基于微处理器的电子计数器原理及测量误差分析
微处理器实验报告
微处理器实验报告摘要:本文旨在介绍微处理器实验及其结果,内容包括实验目的、实验器材与方法、实验过程、实验结果和分析以及实验结论等。
通过本次实验,我们对微处理器的工作原理和应用有了更深刻的理解,并能够熟练地进行一些简单的微处理器操作。
1. 引言微处理器是现代计算机的核心组成部分,其作用是负责指令的执行和数据的处理。
在这个实验中,我们将通过操作微处理器,深入了解其内部构造和工作原理。
同时,我们也将学习如何正确地使用微处理器进行一些简单的计算和控制任务。
2. 实验目的本次实验的目的是:- 了解微处理器的基本工作原理;- 掌握微处理器的基本操作方法;- 理解不同指令的功能和使用方法;- 实现一些简单的计算和控制任务。
3. 实验器材与方法3.1 实验器材:- 微处理器实验箱- 示波器- PC机3.2 实验方法:首先,根据实验指导书上给出的实验电路图,按照电路图连接实验器材。
然后,将微处理器与PC机通过串口或者并口连接起来。
接下来,根据实验指导书上给出的指令,编写相应的程序代码并将其烧录到微处理器中。
最后,通过操作微处理器,观察实验结果并进行实验数据的采集和分析。
4. 实验过程4.1 硬件连接:根据实验指导书上的电路图,连接实验箱和示波器,保证电路的正常工作。
4.2 软件编程:根据实验指导书上的指令,使用相应的软件工具或编程语言编写程序代码,并将其烧录到微处理器中。
4.3 实验操作:按照实验指导书上的要求,操作微处理器进行各种指令的执行,观察实验结果并记录相关数据。
5. 实验结果与分析通过本次实验,我们成功地完成了一些简单的微处理器操作,并观察到了相应的实验结果。
在实验中,我们使用了一些常见的指令,如加法指令、乘法指令和逻辑指令等,并实现了一些简单的计算和控制任务。
同时,我们还观察到了微处理器的运行速度以及实验过程中的一些注意事项。
通过对实验数据的分析,我们发现微处理器在执行指令时的速度非常快,能够实时处理大量的数据,并及时给出相应的计算结果。
电子计数器原理及测量小结
Tx Tx
1 Tx f
s
fc fc
10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10
Tx
10Tx
Tx
100Tx
fc 5 109 fc
fx
10 102 1031041051061071081091010
它也是以标准频率误差为下限,但与被测频率fx成正 比。另外采用多周期测量和小时标可有效地减小测周
T NTs
㈡ 测量方法
⒈ 测量两个信号之间的时间间隔(基本模式)
例如测量两个同频信号之间的相位差所对应的时间t1。这 时应把开关S断开,把B、C两通道的触发电平调到零,
触发极性均放在“+”或者均放在“–”,放在“+”时,测
出的是图中的t1,放在“-”时,测出的是图中的t2。如图 所示。
v1
v2
t1
t2
t
⒉ 测量同一信号某两点之间的时间间隔
这时应把开关S接通。以测量脉宽为例,对B通道,应把K1接“+”, 触发电平置于50%,对C通道,应把K2接“-”,触发电平也置于 50%。则在上升沿的50%处,B通道产生置位脉冲,在下降沿的50% 处,B通道产生复位脉冲,则主门的开通时间就是信号的脉宽T。
器测频时的主要误差。
⑵ 闸门时间误差
闸门时间误差主要由时标信号产生电路的石英晶体 振荡器的频率准确度决定,用T/T表示。
T ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱc
T
fc
一般,T/T的值远小于N/N的值。
综上所叙,计数器测频时的主要误差有两项,即计数 误差和闸门时间误差(标准频率误差),可用绝对值 合成法表示如下:
f x fx
电子行业电子计数器测量
电子行业电子计数器测量1. 简介电子计数器是一种常用的测量仪器,广泛应用于电子行业中。
它通过计算发生器的脉冲个数来实现测量各种物理量的功能,如频率、周期、脉宽等。
在电子行业中,电子计数器常用于测试电路中的信号频率、脉宽、周期等参数,以验证电路的性能。
本文将介绍电子计数器的工作原理、应用场景以及操作步骤,以帮助读者了解电子计数器的基本知识和使用方法。
2. 工作原理电子计数器的工作原理基于时基频率的计数。
其基本组成部分包括输入电路、计数电路、显示电路和控制电路。
输入电路用于将测量对象的信号转化为脉冲信号,一般使用门电路、触发器等元器件来实现。
计数电路用于对脉冲信号进行计数,常用的计数电路有二进制计数器、预置计数器等类型。
显示电路显示计数结果,常用的显示装置为数码管。
控制电路用于控制计数器的工作状态和计数范围。
电子计数器的工作流程如下: 1. 输入电路将待测量的物理量转化为脉冲信号。
2. 计数电路对脉冲信号进行计数。
3. 显示电路显示计数结果。
3. 应用场景电子计数器在电子行业中有广泛的应用场景,下面列举了几个常见的应用场景:电子计数器可以通过计算输入信号的脉冲个数来测量信号的频率。
在测试电路中的时钟频率、电子元件振荡频率等方面,频率测量是一个重要的应用场景。
3.2 周期测量电子计数器可以通过计算输入信号的脉冲个数来测量信号的周期。
在测试电路中的波形周期、信号周期等方面,周期测量是非常常见的应用场景。
电子计数器可以通过测量脉冲信号的高电平或低电平时长来测量脉冲信号的脉宽。
在电子行业中,脉宽测量用于测试数字电路中的脉冲宽度、脉冲读取时间等参数。
3.4 计数功能电子计数器还具有计数功能,可以通过计算输入信号的脉冲个数来进行计数。
在某些应用中,需要对输入信号的脉冲个数进行统计,计数功能可以满足这一需求。
4. 操作步骤使用电子计数器进行测量需要按照以下步骤进行操作:1.连接输入信号:将待测量的信号通过连接线接入电子计数器的输入端口。
电子电路中的计数问题解析
电子电路中的计数问题解析计数问题在电子电路中是一个非常重要的概念。
无论是数字电路还是模拟电路都需要计数器来实现各种计数功能。
