解释电子计数式频率计测量频率的原理(简述电子

1. 简述电子计数器测量频率的主要原理

频率计的基本原理

数字频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其它信号的频率。被测信号经过放大整形电路的处理输出计数器能够接受的脉冲信号格式，频率和被测信号的一样。

放大整形电路的作用是，当某些输入信号的电压较小时，使用放大电路对输入的周期信号(正弦波、三角波)进行放大，使得这些输入的信号更容易测量。

通常情况下闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但是测的频率精度就会受影响，反之，当我们对频率值准确度要求比较高时，就需要将闸门时间加长，时间越长得到的频率值就越准确，但是相对应的每测一次频率的间隔就越长。闸门时间可以举个例子来说明，例如闸门时间是1s是指计算每秒内待测信号的脉冲个数。

数字频率计的基本电路由输入通道、时基产生与变化单元、主门、控制单元、计数及显示单元组成。智能计数器对闸门时间内累计待测输入信号的振荡次数或在待测时间间隔捏累计标准时间信号的个数，进行频率、周期和时间间隔的测量。

闸门电路用来控制计数时间，由一个与非门构成。与非门的一端由时基电路提供的秒脉冲输入，另一端由待测信号整形后输入。电路的工作原理为：时基电路提供的秒脉冲作为门控信号，当门控信号为高电平时，闸门开通，整形后的脉冲信号经过闸门进入分频电路；当门控信号为低电平时，闸门关闭，禁止脉冲信号通过。

闸门电路用来控制计数时间，由一个与非门构成。与非门的一端由时基电路提供的秒脉冲输入，另一端由待测信号整形后输入。电路的工作原理为：时基电路提供的秒脉冲作为门控信号，当门控信号为高电平时，闸门开通，整形后的脉冲信号经过闸门进入分频电路；当门控信号为低电平时，闸门关闭，禁止脉冲信号通过。

时基电路是用来产生一个标准的时间信号，这个标准的时间信号是控制计数器的计数标准时间，其精度在很大程度上决定了频率计的测量精度。例如：时基电路提供标准时间信号 T，其高电平持续时间为1s。当 1s 信号到来时，闸门打开，被测脉冲信号通过闸门时计数器启动计数，1s信号结束时闸门关闭，计数器结束计数，同时保持原有的状态不变。如果在闸门时间 1s 内计数器记录得的脉冲个数为 N，则被测信号频率 =NHz。逻辑控制电路的作用有二方面：

（1）产生锁存脉冲，使显示器上的数字稳定显示；

（2）产生清零脉冲，使计数器每次的测量从 0 开始计数。

2. 电子计数法测量频率的误差主要包括

电子计数器工作原理：

　　由 B通道输入频率为fB的经整形的信号控制闸门电路,即以一个脉冲开门,以随后的一个脉冲关门。两脉冲的时间间隔(TB)为开门时间。由A通道输入经整形的频率为fA的脉冲群在开门时间内通过闸门，使计数器计数，所计之数N=fA·TB。

　　　　对A、B通道作某些选择，电子计数器可具有以下三种基本功能。

　　①　频率测量：被测信号从A通道输入，若TB为1秒，则读数N即为以赫为单位的频率fA。由晶体振荡器输出的标准频率信号经时基电路适当分频后形成闸门时间信号而确定TB之值。

　　②　周期或时间间隔测量：被测信号由 B信道输入，控制闸门电路，而 A通路的输入信号是由时基电路提供的时钟脉冲信号。计数器计入之数为闸门开放时间，亦即被测信号的周期或时间间隔。

　　③　累加计数：由人工触发开放闸门,计数器对A通道信号进行累加计数。

　　在这些功能的基础上再增加某些辅助电路或装置，计数器还可完成多周期平均、时间间隔平均、频率比值和频率扩展等功能。电子计数器性能指标主要包括：频率、周期、时间间隔测量范围、输入特性（灵敏度、输入阻抗和波形）、精度、分辨度和误差（计数误差、时基误差和触发误差）等

3. 通用电子计数器测量频率的原理

①当给该仪器通电后，应预热一定的时间，晶振频率的稳定度才可达到规定的指标，对E312A型通用电子计数器预热约2h。使用时应注意，如果不要求精确的测量，预热时间可适当缩短。

