第5章 电子计数器.doc

第5章 电子计数器教学目的与要求 时间与频率的测量是最基本的测量之一，也是目前精度最高的测量。本章介绍了测量时间与频率的基本仪器电子计数器，要求掌握其基本原理及使用方法。关键词汇 通用计数器(universal counter)、分频器(diverder)、周期(period)、时间间隔(time interval)、频率比(frequency ratio)、稳定度(stability)、多周期平均测量(multiple-period average measurement)5.1 概述在自然界中，特别是在电子计数值中，周期性现象是非常普遍的。所谓周期性现象，就是物体、物理量经过相等的时间又重复出现相同状态的现象，单位为Hz（赫兹）。例如，钟摆在一秒内向左、右各摆动一次；正弦信号经过一个周期T又重复出现等。频率是相同现象在单位时间内重复的次数，单位为s（秒）。显然，周期T和频率，是描述同一现象的两个参数，它们的关系为 （5-1）在电子技术中，频率是一个基本参数。频率与其它许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系。从式（5-1）可知，我们只需要测出一个参数，就可以得到另一个参数。用以测量频率和周期的方法有很多，常用的有：比较法测量、利用电路频率特性测量和电子计数器测量。其中，利用电子计数器测量来进行测量周期和频率的精度高、速度快、使用简单，因而得到了广泛应用。5.1.1 电子计数器的分类电子计数器的功能很多，归纳起来主要有三种：测量周期、测量频率和测量时间。（1）按功能的不同，电子计数器可以分为四大类通用计数器 通用计数器具有多种测量功能，一般具有测频、测周、测时间、测多周期平均、测频率比、测任意时间间隔内的脉冲个数以及累加功能。频率计数器 只具有测量频率这一单一功能，但其测量频率的范围很宽。如Macroni公司的2240型微波频率计数器的测频范围为10Hz20GHz。时间间隔计数器 是以测量时间间隔为基础的计数器，用以测量电信号之间的时间间隔，也可以用来测量一个周期信号的周期、脉冲宽度、占空系数、上升时间和下降时间。特种计数器 具有特殊功能的计数器。包括可逆计数器、预置计数器、序列计数器和查值计数器等。（2）按直接计数的最高频率可分为四类低速计数器 最高计数频率为10MHz。中速计数器 计数频率范围为10100MHz。高速计数器 计数范围大于100MHz。微波计数器 计数频率范围在180GHz。5.1.2 电子计数器的主要性能指标（1）测试功能 说明该仪器所具备的所有的计数功能。一般具有测量频率、测量周期、测量频率比、测量时间间隔、累积脉冲个数以及自校等功能。（2）测量范围 说明该仪器测量的有效范围。对于不同功能的测量，测量范围的含义也不同。测量频率时，指频率的上限和下限；测量周期时，指能准确测量的最大时间和最小时间。例如，E312A型电子计数器的测频范围是10Hz10MHz,测周范围是100.4。（3）输入特性 电子计数器通常具有23个输入端，在测量不同的项目时，信号经不同的输入通道进入仪器。输入特性标明电子计数器与被测信号源相连的一组特性参数，常常包括以下几项。输入灵敏度 一般指仪器正常工作时的最小输入电压，通用电子计数器的灵敏度一般在10100mV内。最大输入电压 指仪器在正常工作时所允许输入的最大电压值，超过这个电压值，仪器将不能正常工作，甚至损坏。输入耦合方式 一般有AC、DC两种耦合方式。DC耦合适用于低频脉冲或随机脉冲信号的测量。触发斜率选择和触发电平选择 触发斜率分为“+”和“-”，用以选择被测信号的上升和下降沿来触发。触发电平调节决定了被测信号的触发点。输入阻抗 由输入电阻和输入电容组成。