本文将对电子电路中的计数问题展开详细解析,包括计数器的基本原理、计数器的类型以及计数器的应用。
一、计数器的基本原理计数器是一种常见的数字电路元件,用于记录和表示电路的计数状态。
它由触发器或者锁存器以及各种逻辑门构成。
计数器的基本原理是通过时钟信号的触发,使得计数器按照一定规律改变其输出状态,从而实现计数功能。
二、计数器的类型基于实现方式的不同,计数器可以分为同步计数器和异步计数器。
同步计数器是指计数器各个触发器的输出同时改变的计数器,它具有运算速度快、稳定可靠等特点。
异步计数器是指在计数过程中,各个触发器的输出存在时间差,具有灵活性强的特点。
根据计数器的位数,计数器又可以分为4位计数器、8位计数器等等。
不同位数的计数器适用于不同的场景,可以根据具体需求选择合适的计数器类型。
三、计数器的应用1. 时钟频率分频:计数器可以通过设置初始值和重载值实现时钟频率的分频。
通过改变计数器的位数,可以实现不同的分频比。
2. 自动计数:计数器可以用于自动记录、统计和计算数据,提高工作效率。
例如,物流行业中的包裹计数器能够自动记录出入库的货物数量。
3. 数字显示:计数器可以用于驱动数码管显示数字。
通过改变计数器的输出状态,可以实现数字的自动循环显示。
4. 时序控制:计数器可以用于控制电子系统的时序。
通过改变计数器的输出状态,可以按照预设的时序顺序触发各种操作。
5. 频率测量:计数器可以用于测量信号的频率。
通过记录计数器在一定时间内的计数值,可以根据公式计算出信号的频率。
四、总结电子电路中的计数问题是一项重要的研究内容,计数器是实现计数功能的基本元件。
本文对计数器的基本原理、类型以及应用进行了详细解析。
希望通过本文的介绍,读者能够更好地理解电子电路中的计数问题,并且能够灵活应用计数器解决实际问题。
计数器的实验原理
计数器的实验原理
计数器是一种电子设备,用于对输入信号的数量进行计数。
它通常由一个或多个触发器和组合逻辑电路构成。
触发器是计数器的基本构建单元,它可以在输入信号的上升沿或下降沿触发状态的改变。
触发器可以存储一个二进制位,常用的触发器有RS触发器、D触发器、JK触发器等。
组合逻辑电路用于控制触发器的状态转换。
通过逻辑门(如与门、或门、非门等)以及触发器之间的互连,可以实现复杂的计数逻辑。
例如,一个4位二进制计数器可以通过四个D触
发器和若干逻辑门组成。
当计数器接收到一个时钟脉冲信号时,逻辑电路会根据当前触发器的状态和逻辑控制信号来决定是否进行状态转换。
这样,计数器就可以记录输入信号的数量。
计数器的输出可以表示为二进制数,可以用来显示或进一步处理。
比如,可以将计数器连接到数码显示器上,以实时显示当前计数值。
实验中,可以通过给计数器的输入引脚接上一个外部信号源,如一个定时器或按钮开关。
然后观察计数器输出的变化,验证计数器是否按照预期进行计数。
需要注意的是,计数器的位数决定了最大可计数的数量。
当计数器达到最大数值后,可以通过递增到最小数值(如从15递
增到0,称为循环计数)或通过某种逻辑来选择性地保持计数
器在某个特定值上。
计数器广泛应用于数字电子技术领域,常见的应用包括计时器、频率计数器、信号发生器、编码器等。
电子计数器误差
电子计数器误差 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-电子计数器的测量误差本节要求:(1)掌握量化误差、触发误差、标准频率误差的概念及来源。
(2)掌握频率测量误差的组成及分析方法,并能用来解决实际问题。
(3)掌握周期测量误差的组成及分析方法,并能用来解决实际问题。
(4)掌握减小频率及周期测量中误差的方法。
测量误差的来源1.量化误差所谓量化误差就是指在进行频率的数字化测量时,被测量与标准单位不是正好为整数倍,因此在量化过程中有一部分时间零头没有被计算在内而造成的误差,再加之闸门开启和关闭的时间和被测信号不同步(随机的),使电子计数器出现±1误差。
2.触发误差所谓触发误差就是指在门控脉冲在干扰信号的作用下使触发提前或滞后所带来的误差。
3.标准频率误差标准频率误差是指由于电子计数器所采用的频率基准(如晶振等)受外界环境或自身结构性能等因素的影响产生漂移而给测量结果引入的误差。
频率测量误差分析计数器直接测频的误差主要由两项组成:即±1量化误差和标准频率误差。
一般,总误差可采用分项误差绝对值合成.(4-9)1.量化误差在测频时,由于闸门开启时间和被计数脉冲周期不成整数倍,在开始和结束时产生零头时间Δt1和Δt2,如图4-14所示。
由于Δt 1和Δt 2在0~T x 之间任意取值,则可能有下列情况:①当t 1=t 2时,N =0②当t 1=0,t 2=T x 时,N =-1 ③当t 1=T x ,t 2=0时,N =+1即最大计数误差为±1个数,故电子计数器的量化误差又称为±1误差。
(4-10)2. 标准频率误差由于晶振输出频率不稳定引起闸门时间的不稳定,造成测频误差。
所以:3.减小测频误差方法的分析根据式4-9所表示的测频误差△f x /f x 与±1误差和标频误差△f c /f c 的关系,可画出如图4-15所示的误差曲线。
电子计数器测量原理
凡是使用时标和闸门时间标准信号的功能都存在此项误差,例如测频、 凡是使用时标和闸门时间标准信号的功能都存在此项误差,例如测频、 累加计数等功能不存在该项误差。 测周、测时间间隔等。而测fA/fB、累加计数等功能不存在该项误差。 测周、测时间间隔等。而测 为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小, 为了使标准频率误差对测量结果产生影响足够小,应认真选择晶振的准 确度。一般说来,通用计数器显示器的位数愈多,所选择的内部晶振准确 确度。一般说来,通用计数器显示器的位数愈多, 度就应愈高。例如七位数字的通用计数器一般采用准确度优于10 度就应愈高。例如七位数字的通用计数器一般采用准确度优于 -7数量级 的晶体振荡器。这样,在任何测量条件下,由标准频率误差引起的测量误 的晶体振荡器。这样,在任何测量条件下, 都不大于由± 误差所引起的测量误差 误差所引起的测量误差。 差,都不大于由±1误差所引起的测量误差。
