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1、电子计数器测量电子计数器测量本讲稿第一页，共五十二页4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 时间、频率的基本概念时间、频率的基本概念 1 1）时间和频率的定义）时间和频率的定义 2 2）时频测量的特点）时频测量的特点 3 3）测量方法概述）测量方法概述4.1.2 4.1.2 电子计数器概述电子计数器概述 1 1）电子计数器的分类）电子计数器的分类 2 2）主要技术指标）主要技术指标 3 3）电子计数器的发展）电子计数器的发展本讲稿第二页，共五十二页4.1.1 4.1.1 时间、频率的基本概念时间、频率的基本概念 1 1）时间和频率的定义）时间和频率的定义时间有两个含义：时间有两个含义：“时刻时
2、刻时刻时刻”：即某个事件何时发生；即某个事件何时发生；即某个事件何时发生；即某个事件何时发生；“时间间隔时间间隔时间间隔时间间隔”：即某个时间相对于某一时刻持续了多久。即某个时间相对于某一时刻持续了多久。即某个时间相对于某一时刻持续了多久。即某个时间相对于某一时刻持续了多久。频率的定义：频率的定义：周期信号在单位时间（周期信号在单位时间（周期信号在单位时间（周期信号在单位时间（1s1s1s1s）内的变化次数（周）内的变化次数（周）内的变化次数（周）内的变化次数（周期数）。如果在一定期数）。如果在一定期数）。如果在一定期数）。如果在一定时间间隔时间间隔时间间隔时间间隔T T T T内周期信号重复
3、变化了内周期信号重复变化了内周期信号重复变化了内周期信号重复变化了N N N N次次次次，则，则，则，则频率可表达为：频率可表达为：频率可表达为：频率可表达为：f fN/TN/T时间与频率的关系：时间与频率的关系：可以互相转换。可以互相转换。可以互相转换。可以互相转换。本讲稿第三页，共五十二页2)2)时频测量的特点时频测量的特点最常见和最重要的测量最常见和最重要的测量时间是时间是时间是时间是7 7 7 7个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要的个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要的个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要的个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要的物理量，在通信、航空航天
4、、武器装备、科学试验、医疗、物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医疗、物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医疗、物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医疗、工业自动化等工业自动化等工业自动化等工业自动化等民用和军事方面都存在时频测量。民用和军事方面都存在时频测量。民用和军事方面都存在时频测量。民用和军事方面都存在时频测量。测量准确度高测量准确度高时间频率基准具有最高准确度（时间频率基准具有最高准确度（时间频率基准具有最高准确度（时间频率基准具有最高准确度（可达可达可达可达10101010-14-14-14-14），校准（比对），校准（比对），校准（比对），校准（比对
5、）方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。因此，方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。因此，方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。因此，方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。因此，许多许多许多许多物理量的测量都转换为时频测量。物理量的测量都转换为时频测量。物理量的测量都转换为时频测量。物理量的测量都转换为时频测量。自动化程度高自动化程度高测量速度快测量速度快本讲稿第四页，共五十二页3）测量方法概述）测量方法概述频率的测量方法可以分为：频率的测量方法可以分为：差频法拍频法示波法电桥法谐振法比较法直读法李沙育图形法测周期法模拟法频率测量方法数字法电容充放电法电子计数器法本讲稿
