频率计测频原理 19页PPT文档
单片机的频率计原理
单片机的频率计原理
频率计是一种测量信号频率的仪器，而单片机频率计则是利用单片机来实现频率计的原理。
单片机频率计的原理可以分为三个步骤：输入信号采样、计数和计算频率。
首先，需要对输入信号进行采样。
单片机频率计通常使用外部中断来采样输入信号。
外部中断允许单片机在检测到信号边沿时立即中断当前的任务并执行中断服务程序，以保证采样的准确性和实时性。
通过外部中断引脚，将输入信号连接到单片机的中断输入引脚。
在信号采样的同时，需要进行计数操作。
计数器是单片机内部的一个重要组件，它可以记录输入信号的脉冲数量。
在每次外部中断触发时，计数器会自动加一，从而实现对信号脉冲的计数。
计数器有不同的位数，可以根据需要选择合适的计数范围。
采样和计数之后，就可以通过计算来得到信号的频率。
频率是指在单位时间内发生的信号周期的次数。
以时间为单位，频率的计算公式为f=1/T，其中f为频率，T为周期。
在单片机中，周期可以通过计数器的值来表示。
假设计数器的位数为n，计数器的值为cnt，输入信号的周期为T，则频率f可以通过以下公式计算得到：
f = 1/(cnt * T)
计算出的频率可以通过串口或者LCD等输出设备来显示出来。
同时，可以使用按键来选择不同的计数范围和显示格式，以提高频率计的灵活性和便捷性。
总结起来，单片机频率计的工作原理是通过外部中断来采样输入信号，将采样到的信号脉冲数量记录在计数器中，然后根据计数器的值和输入信号的周期计算出频率，并将结果显示出来。
这种原理使得单片机频率计具有了高精度和高可靠性的特点，在实际应用中得到了广泛的应用。
频率测量
频率测量设计班级：学号：姓名：指导老师：简介：频率仪器是数字电路中一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延迟。
随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，将使整个系统大大简化。
提高整体性能，它是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。
它不仅可以测量正弦波，方波，三角波，尖脉冲信号和其他具有周期的信号的频率，而且还可以测量他们的周期。
经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪：可以测量电容做成数字电容测量仪;在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪，计价器等。
因此数字频率仪在测量物理量方面有广泛应用，数字式频率计是测量频率最常用的仪器之一，其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示。
1 频率计的设计原理交变信号或脉冲信号的频率是指在单位时间内，由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即fx=N/t. 可以看出测量fx，必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进行测量。
在一般数学电路中，对fx的测量是由电路提供标准闸门信号即t= Tz，Tz通常为1s 或它的十倍百倍等，然后对Tz内的被测信号变化的次数进行计数，得到Nx，即可得到fx=Nx/Tz. 对于低频信号，数字电路中采用的是测周期法，即Tx=1/fx=t/N,由电路提供标准时基信号Ts，将被测信号的周期作为闸门，将测量转化为对标准时基信号进行计数Tx=nx * Ts 。
频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。
这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频率的时间，克服了原来高频率采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。
闸门时间也可以大于或小于1秒。
闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的时间隔就越长。
简易数字频率计
频率计算：通过测量信号的周期或 频率，计算出数字频率值