周期测量原理 2. 周期测量原理
周期为T 的被测信号经B通道处理后再经门控双稳输出作为主门启闭的控制 周期为 x的被测信号经 通道处理后再经门控双稳输出作为主门启闭的控制 信号,使主门仅在被测周期T 时间内开启。 信号,使主门仅在被测周期 x时间内开启。 同时,晶体振荡器输出经倍频和分频得到了一系列的时标信号, 同时,晶体振荡器输出经倍频和分频得到了一系列的时标信号,通过时标选 择开关,所选时标即经A通道送往主门 通道送往主门。 择开关,所选时标即经 通道送往主门。 在主门开启时间内,时标进入计数器计数。若所选时标为 在主门开启时间内,时标进入计数器计数。若所选时标为T0,计数器计数值 为N,则被测信号的周期为: ,则被测信号的周期为: Tx = N×T0 × (7.1) )
三、 通用计数器测量误差 2.标准频率误差
电子信号频率测量方法误差分析
电子信号频率测量方法误差分析现阶段在电子信号频率的测量上大多是采用数字方法进行,其基本原理是利用电子计数的输入通道对信号进行放大、分析、处理,然后再结合具体数据输出符合技术要求的脉冲信号,然后再通过定时器对采样时间间隔加以控制。
一般来说,在该时间段内对电子信号与基准频率信号进行计算能够通过计算机分析得出具体的频率值。
当前在电子信号频率的测量上主要有变闸门测频法、测周期法与直接测频发三种,对此就通过采用定量分析的方法对三种测量方法进行具体分析,并提出一些可用参考的意见与措施。
标签:电子信号;数字方法;电子计数器;采样1电子信号频率测量原理与误差分析设待测电子信号的频率实际测量值、精确值分别为fx、fx0;电子信号的基准频率的标定频率与实际测量频率分别为fR、fR0;电子计数器对待测电子信号的计数值和精确值分别为n、n0;电子计数器对基准频率信号的计数值及精确值分别为m、m0。
然后通过计算,得出电子信号待测精确值为fx0=m01m0fR0(1)而实际计算待测电子信号频率公式为:fx=n1mfR(2)从公式(1)与公式(2)就可以明显看出电子信号的实际测量值与理论计算值存在有不同,因此必然会造成电子信号频率的测量误差。
如果设定公式(2)中的四个变量的绝对误差分别为,则可以推出以下两个计算公式:Δfx=dfx=fx1ndn+fx1fRdfR+fx1mdm(3)Δfx≈fR1mΔn+n1nΔfR-n1m2fRΔm(4)如果设定公式(2)中的四个变量的相对误差分别为,则可以把公式(4)中的绝对误差量用相对误差量替代得到公式(5):δfx=m01m*fR1fR0δn+m01m*n1n0δfR-n1n0*m201m2*fR1fR0δm(5)公式(5)中所产生的误差主要是因为电子计数器基准频率源不稳定所导致的,当前有很多电子技术其基准频率源是由于振荡器晶体震荡频率信号分频所获取到的,因此其稳定性同传统电子技术器相比较强,这样就可以忽略误差项,就可以把公式(5)简化为下式:δfx=m01m*δn-n1n0*m201m2*δm(6)因此由公式(6)可以得出,误差项是难以利用某一方法加以消除,不仅如此,由于在电子技术其的技术时间间隔当中也会产生一定的计数误差,而且在计数间隔中很难保证计数始终为整,加上电子计数器其最小技术单位为1,因此在计数过程中所产生的量化误差同样不可消除。
计数器实验原理
计数器实验原理
计数器实验的原理是基于电子数字技术实现的。
它通过将输入的电信号进行计数,并根据给定的规则输出相应的计数结果。
计数器的工作原理通常利用触发器和逻辑门电路来实现。
触发器是一种能够存储和传递信息的电子器件。
计数器中使用的触发器被称为“触发型计数器”,它能够周期性地切换输出状态,从而实现计数功能。
计数器通常有一个输入端,称为时钟输入。
时钟输入接收外部的时钟信号,根据时钟信号的变化来切换触发器的状态。
当时钟信号的边沿(上升沿或下降沿)到来时,触发器的状态会发生变化。
计数器一般有几个输出端,每个输出端对应一个计数值。
当时钟信号到来时,计数器根据规定的计数规则改变输出的计数值。
不同类型的计数器有不同的计数规则,常见的有二进制计数器、十进制计数器和BCD码计数器等。
计数器可以实现多种功能,如正向计数、负向计数、加法计数、减法计数、循环计数等。
通过不同的触发器和逻辑门的组合,可以实现各种复杂的计数功能。
计数器广泛应用于各个领域,如计算机、通信、测量等。
它们能够对事件、信号、数据等进行计数和统计,提供了有效的计数和计量手段。
电子计数器的原理与应用探析
电子计数器的原理与应用探析电子计数器是一种广泛应用于各个领域的计数器,具有高精度、高可靠性和易于集成等特点。
本文将深入探讨电子计数器的原理和应用,并对其在不同领域中的具体应用进行梳理和分析。
一、电子计数器的原理电子计数器是一种以数字形式计数的计数器,其基本原理是利用电子元器件(如触发器、时钟、逻辑门等)进行信号计数。
其工作过程可大致分为两个阶段:计时和显示。
1. 计时阶段计时阶段是电子计数器的核心过程,其中主要有两个关键元件:时钟和触发器。
时钟作为计数器的脉冲源,以稳定的频率产生脉冲信号,触发器根据接收到的脉冲进行计数。
在计时阶段,当时钟产生一个脉冲信号时,触发器的状态会发生变化,根据触发器的设计方法和类型不同,触发器可能会呈现不同的状态变化方式(如D触发器、JK触发器等),从而实现对计数器的计数功能。
2. 显示阶段显示阶段是将计数器的结果以某种形式进行显示,常见的显示形式有数字显示和图形显示。
数字显示通常采用数码管,图形显示则利用LED等发光二极管等元件。
数字显示方式中,数码管根据触发器的计数结果,依次点亮对应的数码管段,从而显示计数结果。
图形显示方式则通过LED等发光二极管的亮灭来表示计数结果。