6、第五页，共五十二页u各种测量方法有着各种测量方法有着不同的实现原理不同的实现原理，其复杂程度，其复杂程度不同。不同。u各种测量方法有着各种测量方法有着不同的测量准确度和适用的频不同的测量准确度和适用的频率范围率范围。u数字化数字化电子计数器法电子计数器法是时间、频率测量的主要方是时间、频率测量的主要方法，是本章的重点。法，是本章的重点。本讲稿第六页，共五十二页4.1.2 4.1.2 电子计数器概述电子计数器概述1）电子计数器的分类）电子计数器的分类按功能可以分为如下四类：按功能可以分为如下四类：（1 1）通用计数器通用计数器：可测量频率、频率比、周期、时间间隔、可测量频率、频率比、周期、时间间
7、隔、可测量频率、频率比、周期、时间间隔、可测量频率、频率比、周期、时间间隔、累加计数等。其测量功能可扩展。累加计数等。其测量功能可扩展。累加计数等。其测量功能可扩展。累加计数等。其测量功能可扩展。（2 2）频率计数器频率计数器：其功能限于测频和计数。但其功能限于测频和计数。但其功能限于测频和计数。但其功能限于测频和计数。但测频范围往测频范围往测频范围往测频范围往往很宽。往很宽。往很宽。往很宽。（3 3）时间计数器时间计数器：以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参数以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参数以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参数以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参数等，其测时分辨力和准
8、确度很高。等，其测时分辨力和准确度很高。等，其测时分辨力和准确度很高。等，其测时分辨力和准确度很高。（4 4）特种计数器特种计数器:具有特殊功能的计数器。具有特殊功能的计数器。具有特殊功能的计数器。具有特殊功能的计数器。包括可逆计数器、包括可逆计数器、包括可逆计数器、包括可逆计数器、序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。序列计数器、预置计数器等。用于工业测控。本讲稿第七页，共五十二页1）电子计数器的分类）电子计数器的分类u按用途可分为：按用途可分为：测量用计数器和控制用计数器。测量用计数器和控制用计数器。测量用计
9、数器和控制用计数器。测量用计数器和控制用计数器。u按测量范围可分为：按测量范围可分为：（1 1 1 1）低速计数器低速计数器低速计数器低速计数器（低于（低于（低于（低于10MHz10MHz10MHz10MHz）（2 2 2 2）中速计数器中速计数器中速计数器中速计数器（10100MHz10100MHz10100MHz10100MHz）（3 3 3 3）高速计数器高速计数器高速计数器高速计数器（高于（高于（高于（高于100MHz100MHz100MHz100MHz）（4 4 4 4）微波计数器微波计数器微波计数器微波计数器（180GHz180GHz180GHz180GHz）本讲稿第八页，共五十二
10、页2 2）主要技术指标）主要技术指标（1）测量范围：）测量范围：毫赫毫赫毫赫毫赫 几十几十几十几十GHzGHz。（2）准确度：）准确度：可达可达可达可达1010-9-9以上。以上。以上。以上。（3）晶振频率及稳定度：）晶振频率及稳定度：晶体振荡器是电子计数器的内部基晶体振荡器是电子计数器的内部基晶体振荡器是电子计数器的内部基晶体振荡器是电子计数器的内部基准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（1010倍）。倍）。倍）。倍）。输出频率为输出频率为
11、输出频率为输出频率为1MHz1MHz、2.5MHz2.5MHz、5MHz5MHz、10MHz10MHz等，普通晶振稳等，普通晶振稳等，普通晶振稳等，普通晶振稳定度为定度为定度为定度为1010-5-5，恒温晶振达，恒温晶振达，恒温晶振达，恒温晶振达1010-7-71010-9-9。（4）输入特性：）输入特性：包括耦合方式（包括耦合方式（包括耦合方式（包括耦合方式（DCDC、ACAC）、触发电平（可调）、触发电平（可调）、触发电平（可调）、触发电平（可调）、灵敏度（、灵敏度（、灵敏度（、灵敏度（10100mV10100mV）、输入阻抗（）、输入阻抗（）、输入阻抗（）、输入阻抗（50 50 低阻和低
12、阻和低阻和低阻和1M 1M/25pF/25pF/25pF/25pF高高高高阻）等。阻）等。阻）等。阻）等。（5）闸门时间）闸门时间(测频测频)：有：有1ms1ms、10ms10ms、100ms100ms、1s1s、10s10s。（6）时标）时标(测周测周)：有：有10ns10ns、100ns100ns、1ms1ms、10ms10ms。（7）显示：）显示：包括显示位数及显示方式等。包括显示位数及显示方式等。包括显示位数及显示方式等。包括显示位数及显示方式等。本讲稿第九页，共五十二页3 3）电子计数器的发展）电子计数器的发展测量方法的不断发展：测量方法的不断发展：模拟模拟模拟模拟数字技术数字技术数