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信号处理：通过数字滤波器对采集 到的信号进行滤波，以消除噪声和 干扰
数据输出：将计算出的频率值通过 串口或其他方式输出到计算机或其 他设备
计数器和计时器的编程实现
使用计时器对计数器进行计 时，计算信号的周期
将计数器和计时器的结果通 过软件进行显示和控制
能源监测：简易数字频率计可实现对新能源发电设备的实时监测，提高能源利用效率。 环保监测：简易数字频率计可用于监测环保设备的运行状态，确保污染物排放达标。 智能电网：简易数字频率计可应用于智能电网中，实现电网的智能化管理和优化。 节能减排：简易数字频率计可帮助企业实现节能减排，降低生产成本。
简易数字频率计的技术挑战和发展方向
分析仪等。
科学实验领域： 用于各种与频率 相关的实验，如 电磁波的发射与 接收、无线电通
信等。
工业生产领域： 用于生产过程中 的各种频率测量 和控制，如电机 转速的测量和控 制、生产线上各 种设备的状态监
测等。
简易数字频率计在生物医学工程领域的应用
监测生理信号：简易数字频率计可 以用于监测人体的心电图、脑电图 等生理信号，辅助医生进行疾病诊 断和治疗。
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频谱分析：对信号进行频谱分析， 了解信号的成分和特性
音频处理：用于音频信号的频率测 量和处理，如音频压缩、降噪等
简易数字频率计在通信和电子测量领域的应用
通信领域：用于 信号频率的测量， 如调频信号、调
相信号等。
电子测量领域： 用于测量电子设 备的频率特性， 如示波器、频谱
界面优化：根据实际需求对显示和控制界面进行优化，提高用户体验和操作便捷性
第三章 时间频率计量
3.1 概述
一、基本概念 时间是一个基本的物理量，单位是秒（s）。 在单位时间内周期运动重复、循环、振动的 次数称为频率，单位是赫兹（Hz）。 时间间隔是连续流逝的时间中两个瞬时之间 的间隔，可用时间坐标轴上的线段来表示。 作为线段中任何一点的瞬间称为时刻。 时标是能给各个事件赋予时刻的时间参考标 尺的简称。
二、时标的沿革 （1）世界时 以地球的自转运动为基础。 时间单位是平太阳秒，等于一个平太阳日的 1/86400。 （2）历书时 以地球绕太阳的公转运动周期为基础。 时间单位是历书秒，它是从1899年12月31 日12时起始的回归年的1/31556925.9747。
（3）国际原子时 时间单位是原子秒，等于铯-133原子基态的 两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的 9192631770个周期的持续时间。 国际原子时与世界时之差，正以每年大约1s 的速度不断扩大。 （4）协调世界时 其时刻尽量和世界时一致，时间间隔秒与原 子秒保持严格一致。通过增减一整秒（闰秒） 的办法进行协调。
所以测量低频时不宜采用直接测频方法，宜采用测 周期的方法，再换算成被测信号的频率，从而提高 测量的精确度
fc/fc=5*10-9
由右图知： fx一定时，闸门 时间越大，测量 精确度越高； T 一定时， fx越 大，测量精确度 越高；但以标准 频率误差为极限
T=0.1s
五、外差法扩大频率测量范围
一、时间基准的产生 频率是每秒内信号变化的次数。要准确测量频率必须 首先要确定一个准确的时间间隔。一般选用高稳定度 石英晶体谐振器来产生时间基准。 设石英晶体振荡器产生的 脉冲周期为T0，经过一系 列分频后可得到基准标准 的时基，如10ms, 0.1s, 1s, 10s等。如图所示，T＝ N0T0，N0是时基T内含有 晶振本身振荡周期的整数 倍数。
频率计数器原理
频率计数器原理
频率计数器是一种能够测量信号频率的电子设备。
它的工作原理基于频率计数的概念，通过计算单位时间内信号周期的数量来确定信号的频率。
频率计数器通常由以下几个部分组成：输入电路、计数控制器、计数寄存器和显示器。
输入电路用于将输入信号转换为矩形波形信号，以便后续处理。
计数控制器负责控制计数器的工作方式和计数频率。
计数寄存器用于存储计数器的计数值。
显示器则用于显示测量结果。
在工作过程中，频率计数器首先通过输入电路将输入信号转换为矩形波形信号。
然后计数控制器开始控制计数器进行计数。
计数器在每个信号周期中计数一次，计数值被存储到计数寄存器中。
计数器继续计数，直到达到设定的计数时间。
