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XXX學院第五章電子計數(shù)器——XXX學校5.4

使用注意事項5.1概述5.2基本結構與工作原理5.3

主要技術指標5.5

典型產(chǎn)品選型5.6補充知識目錄

在電學研究領域，頻率是各類電信號的最基本參數(shù)之一，許多其它電學參量的測量方案、測量結果與其密切相關，是研究電信號頻域特性的基礎。

電信號的頻率測量方法有多種，主要有：無源測頻法（諧振法、電橋法、頻率-電壓變換法）、有源測頻法（拍頻法、差頻法、示波法[周期測量法、李薩如圖形法]）及電子計數(shù)法等三大類，其中電子計數(shù)法是目前常用的頻率測量方法。

電子計數(shù)器是一類最常見的頻率測量儀器，也稱為頻率計或頻率表。5.1電子計數(shù)器概述5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.1.1發(fā)展歷程電子計數(shù)器出現(xiàn)于20世紀五十年代初，其發(fā)展經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路等三個主要階段。

其中，隨著數(shù)字電路技術的發(fā)展和成熟，電子計數(shù)器的功能不斷拓展、性能不斷提高，自動化程度不斷豐富，成為航空航天、電子通訊等尖端科研領域必不可少的測量設備。晶體管電子管集成電路5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-1電子技術發(fā)展歷程5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

電子計數(shù)器種類較多，按照不同的標準有多種分類方法。1、

按測量功能分類

5.1.2產(chǎn)品分類計數(shù)器類型主要功能通用計數(shù)器

用于測量頻率、頻率比、周期、時間間隔和累加計數(shù)等，如配以適當?shù)牟寮?，還可以測量相位、電壓等參數(shù)。頻率計數(shù)器

用于高頻、微波等信號頻率的測量。計算計數(shù)器

具有計算功能，還能進行數(shù)學運算、求解比較復雜方程，能依靠程控進行測量、計算和顯示等全部工作。特種計數(shù)器

具有特殊功能的一類計數(shù)器，如：可逆計數(shù)器、預置計數(shù)器、序列計數(shù)器和查值計數(shù)器等。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識2、按測量頻率分類計數(shù)器名稱頻率范圍低速計數(shù)器<=10MHz中速計數(shù)器10～100MHz高速計數(shù)器>100MHz微波計數(shù)器1～80GHz5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識按計數(shù)脈沖引入方式分：同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按計數(shù)方式分：加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；按計數(shù)分制分：二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、二至十計數(shù)器等。另外：5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

基本功能：對電信號的頻率、周期等參數(shù)進行測量。

擴展功能：通過匹配合適的非電量—電量傳感器，對一些非電量信號其進行測量，常見的非電量信號有：機械振動的頻率、汽車行駛的速度、聲音信號的頻率以及產(chǎn)品數(shù)量的計數(shù)等。5.1.3產(chǎn)品功能5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.1.4應用領域電子計數(shù)器是最基本的電子測量儀器之一，凡是需要測量信號頻率的場合都要用到電子計數(shù)器，如通信領域、計算機領域等。

另外，通過非電量—電量的傳感器轉換，并利用電子計數(shù)器，還可實現(xiàn)對各種非電量的測量。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識應用實例一：測量汽車行駛速度和里程。

在汽車輪轂上安裝一個磁鐵，同時在輪轂周邊固定位置安裝一個磁力傳度感器，則每當磁鐵經(jīng)過磁力傳感器時，便會產(chǎn)生一個脈沖信號。

利用電子計數(shù)器，便可以測得單位時間內(nèi)通過磁鐵的次數(shù)，進而推算出汽車輪胎的轉速，再根據(jù)輪胎周長，就可算出汽車的行駛速度和里程。

應用實例二：測量產(chǎn)品生產(chǎn)速度和總數(shù)。在工廠生產(chǎn)流水線上安裝一對光電傳感器，這樣當有產(chǎn)品通過時，便會擋住光電傳感器的光路，從而產(chǎn)生一個脈沖信號。