13、字技术数字技术智能化。智能化。智能化。智能化。测量准确度和频率上限测量准确度和频率上限是电子计数器的两个重要指是电子计数器的两个重要指标，电子计数器的发展体现了这两个标，电子计数器的发展体现了这两个指标的不断指标的不断提高提高及及功能的扩展和完善功能的扩展和完善。例子：例子：通道：通道：通道：通道：两个两个两个两个225MHz225MHz225MHz225MHz通道，也可通道，也可通道，也可通道，也可选择第三个选择第三个选择第三个选择第三个12.4GHz12.4GHz12.4GHz12.4GHz通道。通道。通道。通道。每秒每秒每秒每秒12121212位的频率分辨率、位的频率分辨率、位的频率分辨
14、率、位的频率分辨率、150ps150ps150ps150ps的时间间隔分辨率。的时间间隔分辨率。的时间间隔分辨率。的时间间隔分辨率。测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下降时间、相测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下降时间、相测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下降时间、相测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下降时间、相位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、峰电压、时间间位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、峰电压、时间间位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、峰电压、时间间位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、峰电压、时间间隔隔
15、隔隔平均和时间间隔延迟。平均和时间间隔延迟。平均和时间间隔延迟。平均和时间间隔延迟。处理功能：处理功能：处理功能：处理功能：平均值、最小值、最大值和标准偏差。平均值、最小值、最大值和标准偏差。平均值、最小值、最大值和标准偏差。平均值、最小值、最大值和标准偏差。本讲稿第十页，共五十二页 4)4)石英晶体振荡器石英晶体振荡器u时间标准：原子时标，时间标准：原子时标，10-14u电子计数器电子计数器内部时间、频率基准内部时间、频率基准采用采用石英晶体振石英晶体振荡器（简称荡器（简称“晶振晶振”）为基准信号源。为基准信号源。本讲稿第十一页，共五十二页5)时间和频率的测量原理时间和频率的测量原理模拟测量
16、原理模拟测量原理 1 1）直接法）直接法 2 2）比较法）比较法数字测量原理数字测量原理 1 1）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理 2 2）通用计数器的基本组成）通用计数器的基本组成本讲稿第十二页，共五十二页模拟测量原理模拟测量原理 1 1）直接法）直接法直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可细分为细分为细分为细分为谐振法和电桥法谐振法和电桥法谐振法和电桥法谐振法和电桥法两种。两种。两种。两种。（1 1 1 1）
17、谐振法：谐振法：调节可变电容器调节可变电容器调节可变电容器调节可变电容器C C使回路发生谐振使回路发生谐振使回路发生谐振使回路发生谐振，此时回路电流达，此时回路电流达，此时回路电流达，此时回路电流达到最大到最大到最大到最大(高频电压表指示高频电压表指示高频电压表指示高频电压表指示)，则，则，则，则 可测量可测量可测量可测量1500MHz1500MHz以下以下以下以下的频率，准确度的频率，准确度的频率，准确度的频率，准确度(0.25(0.25(0.25(0.251)%1)%1)%1)%。本讲稿第十三页，共五十二页(2）电桥电桥法：法：利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率利用电桥的平衡条件