在计数时间结束后，计数寄存器中的计数值就代表了输入信号的频率。
为了提高测量的准确性，频率计数器通常会采取一些技术措施。
例如，可以使用倍频器将输入信号的频率放大，以增加计数器的计数周期。
此外，还可以使用低通滤波器抑制噪声和干扰信号，以确保测量结果的稳定性。
总的来说，频率计数器利用计数原理来测量信号的频率。
它通过计算单位时间内信号周期的数量来确定信号的频率，具有准确、稳定的特点。
对于频率测量在科学实验、通信、电子制造等领域具有重要的应用价值。
频率计报告原理部分
数字频率计的设计一、设计要求和指标1、可测频率范围为10Hz~1MHz。
2、采用数码管显示，显示位数不少于6位。
3、显示时间从2~7秒可调。
4、输入阻抗大于10KΩ。
5、输入信号峰峰电压值在0.5~20V范围内可测。
二、函数发生器的基本原理一、测量原理频率为单位时间内信号的周期数。
对脉冲信号而言，其频率为一秒钟内的脉冲个数；计数器在一秒钟内对脉冲信号进行计数，计数的结果就是该信号的频率。
只要计数结果以十进制方式显示出来，就是最简单的频率计。
如图2.1.1所示，被测脉冲信号为X，在T1时刻出现一个脉冲宽度为一秒的闸门脉冲信号P，用闸门脉冲P取出一秒时间内的输入脉冲信号X形成计数脉冲Y，计数器对计数脉冲信号Y进行计数；计数的结果（频率值）在T2时刻被锁存信号S控制，锁存到寄存器，并通过译码器、显示器把并率显示出来。
在T3时刻计数器被清除信号R清零，准备下一次的计数，一次测量结束。
图2.1.1 频率器的测量原理显示数值在T2时刻更换，S脉冲信号的周期为显示时间，其大小反映显示值的变化快慢。
显示时间Tx为：Tx=T3-T2+（0~2）（秒）可见，改变T3-T2的值可调节显示时间，通常T3是通过T2的延时而得，通过调节延时时间来调节显示时间。
二、方案框图频率计的框图如图2.1.2，由六部分组成，以计数器为核心，各部分的功能如下：图2.1.2 频率计总体框图1、计数器：在规定的时间内完成对被测脉冲信号的计数。
由输入电路提供计数脉冲输入，对脉冲进行计数（在规定的测量频率范围内计数无益出）。
计数结果一般为十进制，并将计数结果输出送往寄存器，再由控制电路提供的清除信号R清零。
等待下一次计数的开始。
该部分主要考虑计数器的工作频率和计数容量问题。
2、锁存器：暂存每次测量的计数值。
为显示电路提供显示数据。
锁存器由控制电路提供的琐存信号S控制更换数值。
以正确地显示每一次的测量结果。
3、译码显示电路：对锁存器的输出数据译码，变为七段数码显示码，并驱动数码显示器显示出十进制的测量结果。
数字式频率计的工作原理
数字式频率计的工作原理
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数字式频率计的工作原理
数字式频率计的原理框图如下图所示，频率为的被测信号由脉冲形成电路转变成幅度恒定的矩形窄脉冲(其重复频率等于被测频率)，然后加到闸门(这里是与门)的输入端A，在闸门的另一输入端B 加上时间宽度为T的门控信号来控制闸门的开、闭时间。
由逻辑门电路的功能可知，只有在时间T内被测信号才能通过闸门，送到脉冲计数器进行计数。
设在时间T内计数器累计的脉冲数为N，则频率为：。
通常把T选为1 ms，10 ms，0.1 s，l s，10 s等。
当T＝1 s时，若计数N＝100000，则=100000 Hz，显示100.000 kHz；若T=0.1 s，则计数值必减少为N＝ 10000，则显示100.00 kHz。
测量误差：
2.数字式频率计的测周期原理
当用测频法测量低频信号时，测量的相对误差会明显上升。
为了提高测量低频时的准确度，减少测量误差，可改测周期，然后计算。
测周法的原理框图如下图所示，电路基本相同，只是把标准信号
与被测信号互换了位置。
这样在每一内，计数器计得的脉冲数为，若＝10ms，，则从计数显示器计得脉冲数为l0000个，如以ms为单位，则从计数器显示器上可读得100000ms。
显然，愈大(即被测频率愈低)，计数器所计脉冲数越多，测量误差越小。
等精度频率测量
一般测量时可能产生的误差时序波形图
1.1.3 等精度测频法