　　②被测信号送入时，应注意电压的大小不得超过规定的范围，否则容易损坏仪器。

　　③仪器使用时要注意周围环境的影响，附近不应有强磁场、电场干扰，仪器不应受到强烈的振动。

　　④数字式测量仪器在测量的过程中，由于闸门的打开时刻与送入的第－个计数脉冲在时间的对应关系上是随机的，所以测量结果中不可避免地存在着±1个字的测量误差，现象是显示的最末一位数字有跳动。为使它的影响相对减小，对于各种测量功能，都应力争使测量数据有较多的有效数字位数。适当地选择闸门时间或周期倍乘率即可达到此目的。

　　⑤仪器在进行各种测量前，应先进行自校检查，以检查仪器是否正常。但自校检查只能检查部分电路的工作情况，并不能说明仪器没有任何故障。例如，无法给予A、B两输入电路是否正常的提示，另外，自校测量无法反映晶体振荡器频率的准确度。

　　⑥使用时，应注意触发电平的调节，在测量脉冲时间间隔时尤为重要，否则会带来很大的测量误差。

　　⑦使用时，应按要求正确选用输入耦合方式。

　　⑧测量时，应尽量降低被测信号的干扰分量，以保证测量的准确度。

4. 电子计数器如何实现既能测量频率又能测量周期

数字万用表的测量过程由转换电路将被测量转换成直流电压信号，再由模/数(A/D)转换器将电压模拟量转换成数字量，然后通过电子计数器计数，最后把测量结果用数字直接显示在显示屏上。

万用表测量电压、电流和电阻功能是通过转换电路部分实现的，而电流、电阻的测量都是基于电压的测量，也就是说数字万用表是在数字直流电压表的基础上扩展而成的。下面介绍一下直流电压表主要的转换电路。

1.1 直流电压测量原理：

数字直流电压表 A/D 转换器将随时间连续变化的模拟电压量变换成数字量，再由电子计数器对数字量进行计数得到测量结果，再由译码显示电路将测量结果显示出来。逻辑控制电路控制电路的协调工作，在时钟的作用下按顺序完成整个测量过程。根据采用的 A/D 转换方式可分为积分式和非积分式，现以双斜积分式为例介绍直流电压表的工作原理

(1)准备阶段(t0—t1)：控制电路将可控开关中的S4闭合，其余均断开，使积分器输出U0 =0 。

(2)采样阶段(t1—t2)：设被测电压Ux为负电压。t=t1时，S4断开S1闭合，积分器对Ux积分，U0从零开始线性上升，同时闸门被打开，计数器的计数容量为N1，当计数器的值达到N1+1时，计此时刻为t2，计数器溢出，产生一个进位脉冲给逻辑控制电路，控制开关S1断开。t=t2 时：

N1、T0、R、C为定值，U0由被测电压 Ux 的大小决定。

(3)比较阶段(t2—t3)：在t=t2时刻，逻辑控制电路控制闸门打开，并将计数器清零后重新开始计数，与此同时，将开关S1断开S2闭合，积分器对Un进行反向积分，积分器的输出U0从Uom线性下降，一直到U0=0为止，此时刻记为t3。t1时刻

若取Un=N1，则Ux=N2。在t3时刻，零比较器输入信号给逻辑控制电路，使逻辑控制电路闸门关闭，计数器停止计数，并控制寄存器将计数结果送到译码显示电路，有显示屏将测量结果直接用数字 N2 显示出来。

1.2电流 — 电压转换电路

电流 — 电压转换器的电路图所示。选定20mA档时，A、B两点的电压接近200mV，万用表接入电阻为0.99+0.1=1Ω, 根据欧姆定律，I=U/R 。

 1.5 电流 — 电压转换电路

1.3 电阻 — 电压转换电路

电阻 — 电压转换电路I。为直流电压表内部的测试电流，流经Rx,Rx 两端就会产生正比于被测电阻Rx的电压降，由直流电压表测出这个压降就得到被测电阻Rx的值，Rx=U/I。

 1.6 电阻 — 电压转换电路

1.4 交流 — 直流转换电路：

如图1.7， 交流电压的测量采用平均值响应，有效值显示，如同直流电压一样先经过分压器分压，之后经半波整流后复原成直流，最后做A/D转换。

二、万用表的测量计算方法

在使用万用表测量交流电压或电流时，您是否对测量结果有过怀疑？当您对自己的电路十分确信时，你可能对万用表测量的准确性产生了怀疑，那么究竟是哪里出了问题呢？还是让我们来回顾一下万用表测量交流信号的数学计算公式吧。