18、和频率有关的特性来进行频率利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率测量测量测量测量,通常采用如下图所示的通常采用如下图所示的通常采用如下图所示的通常采用如下图所示的文氏电桥文氏电桥文氏电桥文氏电桥来进行测量。来进行测量。来进行测量。来进行测量。调节调节调节调节R R1 1、R R2 2使电桥达到平衡，则有使电桥达到平衡，则有使电桥达到平衡，则有使电桥达到平衡，则有本讲稿第十四页，共五十二页令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：令平衡条件表达式两端实虚部分别相等
19、，得到：和和和和于是，被测信号频率为：于是，被测信号频率为：于是，被测信号频率为：于是，被测信号频率为：通常取通常取通常取通常取R R1 1=R=R2 2=R,C=R,C1 1=C=C2 2=C=C，则，则，则，则测量准确度测量准确度测量准确度测量准确度：受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被度（取决于桥
20、路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为(0.5(0.5(0.5(0.51)%1)%1)%1)%。本讲稿第十五页，共五十二页2 2）比较法）比较法基本原理基本原理利用利用利用利用标准频率标准频率标准频率标准频率f f f fs s s s和被测量频率和被测量频率和被测量频率和被测量频率f f f fx x x x进行比较进行比较进行比较进行比较来测量频率。有来测量频率。有来测量频率。有来测量频率。有拍频拍频拍频拍频法、外
21、差法、示波法以及计数法法、外差法、示波法以及计数法法、外差法、示波法以及计数法法、外差法、示波法以及计数法等。等。等。等。数学模型为：数学模型为：数学模型为：数学模型为：拍频法：拍频法：将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率叠加叠加叠加叠加，由指示器（耳机或，由指示器（耳机或，由指示器（耳机或，由指示器（耳机或电压表）指示。适于电压表）指示。适于电压表）指示。适于电压表）指示。适于音频测量音频测量音频测量音频测量（很少用）。（很少用）。（很少用）。（很少用）。外差法：外差法：将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准频率与被测频
22、率混频混频混频混频，取出差频并测量。，取出差频并测量。，取出差频并测量。，取出差频并测量。可测量范围达可测量范围达可测量范围达可测量范围达几十几十几十几十MHzMHzMHzMHz（外差式频率计）。（外差式频率计）。（外差式频率计）。（外差式频率计）。示波法：示波法：李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法：将：将：将：将f f f fx x x x和和和和f f f fs s s s分别接到示波器分别接到示波器分别接到示波器分别接到示波器Y Y Y Y轴和轴和轴和轴和X X X X轴（轴（轴（轴（X-YX-YX-YX-Y图示方式），当图示方式），当图示方式），当图示方式），当f f f
23、 fx x x xf f f fs s s s时显示为斜线（椭圆或园）；时显示为斜线（椭圆或园）；时显示为斜线（椭圆或园）；时显示为斜线（椭圆或园）；测周期法测周期法测周期法测周期法：直接根据显示波形由：直接根据显示波形由：直接根据显示波形由：直接根据显示波形由X X X X通道通道通道通道扫描速率扫描速率扫描速率扫描速率得到周期，得到周期，得到周期，得到周期，进而得到频率。进而得到频率。进而得到频率。进而得到频率。本讲稿第十六页，共五十二页3)3)数字测量原理数字测量原理1 1）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理时间、频率量的特点时间、频率量的特点时间、频率量的特点时间、频率量的特点 频
24、率频率频率频率是在时间轴上无限延伸的是在时间轴上无限延伸的是在时间轴上无限延伸的是在时间轴上无限延伸的，因此，对频率量的测量需确定一，因此，对频率量的测量需确定一，因此，对频率量的测量需确定一，因此，对频率量的测量需确定一个个个个取样时间取样时间取样时间取样时间T T，在该时间内对被测信号的周期累加计数，在该时间内对被测信号的周期累加计数，在该时间内对被测信号的周期累加计数，在该时间内对被测信号的周期累加计数(若若若若计数计数计数计数值为值为值为值为N N)，根据，根据，根据，根据f fx x=N/T=N/T得到频率值。得到频率值。得到频率值。得到频率值。为实现为实现为实现为实现时间时间时间时