等精度测量法的机理是在标准频率比较测量法的基础上改 变计数器的计数开始和结束与闸门门限的上升沿和下降沿的严 格关系。当闸门门限的上升沿到来时，如果待测量信号的上升 沿未到时两组计数器也不计数，只有在待测量信号的上升沿到 来时，两组计数器才开始计数；当闸门门限的下降沿到来时， 如果待测量信号的一个周期未结束时两组计数器也不停止计数， 只有在待测量信号的一个周期结束时两组计数器才停止计数。 这样就克服了待测量信号的脉冲周期不完整的问题，其误差只 由标准频率信号产生， 与待测量信号的频率无关。最大误差为 正负一个标准频率周期，即Δt=±1/f0。由于一般标准信号频率 都在几十兆赫兹以上，因此误差小于 10-6。
等精度测量法的时序波形图
预置闸门时间产生电路产生预置的闸门时间TP，TP经同 步电路产生与被测信号（fx）同步的实际闸门时间T。
主门Ⅰ与主门Ⅱ在时间T内被同时打开，于是计数器Ⅰ 和计数器Ⅱ便分别对被测信号 （fx）和时钟信号（f0）的周 期数进行累计。
在T内，计数器Ⅰ的累计数NA＝fx×T；计数器Ⅱ的累计数NB＝f0×T。
fx
N1 N2
f0
标准频率比较测量法对测量时产生的时间门限的精度 要求不高，对标准频率信号的频率准确度和频率的稳定度 要求较高，标准信号的频率越高，测量的精度就比较高。 该方法的测量时间误差与时间门限测量法的相同，可能的 最大误差为正负一个待测信号周期，即Δt=±1/fx。测量时 可能产生的误差时序波形如图 所示。
5
键盘与显示部分的电 路如图所示，这是一个较 为典型的采用8155并行口 组成的键盘显示电路。七 位LED显示采用了动态显 示软件译码工作方式。段 码由8155的PB口提供，位 选码由PA口提供。键盘共 设置了4个按键，采用逐列 扫描查询工作方式，其列 输出由PA口提供，列输入 由PC口提供。由于键盘与显示做成一个接口电路，因此软件中合并考虑键 盘查询与动态显示。为了使显示器的动态扫描不出现断续，键盘防抖的延时 子程序用显示子程序替代。
第四章频率和相位的测量
三、电动系三相相位表
• 电动系三相相位表与电动系单相相位表的结构完 全相同，只是两个可动线圈所连接的元件不同， 单相相位表接R、L元件，而三相相位表两路都是 接电阻，分别为：R1、R2 。
3.量化误差：
• 计数闸门开启时间不刚好是被测信号周期的整数 倍，而且脉冲到达时刻不刚好是闸门开启时刻， 因此在相同的开启时间内，可能会有正负一个数 的误差。
量化误差示意图
计数闸门开启时间 不刚好是被测信号周期 的整数倍造成的量化误 差。
在时间 T 内脉冲个 数为7.5,测出数可能为6。
计数开始不刚好是第 一个脉冲到达时刻，造成 的量化误差。
I
I1
I2
U1 R1
U2 R2
• 式中U0、U1值与u、I 相位差有关。因此可根据检 流计的电流值测得相位差。
分析 1、当 u、i 同相时变换式相位表波形
2、当 u、i 相位差为 90°时变换式相位表波形
1、当 u、i 同相时变换式相位表波形
1.只有u1正半波，才能有电流通过VD5、VD6形成压降U1 、U2如 图中红线所示。
• (3)控制电路
– 控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整 形后的被测脉冲信号输入到计数器中。
• (4)计数器和显示器
– 对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。
通用计数器的基本组成和工作方式
通用计数器一般都具有测频和测周两种方式。基本 组成
如图所示。
如图中A输入端(fA=fx)，晶振标准频率fc信号接到B输入端 (fB=fc)，则计数器工作在测频方式，此时：
数字频率计
数字频率计数字频率计是采纳数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。
频率计重要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。
其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。
通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。
目录优点用途重要构成基本原理优点用途在电子技术领域，频率是一个最基本的参数。
数字频率计作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。
很多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度等通过传感器转换成信号频率，可用数字频率计来测量。