利用電子計數(shù)器，便可測得單位時間內(nèi)通過的產(chǎn)品個數(shù)，進而可以算出產(chǎn)品的生產(chǎn)速度和總數(shù)。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.2.1基本硬件結構

通用電子計數(shù)器的基本硬件結構主要由A、B輸入通道、閘門、時基單元、控制單元、計數(shù)及顯示單元組成，具體如圖5-6所示。5.2

電子計數(shù)器基本結構與工作原理5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-6電子計數(shù)器基本硬件組成框圖5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識1、A

B輸入通道

輸入通道的作用是將輸入的信號進行幅度調(diào)整、波形整形和阻抗變換，使其變換為標準的脈沖信號。

電子計數(shù)器有兩個輸入通道，分別是：A輸入通道（計數(shù)脈沖信號輸入電路）和B輸入通道（閘門時間信號輸入電路）。(1)信號經(jīng)A輸入通道進行放大、整形，變換為符合主門要求的計數(shù)脈沖信號送出，再經(jīng)過主門進入計數(shù)電路，所以A輸入通道是計數(shù)脈沖通道。(2)信號經(jīng)B輸入通道整形后形成脈沖，用來觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使其翻轉，其中以第一個脈沖開啟主門，而第二個脈沖關閉主門，兩個脈沖之間的時間間隔即為開門時間，所以B輸入通道是閘門時間信號脈沖通道。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

它的一個輸入端接入來自控制單元中門控雙穩(wěn)觸發(fā)器的門控信號，另一個輸入端則接收計數(shù)脈沖信號。

在門控信號作用有效期間，計數(shù)脈沖被允許通過主門進入計數(shù)器計數(shù)。

在測量頻率時，門控信號為儀器內(nèi)部的閘門時間選擇電路送來的標準信號；在測量周期或時間時則是整形后的被測信號。

閘門又稱主門，它控制計數(shù)脈沖信號能否進入計數(shù)器。主門電路是一個標準的雙輸入端邏輯與門，具體如下圖5.3所示。圖5-7閘門原理示意圖2、閘門5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

時基單元由晶體振蕩器、分頻電路及倍頻電路組成，用以產(chǎn)生標準時間信號，其結構示意圖如圖5-8所示。

石英晶體振蕩器是其核心部分，是總信號源。

時基單元所產(chǎn)生的標準時間信號主要有兩類：

第一類是時間較長的閘門信號，用于測量頻率；

第二類是時間較短的時標信號，用于測量周期。

3、時基單元5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-8時基單元結構示意圖

邏輯控制單元能產(chǎn)生各種控制信號去控制和協(xié)調(diào)通用計數(shù)器內(nèi)部各單元的工作，以使其按照一定的工作程序自動完成測量任務，使得每次測量都按照一定的次序進行：準備、計數(shù)、顯示、復位、準備下次測量。

邏輯控制單元中包括前述的門控雙穩(wěn)態(tài)電路，它輸出的門控信號用于控制閘門的開閉。在觸發(fā)脈沖作用下雙穩(wěn)態(tài)電路發(fā)生翻轉，通常以一個輸入脈沖開啟閘門，而以隨后的一個脈沖關閉閘門，也可以由一路輸入脈沖信號啟動門控雙穩(wěn)打開閘門，另一路輸入脈沖信號使門控雙穩(wěn)復原關閉閘門。4、邏輯控制單元5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5、計數(shù)及顯示電路

計數(shù)及顯示電路單元用于對主門輸出的脈沖計數(shù)并以十進制數(shù)字顯示計數(shù)結果。

通常，計數(shù)及顯示電路單元由二—十進制計數(shù)器、譯碼器和數(shù)字顯示器等構成。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.2.2基本工作原理

