《电子测量仪器与应用 教学课件 ppt 作者 李福军 第5章 频率和时间测量及仪器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子测量仪器与应用 教学课件 ppt 作者 李福军 第5章 频率和时间测量及仪器（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 频率和时间测量与仪器,目标规划 5.1 频率和时间测量的基本要求 5.2 通用电子计数器的操作方法 5.3 数字频率计的使用操作方法 本章小结 自测题解答,目标规划,（一）学习目标 基本了解：了解频率或时间测量的基本概念及电子计数器的基本原理；了解数字频率计的基本原理。 重点掌握：电子计数器测量频率和周期的方法及其测量中的测量误差的处理。 (二）技能目标 熟练使用电子计数器进行频率、周期、时间间隔的测量，并能正确处理测量结果。,仪器示例1 函数发生器/计数器,仪器示例2 数字频率计,基本概念,1.“周期”是指同一事件重复出现的时间，用T表示。,2.“频率”是单位时间（1秒）内周期性事
2、件重复的次数，单位是赫兹Hz。,电子表走时是否准确取决于 石英晶体作振荡器设石英晶 体振荡器日频率稳定度为10-6,每天走时误差：,5.1 频率和时间测量的基本要求和方法,5.1.1 频率与时间测量的方法,1.模拟法,（1）无源测量法：指测量电路不需要另加信号源，直接用被测信号进行测量。,（2）比较法：将标准频率fs与被测频率fx 相比较来测量频率 。,fx/fs=Ny/Nx,2.计数法,计数法有电容充放电法和电子计数法。采用电子计数电路测量频率和时间的测频仪器称为电子计数器。电子电路计数适用于工频、低频与高频信号的测量，得到了广泛的使用。,5.1.2 电子计数器测频法原理,电子计数电路主要由
3、石英晶振、门控电路、放大整形、主闸门电路、十进制计数器电路等部分组成。,电子计数器测频的方法是在已知标准时间间隔T内计算被测信号重复变化的次数N，按频率的定义有被测频率fx与已知标准频率fs 的关系式为：,5.2 通用电子计数器的操作方法,5.2.1 电子计数器的分类及主要技术指标,1.电子计数器的分类 （1）通用计数器：可测量频率、频率比、周期、时间间隔、累加计数等，其测量功能可扩展。 （2）频率计数器：其功能限于测频和计数，测频范围很宽。在高频和微波范围内的计数器均属于此类。 （3）时间计数器：以时间测量为基础，可测量周期、脉冲参 数等，其测时分辨力和准确度很高。 （4）特种计数器: 具有
4、特殊功能的计数器。,2.通用电子计数器的主要技术性能指标,（1）测量功能及范围：不同功能的有效值范围。 （2）准确度：主要用测量误差来表示，可达10-9以上。 （3）石英晶振器特性：石英晶振是电子计数器的内部基准信号，一般要求高于准确度的一个数量级（10倍）。 （4）输入特性：包括耦合方式（DC、AC）、触发电平（可调）、灵敏度（10100mV）、输入阻抗（50 低阻和1M /25pF高阻）等。 （5）闸门时间(测频)：有1ms、10ms、100ms、1s、10s等多种选择方式。 （6）时标(测周)：有10ns、100ns、1ms、10ms等多种选择方式。 （7）显示：包括数字显示位数及显示方
5、式等。 （8）输出：说明仪器可输出信号的种类、方式等。,5.2.2 通用电子计数器的基本组成,通用电子计数器基本组成的原理方框图见图5.5。电路由A、B输入通道、时基单元、主门、控制单元、计数及显示单元等组成。,1.A、B输入通道,输入通道的作用是将输入的信号进行幅度调整、波形整形和阻抗变换，使其变换为标准脉冲。A输入通道为计数脉冲信号输入电路，B输入通道为闸门时间信号输入电路。,2.主门,主门又称闸门，它控制计数脉冲信号能否进入计数器。,与门在门控信号T为高电平时开通,3.时基单元 由晶体振荡器、分频及倍频电路组成，用以产生标准时间信号。有两类：闸门时间信号（测频）和时标（测周）。,4.控制
