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XXX學院第五章電子計數器——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]）及電子計數法等三大類，其中電子計數法是目前常用的頻率測量方法。

電子計數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電子計數器概述5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識5.1.1發展歷程電子計數器出現于20世紀五十年代初，其發展經歷了電子管、晶體管、集成電路等三個主要階段。

其中，隨著數字電路技術的發展和成熟，電子計數器的功能不斷拓展、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電子技術發展歷程5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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產品分類計數器類型主要功能通用計數器

用于測量頻率、頻率比、周期、時間間隔和累加計數等，如配以適當的插件，還可以測量相位、電壓等參數。頻率計數器

用于高頻、微波等信號頻率的測量。計算計數器

具有計算功能，還能進行數學運算、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。特種計數器

具有特殊功能的一類計數器，如：可逆計數器、預置計數器、序列計數器和查值計數器等。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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器名稱頻率范圍低速計數器<=10MHz中速計數器10～100MHz高速計數器>100MHz微波計數器1～80GHz5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識按計數脈沖引入方式分：同步計數器和異步計數器；按計數方式分：加法計數器、減法計數器和可逆計數器；按計數分制分：二進制計數器、十進制計數器、二至十計數器等。另外：5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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品數量的計數等。5.1.3產品功能5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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，并利用電子計數器，還可實現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，則每當磁鐵經過磁力傳感器時，便會產生一個脈沖信號。

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

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

利用電子計數器，便可測得單位時間內通過的產品個數，進而可以算出產品的生產速度和總數。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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、計數及顯示單元組成，具體如圖5-6所示。5.2

電子計數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。

電子計數器有兩個輸入通道，分別是：A輸入通道（計數脈沖信號輸入電路）和B輸入通道（閘門時間信號輸入電路）。(1)信號經A輸入通道進行放大、整形，變換為符合主門要求的計數脈沖信號送出，再經過主門進入計數電路，所以A輸入通道是計數脈沖通道。(2)信號經B輸入通道整形后形成脈沖，用來觸發雙穩態觸發器，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觸發器的門控信號，另一個輸入端則接收計數脈沖信號。

在門控信號作用有效期間，計數脈沖被允許通過主門進入計數器計數。

在測量頻率時，門控信號為儀器內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，它控制計數脈沖信號能否進入計數器。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

邏輯控制單元能產生各種控制信號去控制和協調通用計數器內部各單元的工作，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、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態電路，它輸出的門控信號用于控制閘門的開閉。在觸發脈沖作用下雙穩態電路發生翻轉，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打開閘門，另一路輸入脈沖信號使門控雙穩復原關閉閘門。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、計數及顯示電路

計數及顯示電路單元用于對主門輸出的脈沖計數并以十進制數字顯示計數結果。

通常，計數及顯示電路單元由二—十進制計數器、譯碼器和數字顯示器等構成。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，電子計數器通過對一定時間間隔內的脈沖個數進行累加計數來實現對被測信號進行頻率測量，如果在t時間間隔內對周期信號的累加計數為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，電子計數器通過對某一被測時間間隔內的已知周期的脈沖個數進行累加計數來實現對該被測信號進行周期測量。如果在被測時間間隔內對已知周期的脈沖個數的計數為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過程所需時間；同時，周期也是頻率的倒數。

因此，測量周期時可以通過把測量頻率時的計數信號和門控信號進行調換來實現。5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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，經過放大整形電路后去觸發門控雙穩態電路，產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，經過放大整形后送到閘門輸入端，由閘門輸出送入計數器直接計數，計數為TB時間內A信號的脈沖個數K，KTA=TB，即：5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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的時間間隔時，將開關S置于“合”位置，兩輸入通道并聯，被測信號由此公共輸入端輸入，調節兩個通道的觸發斜率和電平可測量脈沖信號的脈沖寬度、前沿等參數。

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累加計數原理框圖5、累加計數

累加計數是電子計數器的基本功能之一，是指在給定時間內，對輸入的脈沖進行累加計數，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電子計數器主要技術指標1、

頻率測量范圍：指電子計數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：指電子計數器內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：指電子計數器可以顯示的測量結果位數。6、

工作方式：指電子計數器具有記憶或不記憶顯示方式。5.4電子計數器使用注意事項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、電子計數器使用環境要滿足產品要求，主要包括：溫度、濕度、電磁環境、振動環境等。電子計數器附近不應有強磁場和強電場，另外在搬運和使用過程中，電子計數器不應受到振動沖擊，以免損壞內部器件。2、電子計數器通電以后，應預熱一定時間后再使用，以保證內部時基單元輸出信號的頻率穩定度達到要求。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、電子計數器在測量前，應先進行自檢，以確保電子計數器能正常工作。4、電子計數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電子計數器典型產品選型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、

根據被測信號的頻率范圍及周期范圍，選擇合適的電子計數器；2、

根據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器；3、

根據被測信號的電壓幅值范圍，選擇合適的電子計數器。目前，國內外有眾多儀器生產廠家生產各種系列、不同性能的電子計數器產品，滿足社會生活、生產、科研等方方面面的需要。在眾多電子計數器生產廠家中，歐洲、美國等公司發展歷史悠久、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主要生產廠家5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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多年的研發生產經歷。目前，頻率計數器產品有：CNT-90、CNT-91。CNT-90頻率計數器5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型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部，是安捷倫科技公司以免稅剝離其電子測量業務的方式而成立的一家新公司。目前，頻率計數器產品主要有：53210A、53220A、53230A。是德53230A型頻率計數器5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識國內主要生產廠家：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）是一家專業從事數字儀器、儀表研發、生產、經營的高科技企業。勝利產品自從八十年代問世以來，經過多年發展，形成了以VC、VICTOR、DM三大系列為主的數字儀器儀表，得到廣大用戶認可和喜愛。目前，主要頻率計數器產品有：VC2000型、VC3165型。勝利VC3165型頻率計數器5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識

勝利VC2000型頻率計數器

是德53210A型頻率計數器5.5.3典型產品介紹5.4使用注意事項5.3主要指標5.5典型產品選型5.1概述5.2基本結構與工作原理5.6補充知識勝利VC2000型頻率計數器：VC2000頻率計數器是一款多功能智能化測量儀器，具有頻率測量、脈沖計數及晶體測量等功能，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