25、间（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测时（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测时（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测时（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测时间按尽可能小的间按尽可能小的间按尽可能小的间按尽可能小的时间单位（称为时标）时间单位（称为时标）时间单位（称为时标）时间单位（称为时标）进行量化，通过进行量化，通过进行量化，通过进行量化，通过累计累计累计累计被测时间内所包含的时间单位数（计数）被测时间内所包含的时间单位数（计数）被测时间内所包含的时间单位数（计数）被测时间内所包含的时间单位数（计数）得到。得到。得到。得到。测量原理测量原理测量原理测量原理将需累加计数的信号（频
26、率测量时为被测信号，时间测量时为时将需累加计数的信号（频率测量时为被测信号，时间测量时为时将需累加计数的信号（频率测量时为被测信号，时间测量时为时将需累加计数的信号（频率测量时为被测信号，时间测量时为时标信号），由一个标信号），由一个标信号），由一个标信号），由一个“闸门闸门闸门闸门”（主门）（主门）（主门）（主门）控制，并由一个控制，并由一个控制，并由一个控制，并由一个“门控门控门控门控”信信信信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。本讲稿
27、第十七页，共五十二页4)4)数字测量原理数字测量原理闸门可由闸门可由闸门可由闸门可由一个与（或一个与（或一个与（或一个与（或“或或或或”）逻辑门电路实现）逻辑门电路实现）逻辑门电路实现）逻辑门电路实现。这种测量方。这种测量方。这种测量方。这种测量方法称为法称为法称为法称为门控计数法门控计数法门控计数法门控计数法。其原理如下图所示。其原理如下图所示。其原理如下图所示。其原理如下图所示。上图为由上图为由上图为由上图为由“与与与与”逻辑门作为闸门，其门控信号为逻辑门作为闸门，其门控信号为逻辑门作为闸门，其门控信号为逻辑门作为闸门，其门控信号为 11时闸门开启（允许计数），为时闸门开启（允许计数），为
28、时闸门开启（允许计数），为时闸门开启（允许计数），为 00时闸门关闭（停止计数）。时闸门关闭（停止计数）。时闸门关闭（停止计数）。时闸门关闭（停止计数）。测频时，闸门开启时间（称为测频时，闸门开启时间（称为测频时，闸门开启时间（称为测频时，闸门开启时间（称为“闸门时间闸门时间闸门时间闸门时间”）即为采样时间）即为采样时间）即为采样时间）即为采样时间。测时间（间隔）时，闸门开启时间即为测时间（间隔）时，闸门开启时间即为测时间（间隔）时，闸门开启时间即为测时间（间隔）时，闸门开启时间即为被测时间被测时间被测时间被测时间。本讲稿第十八页，共五十二页通用电子计数器的组成框图如下图所示：通用电子计数器的
29、组成框图如下图所示：4.2 电子计数器的组成原理和测量功能电子计数器的组成原理和测量功能本讲稿第十九页，共五十二页u通用计数器包括如下几个部分通用计数器包括如下几个部分输入通道输入通道输入通道输入通道：通常有：通常有：通常有：通常有A A A A、B B B B、C C C C多个通道，以实现不同的测多个通道，以实现不同的测多个通道，以实现不同的测多个通道，以实现不同的测量功能。输入通道电路对输入信号进行量功能。输入通道电路对输入信号进行量功能。输入通道电路对输入信号进行量功能。输入通道电路对输入信号进行放大、整形等放大、整形等放大、整形等放大、整形等（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号
30、。（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。通过通过通过通过预定标器预定标器预定标器预定标器还可还可还可还可扩展频率测量范围扩展频率测量范围扩展频率测量范围扩展频率测量范围。主门电路主门电路主门电路主门电路：完成计数的：完成计数的：完成计数的：完成计数的闸门控制闸门控制闸门控制闸门控制作用。作用。作用。作用。计数与显示电路计数与显示电路计数与显示电路计数与显示电路：计数电路是通用计数器的：计数电路是通用计数器的：计数电路是通用计数器的：计数电路是通用计数器的核心电路核心电路核心电路核心电路，完成脉冲计数；
