第6章頻率與時間測量

6.1頻率與時間測量的特點與方法6.2通用電子計數器6.3等精度時間/頻率測量6.4EE3376型可程控通用計數器簡介6.1頻率與時間測量的特點與方法6.1.1頻率與時間測量的特點：頻率：周期信號在單位時間（1s）內變化的次數，單位是Hz周期：出現相同現象的最小時間間隔。

特點：（1）時頻測量具有動態性質。 （2）測量精度高。 （3）測量范圍廣。 （4）頻率信息的傳輸和處理比較容易。6.1.2頻率測量的方法（1）諧振法：利用LC回路的諧振特性進行測頻(如諧振式波長表可測無源LC回路的固有諧振頻率）,測頻范圍為0.5~1500MHz。（2）外差法：改變標準信號頻率，使它與被測信號混合，取其差頻，當差頻為零時讀取頻率。這種外差式頻率計可測高達3000MHz的微弱信號的頻率，測頻精確度為10-6左右。（3）示波法：在示波器上根據李沙育圖形或信號波形的周期個數進行測頻。這種方法的測量頻率范圍從音頻到高頻信號皆可。（4）電子計數器法：直接計數單位時間內被測信號的脈沖數，然后以數字形式顯示頻率值。這種方法測量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測頻的需要。6.2通用電子計數器6.2.1通用電子計數器的主要技術性能（1）測試性能：儀器所具備的測試功能，如測量頻率、周期、頻率比等。（2）測量范圍：儀器的有效測量范圍。在測頻和測周期時，測量范圍不同。測頻時要指明頻率的上限和下限；測周期時要指明周期的最大值和最小值。（3）輸入特性：通用電子計數器一般由2~3個輸入通道組成，需分別指出各個通道的特性。（4）測量準確度：常用測量誤差來表示，主要由時基誤差和計數誤差決定，時基誤差由內部晶體振蕩器的穩定度確定。（5）閘門時間和時標：由機內時標信號源所能提供的時間標準信號決定。（6）顯示及工作方式：

顯示位數：可顯示的數字位數，如常見的8位。 顯示時間：兩次測量之間顯示結果的時間，一般是可調的。顯示方式：有記憶和不記憶兩種顯示方式。（7）輸出：包括儀器可輸出的時標信號種類、輸出數據的編碼方式及輸出電平等。6.2.2通用電子計數器的測量功能1.頻率測量

頻率的測量實際上就是在單位時間內對被測信號的變化次數進行累加計數。設開門時間為T，在時間T內，從主門通過的脈沖個數為N，則被測信號的頻率fx為用E312A型通用計數器測一輸入頻率fx=100000Hz的信號，顯示電路所顯示讀數隨閘門時間的不同而不同，見表。2.周期測量周期是頻率的倒數，因此周期的測量和頻率的測量正好相反。設被測信號的周期為Tx，時標信號的周期為To，在時間Tx內，有N個時標脈沖通過主門，則被測信號的周期為

Tx=N

To

它實際上是多個被測周期的平均值，即4.相位差測量

相位差測量通常是指兩個同頻率的信號之間的相位差的測量。相位差測量的主要方法有示波器法、比較器法、直讀法等。利用電子計數器也可進行相位差的測量，它是時間間隔測量的一個應用。瞬時值數字相位差測量原理框圖如圖所示，通過測量兩個正弦波上兩個相應點之間的時間間隔，可換算出它們之間的相位差。設被測信號周期為Tx，門控信號u3的寬度，亦即兩個信號相位差Δφ對應的時間為tφ，則：式中，Ts為時標信號周期。由以上兩式可得：兩次測量結果取平均值：再利用上式可得相位差。瞬時值數字相位差測量工作波形：5.頻率比fB/fA測量頻率比是指兩路信號源的頻率的比值。其測量原理與頻率、周期測量的原理類似。7.自校在使用電子計數器測量之前，應對電子計數器進行自校，一是檢驗電子計數器的邏輯關系是否正常，二是檢驗電子計數器能否準確地進行定量測量。6.2.3通用電子計數器的基本組成通用電子計數器一般由六大部分組成。6.2.4通用電子計數器的測量誤差1.測量誤差的來源1）量化誤差如圖所示，雖然閘門開啟時間都為T，但因為閘門開啟時刻不一樣，計數值一個為9，另一個卻為8，兩個計數值相差1。量化誤差的相對誤差為:2.測量誤差分析與提高測量精度的方法 1）測頻誤差 通過前面的介紹，測頻量化誤差可用下式表示： 2）測周誤差 測周誤差包括測周量化誤差和觸發誤差。 (1)測周量化誤差。 參照圖6.3，以及對測頻量化誤差的分析，測周量化誤差為（6-10） (2)測周觸發誤差。 因為一般門電路采用過零觸發，可以證明觸發誤差可按下式近似表示： 3）中界頻率的確定 忽略隨機誤差，根據中界頻率的定義，可得到中界頻率的計算公式： （6-12）（6-11）4）多周期測量 除采取以上措施外，測量時還應注意以下事項： (1)每次測試前應先對儀器進行自校檢查，當顯示正常時再進行測試。 (2)當被測信號的信噪比較差時，應降低輸入通道的增益或加低通濾波器。 (3)為保證機內晶體穩定，應避免溫度有大的波動和機械振動，避免強的工業磁電干擾，儀器的接地應良好。6.3等精度時間/頻率測量6.3.1等精度測量原理 下圖示出了等精度測量原理。測量時，儀器先產生閘門預備信號，由被測信號脈沖的上升沿觸發同步門E，主門E開啟，E計數器計數。與此同時，時鐘脈沖的上升沿觸發同步門T，主門T開啟，T計數器計數。

等精度測量邏輯時序圖：6.3.2時間間隔平均測量原理 時間間隔測量時序圖如圖所示。6.4EE3376型可程控通用計數器簡介 6.4.1EE3376型可程控通用計數器原理及電路介紹

6.4.2EE3376型可程控通用計數器的