电子计数器测周

0引言随着无线电技术的发展与普及，"频率"已经成为广大群众所熟悉的物理量。

而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域占有非常重要的地位。

为此．本文给出了一种以单片机为核心的频率测量系统的设计方法。

1 测频系统的硬件结构测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。

无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)，常用于频率粗测，精度在1％左右。

有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检测零拍现象进行测频，常用于低频测量，误差在零点几Hz；后者则利用两个非线性信号叠加来产生差频现象，然后通过检测零差现象进行测频，常用于高频测量，误差在±20 Hz左右。

以上方法在测量范围和精度上都有一定的不足，而电子计数法主要通过单片机进行控制。

由于单片机的较强控制与运算功能，电子计数法的测量频率范围宽，精度高，易于实现。

本设计就是采用单片机电子计数法来测量频率，其系统硬件原理框图如图1所示。

为了提高测量的精度，拓展单片机的测频范围，本设计采取了对信号进行分频的方法。

设计中采用两片同步十进制加法计数器74LS160来组成一个100分频器。

该100分频器由两个同步十进制加法计数器74LS160和一个与非门74LS00共同设计而成。

由于一个74LS160可以分频十的一次方，而当第一片74LS160工作时，如果有进位，输出端TC便有进位信号送进第二片的CEP端，同时CET也为高电平，这样两个工作状态控制端CET、CEP将同时为高电平，此时第二片74LS160将开始工作。

2 频率测量模块的电路设计用单片机电子计数法测量频率有测频率法和测周期法两种方法。

测量频率主要是在单位定时时间里对被测信号脉冲进行计数；测量周期则是在被测信号一个周期时间里对某一基准时钟脉冲进行计数。

2．1 8051测频法的误差分析电子计数器测频法主要是将被测频率信号加到计数器的计数输入端，然后让计数器在标准时间Ts1内进行计数，所得的计数值N1。

电子测量技术第四章（一）填空1、电子计数器的测周原理与测频相反，即由被测信号控制主门开通，而用晶振脉冲进行计数。

2、电子计数器测频的基本原理刚好与测周相反，即由___ _晶振 _____控制主门开门，而用被测信号进行计数。

3、测量频率时，通用计数器采用的闸门时间越____大____，测量准确度越高。

4、测量周期时，通用计数器采用的闸门时间越____大____，测量准确度越高。

5、通用计数器测量周期时，被测信号周期越大，量化误差对测周精确度的影响越小。

6、通用计数器测量频率时，被测信号周期越小，量化误差对测周精确度的影响越小。

7、在用通用计数器测量低频信号的频率时，为了减小测量误差，应采用测周法。

8、电子计数器测周时，选用的时标越小，则显示的位数越多，量化误差的影响就越大。

9、电子计数器的测量误差来源主要有触发误差、闸门时间误差和标准频率误差三种。

10、电子计数器的误差来源有___量化误差___、__标准频率误差__和___触发误差___；其中量化误差是主要来源，其绝对值恒为定值。

11、用电子计数器测量频率比时，周期小的信号应加到输入通道 A 。

用电子计数器测量频率，如闸门时间不变，频率越高，则测量误差越小；测量周期时，如时标（计数脉冲周期）不变，被测信号频率越高，则测量误差越大。

7、计数器测周的基本原理刚好与测频相反，即由_被测周期控制主门开门，而用_标准频率_进行计数。

（二）选择题1、通用计数器测量周期时由石英振荡器引起的主要是( C )误差。

A.随机B.量化C.变值系统D.引用2、下列选项中通用计数器不能测量的量是（ D ）A.频率B.相位C.周期D.电压3、在通用计数器测量低频信号的频率时，采用倒数计数器是为了( D )A.测量低频周期B.克服转换误差C.测量低频失真D.减小测频时的量化误差影响4、在电子计数法测量频率时，测量误差通常有两部分组成，分别是（ A ）误差和（ C ）误差。

A、量化B、触发C、标准频率5、通用计数器在测量频率时，当闸门时间选定后，被测信号频率越低，则（ C ）误差越大。

第三章 频率和时间测量技术§3.3电子计数法测量周期一、电子计数法测量周期的原理测周则是由晶振产生可以计数的窄脉冲N ，由被测信号产生闸门T ，具有Tx =NT c 的关系。