31、显示电路将计数结果（反映测量结果）完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）以数字方式显示出来。以数字方式显示出来。以数字方式显示出来。以数字方式显示出来。时基产生电路时基产生电路时基产生电路时基产生电路：产生：产生：产生：产生机内时间、频率测量的基准机内时间、频率测量的基准机内时间、频率测量的基准机内时间、频率测量的基准，即，即，即，即时间测量的时标和频率测量的闸门信号。时间测量的时标和频率测量的闸门信号。时间测量的时标和频率测量的闸门信号。时间测量的时标和频率测量的闸门信号。控制电路控制电
32、路控制电路控制电路：控制协调整机工作控制协调整机工作控制协调整机工作控制协调整机工作，即准备，即准备，即准备，即准备测量测量测量测量显示。显示。显示。显示。本讲稿第二十页，共五十二页4.2 电子计数器的组成原理和测量功能电子计数器的组成原理和测量功能4.2.1 4.2.1 电子计数器的组成电子计数器的组成 1 1 1 1）A A A A、B B B B输入通道输入通道输入通道输入通道 2 2 2 2）主门电路）主门电路）主门电路）主门电路 3 3 3 3）计数与显示电路）计数与显示电路）计数与显示电路）计数与显示电路 4 4 4 4）时基产生电路）时基产生电路）时基产生电路）时基产生电路 5
33、5 5 5）控制电路）控制电路）控制电路）控制电路4.2.2 4.2.2 电子计数器的测量功能电子计数器的测量功能 1 1 1 1）频率测量）频率测量）频率测量）频率测量 2 2 2 2）频率比测量）频率比测量）频率比测量）频率比测量 3 3 3 3）周期测量）周期测量）周期测量）周期测量 4 4 4 4）时间间隔测量）时间间隔测量）时间间隔测量）时间间隔测量 5 5 5 5）自检）自检）自检）自检本讲稿第二十一页，共五十二页1 1）A A、B B输入通道输入通道作用：作用：它们主要由放大它们主要由放大它们主要由放大它们主要由放大/衰减、滤波、整形、触发（包括出发电衰减、滤波、整形、触发（包括
34、出发电衰减、滤波、整形、触发（包括出发电衰减、滤波、整形、触发（包括出发电平调节）等单元电路构成。其作用是平调节）等单元电路构成。其作用是平调节）等单元电路构成。其作用是平调节）等单元电路构成。其作用是对输入信号处理以产生符对输入信号处理以产生符对输入信号处理以产生符对输入信号处理以产生符合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号。通过通过通过通过预定标器预定标器预定标器预定标器（外插件）还可（外插件）还可（外插件）还可（外插件）还可扩展频率测量范围扩展频率测量范围扩展频率测量范围扩展频率测量范围。斯
35、密特触发电路：斯密特触发电路：利用利用利用利用斯密特触发器斯密特触发器斯密特触发器斯密特触发器的的的的回差特性回差特性回差特性回差特性，对输入信，对输入信，对输入信，对输入信号具有较好的抗干扰作用。号具有较好的抗干扰作用。号具有较好的抗干扰作用。号具有较好的抗干扰作用。本讲稿第二十二页，共五十二页1 1）A A、B B输入通道输入通道uu通道组合可完成不同的测量功能：通道组合可完成不同的测量功能：通道组合可完成不同的测量功能：通道组合可完成不同的测量功能：被计数的信号（常从被计数的信号（常从被计数的信号（常从被计数的信号（常从A A A A通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称
36、为计数端计数端计数端计数端；控制闸门开启的信号通道；控制闸门开启的信号通道；控制闸门开启的信号通道；控制闸门开启的信号通道（常从（常从（常从（常从B B B B、C C C C通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称为控制端控制端控制端控制端。从计数端输入的信号有：被测信号从计数端输入的信号有：被测信号从计数端输入的信号有：被测信号从计数端输入的信号有：被测信号(fx);(fx);(fx);(fx);内部时标信号等内部时标信号等内部时标信号等内部时标信号等;从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号从控
37、制端输入的信号有：闸门信号；被测信号(Tx)(Tx)(Tx)(Tx)等；等；等；等；序号计数端信号控制端信号测试功能计数结果1内时钟（T0）内时钟（T）自检N=T/T02被测信号（fx）内时钟（T）测量频率（A）fxN/T3内时钟（T0）被测周期（Tx）测量周期（B）TxNT04被测信号（fA）被测信号（fB）测量频率比（A/B）fA/fB=N5内时钟（T0）被测信号相应间隔tB-C测量时间间隔（A-B）tB-C=NT06外输入（TA）被测信号相应间隔tB-C测量外控时间间隔B-CtB-C=NTA7外待测信号（Nx）手控或遥控累加计数（A）NxN8内时钟（秒信号）手控或遥控计时 N（秒）本讲稿