常分为高阻（1M25pF）和低阻（50）两种。（4）测量精确度 常用测量误差来表示。（5）石英晶体振荡器的频率稳定度 石英晶体振荡器是该仪器的重要组成部分，其频率稳定度是影响测量准确度的重要因数。常用日稳定度表示，一般在110-5/d110-9/d。（6）闸门时间（门控时间）和时标 标明仪器内信号员可以提供的闸门时间和时标有几种。（7）显示及工作方式 一般标明显示数码的位数、显示的器件以及一次测量完成的持续时间。通常说明是“记忆”显示，还是“不记忆”显示。“记忆”显示方式一般只显示一次测量结果，等到下一次测量完成时结束，并显示下一次的测量结果；而“不记忆”显示是指测量时的过程可随时显示。（8）输出 指仪器可以直接输出的时标信号的种类和测量结果如何编码输出。5.2 通用电子计数器的基本组成图5-1是一个通用计数器的方框图，由下列各基本电路所组而成：（1）由衰减器、放大器以及施密特电路所组成的A、B输入通道，（2）由与门构成的主控门，（3）有十进制分频器的时基信号产生和变换电路，（4）有功能选择的控制逻辑电路，（5）有数字显示的十进制计数及显示电路。下面，就各部分的功能进行介绍。图5-1 通用计数器的方框图5.2.1 A、B输入通道输入通道部分，一般有A、B两个通道：A通道为主通道，B通道为辅助通道。B通道在测量周期、频率比、时间间隔时使用。输入通道直接与信号源相连，它是信号源的负载，而输出端则与计数电路相连接。其主要功能是将各种不同形状、不同幅度和不同极性的输入信号加工成具有一定形状、一定幅度和一定极性的、计数器所必须的波形，通常是将输入信号整形为脉冲信号。“施密特电路”是一种常见的触发电路，它具有一定的灵敏度，只有输入信号大于某一值时，才能正常工作。施密特电路传的输特性及工作过程如图5-2所示。通电后，将信号输入，当输入信号的电压大于V2时，施密特电路工作，有输出（输出为高电平）；输入信号达到最大值后，开始下降，当电压低于V1后，施密特电路停止工作，无输出（输出为低电平）；输入信号达到最小值后，又开始上升，当电压高于V2后，施密特电路工作，有输出（输出为高电平）；如此反复。在计数器中，输入信号的幅度往往有很大的差别，因此，对于小幅度信号需要在整形前进行放大，对于大幅度信号要进行衰减，“放大器及衰减器”主要用于控制输入信号的幅度。为了提高仪器的输入阻抗，“放大器及衰减器”的第一级常用射随器或源随器。输入信号为脉冲时，其极性可正、可负，为保证触发信号有一个确定的极性，在电路中还可以设一个倒相器。（a）传输特性 （b）工作波形图5-2 施密特电路的传输特性及工作波形5.2.2 主控门图5-3 主控门工作原理图主控门是一个与门电路，其工作原理图如图5-3所示。有两个输入端，一个接收门控信号（输入端B），主控门的开启与否受其控制，另一个接收整形后的被测脉冲信号（输入端A），输出端C连接计数器。B端为高电平时，主控门打开，则输入端A的输入信号由C端输出；B端为低电平，主控门关闭，则输入端A的输入信号被阻断，C端输出无效电平。可见，B端为是一个功能开关，负责A端与C端的连接。5.2.3 时基信号产生与变换电路电子计数器在原理上是用比较法进行测量的，即被测频率与标准时间进行比较。因此，标准时间的稳定性和准确性，决定了电子计数器的测量准确度。电子计数器的标准时间信号，具有两个显著的特点：一是有很高的精度，因而在电子计数器中总是采用高精度的石英晶体振荡器来产生标准时间信号；二是多值性，即能够产生多种不同的频率。为了适应不同的频率和时间的测量需要，通用计数器一般都有多种不同的标准时间，这些不同的标准时间信号是石英晶体通过分频或倍频所得，供时基选择电路选用。分频电路一般采用同十进制数相同的电路，倍频电路一般采用非线性LC选频放大器。