第2章 用电子计数器测量频率和时间参数

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1、第第2章章 使用电子计数器使用电子计数器测量频率与时间参数测量频率与时间参数 2.1 概述概述 2.2 电子计数器电子计数器 2.3 微波测试技术微波测试技术 第第2章章 使用电子计数器测量频率与时间参数使用电子计数器测量频率与时间参数内容提要内容提要 2.1 概述概述 2.2 电子计数器电子计数器 2.3 微波频率测量技术微波频率测量技术重点重点: 电子计数器的电路组成、工作原理及电子计数器电子计数器的电路组成、工作原理及电子计数器测量频率、周期的方法测量频率、周期的方法;测量的误差分析。测量的误差分析。难点：难点：电子计数器测频率、测周期的误差分析；提高测电子计数器测频率、测周期的误差分析

2、；提高测量准确度的方法。量准确度的方法。多功能计数器多功能计数器函数发生器函数发生器/计数器计数器频率计频率计用于测量频率和计数的电子计数器2.1 概述概述 目前，在电子测量中，时间和频率的测量精确度是最高的。在检测技术中，常将一些非电量或其它电参量转换成频率进行测量。 一一. 频率和周期的基本概念频率和周期的基本概念（一）（一） 时间时间有两个含义： “时刻时刻”：即某个事件何时发生； “时间间隔时间间隔”：即某个时间相对某一时刻持续了多久。（二）频率（二）频率的定义：周期信号在单位时间（1s）内的变化次数（周期数）。如果在一定时间间隔时间间隔T内周期信号重复变化了N次次，则频率可表达为：f

3、N/T （三）常用的频率的测量方法（三）常用的频率的测量方法常用的频率测量方法分为常用的频率测量方法分为1.1.直接测量法直接测量法: : 是利用电路的频率响应特性来测量是利用电路的频率响应特性来测量频率值。又可分为频率值。又可分为（1 1）谐振法：）谐振法：调整电路中的可变电容器，使电路发调整电路中的可变电容器，使电路发生谐振。产生谐振频率。此法适于测量生谐振。产生谐振频率。此法适于测量1500MHZ1500MHZ以以下的频率。频率的准确度一般约为下的频率。频率的准确度一般约为（0.251）% 。（2 2）电桥法：）电桥法：利用电桥的平衡条件和有关的特性进利用电桥的平衡条件和有关的特性进行频

4、率测量。例如用文氏电桥来测量。频率的准行频率测量。例如用文氏电桥来测量。频率的准确度一般约为确度一般约为（0.51）% 。2.2.比较法测量比较法测量又可分为又可分为（1 1）拍频法）拍频法：将标准频率与被测频率叠加，由指示器将标准频率与被测频率叠加，由指示器( (电压表电压表) )指示。此法适于音频信号的测量。（应用很指示。此法适于音频信号的测量。（应用很少）少）（2 2）外差法：）外差法：将标准频率与被测频率混频，取出差频将标准频率与被测频率混频，取出差频并测量。测量的频率可达到几十兆赫兹。并测量。测量的频率可达到几十兆赫兹。（3 3）示波器法：）示波器法：利用示波器进行测量。方法有李沙育

5、利用示波器进行测量。方法有李沙育图形法和测周期法图形法和测周期法。李沙育图形法李沙育图形法是将被测频率与标准频率分别接到电子示是将被测频率与标准频率分别接到电子示波器的波器的y y通道和通道和X X通道当两个频率相等时，示波器显示通道当两个频率相等时，示波器显示一个椭圆或圆。一个椭圆或圆。 测周期法：测周期法：利用示波器测量信号频率，再换算为频率。利用示波器测量信号频率，再换算为频率。3 3 电子计数器测量电子计数器测量利用电子计数器来测量频率。具有精度高、速度快、简便利用电子计数器来测量频率。具有精度高、速度快、简便的优点。得到了广泛应用。的优点。得到了广泛应用。二二. . 时间与频率的标准

6、时间与频率的标准1.1.天文时标天文时标 早期的时间频率标准早期的时间频率标准- -世界时：以地球自转周期的世界时：以地球自转周期的1/864001/86400为为1 1秒。秒。19601960年国际计量大会又重新定义世界时年国际计量大会又重新定义世界时“秒秒”单位为：以单位为：以19001900年年1 1月月1 1日日0 0时为参考点，以地球绕太时为参考点，以地球绕太阳公转周期阳公转周期1 1年的年的31556925.974731556925.9747分之一分之一 为为1 1秒。秒。2. 2. 原子时标原子时标 它是利用原子从某种能量状态跃迁到另一种能量状态时，它是利用原子从某种能量状态跃迁