尤其是将数字频率计与微处理器相结合，可实现测量仪器的多功能化、程控化和智能化.随着现代科技的进展，基于数字式频率计构成的各种测量仪器、掌控设备、实时监测系统已应用到国际民生的各个方面。
重要构成频率计重要由四个部分构成：输入电路、时基（T）电路、计数显示电路以及掌控电路。
输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。
在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。
所以在通过整形之前通过放大衰减处理。
当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。
当输入信号电压幅度较小时，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调整输入放大的增益，被测信号得以放大。
时基和闸门电路：闸门电路是掌控计数器计数的标按时间信号，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器的个数就是由闸门信号决议的，闸门信号的精度很大程度上决议了频率计的频率测测量精度。
当要求频率测量精度高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。
时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基按时间。
被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。
计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。
数字频率计
二 、数字频率计的设计实例（一）、.频率计测量的工作原理数字频率计是用于测量信号频率的电路。
测量信号的频率参数是最常用的测量方法之一。
实现频率测量的方法较多，在此我们主要介绍三种常用的方法：时间门限测量法、标准频率比较测量法、等精度测量法。
（1） 时间门限测量法在一定的时间门限T 内，如果测得输入信号的脉冲数为N,设待测信号的频率为f x ，则该信号的频率为 TNf x =改变时间T ，则可改变测量频率范围。
此方法的原理框图如图2-1所示，时序波形图如图2-2所示。
用时间门限测量方法测量时，电路实现起来较容易，但对产生的时间门限要求精度较高，测量的时间误差最大是正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。
图2-1 测频原理图图2-2 测频时序波形图（2）标准频率比较测量法用两组计数器在相同的时间门限内同时计数，测得待测信号的脉冲个数为N 1、已知的标准频率信号的脉冲个数为N 2，设待测信号的频率为f x ，已知的标准频率信号的频率为f 0；由于测量时间相同，则可得到如下等式：21N f N f x = 从上式可得出待测信号的频率公式为： 021f N N f x =标准频率比较测量法对测量产生的时间门限的精度要求不高，对标准频率信号的频率准确度和稳定度要求较高，标准信号的频率越高，测量的精度就越高。
该方法的测量时间误差与时间门限测量法的相同，可能的最大误差为正负一个待测信号周期，即x f /1t ±=∆。
测量时可能产生的误差时序波形如图2-3所示。
（3）等精度测量法以上介绍的两种测量频率的方法实现电路容易，但是，测量的精度与待测信号的频率有关，待测信号频率越高，测量的精度就越高，反之，测量精度越低。
为了提高测量低频时的精度，使得测量的高、低频率精度都一样，一般采用等精度测量法。
上面介绍的两种方法都是在闸门门限的控制下来实现计数器的计数开始和结束的。
当闸门门限的上升沿到来时，计数器计数开始，当闸门门限的下降沿到来时，计数器计数结束。
频率计实现原理
1 引言 为了实现智能化的电子计数测频,实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是运用单片机测量频率 口芯片以及分频电路实现频率的自动分频。根据计数值、分频系数,求出周期 T,得到待测频率。 2 C51 语言使用中几个关键问题 在数字频率计中,没有采用常用的汇编语言,全部软件用 C 语言编程。8051 单片机的 C 语言编译器简称 C51。 一个名为 main 的主程序。 (l)用＃i nclude 在 C 语言源程序中包含库文件。例如:＃i nclude〈reg51.h〉 例如:sfr TMOD=OX89; (3)对于片外的 I/O 扩展,用“#define',语句进行定义。如:#define PORT A XBYTE[0xffc0];