二、误差分析1、测周误差可以表示为：由误差曲线可以看出：被测信号频率越低，正负壹误差对测周精确度的影响就越小；基准频率fc 越高，测周的误差越小。

2、触发误差测周时闸门信号是由被测信号产生的，而被测信号有干扰，会导致时基闸门T 的不准确。

如图：U B 是触发电平，若没有干扰时闸门时间为T x ，若有干扰存在，闸门开启时间就会提前，会带来ΔT 1的误差。

11()()=()x c c c c x c x c x c cT f T f f T N f T f T f f ∆∆∆∆=±+=±+±+3、多周期测量进一步分析可知，多周期测量可以减小转换误差和± 1误差。

对于触发误差，周期倍乘K 倍后，由图可以看出，相邻周期产生的误差ΔT 是相互抵消的，只有第一个周期和最后一个周期产生的误差会存在，因此周期倍乘K 倍之后产生的总的触发误差和一个周期产生的触发误差一样，这就使得周期倍乘之后产生的触发相对误差减少为原来的1/K 倍。

4、测周总误差=±++⋅∆∆πk T kT f f u T f u x x c c mx c n 2()11 结论：1)用计数器直接测周的误差主要有三项，即量化误差、触发误差以及标准频率误差。

2)采用多周期测量即周期倍乘可提高测量准确度；有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）3)提高标准频率，可以提高测周分辨力；4)测量过程中尽可能提高信噪比Um ／Un 。

三、中界频率对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该信号的频率定义为~。

若测频时扩大闸门时间n 倍，测周时周期倍乘k 倍：c M kf f nT。

一、填空题（本大题共14小题，每空1分,共25分) 请在每小题的空格中填上正确答案。

错填、不填均无分。

1。

从广义上说，凡是利用电子技术来进行的测量都可以说是电子测量.2.1。

5级100mA的电流表,引用相对误差为±1。

5% ，在50mA点允许的绝对误差为±1.5mA 。

3。

随机误差的大小，可以用测量值的精确度来衡量，其值越小,测量值越集中,测量的精确度越高。

4．扫频信号源的有效扫频宽度是指在扫频线性和振幅平稳符合要求的条件下，最大的频率覆盖范围。

5．计量工作的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。

6．示波器X轴放大器可能用来放大扫描信号，也可能用来放大直接输入的任意信号. 7。

示波器的水平通道主要由触发电路、扫描发生器环和X放大器组成.8。

扫描门又叫时基闸门，其输出的门控信号恰好可以作为增辉脉冲，使得只有在扫描正程荧光屏上才显示被测信号波形。

9.电子计数器测周时,选用的时标越小,则显示的位数越多，量化误差的影响就越小。

10。

在现代有效值电压表中，经常采用热电变换和模拟计算电路来实现有效值电压的测量。

11．在选择测量方案时，除了注意总合误差基本相同的情况下，还应兼顾测量的经济、简便等条件。

12．3位数字欧姆表，测量标称值为1．0kΩ和1．5kΩ两只电阻时,读数分别为985Ω和1476Ω.当保留两位有效数字时，此两电阻分别为0.98 kΩ和 1.5 kΩ。

13．电子示波器的心脏是阴极射线示波管，它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成。

14.将数字561.51和562。

50保留3位有效数字，其值为562 和562 。

15.示波器的偏转灵敏度定义为偏转因素的倒数，其值越大，则观测微弱信号的能力就弱。

16．示波器的阴极输出器探头与一般低电容探头一样,有较大的输入阻抗，还有不引入衰减的优点。

17．一个随机变量服从正态分布,必须是其可以表示为大量独立的随机变量之和,且其中每一个随机变量对于总和只起微小的作用.18．计数器测周的基本原理刚好与测频相反,即由被测信号控制主门开门，而用标准时标脉冲进行计数.19．电压测量仪器总的可分为两大类即模拟式的和数字式的。