7、到另一种能量状态时，所辐射或吸收的电磁波频率作为标准时间来计量的。所辐射或吸收的电磁波频率作为标准时间来计量的。19671967年国际计量大会通过了秒的新定义：年国际计量大会通过了秒的新定义： “秒是秒是Cs133Cs133原子基态的两个超精细结构能级之间原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率响应的射线束持续跃迁频率响应的射线束持续91926317709192631770个周期的时个周期的时间。间。” 准确度可达到准确度可达到5 51010-14 -14 。3.3.石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体的压电效应使其输出频率具有很高的稳定性。石英晶体的压电效应使其输出频率具有很高的稳定性。其振

8、荡频率受外界影响小。采用高其振荡频率受外界影响小。采用高Q Q值石英晶体振荡和值石英晶体振荡和精密的恒温设备后，其稳定性可以达到精密的恒温设备后，其稳定性可以达到1 11010-10 -10 1 11010-11-11。目前石英晶体振荡已广泛应用于很多电子设备和计算目前石英晶体振荡已广泛应用于很多电子设备和计算机中。例如电子计数器、频率合成器、发射机等，作机中。例如电子计数器、频率合成器、发射机等，作为它们的工作时间频率的基准。为它们的工作时间频率的基准。三三. .时间和频率的数字转换原理时间和频率的数字转换原理 电子计数器主要用于测量时间和频率参数，其数电子计数器主要用于测量时间和频率参数，

9、其数字化的基本原理是：先将时间或频率进行数字转换字化的基本原理是：先将时间或频率进行数字转换（A/DA/D转换），然后对转换后的数字量进行计数，最后转换），然后对转换后的数字量进行计数，最后用数字直接显示出来。用数字直接显示出来。1.1.时间数字转换原理时间数字转换原理把转换后的时间把转换后的时间T Tx x 与作为量化单位标准时间间隔与作为量化单位标准时间间隔t t0 0 进进行比较取整量化数字行比较取整量化数字N,N,即：即：10 tTNX式中，式中，1 1为量化误差。为量化误差。比较过程用一个与门来实现，工作原理见图比较过程用一个与门来实现，工作原理见图2-32-3。输入。输入端端A A

10、和和B B分别输入时间间隔分别输入时间间隔t0 t0 和作为闸门信号的被转换和作为闸门信号的被转换的时间间隔的时间间隔Tx Tx 。2.2.频率频率- -数字转换原理数字转换原理把被转换的频率把被转换的频率f fx x 与作为量化单位标准频率与作为量化单位标准频率f f0 0 进进行比较取整量化数字行比较取整量化数字N,N,即：即：10 ffNX式中，式中，1 1为量化误差。为量化误差。 当闸门信号为低电平时，与门关闭，时标脉冲当闸门信号为低电平时，与门关闭，时标脉冲信号不能通过，计数器不计数。当闸门信号为高电信号不能通过，计数器不计数。当闸门信号为高电平时，与门打开，计数器进行计数，直到闸门

11、信号平时，与门打开，计数器进行计数，直到闸门信号重新变为低电平为止。在这期间，在输出端输出重新变为低电平为止。在这期间，在输出端输出N N个个时标脉冲。计数器计数得到数字量时标脉冲。计数器计数得到数字量N N。3.3.量化误差量化误差 将模拟量转换为数字粮食所产生的误差叫将模拟量转换为数字粮食所产生的误差叫做量化误差。其大小为做量化误差。其大小为1 1个字。这个误差个字。这个误差是由于被转换信号和基准信号不同步所是由于被转换信号和基准信号不同步所引起的。引起的。比较过程仍可用与门实现。只需在与门的比较过程仍可用与门实现。只需在与门的A A端端输入被转换的频率输入被转换的频率fx ,Bfx ,B