总体来说,电子计数器的原理是通过时钟产生脉冲信号,触发器根据脉冲信号进行计数,最后将计数结果以数字或图形形式进行显示。
二、电子计数器的应用电子计数器广泛应用于各个领域,下面将对其中几个常见的应用进行探究和分析。
1. 工业自动化在工业自动化领域,电子计数器常用于对物品进行计数。
比如在生产输送带上,可以通过电子计数器对通过的产品数量进行计数,从而实现生产线上的自动计数和控制。
此外,电子计数器还可以用于工业设备的启停控制,通过对设备运行时间的计数,可以实现设备自动开关和故障检测等功能。
2. 仪器仪表在科学实验和仪器仪表中,电子计数器被广泛用于测量和计数。
比如在实验室中,可以使用电子计数器对实验中的事件进行计数,如粒子碰撞次数、光子闪烁次数等。
电子计数器测量误差
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中界频率fz: 当fx较低时,宜采用测周期法,然后根据Tx求fx;当fx较高
时,宜采用测频法。 而某个频率用两种方法测量的效果相同,这个频率称为中
界频率fz,可由下式求得:
1 f xT
f xTS
即:
fz fx
1 TTS
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典型产品介绍
E312B通用电子计数器面板图
8
电子计数器的测量误差
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5.4.1 误差来源
1、量化误差(计数误பைடு நூலகம்)
由于主门的开启和计数脉冲的到达在时间关系上是随机的。因此, 在相同的主门开启时间内,计数器对同样的脉冲串进行计数时,计数结 果不一定相同。
(1)这种误差的极限是±1个数码,又称±1误差。 (2)不论计数值N多大,其绝对误差都是±1,它的相对误差为:
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本章小结
结束 放映
1、电子计数器的输入电路,将被测信号转换成数字电路所要 求的触发脉冲源;
时基单元则提供多种准确的闸门时间和时标信号; 主门根据门控电路提供的门控信号决定计数时间; 计数电路则对由被测信号转换来的计数脉冲或时标信号进行准 确计数和显示; 整个仪器在控制电路的控制和协调下按一定的工作程序自动完 成测量任务。
(3)最终计数值N越大,量化误差的影响越小。这正是在测量时 要求尽量增加测量结果有效数字位的原因所在。
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2、标准频率误差
电子计数器在测量频率和时间时都是晶体振荡器产生的各种标准时间 为时间信号基准的。如果标准时间信号不准或不稳定,则会产生测量误差。
3、触发误差
在输入通道将信号转换为标准脉冲时,存在各种干扰和噪声的影响, 同时用作整形的施密特电路进行转换时,电路本身的触发电平还可能产生 漂移,从而引入触发误差。误差大小与被测信号的大小和转换电路的信噪 有关。
单片机的计数器原理及其在计时与测量中的应用
单片机的计数器原理及其在计时与测量中的应用一、引言单片机作为一种常用的嵌入式系统芯片,广泛应用于各个领域,其中计时与测量是其最主要的应用之一。
计数器作为单片机中的一个重要模块,其原理和应用在计时与测量中起着至关重要的作用。
本文将深入探讨单片机计数器的原理以及其在计时与测量中的应用。
二、单片机计数器原理1. 计数器的基本原理计数器是一种具有计数功能的电子电路。
在单片机中,计数器的实现通常是通过触发器来完成的。
触发器是一种可以存储并响应输入信号的设备,常见的触发器有D触发器、JK触发器等。
2. 单片机中的计数器单片机中的计数器通常使用的是二进制计数器。
二进制计数器是一种可以实现二进制计数的设备,其特点是能够顺序输出二进制的计数序列。
在单片机中,计数器多数情况下是异步计数器,即每一个触发器都是独立计数的。
3. 计数器的工作原理计数器的工作原理可以通过一个简单的示例来说明。
假设有一个8位的计数器,初始状态为00000000。
每当计数器接收到一个时钟信号时,计数器的值就会加1。
当计数器的值增加到11111111时,再接收到一次时钟信号,计数器的值会变为00000000,实现了循环计数的功能。
三、计时与测量中的应用1. 计时应用单片机计数器在计时应用中起到了关键作用。
通过配置计数器的时钟源和计数周期,可以实现不同精度的计时功能。
例如,在定时器/计数器的计时模式下,可以设置计数周期为1秒,这样就可以实现精确的秒表功能。
2. 测量应用单片机计数器还可以在测量应用中发挥功效。
通过计算两次计数器计数值的差异,结合已知的时钟源频率,可以得出被测信号的周期或频率。
例如,测量一个脉冲信号的频率时,可以将该信号连接到计数器的引脚上,通过计算其中一个计数器的值发生变化的次数,再除以已知的时钟源频率,就可以得出该脉冲信号的频率。
四、单片机计数器的配置与编程1. 计数器模式选择在单片机中,通常有多种计数器模式可供选择,包括定时器、事件计数器等。
电子测量与智能仪器2——测量误差分析与数据处理共57页
2.1.2 测量误差的表示方法
1、测量误差的分类 测量误差按表示方法分,有
绝对误差和相对误差;当用于表 示测量仪器时还有“引用误差”。
按误差的来源分,有器具误 差、人身误差、影响误差及方法 误差等。
按误差的性质分,有系统误 差、随机(偶然)误差和疏失 (粗大)误差。
2010年3月
2、绝对误差 (1)定义
ΔU1=101-100=1V ΔU2=6-5=1V
2010年3月
3、相对误差
(1)定义
测量的绝对误差与被测量的真值之比
(用百分数表示),称为相对误差用γ0 表示。
0
x A0
100%
一般情况下,可用绝对误差与实
际值之比表示相对误差(有必要区分
时称为实际相对误差),用γA表示