为了保证分频或倍频后时基信号的精度，可以采用门控分频或锁相倍频等方法来改进电路。图5-4为一个典型的时基电路方框图。图5-4 时基电路方框图5.2.4 控制逻辑电路控制逻辑电路的作用主要是控制主控门的开启与关闭，同时也控制整个计数器的逻辑关系。控制电路的功能主要有以下四项：（1）接通电源或按动停止键时，使系统处于停止状态。（2）当按动启动键时，利用时基信号来触发控制电路，从而控制电路的输出端得到时间宽度为T的闸门信号，用闸门信号去控制主控门的开启时间。（3）在开启时间结束时，封锁主控门和时基信号，使计数器显示的数字停留一定的时间（根据要求而定），以便于观测和读取数据。（4）下一次测试开始前，要能够对计数器清零（复位），然后重新开启主控门，进行下一次的测量。（5）该过程能够反复进行。图5-5为一个常见的控制逻辑电路。它实际上是一个由3个触发器和3个单稳态电路构成的3节拍发生器。图5-6是其工作波形。控制电路的工作过程是这样的：当按动P停键或者系统加电时，基本RS触发器FF1和FF2均被置0，Q1=0，Q2=0，所以门G输出T=0， T触发器FF3（由JK触发器构成）处于0状态并保持不变，时基信号不起作用，闸门信号Q3=0，封锁主控门，从而系统处于停止状态。当按动P开键时，FF1和FF2均被置于1，Q1=Q2=1，所以门G输出T=1，当时基信号下降沿到来时，T触发器FF3翻转，若时基信号的频率为1Hz，则Q3输出为一个宽度为1s的闸门信号，将主控门打开，实现频率测量的功能。当Q3下降沿到达时，经RC微分电路触发555定时器构成的第一级单稳态触发器，从而获得A1信号。A1信号一方面送入触发器FF2，使之复位，另一方面送入第二级单稳态触发器。A1的下降沿使Q2=0，所以G输出T=0，T触发器FF3保持0状态不变，系统处于显示状态。A1上升沿触发第二级单稳态触发器，从而获得A2信号。A2和P停键信号一起形成清零信号，用以将T触发器和计数器清零，保证再次测量时数据的正确性。A2信号还送入到第三级单稳态触发器的输入端，当A2的上升沿到达时，触发第三级单稳态触发器，从而获得A3信号。A3送入FF2，使之再次启动，Q2=1，所以门G输出T=1，T触发器在时基信号作用下又一次发出闸门信号，再次进行测量，如此反复进行下去，完成系统连续测量和显示的功能。直到按动P停键，使Q1=0，封锁门G，启动信号Q2才无法通过，系统处于图5-5 控制逻辑电路测量停止状态。图5-6 控制逻辑电路的工作波形5.2.5 计数及显示电路图5-7 计数及显示电路框图计数及显示电路部分包括十进制计数器、寄存器、译码器和数字显示器等。计数电路通常采用十进制和二进制两种。为了便于观察和读数，通用的电子计数器一般采用十进制计数器。十进制电路的最终结果，要用数字形式显示出来，就需要一个译码器，把十进制计数电路中代表十进制数的状态转换成相应的控制电位，驱动相应的数码管显示相应的字码。这样就可以显示相应的数字了。显示方式分为有记忆和无记忆两种。 常见的十进制计数电路框图如图5-7所示。由单个的计数器构成多位计数器，计数脉冲输入个位计数器，当计数满十时由低位向高位进一，高位计数满十时又向更高位进一，如此递增，就构成了N位计数器。每一位计数器可由74LS90构成，译码器一般采用8421BCD码七段显示译码器74LS48，而显示器采用共阴极七段显示数码管来完成；若选择共阳极驱动，需要加反相器。清零信号可以将各计数器清空，使得显示为“0”，一般连结于74LS90的R端（复位端）。5.3 通用电子计数器的测量原理通用计数器具有多种测量功能，一般具有测频、测周、测时间、测度周期平均、测频率比、侧任意时间间隔内的脉冲个数以及累加功能。本节将分别讨论几个常见功能的测量原理。5.3.1 测量频率测量频率，就是测量单位时间内信号周期性变化的次数。