频率计实现原理
1、测频原理 若某一信号在 T 秒时间里重复变化了 N 次，则根据频率的定义可知该信号 的频率 fs 为：fs=N/T 通常测量时间 T 取 1 秒或它的十进制时间。 （1）、时基 T 产生电路： 提供准确的计数时间 T。 晶振产生一个振荡频率稳定的脉冲， 通过分频整形、 门控双稳后，产生所需宽度的基准时间 T 的脉冲，又称闸门时间脉冲。 注意：分频器一般采用计数器完成，计数器的模即为分频比。 （2）、计数脉冲形成电路： 将被测信号变换为可计数的窄脉冲，其输出受闸门脉冲的控制。 （3）、计数显示电路： 对被测信号进行计数，显示被测信号的频率。计数器一般采用多位 10 进制 计数器；控制逻辑电路控制计数的工作程序：准备、计数、显示、复位和准备下 一次测量。其中十进制计数器要求具有计数使能端 CNTEN、复位端 CLR、进位输 出端 CO。 2、具体实现： 具体实现步骤如下 1)、测频控制逻辑电路（以 1 秒为例）：图 5－2 为逻辑控制的一种参考的时 序关系，具体实现时可以和参考时序不一致； 2） 产生一个 1 秒脉宽的周期信号：由于实验箱上没有 1Hz 的时钟，所有必须 通过其他时钟获得， 具体实现一般可利用计数器通过对某一个频率分频得到（要 求输入频率为 1Hz 的整数倍）。 3） 对计数器的每一位计数使能进行控制：可以利用低位的十进制计数器的溢 出信号作为高位的十进制计数器的时钟输入信号。
频率计测频原理24页PPT
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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Tx …N …
T 1s
由图可见： 因此
NTx T
fx
N T
实现了测频原理：“定时计数” 实质：比较法
重点掌握
2．组成框图 图4.4是计数式频率计测频的框图。它主要由下列四部分组成。
A 输入电路 D C
主 E 计数
门
一
显示
晶振
门控
B 分频
时基电路
控制电路
0 N
0 0
0
0
A
B
CT
D Tx
E Tx
t
T
T
2)输入电路
us
由放大整形电路和主门电路组成。
A输入 0
被测输入周期信号（频率为fx， (T0或Fx )
t
周期为Tx）经放大、整形、微分
得周期Tx的窄脉冲，送主门的一 放大
个输入端。
0
t
整形
0
t
微分
0
t
图4.5 输入电路工作波形图
3)计数显示电路
这部分电路的作用，简单地说，就是 计数被测周期信号重复的次数，显示 被测信号的频率。它一般由计数电路、 逻辑控制电路、译码器和显示器组成。
率：10MHz、100MHz、1000MHz三种情况的交叉曲线。现以
T=1s，f c =100MHz为例，可查知 f M =10kHz。
因此，当 fx fM 宜测频； 当 f x fM ，宜测周。
这给使用带来不便，要查知所用状态下的中界频率，是当前 通用计数器的缺点，下面将介绍采用双路计数器的方法， 对测频或测周都能实现等精度测量。
准备期 （复零，等待）
4)控制电路
测量期
控制电路的作用是产生各种控制信号， （开门，计数）
去控制各电路单元的工作，使整机按
一定的工作程序完成自动测量的任务。 在控制电路的统一指挥下，电子计数 器的工作按照“复零一测量—显示”的
显示期 （关门，停止计数）
程序自动地进行，其工作流程如图4.6
所示。
图4.6 电子计数器的工作流程图
闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或短，显然要产生测
频误差。闸门信号T是由晶振信号分频而得。设晶振频率为fc （周期为Tc），则有
T fc =1×10-7~1×10-10
T
fc
石英振荡器的输出 石英晶体性能和切割方式----生产厂 频率准确度决定 温度的影响---单、双层恒温糟
振荡电路的质量----电路优化设计
2.2 电子计数器测量周期的误差分析
1.量化误差和基准频率误差
与分析电子计数器测频时的误差类似，这里 Tx NTc ，根据 误差传递公式可得
Tx NTc Tx N Tc
（4.11）