38、第二十三页，共五十二页2 2）主门电路）主门电路功能：功能：主门主门主门主门也称为也称为也称为也称为闸门闸门闸门闸门，通过，通过，通过，通过“门控信号门控信号门控信号门控信号”控制进入计数器的控制进入计数器的控制进入计数器的控制进入计数器的脉冲，使计数器只对预定的脉冲，使计数器只对预定的脉冲，使计数器只对预定的脉冲，使计数器只对预定的“闸门时间闸门时间闸门时间闸门时间”之内的脉冲计数。之内的脉冲计数。之内的脉冲计数。之内的脉冲计数。电路：电路：由由由由“与门与门与门与门”或或或或“或门或门或门或门”构成。其原理如下图：构成。其原理如下图：构成。其原理如下图：构成。其原理如下图：由由由由“与门与
39、门与门与门”构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其“门控信号门控信号门控信号门控信号”为为为为 11时，允许计数脉冲通时，允许计数脉冲通时，允许计数脉冲通时，允许计数脉冲通过；过；过；过；由由由由“或门或门或门或门”构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其“门控信号门控信号门控信号门控信号”为为为为 00时，允许时，允许时，允许时，允许计数脉冲通过。计数脉冲通过。计数脉冲通过。计数脉冲通过。“门控信号门控信号门控信号门控信号”还可还可还可还可手动操作手动操作手动操作手动操作得到，如实现手动累加计数。得到，如实现手动累加计数。得到，如实现手动累加计数。得到，如实
40、现手动累加计数。本讲稿第二十四页，共五十二页3 3）计数与显示电路）计数与显示电路功能：功能：计数电路计数电路计数电路计数电路对通过主门的脉冲进行计数（计数值代表了被对通过主门的脉冲进行计数（计数值代表了被对通过主门的脉冲进行计数（计数值代表了被对通过主门的脉冲进行计数（计数值代表了被测频率或时间），并通过测频率或时间），并通过测频率或时间），并通过测频率或时间），并通过数码显示器数码显示器数码显示器数码显示器将将将将测量结果直观地显示测量结果直观地显示测量结果直观地显示测量结果直观地显示出来。出来。出来。出来。为了便于观察和读数，通常使用为了便于观察和读数，通常使用为了便于观察和读数，通常使
41、用为了便于观察和读数，通常使用十进制计数电路十进制计数电路十进制计数电路十进制计数电路。计数电路的重要指标：计数电路的重要指标：最高计数频率最高计数频率。计数电路一般由多级双稳态电路构成，受内部状态翻转的时计数电路一般由多级双稳态电路构成，受内部状态翻转的时计数电路一般由多级双稳态电路构成，受内部状态翻转的时计数电路一般由多级双稳态电路构成，受内部状态翻转的时间限制，使计数电路存在间限制，使计数电路存在间限制，使计数电路存在间限制，使计数电路存在最高计数频率的限制最高计数频率的限制最高计数频率的限制最高计数频率的限制。而且对多位。而且对多位。而且对多位。而且对多位计数器，最高计数频率主要由计数
42、器，最高计数频率主要由计数器，最高计数频率主要由计数器，最高计数频率主要由个位计数器个位计数器个位计数器个位计数器决定。决定。决定。决定。不同电路具有不同的工作速度：不同电路具有不同的工作速度：如如如如74LS74LS74LS74LS（74HC74HC74HC74HC）系列为）系列为）系列为）系列为3040MHz3040MHz3040MHz3040MHz；74S74S74S74S系列为系列为系列为系列为100MHz100MHz100MHz100MHz；CMOSCMOSCMOSCMOS电路约电路约电路约电路约5MHz5MHz5MHz5MHz；ECLECLECLECL电路可达电路可达电路可达电路可
43、达600MHz600MHz600MHz600MHz。本讲稿第二十五页，共五十二页3 3）计数与显示电路）计数与显示电路u类型：单片集成与可编程计数器类型：单片集成与可编程计数器单片集成的中小规模单片集成的中小规模单片集成的中小规模单片集成的中小规模ICIC如：如：如：如：74LS9074LS90（MC11C90MC11C90）十进）十进）十进）十进制计数器；制计数器；制计数器；制计数器；74LS39074LS390、CD4018(MC14018)CD4018(MC14018)为双十进制为双十进制为双十进制为双十进制计数器。计数器。计数器。计数器。可编程计数器可编程计数器可编程计数器可编程计数器
