电子计数器课件.ppt

1、2023-5-2112023-5-212电子计数器的分类技术性能 基本组成 各部分功能电子计数器的基本测量功能电子计数器的测量原理电子计数器的测量误差来源2023-5-213w频段的划分w 频段划分：w 国际上规定30KHz以下为甚低频、超低频，30KHz以上每10倍依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段(微波技术按波长划分)。w 一般电子技术中，20Hz20KHz内称音频，20Hz10MHz内称视频，而30KHz几十GHz内称射频。电子测量技术也有按30KHz（或100KHz）为界来划分，30KHz以下为低频，30KHz以上为高频。2023-5-214w 宏观时标：天文秒w 人类早期以

2、太阳“运动”较为均匀建立计时标准：w 零类世界时（记作UTo）：太阳出现于天顶的平均周期（即平均太阳日）的86400分之一定为一秒。w 第一世界时（记作UT1）：对地球受极运动（即极移引起的经度变化）的影响加以修正。w 第二世界时（记作UT2）：地球自转，再进行季节性、年度性变化校正。w 历书时（记作ET）：地球公转，以1900回归年的31556925.9747分之一作为历书时的秒。w 注意：需精密的天文观测，手续烦杂，准确度有限，不便于作为测量过程的参照标准。6108109102023-5-215w 微观时标：原子秒w 原子时（记作AT）：以原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率作

3、为基准。铯-133（）原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的9192631770个周期的持续时间为一秒，其准确度可达 量级。w 注意：原子时稳定，是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。自1972年1月1日零时起，由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准转变为自然基准。w 电子仪器常采用石英频率标准。原因在于：石英晶体的机械稳定性和热稳定性很高，振荡频率受外界因数的影响较小，因而较稳定；石英频标发展快，六十年来将准确度和稳定度提高了4个数量级；石英晶体振荡器结构简单，制造、维护、使用方便，且准确度能满足大多数测量要求。故，作为一种次级标准，已成为最常用的频标。（时标就是频标）133Cs131

4、02023-5-216w 1.直读法w 工程中，常用电动系频率表测量工频信号的频率，并用电动系相位表测量相位。因指针式电工仪表的操作简便、成本低，能满足工程测量的准确度。w 2.电路参数测量法w 通过测电路参数来测频。w 电桥法：把被测作交流电桥的电源，调节桥臂参数使电桥平衡，由平衡条件得被测频率。此法误差较大，已很少用。（见第二章）w 谐振法：将被测作谐振电路的电源，通过改变电路参数使电路谐振，由电路参数可得被测频率。w 两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率刻度，测量时可直接读出结果。2023-5-217w 3.示波器法w （1）直接测量法w 方法：扫描微调置“校正”位，调“时基开关”

5、（即扫描速度），使屏上显示适中稳定的波形，由屏上读得的一个周期的距离（单位cm）和时基开关档位（单位s/cm）可得：w 式中T为被测周期（单位s），S为扫描速度（单位s/cm）。若使用“X扩展”，则应除以扩展系数。被测信号频率为：TXxxsT 2023-5-2182023-5-219w 4.计算法w 前述各测量方法有局限性，如测量范围不宽、准确性度不高等。w 电子计数器测频（周）十分普遍。优点：精度高、使用方便、测量迅速以及便于实现测量的自动化等。下面重点介绍。2023-5-21101 按触发方法分按触发方法分:同步计数器和异步计数器同步计数器和异步计数器2 按计数量分按计数量分 :二进制计数

6、器和非二进制计数器二进制计数器和非二进制计数器3 按计数值的增减分按计数值的增减分:加计数器加计数器 减计数器减计数器 可逆计数器可逆计数器 2023-5-2111 4、按功能分：通用计数器 频率计数器 时间计数器 特种计数器2023-5-2112w 5、按测频的上限值分：w 低速计数器（宽带小于10MHz）w 中速计数器（宽带小于 10Hz100MHz）w 高速计数器（上限频率大于100MHz）w 微波计数器（180GHz）2023-5-2113w 低速计数器w 微波计数器2023-5-2114通用计数器w 时间计数器2023-5-21152023-5-2116 计 数 器 GP3-CT J