6、单元 能产生各种控制信号去控制和协调通用计数器各单元的工作，以使整机按一定的工作程序自动完成测量任务。使得每次测量都按照以下次序进行：准备、计数、显示、复零、准备下次测量。,5.计数及显示电路 本单元用于对主门输出的脉冲计数并以十进制显示计数结果。,5.2.3 通用电子计数器的测量功能,1. 频率测量,因为 NTx=Kf Ts，所以 f x=N/ Kf Ts=N/T; 其中，Kf 分频系数，T= Kf Ts称为闸门时间。,解释：该式表明，在数字化频率测量中，可用计数值N表示fx。它体现了数字化频率测量的比较法测量原理。,信号由A通道输入,2. 测量周期,Tx=NTs/m 其中，m倍频系数， T
7、s/m时标信号。,解释：周期是频率的倒数，因此，测量周期时可以把测量频率时的计数信号和门控信号的来源相对换来实现。,信号由B通道输入,必须保证在fAfB的前提下， 才有TB=NTA 即N= TB/TA = fA / fB,3.测量频率比,4.测量时间间隔,测量时，利用A、B输入通道分别控制门控双稳电路的启动和复原。 1)在测量两个输入信号的时间间隔时，将开关S置于“分”位置； 2)在测量同一个输入信号内的时间间隔时，将开关S置于“合”位置，,时间间隔为 td=NTS,测量时间间隔的波形图,5.累加计数,6.自校（自检）,自校计数结果为,5.2.4 电子计数器的测量误差,1.测量误差的来源,（1
8、）量化误差 量化误差是在模拟量变换为数字量的量化过程中产生的误差，所有数字化仪器都存在这种误差。主要是由于主闸门电路开启和关闭的工作时间与被测计数信号不同步而造成的测量误差。特点是不论计数值N多大，其绝对误差都是1。,（2）触发误差 在输入通道将信号转换为标准脉冲时，存在各种干扰和噪声的影响，同时用作整形的施密特电路进行转换时，电路本身的触发电平还可能产生漂移，从而引入触发误差，也称为“转换误差”。 误差大小与被测信号的大小和转换电路的信噪有关。,（3）标准频率误差,电子计数器在测量频率和时间时都是晶体振荡器产生的各种标准时间为时间信号基准的。显然，如果标准时间信号不准或不稳定，则会产生测量误
9、差，此误差称为标准频率误差。,2.频率测量的误差分析,计数器直接测频的误差主要来源于量化误差（1误差）和标准频率误差。,测量频率误差与被测信号的频率和闸门时间有关，误差曲线如图。,结论：要减小量化误差对测频的影响，应设法增大计数值N，即增加闸门时间。fx愈大则误差愈小，闸门时间愈大误差也愈小，因而合理选择闸门时间是很有必要的。,5.2.5 E-312A型通用电子计数器的使用方法,1.E-312A型通用电子计数器的面板,前面板,后面板,电子计数器面板及控键示意图,2.E-312A型通用电子计数器的电路组成,E-312A型通用计数器由输入通道、计数/控制逻辑单元、晶体振荡器、LED显示器及电源等部
10、分组成。,（1）输入通道电路 A、B两个输入通道，每个通道由衰减器、放大器、整形电路和门电路组成，以确保输出与计数电路相适应的脉冲信号。,（2）石英晶体振荡器电路 标准信号来源于5MHz的石英晶体振荡器和2的倍频电路，也是仪器所需的时标信号。 （3）计数逻辑控制单元电路 计数/控制逻辑单元是整机的核心电路，它主要由一块大规模集成电路ICM7226B组成，它内部包含有多位计数器、寄存器、时基电路、逻辑控制电路、显示译码驱动电路以及溢出和消隐电路等。它可以直接驱动外接的八位LED显示数码管，以扫描形式显示测量结果。 该电路具有8-4-2-1 BCD码输出、复原输出、记忆输出、段码输出和扫描位脉冲输
11、出，还具有时钟输入、闸门时间（周期倍乘）输入、功能输入、复原输入、保持输入及A、B输入。其原理框图如图5.18所示。,图5.18 计数/控制逻辑单元原理框图,3.E-312A型通用电子计数器的操作方法,（1）测试前的准备 1）当给该仪器通电后，应预热约2小时，晶振频率的稳定度才能达到规定的指标。 2）仪器使用时要注意周围环境的影响。 3）仪器在进行各种测量前，应先进行自校检查。本仪器内部时钟信号频率固定为10MHz，当选择不同闸门时间时，显示结果应符合表5.1所示的读数，否则说明仪器存在故障。,表5.1 电子计数器自校显示值,（2）测量各参数的操作方法 1）频率测量。按下 “频率”键为减小误差