12、端输入标准频率端输入标准频率f0 ,f0 ,其对应的标准时间作为闸门信号，则在输出端其对应的标准时间作为闸门信号，则在输出端C C输出数字信号输出数字信号N N。2.2 电子计数器电子计数器一一. .电子计数器的基本组成电子计数器的基本组成 一个电子计数器通常包含五个主要部分。一个电子计数器通常包含五个主要部分。如图如图2-52-5所示。所示。1.1.输入电路输入电路 输入电路（输入通道）通常有输入电路（输入通道）通常有2 23个。个。其作用主要是其作用主要是将输入的信号（正弦波、三角波、锯齿波等）放大并将输入的信号（正弦波、三角波、锯齿波等）放大并整形为脉冲信号。其频率为被测信号的频率。整形

13、为脉冲信号。其频率为被测信号的频率。2. 主门电路主门电路 主门电路是一个可控制的与门电路。要计数的信号加主门电路是一个可控制的与门电路。要计数的信号加到一个输入端，闸门信号加到另外一个输入端。利用到一个输入端，闸门信号加到另外一个输入端。利用主门的关闭与打开，可实现多种测量功能。主门的关闭与打开，可实现多种测量功能。3.3.时基信号产生电路时基信号产生电路 时标信号时标信号t t0 0和闸门信号和闸门信号T T0 0 由时基电路产生。要求有由时基电路产生。要求有足够的稳定度和多值性，由石英晶体振荡器产生再由分足够的稳定度和多值性，由石英晶体振荡器产生再由分频电路多次分频后得到多个标准时间信号

14、。频电路多次分频后得到多个标准时间信号。 例如计数用的时标信号有例如计数用的时标信号有1 1 s s、1010 s s、0.1ms0.1ms、1ms1ms等，闸门信号有等，闸门信号有1ms1ms、10ms10ms、0.1s0.1s、1s1s、10s10s等。等。4.4.计数显示电路计数显示电路 对主门输出的脉冲个数对主门输出的脉冲个数N N进行计数。并以十进制计数进行计数。并以十进制计数方式显示出来。方式显示出来。5.5.控制逻辑电路控制逻辑电路 产生各种控制信号，协调各部分电路的工作是计数产生各种控制信号，协调各部分电路的工作是计数器按一定的程序进行工作。如图器按一定的程序进行工作。如图2-

15、62-6所示。所示。 准备测量（复准备测量（复零、等待）零、等待） 测量测量（计数）（计数）显示显示结果结果准备下次准备下次测量测量图图2-62-6二二. .电子计数器的分类电子计数器的分类 按计数器的功能不同可分为四大类按计数器的功能不同可分为四大类（1 1）通用计数器）通用计数器 具有多种测量功能：测频率、测周期、测多周期平具有多种测量功能：测频率、测周期、测多周期平均、测频率比、测时间间隔、测任意时间间隔内的脉冲均、测频率比、测时间间隔、测任意时间间隔内的脉冲个数、累加计数功能。个数、累加计数功能。（2 2）频率计数器）频率计数器 只有测频率的单一功能。但可以有很宽的频率范围。只有测频率

16、的单一功能。但可以有很宽的频率范围。（3 3）时间间隔计数器）时间间隔计数器 用来测量信号两个点的时间间隔，可以测量一个周用来测量信号两个点的时间间隔，可以测量一个周期信号的周期。测脉冲宽度、占空比、上升时间和下期信号的周期。测脉冲宽度、占空比、上升时间和下降时间。降时间。（4 4）特种计数器）特种计数器 具有特种功能的计数器。如可逆计数器、预置计数具有特种功能的计数器。如可逆计数器、预置计数器、序列计数器、差值计数器等。器、序列计数器、差值计数器等。按照计数的频率分可分为低速计数器（频率小于按照计数的频率分可分为低速计数器（频率小于10MHz)10MHz)、中速计数器（计数频率中速计数器（计

17、数频率1010100MHz)100MHz)、高速计数器（计数频、高速计数器（计数频率大于率大于100MHz)100MHz)、微波计数器（计数频率、微波计数器（计数频率1 180GHz).80GHz).三三. .计数器的技术指标计数器的技术指标1.1.测量功能测量功能：依其所具有的全部测量功能。：依其所具有的全部测量功能。2.2.测量范围测量范围：测量的有效范围。：测量的有效范围。3.3.测量准确度测量准确度：常用测量误差表示测量的准确度。：常用测量误差表示测量的准确度。 4.4.石英晶体振荡器的频率稳定度石英晶体振荡器的频率稳定度：一般要求准确：一般要求准确度要高于被测信号准确度一个数量级。度