如果在规定的时间T0内，统计出重复周期信号数为N，则信号的频率为 （5-2） 频率测量的原理框图如图5-8所示。图5-8 测量频率的原理框图被测信号x经过放大整形后成为一个脉冲列，每一个脉冲对应一个振荡周期Tx。该脉冲列经过主控门，而主控门在时间间隔T0内开通，使得脉冲列通过，其余时间主控门关闭，不让脉冲列通过。通过的脉冲列由十进制计数器计数，计数结果N在显示器中显示出来。主控门的开启或关闭受石英晶体振荡器控制。晶体振荡器产生的振荡频率经过分频后，得到适当的频率0，从而得到需要的时间间隔T0，使得主控门在时间间隔T0内开启。显然，如果T0=1s，则所显示数字的单位为Hz，若T0=1ms，则所显示数字的单位为kHz。简单地说，计数器得到时间T0内通过的脉冲数N，而主控门的开启时间T0则确定了计数器所显示数字的单位。两者合在一起即得到具体的频率值x。实质上，电子计数器测频的基本原理是比较法。以Tx与T0相比较，也就是x同0相比较：在时间T0内，通过的脉冲数为N，每一个脉冲的周期为Tx,故而T0=NTx,即N=T0/Tx。5.3.2 测量周期由于计数器操作在频率测量时，若所测频率较低，测量误差相对较大，这时，一般可以采用周期测量，通过周期的倒数即为频率的关系求得频率。另外，周期的测量本身也是必须的。图5-9位计数器测量周期的原理框图。从图中可以看出，周期的测量正好与频率的测量相反。x与0的位置互换，用频率为x的被测信号经过B通道去控制主控门的开启，开启时间为Tx。而晶体振荡器产生频率为0的信号，经过A通道整形得到周期为T0的脉冲，送到计数器计数，计数的结果为N。即，在Tx内，得到周期为T0的脉冲N个。故而 （5-3）即N=Tx/T0，这和频率的测量原理相同，也是以比较法为基础。显示时，N为显示数，T0确定显示的单位。以周期测量能更准确的度量频率较低的信号。如，以6位数的计数器置于1s时基来测量100Hz频率时，将显示出000.100kHz。若采用测量周期，参考时基为10s（时基频率为100kHz），计数显示结果为0010.00ms，读数的有效数字增加了一位，故可以获得更高的精度。但被测量信号的频率较高时，则其读数的有效位数将减少，而产生较大的误差。一般地，被测信号的频率较高时，采用测频，被测信号的频率较低时，采用测周。图5-9 测量周期的原理框图为了提高周期测量的准确度可以采用多重周期平均测量的方式，将输入信号先加入十进制分频器后再去触发门控电路，而计数出输入信号10个、100个或更多个周期的时间内时基脉冲个数，而获得更多位读数。如，参考时基为10s,输入信号的频率为100Hz，若将其除以10后再送入门控电路，则计数器计数10个周期的脉冲数，此时显示出的平均周期为010.000ms，测量的解析度可达1s ，并使测量的结果具有更高的准确度。5.3.3 测量频率比图5-6 控制电路的工作波形测量频率比是指测量两个输入信号频率的比值，其原理框图如图5-10所示。由图可知，TB=NTA。测量频率比的实质是测量在B信号的一个周期内，A信号通过主控门的脉冲数，即 （5-4）图5-10 测量频率比的原理框图显然，N为正整数，故由TB=NTA可知，TB大于TA（即AB），使用时要注意这一点。同样，为了提高测量的精确度，可将B进行多次十分频后，再送入门控电路，其原理与周期的测量相同。5.3.4 测量时间间隔图5-11 测量时间间隔的原理框图测量时间间隔的原理框图如图5-11所示。时间间隔的测量，既可以是同一信号上的不同两点，也可以是两个不同信号上的不同两点。它需要两个辅助通道B1和B2。大多数电子计数器都有两个辅助通道，但也有一个辅助通道的。对于只有一个辅助通道的计数器，在测量时间间隔时，要再用一个测量时间间隔的插件来配合使用。