電子測量論文

1、概述電子技術(shù)計(jì)數(shù)器是一種最常見、最基本的數(shù)字化儀器，他利用數(shù)字電子技術(shù)對(duì)在給定時(shí)間內(nèi)通過的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)并顯示其計(jì)數(shù)結(jié)果。電子計(jì)數(shù)器由于使用大規(guī)模集成電路，因而體積小、耗電省、可靠性高、從電性能來看，測頻范圍寬、精確度高，用數(shù)字顯示，在頻率測量方便幾乎已完全取代了傳統(tǒng)的模擬式儀器。他是其他數(shù)字化器的基礎(chǔ)，在數(shù)字化儀器中，出現(xiàn)最早，使用最為廣泛。按其測量功能來區(qū)分，電子計(jì)數(shù)器可以分為以下幾類。（1） 通用計(jì)數(shù)器：通常指多功能計(jì)數(shù)器。它可以用于測量頻率、頻率比、周期、時(shí)間間隔和累加家計(jì)數(shù)等，如配以適當(dāng)?shù)牟寮?，還可以測量相位、電壓等參數(shù)。（2） 頻率計(jì)數(shù)器；其功能為測頻和計(jì)數(shù)、測頻范圍很寬。在高頻和微

2、波范圍內(nèi)的計(jì)數(shù)器均屬于此類。（3） 計(jì)算計(jì)數(shù)器：帶有微處理器、具有計(jì)算功能的計(jì)算器。它除具有計(jì)算器功能外，還能進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、求解比較復(fù)雜的方程，能依靠程控進(jìn)行測量、計(jì)算和現(xiàn)實(shí)等全部工作、目錄第一章   通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成第二章   通用電子計(jì)數(shù)器工作原理 2.1測量頻率 2.2測量周期 2.3通用計(jì)數(shù)器測量誤差 第三章  典型智能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品介紹 心得體會(huì)參考文獻(xiàn)通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成通用電子計(jì)數(shù)器組成框圖。它主要SKM300GA-123D由輸入通道、計(jì)數(shù)顯示電路、標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路和邏輯控制電路組成。(1)輸入通道：即

3、輸入電路，其作用是接收被測信號(hào)，并對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行放大整形，然后送人閘門（即主門或信號(hào)門）。輸入通道通常包括A、B兩個(gè)獨(dú)立的單元電路。A通道是計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)的通道。它對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大整形、變換、輸出計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)經(jīng)過閘門進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的觸發(fā)脈沖源。B通道是閘門時(shí)間信號(hào)的通道，用于控制閘門的開啟和關(guān)閉。輸入信號(hào)經(jīng)整形后用來觸發(fā)門控電路（雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器），使其狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。以一個(gè)脈沖開啟閘門，而以隨后的一個(gè)脈沖關(guān)閉閘門，兩脈沖的時(shí)間間隔為閘門時(shí)間。在此期間，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)經(jīng)過A通道的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。為保證信號(hào)能夠在一定的電平時(shí)觸發(fā)，輸入端可以對(duì)輸入信號(hào)的電平進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，并

4、且可以任意選擇所需的觸發(fā)脈沖極性。有的通用計(jì)數(shù)器閘門信號(hào)通道有B、C兩個(gè)通道。B通道用作門控電路的啟動(dòng)通道，使門控電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；C通道用作門控電路停止通道，使其復(fù)原。(2)計(jì)數(shù)顯示電路：它是一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示電路，用于對(duì)通過閘門的脈沖（即計(jì)數(shù)脈沖）進(jìn)行計(jì)數(shù)，并以十進(jìn)制方式顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。(3)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路：標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)由石英晶體振蕩器提供，作為電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)。測周時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)經(jīng)過放大整形和倍頻，用作測周時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖，稱為時(shí)標(biāo)信號(hào)；測頻時(shí)，櫟準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)經(jīng)過放大整形和一系列分頻；用作控制門控電路的時(shí)基信號(hào)，時(shí)基信號(hào)經(jīng)過門控電路形成門控信號(hào)。(4)邏輯控制電路：產(chǎn)生各種控制信號(hào)，用于

5、控制電子計(jì)數(shù)器各單元電路的協(xié)調(diào)工作。一般每一次測量的工作程序是：準(zhǔn)備一計(jì)數(shù)一顯示一復(fù)零一準(zhǔn)備下次測量等。通用電子計(jì)數(shù)器工作原理由 B通道輸入頻率為fB的經(jīng)整形的信號(hào)控制閘門電路,即以一個(gè)脈沖開門,以隨后的一個(gè)脈沖關(guān)門。兩脈沖的時(shí)間間隔(TB)為開門時(shí)間。由A通道輸入經(jīng)整形的頻率為fA的脈沖群在開門時(shí)間內(nèi)通過閘門，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，所計(jì)之?dāng)?shù)N=fA·TB。對(duì)A、B通道作某些選擇，電子計(jì)數(shù)器可具有以下三種基本功能。頻率測量：被測信號(hào)從A通道輸入，若TB為1秒，則讀數(shù)N即為以赫為單位的頻率fA。由晶體振蕩器輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)經(jīng)時(shí)基電路適當(dāng)分頻后形成閘門時(shí)間信號(hào)而確定TB之值。周期或時(shí)間間隔測量