18、要高于被测信号准确度一个数量级。5.5.输入特性输入特性：计数器的输入特性一般包括以下几种：计数器的输入特性一般包括以下几种：（1 1）输入灵敏度输入灵敏度: :通用计数器的灵敏度一般在通用计数器的灵敏度一般在1010100mV100mV（2 2）最大输入电压最大输入电压: : 仪器能允许输入最大的电压。仪器能允许输入最大的电压。 （3 3）输入耦合方式输入耦合方式：有：有ACAC和和DCDC两种方式。两种方式。（4 4）触发斜率选择和触发电平调节触发斜率选择和触发电平调节：触发斜率分：触发斜率分“+”+”和和“-”-”，用于选择被测信号的上升沿或下降沿来触，用于选择被测信号的上升沿或下降沿来

19、触发；触发电平用来调节被测信号的触发点。发；触发电平用来调节被测信号的触发点。（5 5）输入阻抗输入阻抗：由输入电阻和输入电容组成。常分为高：由输入电阻和输入电容组成。常分为高阻（阻（1M1M 并联并联25PF25PF）和低租）和低租50 50 6.6.闸门时间和时标闸门时间和时标标明机内的信号源可以提供的闸门时间和时标。标明机内的信号源可以提供的闸门时间和时标。7.7.显示及工作方式显示及工作方式一般标出显示的位数、显示器件以及测量完毕的显一般标出显示的位数、显示器件以及测量完毕的显示持续时间。示持续时间。8.8.输出输出 指仪器可以直接输出的时标信号的种类和测量指仪器可以直接输出的时标信号

20、的种类和测量结果如何编码输出。结果如何编码输出。四四. .阅读一种常用电子计数器的技术指标阅读一种常用电子计数器的技术指标 E312B E312B 通用电子计数器的各项技术指标通用电子计数器的各项技术指标（P36P3639) 39) 五五.电子计数器测量功能电子计数器测量功能电子计数器的组成原理框图如图电子计数器的组成原理框图如图2-8所示所示图图2-8 2-8 电子计数器组成原理框图电子计数器组成原理框图 被计数的信号通道称为计数端，被计数的信号通道称为计数端，控制闸门开启的信号通道称为控制端。控制闸门开启的信号通道称为控制端。当功能开关接到不同的档位时，接入当功能开关接到不同的档位时，接入

21、主门的计数信号及闸门信号不同，由主门的计数信号及闸门信号不同，由此产生不同的测量功能。如表此产生不同的测量功能。如表2-42-4所所示示序号序号测试功能测试功能计数信号计数信号控制信号控制信号计数结果计数结果1自检自检时标时标 t0闸门时间闸门时间 T0N = T0 / t02测量频率（测量频率（A）待测频率待测频率 fx闸门时间闸门时间 T0N = fxT03测量周期（测量周期（B）时标时标 t0待测周期待测周期 TxN = Tx / t04测量频率比（测量频率比（A/B)待测频率待测频率 fA待测频率待测频率 fBN = fA / fB5测量时间间隔测量时间间隔(B-C)时标时标 t0待测

22、时间间隔待测时间间隔 tB-CN = tB-C / t06测量外控时间间隔测量外控时间间隔(A / B - C)外输入外输入tA待测时间间隔待测时间间隔 tB-CN = tB-C / tA7计数计数(A)待测待测Nx手控或遥控手控或遥控N=Nx8计时计时(S)时钟信号时钟信号手控或遥控手控或遥控N(S)表表2-4 2-4 测量功能与计数结果测量功能与计数结果1.1.测量频率功能测量频率功能频率频率- -单位时间内信号周期变化的次数：单位时间内信号周期变化的次数：f fx x = N/T= N/T0 0 。原理原理：计数器严格按照计数器严格按照fx=N/Tfx=N/T0 0 的频率定义实现测频的

23、频率定义实现测频. . 在数字化频率测量中，可用计数值在数字化频率测量中，可用计数值N N表示表示fxfx。体现了数。体现了数字化频率测量的比较法测量原理字化频率测量的比较法测量原理. .实质实质：以比较法为基础以比较法为基础，将频率，将频率f fx x 和已知的时基信号频和已知的时基信号频率率f fo o 相比，将相比的结果以数字的形式显示出来。相比，将相比的结果以数字的形式显示出来。测量的原理方框图如图测量的原理方框图如图2-92-9所示所示例如：时间间隔例如：时间间隔T0=1S,T0=1S,测得信号重复次数测得信号重复次数N=1000N=1000，则测，则测得信号的频率为得信号的频率为