7、K-48/JK-72 TCN-61A JK96A JK762023-5-2117 H7EC-T H7EC-N H7EC-8 H7EC-BLM2023-5-21182023-5-2119电子计数器的组成电子计数器的组成测量通道测量通道闸门闸门计数器计数器译码器译码器显示器显示器逻辑控制逻辑控制信号信号2023-5-2120了解电子计数器功能的关键了解电子计数器功能的关键闸门闸门2023-5-2121w输入通道输入通道:是输入电路，是输入电路，A(主要通道主要通道).B.C(建建议通道议通道)3个通道个通道,作用：作用：2023-5-2122脉冲波脉冲波三角波三角波正弦波正弦波转化转化计数脉冲计数

8、脉冲方波方波目的目的:使得波形和幅度标准化使得波形和幅度标准化w计数器计数器：对通过闸门的脉冲个数进行计数，用十对通过闸门的脉冲个数进行计数，用十进制的方式显示进制的方式显示w控制电路控制电路：相当于指挥系统，各种控制信号的相当于指挥系统，各种控制信号的指挥下，协调各单元电路的工作指挥下，协调各单元电路的工作 2023-5-2123w数字显示器:一个数码或字形一个数码或字形(在控制线上在控制线上加加”0”0”或或”1”1”用数字的形式显示出被测量用数字的形式显示出被测量,所一它是一个终端部件所一它是一个终端部件.1.1.整体显示整体显示:由一条显示线控制电平来控由一条显示线控制电平来控制制).

9、).优点优点:字形逼真字形逼真,亮亮,寿命长寿命长 2.2.分段显示分段显示2023-5-2124w第一：累加计数w第二：频率测量w第三：周期测量w第四：频率比测量w第五：时间间隔测量w第六：自校2023-5-21251.1.频率测量原理频率测量原理频率为频率为fx的被测信号经的被测信号经A通道放大整形后输往主门通道放大整形后输往主门(闸门闸门)。同时，晶体振荡器输出信号经分频器可获得各种时间标准同时，晶体振荡器输出信号经分频器可获得各种时间标准(称称时标时标)，闸门，闸门时间选择开关将所选时标信号加到门控双稳，再经门控双稳形成控制主门启闭时间选择开关将所选时标信号加到门控双稳，再经门控双稳形

10、成控制主门启闭的作用闸门时间的作用闸门时间T。则在所选则在所选T内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。若计数器计内主门开启，被测信号通过主门进入计数器计数。若计数器计数值为数值为N，则被测信号的频率，则被测信号的频率fx为：为：fx N/T 通用计数器通用计数器组成原理组成原理 开门时间t时标时基2023-5-2126周期为周期为Tx的被测信号经的被测信号经B通道处理后再经门控双稳输出作为主门启闭的控制通道处理后再经门控双稳输出作为主门启闭的控制信号，使主门仅在被测周期信号，使主门仅在被测周期Tx时间内开启。时间内开启。同时，晶体振荡器输出经倍频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选同

11、时，晶体振荡器输出经倍频和分频得到了一系列的时标信号，通过时标选择开关，所选择开关，所选时标时标即经即经A通道通道送往主门。送往主门。在主门开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标为在主门开启时间内，时标进入计数器计数。若所选时标为T0，计数器计数值，计数器计数值为为N，则被测信号的周期为：，则被测信号的周期为：Tx NT0 2.2.周期测量原理周期测量原理双 稳2023-5-21273：频率比测量：频率比测量欲得到两信号的频率比，选频率高的信号加到欲得到两信号的频率比，选频率高的信号加到A通通道形成时标，选频率低的信号加到道形成时标，选频率低的信号加到B通道形成时基通道形成时基，计数器读数

12、便是在闸门时间，计数器读数便是在闸门时间T 内内 时标时标T 的变化的变化次数，即次数，即N=T /T =f /fBA BAAB问题：为什么A通道输入信号频率比B通道输入信号频率高？2023-5-21284.4.TA-B 测量原理测量原理以以B信号开闸门，信号开闸门，C信号关闸门，在闸门期间累计时标的个数信号关闸门，在闸门期间累计时标的个数N,则则B与与C信信号之间的时间间隔号之间的时间间隔:=NXT 2023-5-2129自校原理方框图2023-5-2130w 电子计数器最基本的功能是在开闸门期间累计脉冲个数，将许多物理量转化为电信号，最后用计数器测量。2023-5-21312023-5-2

13、1321.测量范围2.晶体振荡器的频率稳定度3.输入特性4.测量时间5.显示6.其他2023-5-2133电子计数器的测量误差 误差的来源2 频率测量误差分析 周期测量误差分析 时间间隔测量误差分析2023-5-21341 误差的来源通用电子计数器进行测量时，影响到准确度的因素一般有计数误差、时基误差和触发误差三种。2023-5-2135（1）计数误差由于输入的计数脉冲与时基的门控信号之间的不同步，将发生1的计数不确定情况，如图5-15所示。图5-15 计数误差示意图1t2t1 2 3 4 5 6 71 2 3 4 5 6 7 8计 数 脉 冲门 控 信 号百分误差（0）=100%/（T）%2