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A A x100% x AA100%
2.1 测量误差的基本原理
2.1.1 研究误差的目的 研究误差的目的,归纳起来可有以下几个方
面: ① 正确认识误差的性质和来源,以减小测量误
差。 ② 正确处理测量数据,以得到接近真值的结果。 ③ 合理地制订测量方案,组织科学实验,正确
地选择测量方法和测量仪器,以便在条件允 许的情况下得到理想的测量结果。 ④ 设计仪器时,需要用误差理论进行分析并适 当控制这些误差因素,使仪器的测量准确程 度达到设计要求。
例: A 1 U U 11100% 10 10100% 1% A 2 U U 22100% 1 5100% 20%
用相对误差可以恰当地表征测 量的准确程度。
相对误差是一个只有大小和符号, 而没有量纲的数值。
2010年3月
在误差较小或要求不太严格的场合,
也可以用仪器的测得值代替实际值。这
计数器的原理及应用难点
计数器的原理及应用难点1. 介绍计数器是一个常见的电子元件,用于记录和显示事件发生的次数。
它广泛应用于各种领域,如电子设备、工业自动化、通信系统等。
本文将介绍计数器的原理及应用中的难点。
2. 计数器的原理计数器是由多个触发器组成的数字电路。
每个触发器可以存储一个二进制位的值。
当触发器接收到一个时钟信号时,它会改变自身的状态。
通过串联多个触发器,就可以实现多位二进制计数器。
2.1 同步计数器同步计数器中,所有触发器使用相同的时钟信号。
当时钟信号上升沿到来时,所有触发器同时改变状态。
这种方式能够确保计数器的稳定性和准确性。
2.2 异步计数器异步计数器中,每个触发器都有自己的时钟信号。
触发器的时钟信号由前一级触发器的输出来控制。
这种方式可以实现不同触发器的计数速度不同,从而实现更复杂的计数器功能。
3. 应用难点在实际应用中,计数器常常面临以下难点。
3.1 硬件资源限制计数器需要占用大量的硬件资源,尤其是在需要高位数计数的情况下。
当计数器位数增加时,所需的触发器数量也随之增加,这对于硬件资源有较高的要求。
3.2 时序问题计数器的稳定性和准确性受到时序问题的影响。
当时钟信号的频率过高或过低时,计数器可能无法正常工作。
此外,当计数器的输入信号频率较高时,也需要考虑时序问题,以确保计数器能够正确地计数。
3.3 环形计数问题在某些应用中,计数器需要实现环形计数,即当计数达到最大值时,重新从最小值开始计数。
这需要特殊的设计和控制逻辑,以确保计数器能够平稳地切换到下一个计数周期。
3.4 同步问题在多个计数器同时应用的场景下,需要解决计数器之间的同步问题。
例如,当多个计数器需要同时开始计数或同时停止计数时,如何设计并实现同步控制是一个难点。
4. 总结计数器是一个重要的数字电路元件,其原理和应用都具有一定的难点。
在实际使用中,我们需要针对具体应用场景考虑硬件资源、时序、环形计数和同步等问题。
通过合理的设计和控制,可以克服这些难点,实现计数器的准确和稳定工作。
电子计数器基本原理和功能介绍
电子计数器基本原理和功能介绍电子计数器(electronic counter)利用数字电路技术数出给定时间内所通过的脉冲数并显示计数结果的数字化仪器。
电子计数器是其他数字化仪器的基础。
在它的输入通道接入各种模-数变换器,再利用相应的换能器便可制成各种数字化仪器。
电子计数器的优点是测量精度高、量程宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字,而且易于实现测量过程自动化,在工业生产和科学实验中得到广泛应用。
工作原理和基本功能图为电子计数器的基本结构。
由B通道输入频率为fB的经整形的信号控制闸门电路,即以一个脉冲开门,以随后的一个脉冲关门。
两脉冲的时间间隔(TB)为开门时间。
由A通道输入经整形的频率为fA的脉冲群在开门时间内通过闸门,使计数器计数,所计之数N=f A·TB。
对A、B通道作某些选择,电子计数器可具有以下三种基本功能。
①频率测量:被测信号从A通道输入,若TB为1秒,则读数N 即为以赫为单位的频率fA。
由晶体振荡器输出的标准频率信号经时基电路适当分频后形成闸门时间信号而确定TB之值。
②周期或时间间隔测量:被测信号由B信道输入,控制闸门电路,而A通路的输入信号是由时基电路提供的时钟脉冲信号。
计数器计入之数为闸门开放时间,亦即被测信号的周期或时间间隔。
③累加计数:由人工触发开放闸门,计数器对A通道信号进行累加计数。
在这些功能的基础上再增加某些辅助电路或装置,计数器还可完成多周期平均、时间间隔平均、频率比值和频率扩展等功能。
电子计数器性能指标主要包括:频率、周期、时间间隔测量范围、输入特性(灵敏度、输入阻抗和波形)、精度、分辨度和误差(计数误差、时基误差和触发误差)等。
电子计数器按功能可分三类。
1、通用计数器是利用数字电路技术数出给定时间内所通过的脉冲数并显示计数结果的数字化仪器。
通用计数器是其他数字化仪器的基础。
在它的输入通道接入各种模-数变换器,再利用相应的换能器便可制成各种数字化仪器。
电子测量误差分析探究
电子测量误差分析探究摘要:随着科技水平的进步,我国电子测量技术有了很大突破。
在当今的人们生活过程中,对于电子仪器设备的使用是非常广泛的,电子测量仪器的测量结果也被广泛的应用在各个领域行业当中,人们都以为电子仪器测量出来的结果就会非常的精确,但是却不知道依旧有许多客观的因素,会使得电子仪器的测量结果依然出现误差,因此我们必须要对电子仪器测量中产生的误差,展开一些针对性的分析,使得电子测量结果能够无限的接近准确程度,对行业中的数据分析要求提供有力的数据来源,本文也从电子测量误差的概念以及产生的原因和控制措施展开一些简要的分析。
关键词:电子测量;误差分析引言近年来,我国在电子测量的研究和应用方面投入了大量的人力、物力,电子测量技术在各领域有了广泛的应用,它涉及国防建设、国民经济发展、人文、军事及民众的学习与生活等诸多方面,电子测量技术的发展在无形中使我们的生活变得更加智能化。