根据图4.10所示的测周原理，由式（4.10）可得
N Tx Tc
Tx fc, 而ΔN=±1
Tx1 Tc1 fc （4.12） Tx Txfc Tc Txfc fc
1 电子计数法测量频率
1.1 电子计数法测频原理
1.基本原理
根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则
该信号的频率为： 门电路复习：
fx
N T
（4.2）
A
1/0
与门
B
1/0
AB
C
c
00
0
1/0
01
0
10
0
11
1
同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。
……
A
与C
门
B
T
1s
图4.3 测频的原理
4 多周期同步测频（智能计数器） 1.原理
看发给大家的资料
2.误差分析
ΔN=±1
N1 1 N N fxT
T
黑门进 8个脉 冲
红门进 7个脉 冲
12 34 56 78 (1)
12 34 5 6 78 (2)
N=fxT
(a)
图4.7 量化误差
2.闸门时间误差（时基误差、标准时间误差）
误差合成定理
fx N T fx N T
dT dfc
T
fc
1.2 误差分析计算
由第二章误差传递公式（2.45）
y
m j 1
f xj
xj
N 可对式（4.2） f x T 求得
fx N T fx N T
（4.3）
计数误差
时基误差
1.量化误差——计数误差、±1误差
在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不相 关的，即是说它们在时间轴上的相对位置是随机的。这样，既 便在相同的主门开启时间T，计数器所计得的数却不一定相同。 可能多1个或少1个的±1误差，这是频率量化时带来的误差故 称量化误差，又称脉冲计数误差或±1误差。
2 电子计数法测量时间
本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、相位及时
间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。
2.1 电子计数法测量周期的原理
Tx ux
输入电路A D
主EБайду номын сангаас
门
输入电路B B
C
门控
倍频
晶振
分频
由右图可得
Tx
NTc
N fc
0 N
0 0
0
B Tx
Tx
t
C Tx
Tx
t
D
Tc t
E
Tc t
t
Tx
t
t
t
1)时基（T）电路 两个特点： (1)标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故 通常晶振频率稳定度要求达10-6～10-10。（恒温糟） (2)多值性 闸门时间T不一定为1秒，应让用户根据测频精度和 速度的不同要求自由选择。例如：
1kHz 100Hz 10Hz 1Hz 0.1Hz 1ms 10 ms 0.1s、 1s、 10s 等。 门控（双稳）电路：
1 10-1 10-2 10-3
测频的量化误差
0.1S T=1S 10S
测周的量化误差
fc=10MHz
fc=100MH
z
fc=1GHz
10-4
10-5 10-6
100MHz
10-7
10-81Hz
1KHz f M
图4.14 测频量化误差与测周量化误差
1MHz
f 100MHz
图4.14中给出了不同闸门时间：0.1s、1s、10s和不同标准频
2.触发转换误差 测周时，还有一项触发转换误差必须考虑。
3 中界频率
研究量化误差（±1误差）对测频和测周的影响。
测频、测周误差相等的频率称为中界频率。
将两个
量化误差表达式联立可得
因 fx Tx f x Tx
令
fx
1 Tx
fM
故 11 fxT Tx fc
则
fM
fc T
式中，f M 为中界频率，f c 为标准频率，T为闸门时间。
1.3 结论
1.计数器直接测频的误差 主要有两项
即±1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，即
fx ( 1 fc )（4.9）
fx
fxT fc
2.测量低频时，由于±1误 差产生的测频误差大得惊人
例如，fx= 10Hz，T=1s，则由±1误差引起的测频误差可达10％， 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。