24、fx=1000Hz.fx=1000Hz.图图2-9 2-9 测量频率原理方框图测量频率原理方框图实际测量原理：将功能开关置于实际测量原理：将功能开关置于“2”2”。被测信号送入。被测信号送入A A通道经放大、整形形成计数脉冲加到主门的一个输通道经放大、整形形成计数脉冲加到主门的一个输入端，由石英晶体产生的信号经分频器分频后得到入端，由石英晶体产生的信号经分频器分频后得到信号进入门控电路形成闸门信号信号进入门控电路形成闸门信号T To o，送入主门电路，送入主门电路另一个输入端。在闸门信号的作用下，仅在另一个输入端。在闸门信号的作用下，仅在T To o期间期间才能输出脉冲信号。再由计数电路进行计

25、数和显示才能输出脉冲信号。再由计数电路进行计数和显示出计数值出计数值N.N.。2.2.测量周期功能测量周期功能 测量原理方框图如图测量原理方框图如图2-102-10所示。所示。将功能开关置于将功能开关置于“3”3”位置，被测信号送入位置，被测信号送入B B通道，经通道，经放大、整形形成计数脉冲进入门控电路形成闸门信号放大、整形形成计数脉冲进入门控电路形成闸门信号TxTx加到主门的一个输入端，石英晶体产生的信号由分加到主门的一个输入端，石英晶体产生的信号由分频器分频后，经放大整形后得到时标信号频器分频后，经放大整形后得到时标信号t t0 0 ，送入，送入主门电路。选择适当的时标主门电路。选择适当

26、的时标t t0.0.在闸门信号在闸门信号TxTx的作用的作用下，仅在下，仅在TxTx期间才能输出脉冲信号。再由计数电路进期间才能输出脉冲信号。再由计数电路进行计数和显示出计数值行计数和显示出计数值N N。则被测脉冲的周期为：。则被测脉冲的周期为：T Tx x=Nt=Nt0 .0 .。例如：若被测周期信号例如：若被测周期信号T Tx x=10ms,=10ms,当时标当时标 t t0 0 = 1 = 1 s s，测得测得N=10000,N=10000,若显示单位为若显示单位为 msms则显示则显示10.000 ms10.000 ms。当时标当时标 t t0 0 = 10 = 10 s s，测得，测

27、得N=1000,N=1000,若显示单位为若显示单位为 msms则则显示显示10.00 ms10.00 ms。注意：显示结果的有效数字末尾表示了被测信号的分注意：显示结果的有效数字末尾表示了被测信号的分辨力。辨力。3.3.测量频率比功能测量频率比功能当功能开关置于当功能开关置于“4”4”时。其原理方框图如图时。其原理方框图如图2-112-11所示。所示。测量频率比的是指示通道的一个周期作为闸门时间测量频率比的是指示通道的一个周期作为闸门时间T TB B，控制主门的开关，在控制主门的开关，在T TB B时间对从时间对从A A通道输入的频率通道输入的频率fxfx的的信号周期数信号周期数T TA A

28、进行计数。则频率比为进行计数。则频率比为N =TN =TB B/T/TA A =f=fA A/f/fB B 注意：注意： 必须使必须使 f fA A f fB B 通过测量频率比功能，可以测量分频电路的分频或倍通过测量频率比功能，可以测量分频电路的分频或倍频系数。频系数。4. 4. 测量时间间隔功能测量时间间隔功能测量时间间隔功能的原理方框图如图测量时间间隔功能的原理方框图如图2-122-12所示。所示。由通道由通道A A输入时标信号。若测量输入时标信号。若测量B B、C C通道两路信号的时通道两路信号的时间间隔，则两路信号经过放大、整形后分别加入的间间隔，则两路信号经过放大、整形后分别加入的

29、RSRS触触发器（双稳态电路），其输出脉冲作为主门电路的控制发器（双稳态电路），其输出脉冲作为主门电路的控制脉冲加到主门的另一个输入端。脉冲加到主门的另一个输入端。B B、C C通道两路信号分别通道两路信号分别作为主门打开和关闭的驱动和停止信号。被测得的时间作为主门打开和关闭的驱动和停止信号。被测得的时间间隔为：间隔为：t tB-C B-C = Nt= Nto o 5.5.自校功能自校功能 自校是电子计数器对机内基准信号进行测量的一种自校是电子计数器对机内基准信号进行测量的一种功能。用于检查自身的逻辑功能是否正常。自校原理框功能。用于检查自身的逻辑功能是否正常。自校原理框图如图图如图2-162