電子計數(shù)器通常具有多種測量功能，如：頻率測量、周期測量、時間間隔測量等。

下面按照測量功能來分析電子計數(shù)器的基本工作原理。

5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

頻率測量原理框圖如圖5-9所示，電子計數(shù)器通過對一定時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)進行累加計數(shù)來實現(xiàn)對被測信號進行頻率測量，如果在t時間間隔內(nèi)對周期信號的累加計數(shù)為N，則該被測信號的頻率為：1、頻率測量圖5-9頻率測量原理框圖5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-10周期測量原理框圖2、周期測量

周期測量原理框圖如圖5-10所示，電子計數(shù)器通過對某一被測時間間隔內(nèi)的已知周期的脈沖個數(shù)進行累加計數(shù)來實現(xiàn)對該被測信號進行周期測量。如果在被測時間間隔內(nèi)對已知周期的脈沖個數(shù)的計數(shù)為N，則該被測信號周期Tx為：5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識說明：

周期是信號隨時間變化一個完整循環(huán)過程所需時間；同時，周期也是頻率的倒數(shù)。

因此，測量周期時可以通過把測量頻率時的計數(shù)信號和門控信號進行調(diào)換來實現(xiàn)。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識3、頻率比測量

頻率比測量原理框圖如圖5-11所示。頻率比是指A、B二信號頻率比fA與fB之比，即fA/fB。

將頻率較低的信號由B通道輸入，經(jīng)過放大整形電路后去觸發(fā)門控雙穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生的門控脈沖打開閘門，打開時間為TB，是B信號的一個周期；將頻率較高的信號由A通道輸入，經(jīng)過放大整形后送到閘門輸入端，由閘門輸出送入計數(shù)器直接計數(shù)，計數(shù)為TB時間內(nèi)A信號的脈沖個數(shù)K，KTA=TB，即：5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-11頻率比測量原理框圖5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識4、時間間隔測量

時間間隔測量原理框圖如圖5-12所示。測量時，利用A、B輸入通道分別控制門控雙穩(wěn)電路的啟動和復原。

(1)在測量兩個輸入信號的時間間隔時，將開關S置于“分”位置；(2)在測量同一個輸入信號內(nèi)的時間間隔時，將開關S置于“合”位置，兩輸入通道并聯(lián)，被測信號由此公共輸入端輸入，調(diào)節(jié)兩個通道的觸發(fā)斜率和電平可測量脈沖信號的脈沖寬度、前沿等參數(shù)。

時間間隔的計算公式為：td=N*Ts5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-12時間間隔測量原理框圖5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-13測量時間間隔的波形圖5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識圖5-14累加計數(shù)原理框圖5、累加計數(shù)

累加計數(shù)是電子計數(shù)器的基本功能之一，是指在給定時間內(nèi)，對輸入的脈沖進行累加計數(shù)，其原理框圖如下圖5-14所示。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.3電子計數(shù)器主要技術指標1、

