255390annizj電子測量儀器教案第5章

1、課題 第五章電子計數器5.1概述教學目標知識與能力： 掌握電子計數器的分類、主要技術性能。過程與方法： 通過觀察和講解，掌握電子計數器的分類、主要技術性能。情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點電子計數器的分類、主要技術性能。教學難點電子計數器的分類、主要技術性能。新授課5.1概述5.1.1電子計數器的分類按測試功能：（1）通用計數器多功能計數器。具有測量頻率、周期、頻率比、時間間隔和累加計數等功能。配以適當的轉換插件，還可擴展測試功能。（2）頻率計數器具有測頻和計數功能。（3）計算計數器帶有微處理器具有計算功能。數學運算、求解比較復雜的方程等。可程控與計算機連接實現(xiàn)自動化測量

2、。5.1.2電子計數器的主要技術性能1測試功能測量頻率、周期、頻率比、時間間隔和累加計數等功能。2測量范圍儀器的有效測量范圍。3輸入特性（1）輸入靈敏度工作所需輸入的最小電壓。（2）輸入耦合方式ac耦合和dc耦合。ac耦合：被測信號經隔直電容輸入；dc耦合：被測信號直接輸入（適于低頻及脈沖信號）。（3）輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容。高阻抗適于：頻率不太高，減小對信號源的負載影響。低阻抗適于：頻率較高。（4）最大輸入電壓4測量準確度表示：常用測量誤差。決定：由時基誤差（由晶體管振蕩器的穩(wěn)定度確定）和計數誤差（主要指量化誤差）。5閘門時間和時標由機內標準時間信號源提供的標準時間信號。包括：閘門時

3、間信號和時標信號。6顯示及工作方式（1）顯示位數（2）顯示時間（3）顯示方式記憶：只顯示最終計數的結果。不記憶：顯示正在計數的過程。（4）顯示器件7輸出輸出的標準時間（頻率）信號的種類、輸出數據的編碼方式及輸出電平等。練習習題小結電子計數器的分類：通用計數器、頻率計數器、計算計數器。布置作業(yè)習題課題 5.2通用電子計數器教學目標知識與能力： 理解通用電子計數器的基本組成原理。過程與方法： 通過觀察和講解，理解通用電子計數器的基本組成原理。情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點通用電子計數器的基本組成原理。教學難點通用電子計數器的基本組成原理。新授課5.2通用電子計數器的基本組成

4、通用電子計數器的基本組成原理框圖如圖所示。1a、b輸入通道作用：被測信號放大、整形成標準脈沖。a通道輸出脈沖：計數器的計數信號，門控信號作用時間通過主門計數；b通道輸出脈沖：控制門控信號的作用時間。2主門（又稱為閘門）作用：控制計數脈沖信號能否進入計數器。主門電路：一個雙輸入端邏輯與門，如圖所示。一個輸入端 門控信號（控制單元中門控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）；另一個輸入端 計數脈沖信號。門控信號作用時，計數脈沖通過主門進入計數器計數。3時基單元組成：晶體振蕩器、分頻及倍頻器。標準時間信號分類： 閘門信號（時間較長）：根據分頻技術的不同多選。 時標信號（時間較短）：可為單選，也可為多選。4控制單元作用：產生

5、控制信號，各單元的工作，使整機自動完成測量。門控雙穩(wěn)態(tài)電路：控制主門的開閉。5計數與顯示單元作用：對主門輸出的脈沖計數并以十進制數字顯示計數結果。組成：二十進制計數器、譯碼器和數字顯示器等。練習習題小結1電子計數器的基本組成：a、b輸入通道、時基單元、主門、控制單元、計數與顯示單元。2電子計數器各部分作用：輸入通道：將被測信號進行放大、整形，使其變換為標準脈沖。主門：控制計數脈沖信號能否進入計數器?？刂茊卧寒a生各種控制信號去控制和協(xié)調通用計數器各單元的工作，以使整機按一定的工作程序自動完成測量任務。計數與顯示單元：對主門輸出的脈沖技術并以十進制數字顯示計數結果。布置作業(yè)習題課題 5.3通用電

6、子計數器的測量原理（一）教學目標知識與能力：理解通用電子計數器的周期、頻率。過程與方法： 通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點理解通用電子計數器的周期、頻率。教學難點理解通用電子計數器的周期、頻率。新授課5.3通用電子計數器的測量原理5.3.1測量頻率求解方法：測量原理框圖如圖所示。 被測信號 ® 放大、整形（經a輸入通道）® 序列脈沖 ® 主門 晶振產生振蕩信號fs（ts）® 標準時間脈沖信號（kf，ts）® 門控信號 ® 控制主門的“開啟”或“關閉”® 主門開啟 ® 序列脈沖