1. 平均值与真有效值测量的异同：

首先，了解一下平均值，数学上求电压平均值用下边的公式来表示：

其 中u(t)是信号的函数表达式，T为信号的周期。 如果我们要测量的是标准的正弦信号，那么用这种计算方法既准确又快捷。但是用来测量其他交流信号(如下式方波)：再利用式4对上式求平均值，设上述信号周期为 2 ，则显然结果是不正确的。

因此，得出结论用求平均值的方法来计算如方波、锯齿波等交流信号时可能会出现很大的误差。

那么，有没有一种能准确测量非正弦波之类的交流信号的方法呢？因此，引入了真有效值的计算方法。真有效值就是电流或电压在一个周期上的均方根，其数学计算公式如下：

其中Vrms表示电压的真有效值，u(t)是信号的函数表达式，T为信号的周期。 利用上述公式，先对信号的平方求积分，再开方。这种方法正确的计算出各种交流信号的有效值。因此，用真有效值的计算方法测量交流信号是准确的。在选用万用表时，一定要选用具有真有效值测量功能的万用表。

2. 由真有效值功能引申的AC+DC真有效值：

在各种被测信号中，常常会有交流信号与直流信号的叠加信号，以往我们使用的万用表只能分别测量直流或者交流信号，无法测量直流信号与交流信号的叠加信号。那么，如何来准确地测量交直信号的叠加信号呢？

首先，要清楚的是直流信号与交流信号的叠加信号并不等同于交流信号的真有效值与直流信号大小简单相加。以直流信号u1(t)=1(v), 交流信号u2(t)=sint 为例，二者叠加后信号表示为：u(t)=1+2sint；

对其求真有效值结果为u(t)=1.732, 而不是1+1.414=2..414 。将直流信号与交流信号的叠加信号代入真有效值的计算公式得出其中，AC+DC表示叠加后信号的真有效值，DC表示直流信号的大小，ACrms表示交流信号的真有效值，这样就可以准确的计算直流信号与交流信号的叠加信号了。 AC+DC 功能对叠峰功率的测试有很重要的意义。直流叠加的失真和谐波会引起变压器、发电机、发动机过热，也使断路器回路易跳闸，熔断保险丝等。在测量时不容忽视，因此选用具有 AC+DC 真有效值测量功能的万用表是十分必要的(例如OI859CF手持万用表)。

总之，万用表是在直流电压表的基础上通过电路转换实现对交流电压、电流和电阻的测量的，采用真有效值计算的方法测量非正弦波交流信号更准确，这将有助于我们更好的进行研究与实验。

5. 简述电子计数器测量频率的主要原理是

计数器工作原理：

　　由 B通道输入频率为fB的经整形的信号控制闸门电路,即以一个脉冲开门,以随后的一个脉冲关门。两脉冲的时间间隔(TB)为开门时间。由A通道输入经整形的频率为fA的脉冲群在开门时间内通过闸门，使计数器计数，所计之数N=fA·TB。

　　　　对A、B通道作某些选择，电子计数器可具有以下三种基本功能。

　　①　频率测量：被测信号从A通道输入，若TB为1秒，则读数N即为以赫为单位的频率fA。由晶体振荡器输出的标准频率信号经时基电路适当分频后形成闸门时间信号而确定TB之值。

　　②　周期或时间间隔测量：被测信号由 B信道输入，控制闸门电路，而 A通路的输入信号是由时基电路提供的时钟脉冲信号。计数器计入之数为闸门开放时间，亦即被测信号的周期或时间间隔。

　　③　累加计数：由人工触发开放闸门,计数器对A通道信号进行累加计数。

　　在这些功能的基础上再增加某些辅助电路或装置，计数器还可完成多周期平均、时间间隔平均、频率比值和频率扩展等功能。电子计数器性能指标主要包括：频率、周期、时间间隔测量范围、输入特性（灵敏度、输入阻抗和波形）、精度、分辨度和误差（计数误差、时基误差和触发误差）等。

6. 计数器测量频率的基本原理

频率计数器最关心的两个指标：采集速度和计数量程；可以测量信号频率，也可以对信号上升沿进行计数。 采集速度和计数量程，前者关系到频率最大到多少，后者关系到计数总量够不够用。

如果是通用计数器，比如安捷伦53131A，这种就可以直接在表头上看到有指标参数——225MHz，12位显示；最大计数单位到M（Hz）。 所以知道它可以计量225MHz 的频率信号，以及其最大计数量程是1999999999999M 其他还有些功能，比如运算啦，占空比测量啦，都可以作为考虑的依据

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