6、：被測信號(hào)由 B信道輸入，控制閘門電路，而 A通路的輸入信號(hào)是由時(shí)基電路提供的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器計(jì)入之?dāng)?shù)為閘門開放時(shí)間，亦即被測信號(hào)的周期或時(shí)間間隔。累加計(jì)數(shù)：由人工觸發(fā)開放閘門,計(jì)數(shù)器對(duì)A通道信號(hào)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。在這些功能的基礎(chǔ)上再增加某些輔助電路或裝置，計(jì)數(shù)器還可完成多周期平均、時(shí)間間隔平均、頻率比值和頻率擴(kuò)展等功能。電子計(jì)數(shù)器性能指標(biāo)主要包括：頻率、周期、時(shí)間間隔測量范圍、輸入特性（靈敏度、輸入阻抗和波形）、精度、分辨度和誤差（計(jì)數(shù)誤差、時(shí)基誤差和觸發(fā)誤差）等。2.1測量頻率頻率為fx的被測信號(hào)經(jīng)A通道放大整形后輸往主門(閘門)。同時(shí)，晶體振蕩器輸出信號(hào)經(jīng)分頻器可獲得各種時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(稱時(shí)標(biāo)

7、)，閘門時(shí)間選擇開關(guān)將所選時(shí)標(biāo)信號(hào)加到門控雙穩(wěn)，再經(jīng)門控雙穩(wěn)形成控制主門啟閉的作用閘門時(shí)間T。則在所選T內(nèi)主門開啟，被測信號(hào)通過主門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。2.2測量周期周期為Tx的被測信號(hào)經(jīng)B通道處理后再經(jīng)門控雙穩(wěn)輸出作為主門啟閉的控制信號(hào)，使主門僅在被測周期Tx時(shí)間內(nèi)開啟。同時(shí)，晶體振蕩器輸出經(jīng)倍頻和分頻得到了一系列的時(shí)標(biāo)信號(hào)，通過時(shí)標(biāo)選擇開關(guān)，所選時(shí)標(biāo)即經(jīng)A通道送往主門。在主門開啟時(shí)間內(nèi)，時(shí)標(biāo)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。若所選時(shí)標(biāo)為T0，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為N，則被測信號(hào)的周期為： 如果被測周期較短，可以采用多周期測量的方法來提高測量精度，即在B通道和門控雙穩(wěn)之間插入十進(jìn)分頻器，這樣使被測周期得到倍乘即主門的開啟

8、時(shí)間得到了倍乘。若周期倍乘開關(guān)選為×10n，則計(jì)數(shù)器所計(jì)脈沖個(gè)數(shù)將擴(kuò)展10n倍，所以被測信號(hào)的周期為Tx NT0 10n 2.3通用計(jì)數(shù)器測量誤差1最大計(jì)數(shù)誤差（±1誤差）通用計(jì)數(shù)器各測量功能在計(jì)數(shù)時(shí)，如果主門的開啟時(shí)刻與計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間關(guān)系是不相關(guān)的，那么，同一信號(hào)在相同的主門開啟時(shí)間內(nèi)兩次測量所記錄的脈沖數(shù)N可能是不一樣的 。計(jì)數(shù)誤差示意圖如下：對(duì)于一次計(jì)數(shù)過程，其結(jié)果可能為N，也可能為N1或N1。即最大計(jì)數(shù)誤差為N±1。該項(xiàng)誤差將使儀器最后的顯示結(jié)果會(huì)有一個(gè)字的閃動(dòng)。最大計(jì)數(shù)誤差相對(duì)誤差的形式為 2標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差在測頻時(shí)取決于閘門時(shí)間的準(zhǔn)確度，在測周