《电子测量仪器及应用》题库加答案一、填空1.数字的舍入规则是：大于5时；小于5时；恰好等于5时，采用的原则。

入；舍；奇进偶不进2.被测量在特定时间和环境下的真实数值叫作。

真值3. 是低频信号发生器的核心，其作用是产生频率范围连续可调、稳定的低频正弦波信号。

主振电路4.模拟式电压表是以的形式来指示出被测电压的数值。

指示器显示5.若测量值为196，而实际值为200，则测量的绝对误差为，实际相对误差为－4 ，－2％6.使用偏转因数di v /m 10V 的示波器测量某一正弦信号，探极开关置于“×10”位置，从屏幕上测得波形高度为div 14，可知该信号的峰值为，若用电压表测量该信号，其指示值为。

0.7V ， 0.5V7.若设被测量的给出值为X ，真值为0X ，则绝对误差X ；相对误差。

0X X X 00100%X X X 或者0XX 8.所示为一定的触发“极性”（正或负）和“电平”（正或负）时示波器上显示的正弦波形，可判断触发类型为极性、电平触发。

正正9.在晶体管特性图示仪中电流的读取是通过将电流加在电阻上转换成，然后再加到示波管的偏转板上的。

取样电压10.电子计数式频率计的测频准确度受频率计的误差和误差的影响。

时基频率1量化11.在交流电子电压表中，按检波器响应特性的不同，可将电压表分为均值电压表，峰值电压表和有效值电压表。

12.若要在荧光屏上观测正弦波，应将电压加到垂直偏转板上，并将电压加到水平偏转板上。

正弦波(或被测电压) 扫描13.被测量的测量结果量值含义有两方面，即__数值______和用于比较的____单位___名称。

14.通用示波器结构上包括__水平通道（Y轴系统）__、__X通道（X轴系统）_和__Z通道（主机部分）_三个部分。

15.用模拟万用表电阻挡交换表笔测量二极管电阻两次，其中电阻小的一次黑表笔接的是二极管的___正（阳）__极。

16.数字万用表表笔与模拟万用表表笔的带电极性不同。

E312A型通用电子计数器的使用电子计数器测量频率、周期及时间间隔等的工作原理是相似的，所用主要部件也基本相同。

因此，一般都制成通用仪器，使用这种通用仪器，可以很方便地测量信号的频率、周期、时间间隔、脉冲宽度、频率比等，若配置必要的插件，还可用来测量信号的相位、电压等。

如图1所示为E312A型通用电子计数器面板图，其面板上各旋钮的功能和使用方法如下。

图1 E312A型通用电子计数器面板图（1）备旋钮的名称和作用①电源开关1。

将开关键拉下电源接通，仪器可以开始工作。

②复原键2。

每按一下复原键便可产生一次人工复原信号。

③功能选择模块3。

功能选择模块由一个3位拨动开关和5个按键开关组成。

当拨动开关处于右边位置时，整机执行自校功能，显示10MHz的时钟频率，位数随间门时间的不同而不同；当拨动开关处于左边位置时，可将拨动前测得的数据一直保持显示不变，当拨动开关处于上述两个位置时，5个按键开关失去作用；当拨动开关处于中间位置时，整机的功能由5个按键开关的位置决定，5个按键开关可完成6种功能的选择；当5个按键依次按下时，将依次完成频率、周期、时间间隔的测量及计数等功能。

5个按键开关之间为互锁关系，即只能按下其中的一个；当5个按键全部弹出时，仪器可进行频率比的测量。

④闸门选择模块4。

闸门选择模块是由3个按键开关构成的，可有4挡闸门时间和相应的4种倍乘供选择,至于是闸门时间还是倍乘，应结合功能选择而定，如进行频率测量和自校时应选择闸门时间，进行周期和时间测量时则选择倍乘。