测量时，晶体振荡器产生频率为0的信号，经放大整形后由A通道输入一个周期为T0的脉冲序列。测量时间间隔的两个信号由辅助通道B1和B2送入。B1通道将输入信号整形为脉冲波后，连接触发器得S端，在脉冲波的有效电平到来时，S=1，故Q=1，将主控门打开，随后Q的输出值不变。B2通道将输入信号整形为脉冲波后，连接触发器得R端，在脉冲波的有效电平到来时，R=1，故Q=0，将主控门关闭，随后Q的输出值不变。完成一次对主控门的控制。在主控门开启的时间内，A通道的脉冲通过，送入计数器进行计数。显然，主控门开启的时间TB1-B2就是我们要测量的时间间隔，其值为 （5-5）为了增加测量的灵活性，B1和B2通道内分别装有极性选择和电平调节旋钮。可以选择两个输入信号的上升沿或下降沿上某一点评点作为时间间隔的起点和终点，因而可以测量两输入信号上任意两点的时间间隔TB1-B2。若需要测量脉冲信号的上升时间Ts，则B1和B2通道接同一个被测信号，B1通道触发电平选择上升沿上、幅度为10%的点（触发极性为“+”），B2通道触发电平选择上升沿上、幅度为90%的点（触发极性为“+”）。同样，若要测量某一信号的脉冲宽度Tm，则B1和B2通道接同一个被测信号，B1通道触发点选择上升沿上的一点（触发极性为“+”），而B2通道选择下降沿上的另一点（触发极性为“-”），触发电平均为幅度的50%。三种测量的示意图如图5-12所示。（a）两信号的延迟时间 （b）脉冲的上升时间 （c）脉冲宽度图5-12 测量时间示意图5.3.5 累加计数图5-13 累加计数的原理框图 累加计数是通用电子计数器最基本的功能，其原理框图如图5-13所示。闸门开关S是人工控制的； S置于“+” 时，主控门打开，开始计数；S置于“-” 时，主控门关闭，计数停止。计数电路就能把输入信号的脉冲数累加起来。累加计数的结果用显示电路显示出来。在累加计数时一般不用记忆显示。5.3.6 自校自校的工作原理框图如图5-14所示。它一面把时基信号经过m倍分频、扩大其周期后，去控制主控门的开启时间；另一方面，又把时基信号经过n倍倍频后，由输入通道A送入计数器进行计数。也就是说，在给定的时间内对已知的标准信号进行频率计数，其结果也是已知的。即 （5-6）图5-14 自校的原理框图根据式5-6就可以检查整机的工作是否正常。例如0=1MHz，当“闸门时间”置于“1s”，而“时标”置于“10ns”时，可知m=106,n=100,计数器显示应为N=106100=108。如果每次测量的显示在N=10000 00001以内，就说明整机工作正常。5.4 电子计数器的测量误差电子计数器是一种高精度的仪器，其精度可达10-710-13数量级。通用电子计数器的各种测量功能有其各自的测量误差。本节就部分测量功能的测量误差进行分析。5.4.1 误差的来源通用电子计数器进行测量时，影响到准确度的因素一般有计数误差、时基误差和触发误差三种。（1）计数误差由于输入的计数脉冲与时基的门控信号之间的不同步，将发生1的计数不确定情况，如图5-15所示，在门控信号t1时间内有8个计数脉冲进入计数器，而在门控信号t2时间内只有7个脉冲信号，所以数字仪表的显示在最低有效数字位有1的计数误差。图5-15 计数误差示意图 1的计数误差和门控时间及计数脉冲的频率成反比，可表示为百分误差（0）= 100%/（T）% （5-7）式中，T为门控时间，为计数脉冲的频率。在做频率测量时，如门控时间为1秒时，测量一个100Hz的频率，则获得的计数结果为1001，有1%的误差存在，所以在测量较低频率时宜采用周期测量。（2）时基误差计数器中时基频率的不准确会造成测量上的误差，如有一个100MHz的时基频率偏差量为500Hz时，则时基所引起的误差为0.005%，该时基误差为恒值不变，在1kHz的频率与100kHz的频率测量，应得到相同的测量误差。