第4章 时间与频率的测量(2)

◆功能：产生测频时的“门控信号”（多档闸门时间可选） 功能：产生测频时的“门控信号” 多档闸门时间可选）
及时间测量时的“时标”信号（多档可选）。 及时间测量时的“时标”信号（多档可选）。
◆实现：由内部晶体振荡器（也可外接），通过倍频或分频 实现：由内部晶体振荡器 也可外接），通过倍频或分频 晶体振荡器（ ），通过
10TB f N= = 10 A TA f 就提高了10倍 为得到真实结果，需将计数值N缩小10倍 就提高了10倍B。为得到真实结果，需将计数值N缩小10倍
,即计数值扩大了10倍，相应的测量精度也 即计数值扩大了10倍
（小数点左移1位），即 小数点左移1 ），即
B ◆应用：可方便地测得电路的分频或倍频系数。 应用：可方便地测得电路的分频或倍频系数。
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电子测量原理
5）控制电路
◆功能：产生各种控制信号，控制、协调各电路单元的工作， 功能：产生各种控制信号，控制、协调各电路单元的工作，
使整机按“复零－测量－显示” 使整机按“复零－测量－显示”的工作程序完成自动测 量的任务。如下图所示： 量的任务。如下图所示：
准备期 复零，等待） （ 复零，等待）
得到。再通过门控双稳态触发器得到
如，若fc=1MHz,经 fc=1MHz,经 106分频后，可得到 分频后， fs=1Hz(周期 fs=1Hz(周期Ts=1s) 周期Ts=1s) 的时基信号，经过 的时基信号， 门控双稳态电路得 到宽度为Ts=1s 到宽度为Ts=1s的 Ts=1s的 门控信号。 门控信号。
显示器
LED、 LED、LCD 、荧光（VFD）等。 荧光（VFD）
显示电路：包括锁存、译码、驱动电路。 显示电路：包括锁存、译码、驱动电路。
如74LS47、CD4511等。 74LS47、CD4511等
专用计数与显示单元电路：如ICM7216D。 专用计数与显示单元电路：
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4）时基产生电路
测量期 开门，计数） （开门，计数）
显示期 关门，停止计数） （关门，停止计数）
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4.4.2 电子计数器的测量功能
1）频率测量
f =
◆原理：计数器严格按照 的定义实现频率测量。 原理： 的定义实现频率测量。 根据上式的频率定义， 为采样时间， 内的周期数。 根据上式的频率定义，T为采样时间，N为T内的周期数。 采样时间T预先由闸门时间Ts确定 时基频率为fs）。 确定（ ）。则 采样时间T预先由闸门时间Ts确定（时基频率为fs）。则 N 或 T s f = = Nf
TB f A N= = TA f B
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2）频率比的测量
◆注意：频率较高者由A通道输入，频率较低者由B通道输 注意：频率较高者由A通道输入，频率较低者由B 入。 ◆ 提高频率比的测量精度：扩展B通道信号的周期个数。 提高频率比的测量精度：扩展B通道信号的周期个数。 例如：以B通道信号的10个周期作为闸门信号，则计数值 通道信号的10个周期作为闸门信号 个周期作为闸门信号， 例如： 为：
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2）主门电路
◆功能：主门也称为闸门，通过“门控信号”控制进入计数 功能：主门也称为闸门，通过“门控信号” 也称为闸门
器的脉冲，使计数器只对预定的“闸门时间” 器的脉冲，使计数器只对预定的“闸门时间”之内的脉 冲计数。 冲计数。
◆ 电路：由“与门”或“或门”构成。其原理如下图： 电路： 与门” 或门”构成。其原理如下图：
◆作用：它们主要由放大/衰减、滤波、整形、触发（包括 作用：它们主要由放大/衰减、滤波、整形、触发（
触发电平调节）等单元电路构成。其作用是对输入信号 触发电平调节）等单元电路构成。其作用是对输入信号 处理以产生符合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号。 处理以产生符合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号。 通过预定标器还可扩展频率测量范围 通过预定标器还可扩展频率测量范围。 预定标器还可扩展频率测量范围。
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 计数端信号 内时钟（T0） 被测信号（fx） 内时钟（T0） 被测信号（fA） 内时钟（T0） 外输入（TA） 外待测信号（Nx） 内时钟（秒信号） 控制端信号 内时钟（T） 内时钟（T） 被测周期（Tx） 被测信号（fB） 被测信号相应间隔tB-C 被测信号相应间隔tB-C 手控或遥控 手控或遥控 测试功能 自检 测量频率（A） 测量周期（B） 测量频率比（A/B） 测量时间间隔（A-B） 测量外控时间间隔B-C 累加计数（A） 计时 计数结果 N=T/T0 fx＝N/T Tx＝NT0 fA/fB=N tB-C=NT0 tB-C=NTA Nx＝N N（秒）
TA TA
A B
TB
与 门
TB
C
◆由“与门”构成的主门，其“门控信号”为‘1’时，允许 与门”构成的主门， 门控信号” 1’时
计数脉冲通过；由“或门”构成的主门，其“门控信号” 计数脉冲通过； 或门”构成的主门， 门控信号” 0’时 允许计数脉冲通过。 为‘0’时，允许计数脉冲通过。
◆ “门控信号”还可手动操作得到，如实现手动累加计数。 门控信号”还可手动操作得到，如实现手动累加计数。 手动操作得到
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3）计数与显示电路
类型：单片集成与可编程计数器 类型：