頻率測量范圍：指電子計數(shù)器能夠測量的有效頻率范圍，如：1Hz-10MHz。2、

周期測量范圍：指電子計數(shù)器能夠測量的有效周期范圍，如：0.4us-10s。3、

輸入阻抗和輸入電容：指電子計數(shù)器的輸入阻抗和輸入電容，要求輸入阻抗越大越好，輸入電容越小越好。4、

閘門時間和時標信號：指電子計數(shù)器內(nèi)部標準時間信號源所提供的標準時間信號，包括閘門時間和時標信號。5、

顯示位數(shù)：指電子計數(shù)器可以顯示的測量結果位數(shù)。6、

工作方式：指電子計數(shù)器具有記憶或不記憶顯示方式。5.4電子計數(shù)器使用注意事項5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識1、電子計數(shù)器使用環(huán)境要滿足產(chǎn)品要求，主要包括：溫度、濕度、電磁環(huán)境、振動環(huán)境等。電子計數(shù)器附近不應有強磁場和強電場，另外在搬運和使用過程中，電子計數(shù)器不應受到振動沖擊，以免損壞內(nèi)部器件。2、電子計數(shù)器通電以后，應預熱一定時間后再使用，以保證內(nèi)部時基單元輸出信號的頻率穩(wěn)定度達到要求。通常需要預熱20分鐘，如果不要求精確測量，預熱時間可適當縮短。3、電子計數(shù)器在測量前，應先進行自檢，以確保電子計數(shù)器能正常工作。4、電子計數(shù)器輸入信號電壓幅值不得超過其輸入電壓范圍，以免損壞儀器。5.5電子計數(shù)器典型產(chǎn)品選型5.5.1基本選型原則5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識1、

根據(jù)被測信號的頻率范圍及周期范圍，選擇合適的電子計數(shù)器；2、

根據(jù)對閘門時間及時標信號等性能指標要求，選擇合適的電子計數(shù)器；3、

根據(jù)被測信號的電壓幅值范圍，選擇合適的電子計數(shù)器。目前，國內(nèi)外有眾多儀器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)各種系列、不同性能的電子計數(shù)器產(chǎn)品，滿足社會生活、生產(chǎn)、科研等方方面面的需要。在眾多電子計數(shù)器生產(chǎn)廠家中，歐洲、美國等公司發(fā)展歷史悠久、技術實例雄厚，屬于第一陣營；日本、韓國等公司也具有雄厚技術實力，屬于第二陣營；而中國公司則發(fā)展較晚，技術實力較弱，屬于第三陣營，目前正全力追趕。5.5.2主要生產(chǎn)廠家5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識國外主要生產(chǎn)廠家：瑞典精密時頻測量技術有限公司（PendulumInstruments）

美國是德公司（原美國安捷倫公司，Keysight）5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識瑞典精密時頻測量技術有限公司：瑞典精密時頻測量技術有限公司（簡稱瑞典精密時頻公司，PendulumInstruments）總部位于瑞典首都斯德哥爾摩，其前身是飛利浦公司的時間、頻率部門，在時間頻率測量領域具有40多年的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)歷。目前，頻率計數(shù)器產(chǎn)品有：CNT-90、CNT-91。CNT-90頻率計數(shù)器5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識美國是德公司：美國是德公司（KeysightInc.：簡稱“是德科技”）于2014年11月1日成立，總部位于美國加利福尼亞州圣羅莎，其前身是原美國安捷倫公司電子測量事業(yè)部，是安捷倫科技公司以免稅剝離其電子測量業(yè)務的方式而成立的一家新公司。目前，頻率計數(shù)器產(chǎn)品主要有：53210A、53220A、53230A。是德53230A型頻率計數(shù)器5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家：深圳市驛生勝利科技有限公司

5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識勝利儀器公司：深圳市驛生勝利科技有限公司（簡稱：深圳勝利儀器公司）是一家專業(yè)從事數(shù)字儀器、儀表研發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營的高科技企業(yè)。勝利產(chǎn)品自從八十年代問世以來，經(jīng)過多年發(fā)展，形成了以VC、VICTOR、DM三大系列為主的數(shù)字儀器儀表，得到廣大用戶認可和喜愛。目前，主要頻率計數(shù)器產(chǎn)品有：VC2000型、VC3165型。勝利VC3165型頻率計數(shù)器5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

勝利VC2000型頻率計數(shù)器

是德53210A型頻率計數(shù)器5.5.3典型產(chǎn)品介紹5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識勝利VC2000型頻率計數(shù)器：VC2000頻率計數(shù)器是一款多功能智能化測量儀器，具有頻率測量、脈沖計數(shù)及晶體測量等功能，具有4檔時間閘門、5檔功能選擇和8位LED高亮度顯示，其頻率測量范圍為10Hz—2.4GHz。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產(chǎn)品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識技術參數(shù)VC2000頻率測量A通道測量范圍：50MHz-2.4GHz

基本精度±(1×10-5+3)B通道測量范圍：10Hz-50MHz