造成时基误差的原因有：校正误差、晶体的短期限与长期限不稳定、温度的变化与电源电压的变动。校正误差是计数器出厂前或校正实验室中，校正的不确定所造成的。校正的方法是将时基振荡器的频率与标准无线电台所发射的标准频率做零差频校正。此外，用铯或铷原子频率标准器的输出来校正，可以获得更高的准确度。短期限稳定度是指时基振荡器的振荡频率暂时性的变化，可以使用较长的门控时间及多重周期的平均测量方式，来减少它所产生的误差。长期限稳定度与老化现象有关，又叫做老化率，如有炉温控制晶体的老化率小于510-10每日或1.510-7每年，短期限稳定度在1秒内约为110-11，在100秒内约为210-11。长期限稳定度对测量的准确度影响较大，故需要定期的接受校正才可以维持应有的准确性。(a) (b)图5-16 控制电路的工作波形（3）触发误差计数器在测量时，由于输入信号经由施密特触发器后送入控制逻辑电路，故可能发生触发误差。在测量频率时，若触发电平不适当可能会产生严重的计数误差，如图5-16(a)所示输入信号含有噪声时，将产生两个脉冲输出，而不是正确的一个脉冲，若重新调整触发电平，如图5-16(b)所示，则可以防止噪声的影响，可以消除错误的计数。5.4.2 频率测量误差分析测量频率是在标准时间内累计脉冲的个数，即x=N/T0。显然，测量频率的误差来源不外乎两个方面：计数误差N和时基误差T0。（1）时基误差它是由主控门的开启时间T0是否准确、稳定而产生的。由前面的分析可知，主控门开启时间T0由晶体振荡器产生的标准频率经过分频而得到，所以时基误差的准确度取决于晶体振荡器频率的准确度和稳定度，即T0的误差等于晶体振荡器输出频率的误差，为 （5-8）因为N=xT0，如果T0准确等于1s，则有读数N=x；如果T0产生料误差，则频率读数误差为 （5-9）从这里可以估算对的影响。例如，当，T0=1s时，对于x=1MHz，频率读数误差为0.2Hz；对于x=10MHz，频率读数误差为2Hz；对于x=100MHz，频率读数误差为20Hz。可见，为了保证测量的精确度，必须选用高准确度和高稳定度的石英晶体振荡器。（2）计数误差是由通过主控门后的计数个数N是否准确而带来的，最大为1Hz。由计数误差所产生的读数误差为 （5-10）被测量的频率越高，闸门开启时间T0越长，则计数误差对测量频率带来的误差越小，测量的精度越高。因此，为了减少测量频率误差，应选用较长短开启时间T0。当被测量频率较低时，应采用测量周期的方法，通过周期得到频率，这一点在前面的章节已有介绍。测量频率总的误差可以表示为 （5-11）5.4.3 周期测量误差分析由周期测量原理可知，周期测量误差来源有3个。（1）时标误差它是由时标信号T0不确定引起的误差。同时基误差一样，时标信号也是由石英晶体振荡器产生的标准频率经过分频或倍频而得到的，所以时标信号的准确度也是由石英晶体振荡器的准确度和稳定度确定的。（2）计数误差周期测量中，也会产生1个字的计数误差，其值为 （5-12）由上式可知，周期测量中，在时标信号T0一定时，被测频率越低，周期越长，则量化误差越小。因此，测量低频率的信号时，宜采用周期测量法来减少误差。若采用多周期测量，则读数误差变为 （5-13）式中，k周期倍乘率。倍乘率k越大，则量化误差越小。总的来说，被测信号频率较高时，用频率测量法，频率较低时，采用周期测量。当使用频率测量和周期测量时，欲使其误差相等，则需要提供一个测量频率和周期的分界点，此分界点的频率称为“中界频率”。计数方法如下 （5-14）式中，m中界频率；x被测信号的频率；k周期倍乘率；0时标信号；T0主控门开启时间。 由于主控门的开启时间的多值性，电子计数器有多个中界频率。