30、-16所示。由石英晶振产生的信号经不同分频器所示。由石英晶振产生的信号经不同分频器分频后，分别加到主门的两个输入端，一个作为时标信分频后，分别加到主门的两个输入端，一个作为时标信号，一个作为闸门信号然后进行计数及显示。号，一个作为闸门信号然后进行计数及显示。E312BE312B型电子计数器使用说明（型电子计数器使用说明（P44-45P44-45）电子计数器操作规程（电子计数器操作规程（45-4645-46）频率稳定度的表征频率稳定度的表征1.1.频率准确度的概念频率准确度的概念频率准确度频率准确度是指输出的实际频率是指输出的实际频率f fx x 与其标称值与其标称值f f0 0 的相的相对频率

31、偏差。即：对频率偏差。即：00,fffffx 2.2.频率稳定度的概念频率稳定度的概念频率稳定度是频率准确度随时间变化的程度。它表征频频率稳定度是频率准确度随时间变化的程度。它表征频率源维持其工作与恒定频率的能力。率源维持其工作与恒定频率的能力。（1 1）长期频率稳定度的表征）长期频率稳定度的表征 长期频率稳定度是指石英晶体振荡其因老化而引长期频率稳定度是指石英晶体振荡其因老化而引起的振荡频率的缓慢变化。即频率的老化漂移。通常起的振荡频率的缓慢变化。即频率的老化漂移。通常用日老化率和日波动率衡量。用日老化率和日波动率衡量。（2 2）短期频率的稳定度的表征）短期频率的稳定度的表征短期频率的稳定度

32、是指秒或毫秒内的随机频率变化。短期频率的稳定度是指秒或毫秒内的随机频率变化。2.2.频率计量频率计量电子计数器需要定期进行计量校准。电子计数器需要定期进行计量校准。六六. .电子计数器的测量误差电子计数器的测量误差1.1.测量频率误差测量频率误差 (1)(1)闸门时间误差闸门时间误差 闸门时间误差闸门时间误差等于晶振输出频率的误差等于晶振输出频率的误差 （2 2）量化误差）量化误差 量化误差量化误差是由通过主门后的计数脉冲个数是否准确而是由通过主门后的计数脉冲个数是否准确而带来的。最大为带来的。最大为1Hz。为了减少测量误差需要增大计为了减少测量误差需要增大计数值数值N N，应选用较长的闸门时

33、间。，应选用较长的闸门时间。2.2.测量周期误差测量周期误差 周期周期 T Tx x=Nt=Nt0 0 。测量周期的误差主要有。测量周期的误差主要有（1 1）时标误差）时标误差（2 2）量化误差）量化误差（3 3）触发误差）触发误差0000ffTT 两种提高测量精度的方法两种提高测量精度的方法一一. .多周期同步测频法多周期同步测频法在测频率时，由于闸门信号与被测信号不同步，会在测频率时，由于闸门信号与被测信号不同步，会引起增加量化误差。同步测频法可以减少这种误差。引起增加量化误差。同步测频法可以减少这种误差。其原理是由微处理器进行控制，使闸门时间等于被其原理是由微处理器进行控制，使闸门时间等

34、于被测信号整周期数。原理方框图如图测信号整周期数。原理方框图如图2-202-20所示。所示。二二. .游标法测量时间间隔游标法测量时间间隔1.1.游标法：游标法：游标法测量时间间隔的原理与有游标卡游标法测量时间间隔的原理与有游标卡尺测量机械长度原理相同。它有两个时钟信号，一尺测量机械长度原理相同。它有两个时钟信号，一个是主时钟，另一个作为游标时钟。两个频率非常个是主时钟，另一个作为游标时钟。两个频率非常接近。接近。2.2.双游标法双游标法2.3 微波频率测量微波频率测量对于微波范围的频率测量，由于频率特别高通用电子计数对于微波范围的频率测量，由于频率特别高通用电子计数器无法准确测量。一般才有将