1电子测量误差的基本概念所谓的电子测量就是利用当今的数字化测量仪器对需要被测量的产品数值进行真实的反映,使得被测量的物品的各种指标数据,都能够精准地呈现在人们的眼前。
然而对于任何测量结果来说,都会有不良因素存在,从而影响到测量的结果精准性,误差是一定会存在的,而所谓的误差,指的是测量值与其真实值间的差异,但由于误差不能够完全的抵消,所以人们对于测量结果的精准性一般定义在测量结果处于被测物品数据真实值的一定范围内。
误差又分为两种,一种叫绝对误差,另一种叫相对误差,绝对误差指的是将测量的数据减去标准值,它们俩之间产生的差距就被称为绝对误差,但是由于标准值是无法确定的,在测量过程中,无法真正的完全得到精准的标准值,所以人们它是规定在测量条件下,约定好的能够反映被测物品真实数据的参考数据。
而绝对误差的大小,主要就是反映测量结果与被测物品的真实结果偏离程度,它的绝对值越小表示结果越精准。
另一种误差叫做相对误差,所谓的相对误差,认为测量结果的精准性,并不能单单靠与被测物体的真实数值的偏离程度来反映,还需要与标准值的偏差程度来评定,相对误差指的是绝对误差与被测物体的真实值间的比值,它主要的含义是测量误差偏离标准值的程度范围。
用微处理器电路实现等精度测频方法——兼谈计数器±1误差问题
用微处理器电路实现等精度测频方法——兼谈计数器±1误差
问题
谢文梁
【期刊名称】《电子测量技术》
【年(卷),期】1991()1
【摘要】本文所介绍的技术,涉及时间频率测量仪器。
首先分析传统数字式频率计的误差来源,重点分析末位量化误差的产生原因及其与待测频率Fx的关系,然后提出一种采用微处理器的、与待测频率Fx无关(即在同一闸门内保持等精度)的测频方法,包括电路和程序方案。
采用本项技术,可以使测频准确度至少提高两三个数量级。
传统的数字式频率计的测量误差,根据测频计数原理来分析(不考虑因为信号波形或触发延迟等原因引起的触发误差),主要取决于两个因素。
【总页数】5页(P20-23)
【关键词】微处理器;电路;频率计;计数器;误差
【作者】谢文梁
【作者单位】湖南纺织专科学校
【正文语种】中文
【中图分类】TM935.13
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电子计数器误差
电子计数器的测量误差本节要求:(1)掌握量化误差、触发误差、标准频率误差的概念及来源.(2)掌握频率测量误差的组成及分析方法,并能用来解决实际问题.(3)掌握周期测量误差的组成及分析方法,并能用来解决实际问题.(4)掌握减小频率及周期测量中误差的方法.测量误差的来源1.量化误差所谓量化误差就是指在进行频率的数字化测量时,被测量与标准单位不是正好为整数倍,因此在量化过程中有一部分时间零头没有被计算在内而造成的误差,再加之闸门开启和关闭的时间和被测信号不同步(随机的),使电子计数器出现±1误差.2.触发误差所谓触发误差就是指在门控脉冲在干扰信号的作用下使触发提前或滞后所带来的误差.3.标准频率误差标准频率误差是指由于电子计数器所采用的频率基准(如晶振等)受外界环境或自身结构性能等因素的影响产生漂移而给测量结果引入的误差.频率测量误差分析计数器直接测频的误差主要由两项组成:即±1量化误差和标准频率误差.一般,总误差可采用分项误差绝对值合成.1.量化误差在测频时,由于闸门开启时间和被计数脉冲周期不成整数倍,在开始和结束时产生零头时间Δt1和Δt2,由于Δt1和Δt2在0~T x之间任意取值,则可能有下列情况:①当t1=t2时,N=0②当t1=0,t2=T x时,N=-1③当t1=T x,t2=0时,N=+1即最大计数误差为±1个数,故电子计数器的量化误差又称为±1误差.x s f T N N N 11±=±=∆ (4-10)2. 标准频率误差由于晶振输出频率不稳定引起闸门时间的不稳定,造成测频误差.所以: s c sc T fT f ∆∆=-3.减小测频误差方法的分析根据式4-9所表示的测频误差△f x /f x 与±1误差和标频误差△f c /f c 的关系,可画出如图4-15所示的误差曲线.图4-15 计数器测频时的误差曲线从图中可以看出:当在f x 一定时,增加闸门时间T s 可以提高测频分辨力和准确度.当闸门时间一定时,输入信号频率f x 越高则测量准确度越高.在这种情况下,随着±1误差减小到cc f f /∆以下时,c c f f /∆的影响不可忽略.这时,可以认为cc ff /∆是计数器测频的准确度的极限.例 设f x =20MHz,选闸门时间T s =,则由于±1误差而产生的测频误差为:若T s 增加为1s,则测频误差为±5×10-8,精度提高10倍,但测量时间是原来的10倍. 1. 误差表达式由式T x =N T 0 可得 00T T N N T T xx ∆+∆=∆因为: 0x x TN T f T == ,所以: 0011()c c xx c x c T f T T T f T T f f ∆∆∆=±±=±+(4-11)2. 减小测量周期误差的方法根据式4-11我们可以得到下图所示的测周期的误差曲线图,由图中可以看出:110-1 10-210-310-410-510-310-710-810-910-10110 102103 10K 102K 103K 10M 102M 103Mf x (Hz)闸门时间T s = 1s 10sss图4-16测周误差曲线图 周期测量时信号的频率越低,测周的误差越小;周期倍乘的值越大,误差越小;另外可以通过对更高频率的时基信号进行计数来减小量化误差的影响. 3. 中界频率当直接测频和直接测周的量化误差误差相等时,就确定了一个测频和测周的分界点, 这个分界点的频率称为中界频率.00s xm xm xm F T f f T f == (4-12)xmf =(4-13) 根据中界频率,我们可以选择合适的测量方法来减小测量误差.既:当f x > f xm 时,应使用测频的方法;当f x < f xm 时,适宜用测周的方法. 