⑤闸门指示5。

当闸门开启后，发光二极管即发光（红色）。

⑥晶振指示6。

绿色发光二极管发光，表示晶振电源接通。

⑦显示器7。

显示器为8位7段LED显示，小数点自动定位。

⑧单位指示8。

有4种单位指示。

频率测量用kHz或Hz（Hz供功能扩展用）；时间测量用μS；电压测量用V（供扩展用）。

⑨A输入插座9。

此插座用来输入频率、周期测量的被测信号；时间间隔测量的启动信号；A／S测量时的A信号。

1: 电子计数器的测频误差包括____误差和____误差。

±1量化、标准频率2: 频率计除测频、测周外，扩展功能有测频率比、测时间间隔、测相位差、自检3: 在测量周期时的主要误差有：____ 和____ 。

通用计数器采用较小的____可以减小±1误差的影响。

量化误差、标准频率误差、频标4: 在测量周期时，为减少被测信号受到干扰造成的转换误差，电子计数器应采用多周期测量法。

5: 采用电子计数器测频时，当被计数频率一定时，____可以减小±1误差对测频误差的影响；当闸门时间一定时，____，则由±1误差产生的测频误差越大。

增大闸门时间、被计数频率越低6: 在进行频率比测量时,应将____的信号加在B通道，取出____(周期倍乘为1)作为计数的闸门信号，将____ 的信号加在A通道，作为被计数的脉冲。

频率较低、一个周期、频率较高；7: 一个信号源频率实际值和其标准值的相对偏差定义为____ , 而把信号源频率变化的不确定性定义为频率准确度、频率稳定度8: 在测量阿仑方差时，其采样方法与标准的偏差不同，它的两次相邻测量之间是连续的。

二、判断题：1: 一个频率源的频率稳定度愈高，则频率准确度也愈高。

（错）2: 当被测频率大于中界频率时，宜选用测周的方法；当被测频率小于中界频率时，宜选用测频的方法。

（错）3: 当计数器进行自校时，从理论上来说不存在±1个字的量化误差。

（对）4: 在测量低信噪比信号的周期时,计数器通常采用周期倍乘,这主要是为了克服±1误差的影响。

( 错) 5: 用计数器直接测周的误差主要有三项：即量化误差、触发误差以及标准频率误差。

（对）6: 使用模拟内插法和游标法不能从根本上来消除±1个字的量化误差。

（对）7: 标准频率的相对不确定度应该比±1误差引起的测频误差小一个量级。

（对）三、选择题：1、在通用计数器测量低频信号的频率时，采用倒数计数器是为了（ D）A.测量低频周期B.克服转换误差C.测量低频失真D.减小测频时的量化误差影响2、用于电子计数器中的高精度晶体振荡器，通常采取了____措施。

动力与电气工程：电子测量题库（强化练习）1、问答题XD-22A型低频信号发生器的“输出衰减”旋钮置于40dB时，调节“输出细调”旋钮使指示电压表的读数分别为1V、3V、5V，问实际输出电压为多少？若指示电压表指针始终指（江南博哥）在5V处，而“输出衰减”旋钮分别置于20dB、40dB、60dB时，问实际输出电压为多少？正确答案：U实=U示/衰减倍数输出衰减分贝值是40dB时衰减倍数是100：电压表的读数分别为1V、3V、5V，实际输出电压为10mV，30mV，50mV。

输出衰减分贝值分别为20dB、40dB、60dB时，衰减倍数依次是10、100、1000，则电压表指针为5V时，实际输出电压是500mV，50mV，5mV。

2、问答题选择测量方法时主要考虑的因素有哪些？正确答案：在选择测量方法时，要综合考虑下列主要因素：①被测量本身的特性；②所要求的测量准确度；③测量环境；④现有测量设备等。

3、问答题简述超外差频谱分析仪的工作原理。

正确答案：超外差频谱仪是一种具有扫频和窄带宽滤波功能的超外差接收机，用扫频振荡器作为本机振荡器，中频电路有频带很窄的滤波器，按外差方式选择所需频率分量。

这样，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，会与输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此依次获得被测信号不同频率成分的幅度信号。

4、单选电子测量仪器的性能指标中，用于描述“在规定时间区间内，其他外界条件不变的情况下，仪器示值变化的大小”的指标是（）。

A.不确定度B.稳定度C.灵敏度D.纯属度正确答案：B5、问答题什么是测量？什么是电子测量？正确答案：测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。

在这个过程中，人们借助专门的设备，把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。

从广义上说，凡是利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上说，电子测量是指在电子学中测量有关电的量值的测量。