第7章频率和时间测量及仪器要点分析.pptVIP

7.1 概述 在相等时间间隔内重复发生的现象称为周期现象，该时间间隔称为周期。在单位时间内周期性过程重复、循环或振动的次数称为频率，用周期的倒数来表示，单位为赫兹（Hz）。频率和周期互为倒数，是最基本的参量。 7.1.1 时间与频率测量的特点 1. 测量精度高 2. 应用范围广 3. 自动化程度高 4.测量速度快 7.2 电子计数器概述 7.2.1 分类 按其测试功能的不同，电子计数器分为以下几类： （1）通用电子计数器 通用电子计数器即多功能电子计数器。它可以测量频率、频率比、周期、时间间隔及累加计数等，通常还具有自检功能。 （2）频率计数器 频率计数器是指专门用于测量高频和微波频率的电子计数器，它具有较宽的频率范围。 （3）计算计数器 计算计数器是指一种带有微处理器、能够进行数学运算、求解复杂方程式等功能的电子计数器。 （4）特种计数器 特种计数器是指具有特殊功能的电子计数器。如可逆计数器、预置计数器、程序计数器和差值计数器等，它们主要用于工业生产自动化，尤其在自动控制和自动测量方面。 本章主要讨论通用电子计数器。 7.2.2 基本组成 如图7.1所示为通用电子计数器组成框图，主要由输入通 道、计数显示电路、标准时间产生电路和逻辑控制电路组成。 （1）输入通道 输入通道即输入电路，其作用是接受被测信号，并对被测信号进行放大整形，然后送入闸门（即主门或信号门）。输入通道通常包括A、B两个独立的单元电路。 A通道是计数脉冲信号的通道。它对输入信号进行放大整形、变换，输出计数脉冲信号。计数脉冲信号经过闸门进入十进制计数器，是十进制计数器的触发脉冲源。 B通道是闸门时间信号的通道，用于控制闸门的开启和关闭。输入信号经整形后用来触发门控电路（双稳态触发器）使其状态翻转，以一个脉冲开启闸门，而以随后的一个脉冲关闭闸门，两脉冲的时间间隔为闸门时间。在此期间，十进制计数器对经过A通道的计数脉冲进行计数。为保证信号能够 在一定的电平时触发，输入端可以对输入信号的电平进行连续调节，并且可以任意选择所需的触发脉冲极性。 有的通用计数器闸门时间信号通道有B、C两个通道。B通道用作门控电路的启动通道，使门控电路状态翻转；C通道用作门控电路停止通道，使其复原。 （2）计数显示电路 计数显示电路是一个十进制计数显示电路，用于对通过闸门的脉冲（即计数脉冲）进行计数，并以十进制方式显示计数结果。 （3）标准时间产生电路 标准时间信号由石英晶体振荡器提供，作为电子计数器的内部时间基准。测量周期（测周）时，标准时间信号经过 放大整形和倍频（或分频），用作测量周期或时间的计数脉冲，称为时标信号；测频时，标准时间信号经过放大整形和一系列分频，用作控制门控电路的时基信号，时基信号经过门控电路形成门控信号。 （4）逻辑控制电路 逻辑控制电路产生各种控制信号，用于控制电子计数器各单元电路的协调工作。每一次测量的工作程序一般是：准备→计数→显示→复零→准备下次测量等。 7.3 通用电子计数器 7.3.1 测量频率 周期性信号在单位时间内重复的次数称为频率，即 f=N/T 式中，T为时间，单位为“s”；N为在时间T内周期性现象的重复次数。 电子计数器测频原理框图如图7.2所示。被测信号经过放大整形，形成重复频率为mfx的计数脉冲，作为闸门的输入信号。门控电路的输出信号称为门控信号，控制着闸门的启闭，闸门开启时间等于分频器输出信号周期KfTs。只有当闸门开启（图中假设门控信号为高电平）时，计数脉冲才能通过闸门进入十进制计数器去计数，设计数结果为N。则存在关 系： N=KfTsfx 如果被测信号经过放大整形后，再经过m次倍频，则满足关系： N=mKfTsfx 式中，N为闸门开启期间十进制计数器计出的计数脉冲个数；fx为被测信号频率，其倒数为周期Tx；Ts为晶振信号周期；m为倍频次数；Kf为分频次数，调节Kf的旋钮称为“闸门时间选择”（或“时基选择”）开关，与Ts的乘积等于闸门时间。 为了使N值能够直接表示fx，常取mKfTs=1ms、10ms、0.1s、1s、10s等几种闸门时间。即当闸门时间为1×10ns(n为整数)，并且使闸门开启时间的改变与计数器显示屏上小数点位 置的移动同步进行时，无需对计数结果进行换算，就可直接读出测量结果。 7.3.2 测量周期 频率的倒数就是周期，电子计数器测量周期的原理与测频原理相似，其原理框图如图7.3所示。 门控电路由经放大整形、分频后的被测信号控制，计数脉冲是晶振信号经倍频后的时间标准信号（即时标信号）。存在关系： N=