4. 触发误差在测量周期时,被测信号通过触发器转换为门控信号,其触发电平波动以及噪声的影响等,在测周时,闸门信号宽度应准确等于一个输入信号周期.闸门方波是输入信号经施密特触发器整形得到的.在没有噪声干扰的时候,主门开启时间刚好等于一个被测周期T x .当被测信号受到干扰时(如图4-17所示,干扰为尖峰脉冲V n ,V B 为施密特电路触发电平)施密特电路本来应在A 1点触发,现在提前在A 1’处触发,于是形成的门方波周期为T ’x ,由此产生的误差(1T ∆)称为“触发误差”.可利用图4-17(b )来近似分析和计算1T ∆.如图中直线ab 为A 1点的正弦波切线,则接通电平处正弦波曲线的斜率为tg α. 由图可得:αtg v T n=∆1 (4-14)式中,v n ——干扰和噪声幅度.将上式代入式(,即V B =0,可得:(4-15)式中,V m 为信号振幅.同样,在正弦信号下一个上升沿上(图中A 2点附近)也可能存在干扰,即也可能产生触发误差2T ∆,(4-16)由于干扰或噪声都是随机的,所以1T ∆和2T ∆都属于随机误差,可按2221)()(T T T n ∆+∆=∆(4-17)5. 多周期同步法多周期测量减小转换误差的原理如图4-18所示.因为闸门信号是和被测信号同步后产生的,所以对周期个数的计数值不存在量化误差.而两相邻周期触发误差所产生的ΔT 是相互抵消的,思考题:1.分析通用计数器测量频率和周期的误差,以及减小误差的方法.2. 用电子计数式频率机测量1KHz 的信号,当闸门时间分别为1秒和秒时,试比较两种方法由±1误差引起的相对误差.3. 利用计数器测频,已知内部晶振频率f c =1MHz,Δf c /f c =±1×10-7,被测频率f x =100KHz,若要求“±1”误差对测频的影响比标准频率误差低一个量级(即为±1×10-6),则闸门时间应取多大 若被测频率f x =1KHz,且闸门时间保持不变,上述要求能否满足 高分辩率时间和频率测量技术 本节要求:(1) 掌握多周期同步法的原理.(2) 掌握模拟内插法和游标法的原理并能用来解决实际问题. (3) 了解模拟内插法的校准技术. (4) 掌握平均法的原理.倒数计数器采用多周期同步测量的原理,即测量输入信号的多个(整数个)周期值,再进行倒数运算而求得频率.图4-19 倒数计数原理图f x 为输入信号频率,f 0为时钟脉冲的频率.A 、B 两个计数器在同一闸门时间T 内分别对f x和f 0进行计数,计数器A 的计数值N A =f x T,计数器B 的计数值N B =f 0T 0,由于: 则被测频率f x 为:A x BN f f N =⋅ (4-18) 模拟内插法 1. 内插法原理内插法是把图4-14中的小于量化单位的时间零头Δt 1和Δt 2加以放大,再对放大后的时间进行数字化测量.图4-20 内插法示意图内插法要对三段时间进行测量:即要分别测出T s 、T 1、T 2(如图4-20所示).图4-21 内插时间扩展示意图在Δt 1期S 1闭合,恒流源I 1对电容C 充电.Δt 1期结束,S 1断开,S 2接通,恒流源I 2(=I 1/1000)对电容C 放电,直到起始电平位置,然后保持此电平.例如,在测量Δt 1的过程中,可得到如下的公式.从公式中可以看出:虽然在测T 1、T 2时依然存在±1字的误差,但其相对大小可缩小1000倍,使计数器的分辨率提高了三个数量级. 1. 游标法的原理游标法使用了两种频率非常接进的时钟信号.两个信号开始计数的时刻不同,其差值就 是被测的时间间隔Δt 1,如图4-22所示.图4-22 游标法原理图因为F 01> F 02,且非常接近,故以后的每个周期两时钟之间的间隔都将减少T 02-T 01,当Δt 1=N (T 02-T 01)时,经过N 个周期,两个时钟信号在相位上完全相符.故被测时间间隔为:))((010*********T T N N T N t t T T --+=∆-∆+=我们定义扩展系数K 为:由上式得:则式(4-19)可写成由上式可见,游标法把测时分辨率从直接法的T 01提高到了T 01/K.1. 平均法原理在普通的计数器中,由于闸门开启和被测信号脉冲时间关系的随机性,单次测量结果的相对误差在-1/N ~1/N范围内出现.某一个误差值的出现对于所有的单次测量来说是服从均匀分布的.因而,在多次测量的情况下其平均值必然随着测量次数的无限增多而趋于零.以有限次n 的测量来逼近理想情况可得:可见随着测量次数的增加,.思考题:1.在模拟内插法的测量中还存在量化误差吗它对最后测量结果的影响有什么变化2.提高模拟内插法分辨率的措施有哪些3.提高游标法分辨率的措施有哪些本章小结时间与频率是最基本的一个参量.本章首先给出时间和频率的基本概念以及时间和频率标准的建立. 时间和频率的测量技术经历了一个从模拟到数字的发展过程,从早期的电桥法、谐振法、拍频法等到现在的计数法,测量的精度和范围都有巨大的提高.电子计数器是应用最为广泛的数字化仪器,也是最重要的电子测量仪器之一. 本章介绍了采用电子计数器测量频率、频率比、周期、时间间隔、累加计数及仪器自校等几种工作模式的原理,并着重讨论了测频和测时这两种基本测量方法的误差.这一部分是本章的基本内容,也是要重点掌握的部分.深入分析误差产生的原因及研究解决方法是本章的另一个重点.在理论分析的基础上,我们讨论了减小误差的方法,比如采用高精度频率源来减小标准频率误差;采用多周期测量方法减小触发误差;采用内插法和游标法减小量化误差等.频率准确度和频率稳定度是标准频率源的两项主要指标.对标准频率源的测量属于频率精密测量的内容,这种测量是通过两个不同精度等级的频率源之间进行比对来实现的.由于一个频率源的准确度是由它的频率稳定度来保证的,因此,检定一个频率源的主要内容是测量它的频率稳定度.本章在阐述频率稳定度的基本概念、频率稳定度的表征的基础上,对频率稳定度的测量方法——阿仑方差的测量进行了介绍.调制域测量是电子测量发展的一个新方向,对它的了解能够扩展对本领域了解的范围,并把握最新的动态.。
