，使整機(jī)按一定的工作程序完成自動測量的任務(wù)。在控制電路的統(tǒng)一指揮下，電子計(jì)數(shù)器的工作按照“復(fù)零一測量—顯示”的程序自動地進(jìn)行，其工作流程如右圖所示。準(zhǔn)備期（復(fù)零，等待）顯示期（關(guān)門，停止計(jì)數(shù)）測量期（開門，計(jì)數(shù)）電子計(jì)數(shù)器的工作流程圖3)計(jì)數(shù)顯示電路這部分電路的作用，簡單地說，就是4)控制電61.2誤差分析計(jì)算誤差傳遞公式可對式求得計(jì)數(shù)誤差時(shí)基誤差1.2誤差分析計(jì)算誤差傳遞公式可對式求得計(jì)數(shù)誤差時(shí)基71.量化誤差——計(jì)數(shù)誤差、±1誤差在測頻時(shí)，主門的開啟時(shí)刻與計(jì)數(shù)脈沖之間的時(shí)間關(guān)系是不相關(guān)的，即是說它們在時(shí)間軸上的相對位置是隨機(jī)的。這樣，既便在相同的主門開啟時(shí)間T，計(jì)數(shù)器所計(jì)得的數(shù)卻不一定相同。可能多1個(gè)或少1個(gè)的±1誤差，這是頻率量化時(shí)帶來的誤差故稱量化誤差，又稱脈沖計(jì)數(shù)誤差或±1誤差。

ΔN=±1

N=fxT量化誤差3467521834675218T(a)(1)(2)黑門進(jìn)8個(gè)脈沖紅門進(jìn)7個(gè)脈沖1.量化誤差——計(jì)數(shù)誤差、±1誤差在測頻時(shí)，主門的開啟時(shí)刻與8誤差合成定理2.閘門時(shí)間誤差（時(shí)基誤差、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間誤差）

閘門時(shí)間不準(zhǔn)，造成主門啟閉時(shí)間或長或短，顯然要產(chǎn)生測頻誤差。閘門信號T是由晶振信號分頻而得。設(shè)晶振頻率為fc（周期為Tc），則有

=1×10-7~1×10-10

石英晶體性能和切割方式----生產(chǎn)廠

石英振蕩器的輸出頻率準(zhǔn)確度決定

溫度的影響---單、雙層恒溫糟

振蕩電路的質(zhì)量----電路優(yōu)化設(shè)計(jì)

誤差合成定理2.閘門時(shí)間誤差（時(shí)基誤差、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間誤差）閘91.3結(jié)論1.計(jì)數(shù)器直接測頻的誤差主要有兩項(xiàng)

即±1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差一般總誤差可采用分項(xiàng)誤差絕對值合成，即

2.測量低頻時(shí)，由于±1誤差產(chǎn)生的測頻誤差大得驚人例如，fx=10Hz，T=1s，則由±1誤差引起的測頻誤差可達(dá)10％，所以，測量低頻時(shí)不宜采用直接測頻方法。1.3結(jié)論1.計(jì)數(shù)器直接測頻的誤差即±1誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤102電子計(jì)數(shù)法測量時(shí)間本節(jié)介紹時(shí)間量的測量主要是指與頻率對應(yīng)的周期、相位及時(shí)間間隔等時(shí)間參數(shù)，重點(diǎn)討論周期的測量。

2.1電子計(jì)數(shù)法測量周期的原理

t0BC00ttTxTxDE0tTcTcNTxTx由右圖可得輸入電路A

分頻

門控

主門倍頻

晶振

輸入電路B

TxuxBCDE2電子計(jì)數(shù)法測量時(shí)間本節(jié)介紹時(shí)間量的測量主要是指與頻率對112.2電子計(jì)數(shù)器測量周期的誤差分析1.量化誤差和基準(zhǔn)頻率誤差與分析電子計(jì)數(shù)器測頻時(shí)的誤差類似，這里

，根據(jù)誤差傳遞公式可得

根據(jù)上圖所示的測周原理，可得

而ΔN=±1

2.2電子計(jì)數(shù)器測量周期的誤差分析1.量化誤差和基準(zhǔn)頻122.觸發(fā)轉(zhuǎn)換誤差測周時(shí)，還有一項(xiàng)觸發(fā)轉(zhuǎn)換誤差必須考慮。2.觸發(fā)轉(zhuǎn)換誤差測周時(shí)，還有一項(xiàng)觸發(fā)轉(zhuǎn)換誤差必須考慮。133中界頻率研究量化誤差（±1誤差）對測頻和測周的影響。測頻、測周誤差相等的頻率稱為中界頻率。將兩個(gè)量化誤差表達(dá)式聯(lián)立可得

式中，

為中界頻率，

為標(biāo)準(zhǔn)頻率，T為閘門時(shí)間。

令

則

因

故

3中界頻率研究量化誤差（±1誤差）對測頻和測周的影響。14圖中給出了不同閘門時(shí)間：0.1s、1s、10s和不同標(biāo)準(zhǔn)頻率：10MHz、100MHz、1000MHz三種情況的交叉曲線?，F(xiàn)以T=1s，

=100MHz為例，可查知

=10kHz。

100MHz測頻量化誤差與測周量化誤差1Hz1KHz1MHz10-810-710-610-510-410-310-210-1110ST=1S0.1Sfc=10MHzfc=1GHzfc=100MHz測頻的量化誤差測周的量化誤差f100MHz圖中給出了不同閘門時(shí)間：0.1s、1s、10s和不同標(biāo)準(zhǔn)頻=15因此，當(dāng)

宜測頻；

當(dāng)

，宜測周。