44、ICIC如：如：如：如：Intel8253/8254Intel8253/8254等。等。等。等。u显示器显示器LEDLED、LCD LCD、荧光（、荧光（、荧光（、荧光（VFDVFD）等。）等。）等。）等。u显示电路：显示电路：包括锁存、译码、驱动电路。包括锁存、译码、驱动电路。包括锁存、译码、驱动电路。包括锁存、译码、驱动电路。如如如如74LS4774LS47、CD4511CD4511等。等。等。等。u专用计数与显示单元电路：专用计数与显示单元电路：如如如如ICM7216DICM7216D。本讲稿第二十六页，共五十二页4 4）时基产生电路）时基产生电路功能：功能：产生测频时的产生测频时的产生
45、测频时的产生测频时的“门控信号门控信号门控信号门控信号”（多档闸门时间可选）及时间测（多档闸门时间可选）及时间测（多档闸门时间可选）及时间测（多档闸门时间可选）及时间测量时的量时的量时的量时的“时标时标时标时标”信号（多档可选）。信号（多档可选）。信号（多档可选）。信号（多档可选）。实现：实现：由内部由内部由内部由内部晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器（也可外接），通过（也可外接），通过（也可外接），通过（也可外接），通过倍频或分频倍频或分频倍频或分频倍频或分频得到。得到。得到。得到。再再再再通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发器得到
46、“门控信号门控信号门控信号门控信号”。如，若如，若如，若如，若fc=1MHz,fc=1MHz,fc=1MHz,fc=1MHz,经经经经101010106 6 6 6分频后，可得到分频后，可得到分频后，可得到分频后，可得到fs=1Hz(fs=1Hz(fs=1Hz(fs=1Hz(周期周期周期周期Ts=1s)Ts=1s)Ts=1s)Ts=1s)的时基信号，经过的时基信号，经过的时基信号，经过的时基信号，经过门控双稳态电路得门控双稳态电路得门控双稳态电路得门控双稳态电路得到宽度为到宽度为到宽度为到宽度为Ts=1sTs=1sTs=1sTs=1s的的的的门控信号。门控信号。门控信号。门控信号。本讲稿第二十
47、七页，共五十二页5 5）控制电路）控制电路功能：功能：产生各种控制信号，控制、协调各电路单元的工作，使产生各种控制信号，控制、协调各电路单元的工作，使产生各种控制信号，控制、协调各电路单元的工作，使产生各种控制信号，控制、协调各电路单元的工作，使整机按整机按整机按整机按“复零测量显示复零测量显示复零测量显示复零测量显示”的工作程序完成自动测量的任务。的工作程序完成自动测量的任务。的工作程序完成自动测量的任务。的工作程序完成自动测量的任务。如下图所示：如下图所示：如下图所示：如下图所示：准备期准备期（复零，等待）复零，等待）测量期测量期 （开门，计数）（开门，计数）显示期显示期（关门，停止计数）
48、（关门，停止计数）本讲稿第二十八页，共五十二页4.2.2 4.2.2 电子计数器的测量功能电子计数器的测量功能1）频率测量）频率测量原理：计数器严格按照原理：计数器严格按照原理：计数器严格按照原理：计数器严格按照 的定义实现频率测量。的定义实现频率测量。的定义实现频率测量。的定义实现频率测量。根据上式的频率定义，根据上式的频率定义，根据上式的频率定义，根据上式的频率定义，T T为采样时间，为采样时间，为采样时间，为采样时间，N N为为为为T T内的周期数。采样时内的周期数。采样时内的周期数。采样时内的周期数。采样时间间间间T T预先由闸门时间预先由闸门时间预先由闸门时间预先由闸门时间TsTs确
49、定（时基频率为确定（时基频率为确定（时基频率为确定（时基频率为fs fs）。则）。则）。则）。则或或或或该式表明，在数字化频率测量中，可该式表明，在数字化频率测量中，可该式表明，在数字化频率测量中，可该式表明，在数字化频率测量中，可用计数值用计数值用计数值用计数值N N表示表示表示表示fxfx。它体现了数。它体现了数。它体现了数。它体现了数字化频率测量的字化频率测量的字化频率测量的字化频率测量的比较法测量原理比较法测量原理比较法测量原理比较法测量原理。例如：例如：例如：例如：闸门时间闸门时间闸门时间闸门时间Ts=1sTs=1s，若计数值，若计数值，若计数值，若计数值N=10000N=10000
50、，则显示的，则显示的，则显示的，则显示的fxfx为为为为“10000”Hz10000”Hz，或，或，或，或“10.000”kHz10.000”kHz。如闸门时间。如闸门时间。如闸门时间。如闸门时间Ts=0.1sTs=0.1s，则计数值，则计数值，则计数值，则计数值N=1000N=1000，则显示的，则显示的，则显示的，则显示的fxfx为为为为 “10.00”kHz10.00”kHz。请注意：请注意：请注意：请注意：显示结果的有效数字末位显示结果的有效数字末位显示结果的有效数字末位显示结果的有效数字末位的意义，它的意义，它的意义，它的意义，它表示了频率测量的分辨力（应等于表示了频率测量的分辨力（