7、® 計數（經主門輸入十進制計數器）® 計數結果n轉換為頻率值顯示。即：式中kf為分頻器系數。注意：（1）門控信號的脈寬 分頻器輸出的觸發(fā)信號的周期。（2）閘門時間t：10n s（n為整數），計數結果無須換算。5.3.2測量周期測量周期的原理框圖如圖所示。為提高測量精確度，采用多周期法（又稱周期倍乘），即在b通道后加設幾級十進制分頻器（設分頻器系數為kf），使主門開啟時間擴展kf 倍。如果仍用ts（fs）作時標信號，則其計數結果為周期倍乘率（kf）的改變與顯示屏上的小數點位置的移動同步進行，故使用者無須對計數結果進行換算，即可直接讀出測量結果。練習習題小結1測量頻率公式：2測

8、量周期公式：布置作業(yè)習題課題 5.3通用電子計數器的測量原理（二）教學目標知識與能力： 理解通用電子計數器的頻率比、時間間隔。過程與方法： 通過觀察和講解，理解通用電子計數器頻率比、時間間隔。情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點通用電子計數器的頻率比、時間間隔。教學難點通用電子計數器的頻率比、時間間隔。新授課5.3.3測量頻率比測量頻率比原理框圖如圖所示。當fa > fb， fb（由b通道輸入） ® 放大整形 ® 控制主門的啟閉，門控信號的脈寬 b通道輸入信號的周期fa由a通道輸入 ® 放大整形，作為計數脈沖® 主門開啟 

9、4; 計數器計數。計數結果為直接顯示測量結果。多周期的測量方法（提高精度）：在b通道后，加設分頻器，對fb進行kf次分頻，使主門開啟的時間擴展kf倍，于是不同kf時，小數點相應變化，直接讀出測量結果，但有效數字位數變化。5.3.4測量時間間隔測量時間間隔的原理框圖如右圖所示。測量過程：工作開關s置“分”位置 ： 時間超前信號 ® a通道放大整形 ® 啟動門控電路 ® 開啟主門 ® 計數。 時間滯后信號 ® b通道放大整形 ® 復原門控電路 ® 關閉主門 ® 停止計數。時標信號ts計數有關波形如圖所示。主門開啟時間計

10、數器的計數結果n與兩脈沖信號間的時間間隔td的關系為td = nts注意：（1）a、b通道內分別設置有斜率（極性）選擇和觸發(fā)電平調節(jié)，用于在被測時間間隔的起點和終點所對應的時刻決定主門的開閉。（2）測量一個脈沖信號內的時間間隔時，將工作開關s置“合”的位置。兩通道輸入并聯(lián)，被測信號由此公共輸入端輸入。調節(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、休止期等參數。練習習題小結1測量頻率公式：2測量周期公式：3測量頻率比公式：布置作業(yè)習題課題 5.3通用電子計數器的測量原理（三）教學目標知識與能力： 理解電子計數器累加計數、自校過程與方法： 通過觀察和講解，理解電子計數器累加計數、自校

11、情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點電子計數器累加計數、自校教學難點電子計數器累加計數、自校新授課5.3.5累加計數累加計數的原理框圖如圖所示。門控電路：人工控制。啟動后，主門開啟，輸入脈沖通過主門進入計數器累加計數；門控雙穩(wěn)電路被復原后，主門關閉，計數停止。顯示器直接顯示累加計數的總和。注意：在開啟主門前，應先做復零操作。5.3.6自校自校的原理圖如圖所示。工作過程（同時進行）： 晶體振蕩器 ® 時標信號（經系數為m倍頻器）作為計數信號。 晶體振蕩器 ® 閘門時間信號t（經過kf分頻電路）：門控電路的觸發(fā)信號。計數器的計數結果：取決于時標信號和閘門時間信

12、號，則據上式實現(xiàn)自校。練習習題小結主門開啟時間計數器的計數結果n與兩脈沖信號間的時間間隔td的關系為td = nts。布置作業(yè)習題課題 5.4電子計數器的測量誤差教學目標知識與能力：1掌握電子計數器的測量誤差來源。2掌握頻率測量誤差分析、周期測量誤差分析。過程與方法： 通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點頻率測量誤差分析、周期測量誤差分析。教學難點頻率測量誤差分析、周期測量誤差分析。新授課5.4電子計數器的測量誤差5.4.1誤差來源1量化誤差（計數誤差）原因：主門的開啟和計數脈沖的到達時間關系上是隨機的。因此，在相同的主門開啟時間內，計數器對同樣的脈沖串進行計

13、數時，計數結果不一定相同。測量頻率或時間時，量化的最小單位是數碼的一個字，即量化的結果只能取整數，故這種誤差的極限是 ± 1，因此它的相對誤差為n越大，量化誤差越小。2標準頻率誤差原因：測量頻率和時間是以晶體振蕩器產生的各種標準時間信號為準的。標準時間信號不準或不穩(wěn)定則會產生測量誤差。3觸發(fā)誤差原因：信號的轉換過程存在干擾和噪聲的影響，電路本身的觸發(fā)電平產生漂移。大?。号c被測信號的大小和轉換電路的信噪比有關。結論：測量頻率、周期時，提高信噪比，被測信號不宜衰減過大（測量時間忽略估計）。5.4.2頻率測量誤差分析決定：量化誤差。由 fx = n/t其中t：晶振信號分頻，常數，所以，即式

