电子测量仪器-电子计数器.ppt

电子测量仪器 本章要点 · 电子计数器测频的工作原理、组成框图和误差分析 · 电子计数器测周的工作原理、组成框图 · 电子计数器测时间间隔的工作原理、组成框图 · 电子计数器的控制逻辑 本章难点 · 掌握数字测频的基本工作原理，电子计数器的组成框图和各点波形 · 熟悉量化误差的特点，理解减小量化误差的技术途径 · 掌握电子计数器测周的原理框图 4.1 概 述 点子计数器是一种最常见、最基本的数字仪器。它可以测出一定时间内的脉冲数目，并将结果以数字形式显示。因这种仪器直接测得的是一定时间内的脉冲数，所以早期多用于测量频率，称其为数字式频率计。但是，随着它的广泛应用和性能的不断改善，其功能也大大拓宽了。目前均普遍使用电子计数器这一名称。 4.1.1 电子计数器的分类 电子计数器是一种多功能的仪器，按其测试功能 可以分为下列几种。 1.通用计数器 2.频率计数器 3.计算计数器 4.特种计数器 4.1.2 电子计数器的主要技术指标 1.频率测量范围 2.周期测量范围 3.晶体振荡器的频率稳定度 4.输入灵敏度 5.输入阻抗 6.闸门时间和时标 7.显示及工作方式 4.2 电子计数器的工作原理 4.2.1 电子计数器的测频原理 1.测频的基本原理 根据频率的定义，一个周期性过程的频率，就是在单位时间内，这个过程的重复次数。因此，只要在一个特定的时间间隔T内，数出这个过程的周期数N，即 电子计数器测频是严格按照频率的定义进行的。它在某个已知的标准时间间隔Ts内，测出被测信号的重复次数N，然后由公式计算出频率。测量的原理框图如图4.1所示。 被测信号经过放大整形电路变成一个脉冲列，每一个脉冲对应一个振荡周期。这个脉冲列通过一个闸门。而这个闸门只在一段时间间隔T内开通，让脉冲通过。其余的时间闸门关闭，不让脉冲通过。通过闸门的脉冲由十进制电子计数器计数，计数的结果N在显示器上用数字显示出来。 闸门的开启与闭合受石英晶体振荡器（频率为fx）控制。经过适当的分频（也可为倍频）后，得到的脉冲，Kf为分频次数。此脉冲构成门控信号，使闸门在时间间隔T=Kf·Ts （Ts为晶振信号的周期）内开启。显然，如果T=1s，则频率fx=N；T=0.1s，fx=10N。再由译码显示电路将测量结果显示出来。选择T大一些，N数也大，显示的数据位数则多，则频率准确度就高一些。图4.2为各点的工作波形。图中整形输出的脉冲信号v1对应的被测信号vi由负半周至正半周的过零点，每个周期产生一个脉冲。 主要单元电路的工作原理如下。 （1）输入单元电路 输入单元电路通常由放大、整形电路构成，它将输入频率为fx的被测周期性信号放大、整形，变换成计数器能够接受的计数脉冲信号，并加到闸门电路的输入端。 （2）时基Ts产生电路 时基Ts产生电路包括石英晶体振荡器、分频器和时基选择电路。用于产生准确的时间间隔Ts。晶体振荡器输出的频率为fc（周期为Tc）的正弦波，经过分频、整形得到周期为Ts=nTc的窄脉冲，此脉冲触发一个双稳（即门控）电路，从门控电路输出端得到宽度为Ts的宽脉冲信号。 （3）主门电路在频率计中，主门是实现量化的比较电路。有了主门才能进行时间（或频率）的量化比较，实现时间（或频率）的数字转换。通常用“与门”电路组成。 （4）计数显示电路 计数显示电路的任务是对来自主门的脉冲进行计数，并将计数结果以数字显示出来。计数显示电路由计数器、寄存器、译码器和显示器等电路组成。 （5）逻辑控制电路 控制电路的作用是产生各种控制信号，进而控制各单元电路，使其按一定的规律，有条不紊、互相协调的工作，以完成数字化测量工作。电子计数器在控制电路的统一指挥下，按照等待→计数→显示→复零→等待→……的工作程序依次反复循环，进行测量工作。 2.电子计数器的测频误差 （1）测频误差产生的原因 ①闸门时间误差ΔT ②计数误差ΔN （2）量化误差（±1误差） （3）标准频率误差（时基误差） 4.2.2 电子计数器的测周原理 1.计数器测周的必要性 2.计数器测周的基本原理 测量周期时，被测信号经过放大、整形后，转换为同周期的脉冲信号。用此脉冲串的脉冲跳变沿去触发门控双稳。门控双稳的输出作为闸门的控制信号，使闸门仅在被测周期Tx内开启。晶振的输出信号经过整形后形成窄脉冲，再对其分频或倍频，得到一系列的标准时钟脉冲，即为时标信号。在闸门开启的时间Tx内，时标信号进入计数器。令时标信号周期为f0，经k分频输出频率为fs、周期为Ts的时标脉冲；时标脉冲在主门开启的时间进入计数器，计数器读数N，被测周期为Tx=NTs 式中：N——