35、微波频率变换为器无法准确测量。一般才有将微波频率变换为1GHz以下，以下，再用电子计数器测量。再用电子计数器测量。一一.变频法变频法 变频法是将被测信号经过差频变换后变成频率较低的中频变频法是将被测信号经过差频变换后变成频率较低的中频信号进行测量。如图信号进行测量。如图2-24所示所示二二. 置换法置换法 利用一个频率比较低的置换振荡器的利用一个频率比较低的置换振荡器的N次谐波，与被测信次谐波，与被测信号的频率号的频率fx 进行分频时的锁相，从而将被测信号频率转换进行分频时的锁相，从而将被测信号频率转换为较低频率为较低频率fL 。如图如图-25所示。所示。Fx 与与fL的的N次谐波次谐波NfL

36、混频后，混频后，取出取出fx-NfL，当环路锁定时当环路锁定时 fx-NfL= fs 即即 fx= NfL+ fs 三三. 微波计数器的使用微波计数器的使用附录附录1 通用电子计数器通用电子计数器电子计数器面板及控键示意图电子计数器面板及控键示意图 数字式测量频率和时间的仪器称电子计数器或通用计数器ABC （1）功能选择）功能选择 有6个键，完成计数、测量频率、测量周期、测量时间间隔、测量频率比和自校功能。 （2）时间选择）时间选择 测量频率时，用于选择闸门时间；测量周期时，用于选择周期倍乘。 （3）输入通道）输入通道 具有A、B和C三个通道，其中A、B通道可对输入信号进行衰减。电子计数器面板

37、及控键电子计数器面板及控键（4）触发选择）触发选择 用于选择触发方式。置“+”时，为上升沿触发；置“-”时，为下降沿触发。（5）触发电平）触发电平 可连续调节触发电平。（6）数码显示器）数码显示器 用于测量值显示，小数点自动定位。电子计数器面板及控键电子计数器面板及控键电子计数器的主要电路电子计数器的主要电路电子计数器的组成电子计数器的组成 1) 输入通道 2) 计数器 3) 逻辑控制 4) 显示器及驱动 5) 时基产生电路电子计数器的测量功能电子计数器的测量功能 1) 频率测量 2) 频率比测量 3) 周期测量 4) 时间间隔测量 5) 自检电子计数器的主要电路电子计数器的主要电路 1. 输

38、入通道输入通道其作用是对输入信号处理以产生符合计数要求（波形、幅对输入信号处理以产生符合计数要求（波形、幅度）的脉冲信号度）的脉冲信号。电子计数器一般设置2个或3个输入通道，记作A、B、C。A通道用于测频、自校；B通道用于测周；B、C通道合起来测时间间隔；A、B通道合起来测频率比。 2计数器计数器功能功能：计数电路对通过主门的脉冲进行计数（计数值代表了被测频率或时间），并通过数码显示器将测量结果直观地显示出来。计数器用触发器构成。为了便于观察和读数，通常使用十十进制计数电路进制计数电路。在数字仪表中，最常用的是按8421编码的十进制计数器，来了十个脉冲就产生一个进位。 电子计数器的主要电路电子

39、计数器的主要电路 3显示与驱动电路显示与驱动电路 电子计数器以数字方式显示出被测量，目前常用的有LED显示器(数码显示)和LCD(液晶显示器)显示器。 4逻辑控制电路逻辑控制电路 由门电路和触发器组成的时序逻辑电路。 产生各种指令信号，如闸门脉冲、闭锁脉冲、显示脉冲、复零脉冲、记忆脉冲等，这些指令控制整机各单元电路的工作，使整机按一定的工作程序完成测量任务。电子计数器的主要电路电子计数器的主要电路功能功能：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）。实现实现：由内部晶体振荡器（也可外接），通过倍频或分频得到。再再通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发

40、器得到“门控信号门控信号”。如，若fc=1MHz,经106分频后，可得到fs=1Hz(周期Ts=1s)的时基信号，经过门控双稳态电路得到宽度为Ts=1s的门控信号。电子计数器的主要电路电子计数器的主要电路5. 时基产生电路时基产生电路要求：要求：标准性： “门控信号”和“时标”作为计数器频率和时间测量的本地工作基准，应当具有高稳定度和高准确度。多值性：为了适应计数器较宽的测量范围，要求“闸门时间”和“时标”可多档选择。 常用“闸门时间”有：1ms、10ms、100ms、1s、10s 常用的“时标”有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。电子计数器的主要电路电子计数器的主