14、中為量化誤差。因為= ± 1，故有結論：誤差的影響因素是被測信號頻率和閘門時間。fx一定時，增大t或增大n可減小測頻誤差。5.4.3周期測量誤差分析減小觸發(fā)誤差：提高信噪比和多周期測量法。量化誤差的影響：推倒得：結論：量化誤差隨著fx的升高而增大，fx過高時，直接測頻法測量頻率fx后再求tx。多周期法：將被測信號分頻以增加主門開啟時間。此時練習習題小結1誤差來源：量化誤差、標準頻率誤差、觸發(fā)誤差。2測頻率誤差：主要由量化誤差決定。3減小觸發(fā)誤差的影響：提高信噪比和多周期測量法。布置作業(yè)習題課題 5.5e312a型通用電子計數器（一）教學目標知識與能力： 掌握e312a型通用電子計數器

15、的主要技術性能、基本工作原理、基本測量方法。過程與方法： 通過觀察和講解情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點e312a型通用電子計數器的主要技術性能、基本工作原理、基本測量方法。教學難點e312a型通用電子計數器的主要技術性能、基本工作原理、基本測量方法。新授課5.5e312a型通用電子計數器5.5.1主要技術性能1頻率測量輸入端：a通道。測量范圍：1 hz 10 mhz。輸入端為ac耦合：適于正弦波；為dc耦合時：適于脈沖波、三角波或鋸齒波。閘門時間：10 ms、0.1 s、1 s、10 s四檔。測量單位為：ms。小數點自動定位。2周期測量輸入端：a通道。測量范圍：0.4

16、ms 10 s。多周期測量，倍乘率有´100、´101、´102、´103四檔。測量單位為：ms。小數點自動定位。3頻率比測量輸入端：a、b通道。測量范圍：a為1 hz 10 mhz；b為1 hz 2.5 mhz多周期測量，倍乘率有´100、´101、´102、´103四檔。無單位顯示。小數點自動定位。4脈沖時間間隔測量輸入端：雙線a、b通道；單線a通道。測量范圍： 0.25 ms （107-1） ms。要求脈寬 0.5 ms，休止期 0.5 ms。測量單位為：ms。小數點自動定位。5計數計數最大值為108 - 1

17、；小數點在數字右邊；6輸入阻抗a、b段輸入電阻500 kw，輸入電容30 pf。7晶體振蕩器振蕩頻率：5 mhz，穩(wěn)定度1×10-8/d（日）8顯示及工作方式8位led記憶顯示、自動復原，顯示時間為0.2 s加測量時間；可人工復原和保持。練習習題小結e312a型通用計數器組成：輸入通道、計數/控制邏輯單元、晶體振蕩器、led顯示器及電源。布置作業(yè)習題課題 5.5e312a型通用電子計數器（二）教學目標知識與能力： 掌握e312a型通用電子計數器的主要技術性能、基本工作原理、基本測量方法。過程與方法： 通過觀察和講解，情感、態(tài)度與價值觀： 培養(yǎng)學生的嚴謹的科學態(tài)度教學重點e312a型通

18、用電子計數器的主要技術性能、基本工作原理、基本測量方法。教學難點e312a型通用電子計數器的主要技術性能、基本工作原理、基本測量方法。新授課5.5.2基本工作原理組成：輸入通道、計數/控制邏輯單元、晶體振蕩器、led顯示器及電源。整機原理圖如圖所示。a、b輸入通道：衰減器、輸入保護電路、阻抗變換器、放大器、整形器、三態(tài)燈指示電路以及控制選擇門組成，其原理框圖如圖所示。1工作過程被測信號（經輸入通道）® 放大整形 ® 矩形波 ® 控制選擇門（選擇上升或下降沿）® 技術/控制邏輯單元。2電路的各部分作用三態(tài)燈指示電路：來監(jiān)測整形電路的工作情況，當整形電路工作正常時，它將被觸發(fā)，指示燈閃爍點亮。計數/控制邏輯單元（核心）：直接驅動外界的8位led顯示器，以掃描形式顯示測量結果。3電路基本功能具有bcd碼輸出、復原輸出、記憶輸出、段碼輸出和掃描位脈沖輸出，還具有時鐘輸入、閘門時間（周期倍乘）輸入、功能輸入、復原輸入、保持輸入及a、b輸入。其原理框圖如圖所示。icm7226b芯片介紹功能輸入端：與不同的掃描位脈沖輸出端連接時，測量功能發(fā)生變化，可分別完成如圖所示功能。閘門時間輸入端：與不同的掃描位脈沖輸出端連接時，可獲得10 ms