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1、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： 与门 A 1/0 B 1/0 c 1/0 同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 C 0 0 0 1 由图可见： 因此 实现了测频原理：“定时计数” 实质：比较法 测频的原理 与 门 A B T 1s T N Tx C 1s 重点掌握 2组成框图 下图是计数式频率计测频的框图。它主要由下列四部分组成。 t 0 B C 0 0 t t T Tx D E 0 t Tx N 0 A t Tx 时基电路
2、计数 一 输入电路 分 频 显示 晶 振 门 控 主 门 控制电路 A B C DE 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10-610-10。（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： T T 2)输入电路 由放大整形电路和主门电路组成。 被测输入周期信号（频率为fx， 周期为Tx）经放大、整形、微分 得周期Tx的窄脉冲，送主门的
3、一 个输入端。 输入电路工作波形图 us t t t t 0 0 0 0 A输入 (T0或Fx ) 放大 整形 微分 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。 4)控制电路 控制电路的作用是产生各种控制信号， 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 程序自动地进行，其工作流程如右图 所示。 准备期 （复零，等待） 显示期 （关门，停止计数） 测量期 （开门，计数） 电子计数器的工作流
4、程图 1.2 误差分析计算 误差传递公式 可对式 求得 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。 N=1 N=fxT 量化误差 3 4 6 7 5218 3 4 6 7 5218 T (a) (1) (2) 黑门进 8个脉 冲 红门进 7个脉 冲 误差合成定理 2.闸门时间误差（时基误差、标准时间误差） 闸门时间不准，造成主门
5、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 =110-7110-10 石英晶体性能和切割方式-生产厂 石英振荡器的输出 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 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 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。 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
6、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 t 0 B C 0 0 t t Tx Tx D E 0 t Tc Tc N Tx Tx 由右图可得 输入电路A 分 频 门 控 主 门 倍 频 晶 振 输入电路B Tx ux B C D E 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 ，根据 误差传递公式可得 根据上图所示的测周原理，可得 而N=1 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
7、称为中界频率。 将两个量化误差表达式联立可得 式中， 为中界频率， 为标准频率，T为闸门时间。 令 则 因 故 图中给出了不同闸门时间：0.1s、1s、10s和不同标准频 率：10MHz、100MHz、1000MHz三种情况的交叉曲线。现以 T=1s， =100MHz为例，可查知 =10kHz。 100MHz 测频量化误差与测周量化误差 1Hz1KHz 1MHz 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10S T=1S 0.1S fc=10MHz fc=1GHz fc=100MH z 测频的量化误差测周的量化误差 f 100MHz 因此，当 宜测频； 当 ，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。 4 等精度测频（同步测频）