41、要电路5. 时基产生电路时基产生电路附录附录2 其它测量时间和频率的方法其它测量时间和频率的方法 按工作原理来分类，频率的测量方法可分为直接法和比对法两大类，如表5.1所示。谐振法测频谐振法测频 1谐振法测频的基本原理谐振法测频的基本原理谐振法测频以LC调谐电路的谐振为基础，即利用电感、电容的串联谐振回路或并联谐振回路的谐振特性来实现测频的，如图5.7所示。CLffox2210f2L测量回路的固有频率；测量回路的电感值；C 测量回路的电容。谐振电路的曲线如图5.8所示 被测信号的频率； 谐振时测量回路的谐振频率； 谐振点附近的频率。 221ffffoxxf0f21, ff谐振法测频谐振法测频2

42、谐振点的判断谐振点的判断 谐振法测量频率误差的来源主要有以下几种。（1）实际中电感、电容的损耗越大，品质因数越低，谐振曲线越平滑，越不容易找出真正的谐振点。如图6.14虚线所示。（2）面板上的频率刻度是在规定的标定条件下刻度的。当环境温度、湿度等因数变化时，将使电感、电容的实际值发生变化，从而使回路的固有频率变化。（3）由于频率刻度不能分得无限细，人眼读数常常有一定误差。谐振法测频谐振法测频3. 谐振法测频的误差分析谐振法测频的误差分析电桥法测频电桥法测频电桥法测频是利用交流电桥平衡条件与加在该电桥中的交流工作信号频率有关的特性来进行的。文氏电桥测频的原理如图5.9所示。图5.9 电桥法测频的

43、原理图电桥法测频电桥法测频频率频率-电压转换法测频电压转换法测频 频率电压转换的方法是把被测信号的频率大小转换成与之成比例的时间间隔，其原理框图如图5.10所示。图5.10 频率-电压转换法测频比较法测频比较法测频 比较法测频就是用标准频率与被测频率进行比较，当把标准频率调节到与被测频率相等时，指零仪表指零，此时的标准频率即为被测频率值。比较法测频可分为拍频法测频与差频法测频两种。示波器测频示波器测频 用示波器测量频率有两种方法。一是将被测信号和标准频率信号加到示波器的Y通道，在荧光屏上测量被测信号的周期；另一种是将被测信号分别加到示波器的X通道和Y通道，观测荧光屏上显示的李沙育图形。1仪器面

44、板各旋钮的作用E-312型数字频率计的面板图如图4-10所示。补充补充 电子计数器的应用电子计数器的应用E312型数字频率计简介图4-10 E-312型数字频率计的面板框图 （1）显示方式选择兼电源开关。（2）闸门指示氖灯。氖灯亮时，表示主门开启；不亮时，主门关闭。（3）显示时间旋钮。调节范围为0.5s 。（4）时标选择开关。共分五档，0.1s、1s、10s、0.1ms、1ms。（5）倍乘及闸门时间选择开关。共分五档，1ms、10ms、0.1s、1s、10s；本开关也可作为测量周期和频率比时的倍乘选择开关，共分五档，100、101、102、103、104。（6）人工复零按钮。（7）停止-计数选

45、择开关。工作方式选择开关置于计数A档时，由此开关控制计数器的起始和终止时间。（8）工作方式选择开关。具有8种功能，即计数A、外控时间间隔A/B C、频率比A/B、自校、频率A、时间间隔B C、时间B、周期B。 （9）“+”“”选择开关。可选择脉冲上升或下降沿触发。（10）A、B、C通道输入端。（11）输入衰减开关及旋钮。（12）输入电平（A）指示器。指示输入A通道信号幅度的大小，测量时应调节A通道输入衰减开关，使指针指示在表头中间“1”处。2使用方法 （1）接通电源，将仪器背面钮子开关拨至“内接”处，仪器预热1h，再将“显示方式兼电源开关”置于“记忆”或“不记忆”处，此时数码显示器亮，表明整机电源正常。（2）根据说明书对仪器的时基电路、门电路及计数器进行自校检查。（3）调节显示时间。当顺时针方向转动“显示时间”旋钮时，显示时间由短变长，当转至端点时，显示时间由自动复原转为人工控制（按下复原按钮，电路复原）。复原后门电路开启，闸门指示氖灯亮，重新开始计数。（4）记忆和不记忆显示。当开关置于“记忆”时，被测频率值稳定地显示在数码管上。当开关置于“不记忆”时，显示数字在闸门开启时计数，显示时间结束后复零，然后重新计数。