14、023-5-2136（2）时基误差计数器中时基频率的不准确会造成测量上的误差。造成时基误差的原因有：校正误差、晶体的短期限与长期限不稳定、温度的变化与电源电压的变动。校正误差是计数器出厂前或校正实验室中，校正的不确定所造成的。校正的方法是将时基振荡器的频率与标准无线电台所发射的标准频率做零差频校正。此外，用铯或铷原子频率标准器的输出来校正，可以获得更高的准确度。2023-5-2137（3）触发误差 计数器在测量时，由于输入信号经由施密特触发器后送入控制逻辑电路，故可能发生触发误差。在测量频率时，若触发电平不适当可能会产生严重的计数误差2023-5-2138 如图5-16(a)所示输入信号含有噪

15、声时，将产生两个脉冲输出，而不是正确的一个脉冲，若重新调整触发电平，如图5-16(b)所示，则可以防止噪声的影响，可以消除错误的计数。(a)(b)图5-16 控制电路的工作波形VHVLVHVL0000tttt2023-5-21392 频率测量误差分析测量频率的误差来源于两个方面：计数误差N和时基误差T0。（1）时基误差是由主控门的开启时间T0是否准确、稳定而产生的。T0的误差等于晶体振荡器输出频率的误差。00000000TTffTTff 为了保证测量的精确度，必须选用高准确度和高稳定度的石英晶体振荡器。2023-5-2140（2）计数误差是由通过主控门后的计数个数N是否准确而带来的，最大为1H

16、z。由计数误差所产生的读数误差为011xNNNf T 被测量的频率越高，闸门开启时间T0越长，则计数误差对测量频率带来的误差越小，测量的精度越高。因此，为了减少测量频率误差，应选用较长短开启时间T0。当被测量频率较低时，应采用测量周期的方法，通过周期得到频率。2023-5-21413 周期测量误差分析由周期测量原理可知，周期测量误差来源于时标误差、计数误差和触发误差。0 xTNT（1）时标误差是由时标信号T0不确定引起的误差。同时基误差一样，时标信号也是由石英晶体振荡器产生的标准频率经过分频或倍频而得到的，所以时标信号的准确度也是由石英晶体振荡器的准确度和稳定度确定的。0 xTNT2023-5

17、-2142 （2）计数误差，在周期测量中，也会产生1个字的计数误差，其值为001xxTNf TNNT 由上式可知，周期测量中，在时标信号T0一定时，被测频率越低，周期越长，则量化误差越小。因此，测量低频率的信号时，宜采用周期测量法来减少误差。2023-5-2143（3）触发误差 周期测量中，主控门的开启时间T是由被测信号Tx控制的，只有当T正好是Tx整数倍时，主控门的时间才准确。但是，当被测信号上叠加有噪声、通过输入通道的整形电路的触发灵敏度变动或者触发电平漂移时，都会使触发时刻发生抖动，使得触发时刻可能被提前或推后，从而造成主控门开启时间不能准确地等于被测信号的周期，于是就产生触发误差。20

18、23-5-2144根据随机误差的合成定律，可得总的触发误差为xnxxT UTU式中Un被测信号叠加噪声的幅度；Ux被测信号的幅度。由上式可见，触发误差与信噪比Ux/Un成反比，信噪比越大，触发误差越小。采用多周期测量同样也可以减少触发误差。2023-5-21454、时间测量误差分析在测量时间间隔中，同样也会产生由噪声干扰引起的触发误差，此外由于施密特触发器的滞后，也会产生误差，称为“触发滞后误差”。测量周期总的误差为:000 xnxxxTfUTTfk UkT 2023-5-2146由图 可得触发滞后误差为(a)(b)图5-17 触发滞后误差及补偿ABAB50%100%1212触发窗触 发 电 平AB50%100%VBVB0021212122BBVVSS 采用补偿网络，借助于移动除触发滞后误差。从图触发窗的方法，可以自动消5-17(b)可见，对正斜率（上升沿），将触发窗往下移半个窗口的宽度；对负斜率（下降沿），将触发窗往上移半个窗口的宽度；则触发点A和B正好处在50%脉冲幅度的电平上。