9、時(shí)取決于時(shí)標(biāo)的準(zhǔn)確度。由于閘門時(shí)間和時(shí)標(biāo)均由晶體振蕩器多次倍頻或分頻獲得，所以，通用計(jì)數(shù)器有關(guān)功能的標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差就是指通用計(jì)數(shù)器內(nèi)部（或外部接入）的晶體振蕩器的準(zhǔn)確度 。 凡是使用時(shí)標(biāo)和閘門時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的功能都存在此項(xiàng)誤差，例如測頻、測周、測時(shí)間間隔等。而測fAfB、累加計(jì)數(shù)等功能不存在該項(xiàng)誤差。 為了使標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生影響足夠小，應(yīng)認(rèn)真選擇晶振的準(zhǔn)確度。一般說來，通用計(jì)數(shù)器顯示器的位數(shù)愈多，所選擇的內(nèi)部晶振準(zhǔn)確度就應(yīng)愈高。例如七位數(shù)字的通用計(jì)數(shù)器一般采用準(zhǔn)確度優(yōu)于107數(shù)量級(jí)的晶體振蕩器。這樣，在任何測量條件下，由標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差引起的測量誤差，都不大于由±1誤差所引起的測量

10、誤差。 3、觸發(fā)誤差當(dāng)進(jìn)行周期等測量時(shí)，門控雙穩(wěn)的門控信號(hào)由通過B通道的被測信號(hào)所控制。無噪聲干擾時(shí)，主門開啟時(shí)間剛好等于被測信號(hào)的周期Tx。若信號(hào)受到干擾，信號(hào)將使整形電路出現(xiàn)超前或滯后觸發(fā)，使整形后信號(hào)的周期與實(shí)際被測信號(hào)的周期發(fā)生偏離Tn，引起所謂的觸發(fā)誤差。經(jīng)推導(dǎo)，觸發(fā)誤差 的大小為：(76) 式中 Um信號(hào)的振幅； Un干擾或噪聲的振幅?？梢姡旁氡龋║mUn）愈大，觸發(fā)誤差就愈小，若無噪聲干擾，便不會(huì)產(chǎn)生該項(xiàng)誤差。因而，在頻率等測量功能中，由于控制門控雙穩(wěn)的門控信號(hào)是由儀器內(nèi)部產(chǎn)生，不會(huì)存在觸發(fā)誤差。而在周期、fAfB等測量功能中，如果進(jìn)入B通道的信號(hào)含有干擾，便會(huì)存在觸發(fā)誤差。采

11、用周期倍率開關(guān)進(jìn)行多周期測量，可減弱此項(xiàng)誤差。例如周期倍率取10，可使觸發(fā)誤差相對(duì)減弱了十倍。 典型智能計(jì)數(shù)器產(chǎn)品介紹該儀器有A和B兩個(gè)輸入通道，其觸發(fā)電平可以通過DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置。測量模式電路可以組合成進(jìn)行各種測量功能的電路，從而實(shí)現(xiàn)頻率、周期、時(shí)間間隔、頻率比、單次脈沖串頻率、相位差、無間隔阿倫方差等多項(xiàng)測量。儀器不用于測量時(shí)，還可作為數(shù)字鐘使用。儀器采用了多周期同步測量原理，即預(yù)置閘門時(shí)間并由輸入信號(hào)去同步閘門，測量輸入信號(hào)多個(gè)完整周期內(nèi)對(duì)頻標(biāo)計(jì)數(shù)的平均值，從而實(shí)現(xiàn)了全頻段的“等精度測量”。儀器能自動(dòng)連續(xù)存192個(gè)測量數(shù)據(jù)，通過運(yùn)算和處理可以求出給定次數(shù)測量數(shù)據(jù)的最大值、最小

12、值、平均值和標(biāo)準(zhǔn)方差值，這些數(shù)據(jù)隨時(shí)可以查閱。此外儀器還可查閱預(yù)置的閘門時(shí)間、觸發(fā)電平以及測量的次數(shù)等。儀器使用按鍵取代了傳統(tǒng)的琴鍵開關(guān)和調(diào)節(jié)旋鈕，實(shí)現(xiàn)了面板鍵盤化。測量數(shù)據(jù)由九位LED顯示，除此之外還設(shè)置三位LED來顯示表明儀器狀態(tài)的狀態(tài)字，設(shè)置了若干LED管指示單位，顯示結(jié)果一目了然。采用高穩(wěn)定度的恒溫晶體振蕩器，日老化率為3×109。心得體會(huì)學(xué)校安排在學(xué)期末帶給了我們很多的怨言。人家都考完試回家了，我們卻還得呆在這進(jìn)行兩周的實(shí)訓(xùn)。沒辦法咬咬牙堅(jiān)持就是勝利。還好帶我們實(shí)訓(xùn)的老師在開學(xué)的時(shí)候就給了我們實(shí)訓(xùn)的題目，于是我們早就開始提前在做，這也生了我們好多接下來的時(shí)間。雖說每個(gè)人都是抱著不情愿的態(tài)度留在這里實(shí)訓(xùn)，但是事情存在就是合理的。一切事物有利就有弊，有弊就有利。時(shí)間雖短