（3）触发误差 周期测量中，主控门的开启时间T是由被测信号Tx控制的，只有当T正好是Tx整数倍时，主控门的时间才准确。但是，当被测信号上叠加有噪声、通过输入通道的整形电路的触发灵敏度变动或者触发电平漂移时，都会使触发时刻发生抖动，使得触发时刻可能被提前或推后，从而造成主控门开启时间不能准确地等于被测信号的周期，于是就产生触发误差。根据随机误差的合成定律，可得总的触发误差为 （5-15）式中，Un被测信号叠加噪声的幅度； Ux被测信号的幅度。由上式可见，触发误差与信噪比Ux/Un成反比，信噪比越大，触发误差越小。例如，Ux/Un=100，即信噪比为40dB时，。采用多周期测量同样也可以减少触发误差。测量周期总的误差为 （5-16）5.4.4 时间测量误差分析在测量时间间隔中，同样也会产生由噪声干扰引起的触发误差，这一点在5.4.1节中有介绍。此外由于施密特触发器的滞后，也会产生误差，称为“触发滞后误差”，以测量脉冲宽度为例，从图5-17(a)可见，由于触发电路存在滞后，电路不是在标称的触发点A（50%脉冲幅度）产生触发，而是在接通电平（A/点）产生触发；同样，在下降沿上，电路不是在B点翻回，而是在断开电平（B/点）上翻回。故而，得到的脉冲宽度是，而不是所定义的脉冲宽度。由图5-17(a) 可以求得触发滞后误差为 （5-17）式中，VB触发窗宽度（VB-V/B）； S1上升沿斜率； S2下降沿斜率。 式5-17中的S1和S2可以推广为第一个触发脉冲（起始）的斜率和第二个触发脉冲（终止）的斜率。(a) (b)图5-17 触发滞后误差及补偿 现在的时间间隔计数器，其内部都装有补偿网络，借助于移动触发窗的方法，可以自动消除触发滞后误差。从图5-17(b)可见，对正斜率（上升沿），将触发窗往下移半个窗口的宽度；对负斜率（下降沿），将触发窗往上移半个窗口的宽度；则触发点A和B正好处在50%脉冲幅度的电平上。5.5 E312A型通用电子计数器E312A通用型计数器是一种测量频率和时间的仪器，它以芯片ICML226单片机为核心进行功能转换、测量控制和数据处理及显示，同时采用倒数技术，实现了全频带范围的等精度测量。5.5.1 主要技术性能（1）输入通道特性测量频率范围（A、B通道）DC耦合：0.1Hz10MHz/100MHzAC耦合：100Hz10MHz/100MHz测量周期范围 100ns10s输入阻抗 1M45pF输入幅度范围正弦波：30mVrms2Vrms（80MHz）, 50mVrms2Vrms（80MHz）脉冲波：90mVP-P6VP-P（80MHz）, 150mVP-P6VP-P（80MHz）触发电平 1.5V步进30mV递增或递减可调极性 +、-（2）C通道（B2通道）输入特性测量频率范围 100MHz1GHz输入幅度范围 30mVrms1.5Vrms输入阻抗 50（3）周期测量 100ns10s预选闸门时间 10ms、100ms、1s、10s四档测量时间 Tm为测量时间、为预选闸门时间、为预选闸门关闭与紧跟来的被测信号的终止触发电平所需时间。当TxTg时，Tm=Tg+Tx；当TxTg时，Tm=Tx测量误差 时基准确度触发误差被测频率或被测周期（10ns/闸门时间）被测频率或被测周期（4）时间间隔测量测量范围 200ns100s测量时间 同周期测量测量误差 时间间隔时基准确度触发误差T1100ns（5）频率比测量B/A测量范围 1108-1；频率，0.1Hz10MHz（BA）测量时间 同周期测量（6）累加计数计数容量 108-1输入频率 10MHz（7）晶体振荡器标称频率 5MHz一周平均老化率 110-8/日（8）显示 八位、单位为MHz、kHz、ms、s、ns5.5.2 基本工作原理E312A型通用电子计数器，由输入通道、计数、控制逻辑单元、电源、晶体振荡器及显示等部分组成，其原理方框图如图5-18所示。