12、，可将闸门时间选择较长些。 2）周期测量。按下“周期”键，选择合适的周期倍率，使测量值显示的位数提高就可提高测量精度 。 3）频率比测量。将所有键弹开，频率较高的接入A插座，频率较低的接入B插座，则显示器的数值为被测信号的频率比。 4）计数测量。按下“计数”键，当闸门指示灯灭时停止计数。 5）单信号相邻脉冲的时间间隔测量。按下“时间”键，将通道分合开关置于“合”的位置，被测信号由A插座接入,调节A通道的触发电平旋钮，此时显示器的数值为被测信号相邻脉冲的时间间隔。 6）A、B两信号间的时间间隔测量。按下“时间”键，测量时，启动信号由A插口输入，停止信号由B插口输入，调节两通道的触发电平旋钮，此时
13、显示值为两被测信号间的时间间隔。,5.3 数字频率计的使用操作方法,5.3.1 数字频率计的测量原理,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量参数的设置。若在闸门时间T内计数器计得脉冲数为N，则被测信号频率值为fx=N/T Hz。,5.3.2 SP1500型数字频率计的面板介绍,1.SP1500型数字频率计的面板图如图所示，各控件作用如下。,2.SP1500数字频率计的基本操作方法 （1）开机自检。 （2）测量信号。测量频率时，若频率介于10 Hz100M Hz，按下“频率A”开关；测量周期时，按下“周期A”开关，将输入信号接至通道A。
14、若频率大于100M Hz，按下“频率B”开关，将输入信号接至通道B。,3.数字频率计的测量应用实例,用SP1500频率计测量黑白电视机行扫描电路的行同步保持范围。 （1）调节行振荡线圈L使频率计SP1500显示正确的行频15625Hz；同时电视机屏幕上显示稳定的方格图象（或阶梯灰度图象）。 （2）调节行振荡线圈L，使行频缓慢升高，直到屏幕上的图象出现失步，记下这时的频率值fH。 （3）调节行振荡线圈L，使行频缓慢降低，直到屏幕上的图象再次失步，记下此时频率计的读数fL。 （4）fHfL值即为行同步保持范围。一般要求fHfL500Hz。,【本章小结】,1）频率测量方法包括模拟法和计数法等。模拟法
15、中无源测量法包括谐振法和电桥法，比较法包括有拍频法、外差法、李沙育图形法。 2）电子计数器分为通用电子计数器、频率计数器（即数字频率计）、时间计数器和特种计数器。 3）通用电子计数器由输入通道、计数显示电路、标准时间产生电路和逻辑控制电路等部分组成，它具有测量频率、频率比、周期、时间间隔、累加计数以及自检等功能。它的测量原理是闸门开启时间等于计数脉冲周期与计数脉冲计数值之积。 4）电子计数器的测量误差主要有三种：量化误差、触发误差、标准频率误差。 要减小误差影响，应合理选择闸门时间，增大周期倍乘k值，提高被测信号的信噪比，采用增大B通道分频器分频次数（多周期）的测量方法。同时电子计数器里可配置
16、高稳定度的晶体振荡器，或外接频率源以提高测试精度。 5）在通用电子计数器的基础上，通过预定标法、外差降频变换等方法可以扩展计数器的测频范围，该计数器习惯上称为数字频率计。,【自测题】解答,1. 通用电子计数器主要由哪几部分组成？简述各部分的用？ 答：通用电子计数器主要由输入通道、时基单元形成电路、控制单元电路、主闸门电路、计数电路、显示电路及电源电路等部分组成。 （1）输入通道：通常有A、B、C等多个通道。由输入通道电路通过对输入信号进行衰减、放大和整形后，为计数电路输入适合的计数脉冲信号。 （2）时基单元形成电路：由石英晶体振荡器、分频或倍频电路组成，用于产生机内时间、频率测量的基准信号，即时间测量的时标或频率测量的标淮信号。 （3）控制单元电路：用于产生各种控制信号，使电子计数器按设定的程序工作。 （4）主闸门电路：控制计数信号能否输入到计数电路，主要由门电路、逻辑控制电路等组成。 （5）计数电路、显示电路：接收主闸门输出的