单片集成的中小规模IC如 74LS90（MC11C90） 单片集成的中小规模IC如：74LS90（MC11C90）十进 制计数器；74LS390、CD4018(MC14018)为双十进制 制计数器；74LS390、CD4018(MC14018)为双十进制 计数器。 计数器。 可编程计数器IC如 Intel8253/8254等 可编程计数器IC如：Intel8253/8254等。
◆斯密特触发电路：利用斯密特触发器的回差特性，对输 斯密特触发电路：利用斯密特触发器 回差特性， 斯密特触发器的
入信号具有较好的抗干扰作用。 入信号具有较好的抗干扰作用。
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电子测量原理
1）A、B输入通道
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A通道输入）称为计数端；控制闸门开启的 计数端； 被计数的信号（常从A通道输入）称为计数端 信号通道（常从B 通道输入）称为控制端 控制端。 信号通道（常从B、C通道输入）称为控制端。 从计数端输入的信号有：被测信号(fx) 内部时标信号等; (fx); 从计数端输入的信号有：被测信号(fx);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(Tx)等； (Tx)等 从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号(Tx)
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电子测量原理
1）频率测量
原理框图和工作波形图（fx由 通道输入，内部时基） 原理框图和工作波形图（fx由A通道输入，内部时基）
fx A
放大、 放大、整形 闸 门 T 门控电路
B
计数 显示
时基T 时基 s 分频电路
为便于测量和显示，计数器通常为十进制计数器 十进制计数器， 为便于测量和显示，计数器通常为十进制计数器，多档 闸门时间设定为10的幂次方 这样可直接显示计数结果， 的幂次方， 闸门时间设定为10的幂次方，这样可直接显示计数结果， 并通过移动小数点和单位的配合，就可得到被测频率。 并通过移动小数点和单位的配合，就可得到被测频率。 测量速度与分辨力：闸门时间Ts为频率测量的采样时间 测量速度与分辨力：闸门时间Ts为频率测量的采样时间， 为频率测量的采样时间， Ts愈大，则测量时间愈长，但计数值N愈大，分辨力愈高。 Ts愈大 则测量时间愈长，但计数值N愈大，分辨力愈高。 愈大，
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4）时基产生电路
◆要求： 要求：
标准性： 标准性： “门控信号”和“时标”作为计数器频率和 门控信号” 时标” 时间测量的本地工作基准， 时间测量的本地工作基准，应当具有高稳定度和高准 确度。 确度。 多值性：为了适应计数器较宽的测量范围，要求“ 多值性：为了适应计数器较宽的测量范围，要求“闸 门时间” 时标”可多档选择。 门时间”和“时标”可多档选择。 常用“闸门时间” 1ms、10ms、100ms、1s、10s。 常用“闸门时间”有：1ms、10ms、100ms、1s、10s。 常用的“时标”有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。 常用的“时标” 10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。
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3）计数与显示电路
◆功能：计数电路对通过主门的脉冲进行计数（计数值代表 功能：计数电路对通过主门的脉冲进行计数 对通过主门的脉冲进行计数（
了被测频率或时间），并通过数码显示器将测量结果直 了被测频率或时间），并通过数码显示器将测量结果直 ），并通过数码显示器 观地显示出来。 观地显示出来。 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。 为了便于观察和读数，通常使用十进制计数电路
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4.4.2 电子计数器的测量功能
2）频率比的测量
◆原理：实际上，前述频率测量的比较测量原理就是一种频 原理：实际上， 率比的测量：fx对fs的频率比 的频率比。 率比的测量：fx对fs的频率比。 据此，若要测量fA对fB的频率比（假设fA>fB），只要用fB 的频率比（假设f ），只要用 只要用f 据此，若要测量f 的周期T 作为闸门， 时间内对f 作周期计数即可。 的周期TB作为闸门，在TB时间内对fA作周期计数即可。 分别由A 两通道输入，如下图。 ◆方法： fA对fB分别由A、B两通道输入，如下图。 方法：
f f
A
=
N 1 0
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电子测量原理
4.4.2 电子计数器的测量功能
3）周期的测量 ◆原理：“时标计数法”周期测量。 原理： 时标计数法”周期测量。
对被测周期Tx，用已知的较小单位时间刻度T 对被测周期Tx，用已知的较小单位时间刻度T0（“时 去量化， Tx所包含的 时标” 所包含的“ 即可得到Tx。 标”）去量化，由Tx所包含的“时标”数N即可得到Tx。 即 Tx = NT0 该式表明，“时标”的计数值N可表示周期Tx。也体现了 该式表明， 时标”的计数值N可表示周期Tx。 时间间隔（周期） 比较测量原理。 时间间隔（周期）的比较测量原理。 得到闸门 内计数器对时标计数。 ◆实现：由Tx得到闸门；在Tx内计数器对时标计数。 实现： Tx得到闸门； Tx内计数器对时标计数 ——Tx由 通道输入，内部时标信号由A通道输入（ ——Tx由B通道输入，内部时标信号由A通道输入（A通 道外部输入断开）。 道外部输入断开）。