图5-18 E312A型通用电子计数器方框图输入通道分为A、B两个，为了保证测量的一致性，两通道以相同的形式组成。通道由输入保护、阻抗变换、放大器、整形器、三态灯触发器和控制选择门组成，如图5-19所示。A通道为主通道，B通道为辅助通道，B通道又分为B1和B2两个通道。有的教科书将其称为A、B、C三个通道，无论称呼如何，其原理一样。被测信号经输入通道放大、整形后，形成矩形脉冲波输出，控制门将分别选择被测信号的上升沿或下降沿送入主机。当用内插件测量时，它将关闭A、B通道的信号，而使插件送来的信号（C通道信号）加到主机进行测量。三态灯触发器将检测整形器是否正常工作。当整形器工作正常时，它将被触发，使指示灯正常闪亮，工作不正常时，指示灯常亮或常灭。图5-19 输入通道方框图计数、控制逻辑单元由一块大规模集成电路ICM7226B组成，它包含多位计数器、寄存器、时基电路、逻辑控制电路以及显示译码驱动电路、溢出和消隐电路，并可以直接驱动外接LED数码显示管，以扫描方式显示测量结果。该电路具有8421BCD码输出、复位输出、记忆输出、段码输出和扫描位脉冲信号输出，还具有时钟输入、闸门时间（周期倍乘）输入、功能输入以及复位输入、A和B通道输入以及保持输入。其原理框图如图5-20所示。图5-20 主机控制逻辑方框图当ICM7226B功能输入端和闸门时间（周期倍乘）输入端分别接入不同的扫描位脉冲信号时，其测量逻辑功能将发生变化。分别完成“频率”、“A/B（频率比）”、“周期”、“自检”、“时间间隔”、“插件”（扩展逻辑功能之用）等项功能。在进行自检和频率测量时，单位为kHz，遂闸门时间不同，小数点自动定位。在进行A/B或计数测量时，无单位显示。A/B时，小数点随倍乘不同而自动定位。计数时，小数点固定在最后一位常亮。本机采用5MHz晶体振荡器，ICM7226B所需的10MHz标准时钟信号，是对5MHz的标准频率2倍乘而获得的。倍乘后的信号经射极跟随器输出，以提高负载能力。直流电源为集成化三端稳压器，它提供+15V、-15V和+5V三种直流电压。+5V输出具有过压保护电路，当故障引起输出电压升高超过6.5V后，保护管被触发，使输出端接地，以免元器件因电压过高而损坏。+15V分两组输出，一组供晶体振荡器使用，另一组供输入通道以及内插件使用，-15V供输入通道的恒流源、触发电平以及内插件使用。阅读材料：数字相位计一般来说，相位测量并不是瞬时相位的测量，而是指相位差的测量。相位差是由一个信号的相位相对于另一个信号的相位来定义的。相位差实际就是把两个信号的相位进行比较。相位差的概念只使用于简谐振荡信号，即正弦信号。对于非简谐振荡信号（如脉冲信号），通常用时间差来表示。按照技术原理来划分，数字式相位计可以分为两大类：一类是相位时间变换式数字相位计，另一类是相位电压变换式数字相位计。相位时间变换式数字相位计的基本原理是：首先将相位差变换成时间间隔，然后在这个时间间隔中对标准脉冲进行计数。根据计数方法的不同，这类相位计还可以分为瞬时值数字相位计和平均值数字相位计两类。相位电压变换数字式相位计的基本原理是：首先将相位变换成电压，然后用数字电压表将测量结果显示出来。将相位变换成电压的方法很多。这里，仅介绍相位时间变换式数字相位计中的瞬时值相位计的工作原理和基本组成，若想要深入了解其他相位计，可以参看其他书籍。瞬时值数字相位计的原理框图和工作波形如图5-21所示。其基本原理是将连个被测正弦电压信号变换成尖脉冲，而两路相邻脉冲之间的时间间隔正比于被测相位差。再用变换的尖脉冲去触发双稳态触发器，在触发器中加上指示装置，就构成了触发式直读相位计。由图5-21(b)可知，计数结果N为 （5-18）而t与相位差d的关系可以表示为 （5-19）所