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whc sa h O ftemirpo esr sd s r e n ti p p r h o reo lo h aue n n h mp v me tmeh d i d s ihi tteC r o c rc so ,i ec b d i hs a e .T es u fe ri teme s rme ta d te i r e n to s i— e h o i c T n o c sd u l. use swe1
一
、电子计数 器测量基本来自理 l qt s .电子计数器是利用单位 时间内通过被测信 号 的周期 个数
来实 现频率测量的 , 常用 的有两种方法 : 测频法和测周法。
1 频 法 .测
在测频率时 , 把被测频率 作 为计 数脉 冲, 对标 准时间
进行量化 。根据计 数器的计 数值可得到两者的 比值 Ⅳ, 测频 法 的原理框图如图 1 示 。被测信号经 放大 、 形后 , 所 整 形成重 复
闭, 主门导通的时间就正好是被测信号的周期 。晶振经分频后 产生的时标 脉冲同时送 至 主门的 另~输 入端 , 在主 门开启的
门, 由计数器对计数 脉冲计数 , 并 若计数 值为 N, N=T , 则 /
^r ^r
即被测 信号的 频率为 = = ( 告 式一)其中吩为分频器 , 时间内对输入的时标脉 冲计 数 , 数值为 N, 若计 则测被 测信号
[ e od ] m aun rd e o esrg r uny e o; esrg r r l tn ut K yw rs es g i t m a i e ec t m a i r ;e c ic n r i e r p om h d unfq mh d un eo e r c o e o
LU a g Ku n ( hnV ctnlCl g f otaeadE gne n ,Wu a 3 25,H bi Wu a oai a o eeo f r n nier g o l S w i hn4 0 0 u e)
[ s at I t e r i s v i e , t t v om no en g t iu cnl y e coicut r yr unys Abt c】 n h e co c u e n fl h h d e p etfh t re cciehog ,l tn n ru e e ec i r e lt n r y g d i ee l t ie ad r t t o e r c o es v fq
[ 关键词 】 测周法;测频法;测量误差;电子计数器
[ 中图分类号 ]
T 51 M 7. 6
[ 文章标识码 ] A
[ 文章编号 ] 1 1 50 (09 6 01 — 3 6 — 04 20 )0 — 00 0 7
Elcr n c Co t r Prn i l s d o h ir pr c so e t o i un e i cp e Ba e n t e M c o o e s r a d Anay i ft e M e s rn r r n l sso h a u i g Er o
的分频系数 、 分别为晶振的频率和周期 。 周期 为 =NL, 中 为 时标 脉 冲周 期 , 式 由晶 振分 频
得 到 。
二、 测量误差分析
1 .量化 误 差
电子计数器测量频率或周期 , 实质 上是一个量化 ( 模拟量 转化为数字量 ) 过程 。量化 误差 是由 于门控信 号起始 时间与 被测脉冲列之间相位关 系 的随 机性而引起 的。测周 法和测频 法产生 的量化误差 原 因相 同, 均是 由于计 数的时 标脉 冲与控
第 9卷第 6期
20 09年 1 2月
湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报 J UR A UN N I U T Y P YI } C O N L OF H A ND S R 0L EC 玎
V0. o 6 19 N . D c2( e . 0) 9
基于微处理器的电子计数器原理及测量误差分析
卢 贶
( 武汉软件工程职业学院 ,湖北 武汉 4 0 0 ) 3 2 5
[ 摘 要] 在电子测量领域,随着集成电路技术的发展,基于微处理器的电子计数器测量频率的使用越来越广。本文通过具体的
理论分析 。描 述 了以微 处理 器为核心的的 电子计数器测频 系统组成原理 和测量过程中产 生的误 差原 因和改进方法。
u e r n r r a l .T r u h t e c n rt e r t a n lss t e ee t n cc u trf q e c a u e n y t m o o i o rn il , s d mo e a d mo e b d y h o g h o e e t oe il a a y i , h l cr i o n e e u n y me s r me t s o c h c o r s e c mp st n p cp e i i
图 1 测频法原理框图
制主门的被测周期 不同步所引起 。
[ 收稿 日期 ] 20 — 0— 8 09 1 0 [ 作者简介] , 贶 (93 , ,湖北武汉人,武汉软件工程职业学院高级工程师,硕士,研究方向:也子技术及单片机系统 17 一)
图 2 测 周 法 原 理框 图
频率等于被测信号频 率 的计数 脉冲 , 其加 到 闸门的一个 把
输入端。门控电路 将时基信号变换 为控制闸 门的开启 的门控
信号。只有在 闸门开通 时 间 内 , 计数 的脉 冲才能 通过 闸 被
2 .测 周 法
测周法原理框 图如图 2所 示 , 被测 信号经 B输 入通道整 形, 使其转换成 相应 的矩形 波, 到门控电路 , 制主门的开 加 控