255390annizj电子测量仪器教案第5章

1、课题第五章 电子计数器5.1 概述教学目标知识与能力： 掌握电子计数器的分类、主要技术性能。过程与方法： 通过观察和讲解，掌握电子计数器的分类、主要技术性能。情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点电子计数器的分类、主要技术性能。教学难点电子计数器的分类、主要技术性能。新授课5.1 概述5.1.1 电子计数器的分类按测试功能：（ 1）通用计数器 多功能计数器。具有测量频率、周期、频率比、时间间隔和累加计 数等功能。配以适当的转换插件，还可扩展测试功能。（ 2）频率计数器 具有测频和计数功能。（ 3）计算计数器 带有微处理器具有计算功能。数学运算、求解比较复杂的方程等。 可程控与计算

2、机连接实现自动化测量。5.1.2 电子计数器的主要技术性能1测试功能测量频率、周期、频率比、时间间隔和累加计数等功能。2测量范围仪器的有效测量范围。3输入特性（ 1）输入灵敏度 工作所需输入的最小电压。DC（ 2）输入耦合方式 AC 耦合和 DC 耦合。 AC 耦合：被测信号经隔直电容输入； 耦合：被测信号直接输入（适于低频及脉冲信号） 。（ 3）输入阻抗 包括输入电阻和输入电容。高阻抗适于：频率不太高，减小对信号源的负载影响。 低阻抗适于：频率较高。（4）最大输入电压4测量准确度 表示：常用测量误差。决定：由时基误差（由晶体管振荡器的稳定度确定）和计数误差（主要指量化误差） 5闸门时间和时标

3、由机内标准时间信号源提供的标准时间信号。 包括：闸门时间信号和时标信号。6显示及工作方式（ 1）显示位数（2）显示时间（ 3）显示方式 记忆：只显示最终计数的结果。 不记忆：显示正在计数的过程。（4）显示器件7输出 输出的标准时间（频率）信号的种类、输出数据的编码方式及输出电平等。练习习题小结电子计数器的分类：通用计数器、频率计数器、计算计数器。布置作业习题5.2通用电子计数器课题教学目标知识与能力：理解通用电子计数器的基本组成原理。过程与方法：通过观察和讲解，理解通用电子计数器的基本组成原理。情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点通用电子计数器的基本组成原理。教学难点通用电子计

4、数器的基本组成原理。新授课5.2通用电子计数器的基本组成讣敷与显示阳元K w v -k -s*-n w通用电子计数器的基本组成原理框图如图所示。1. A、B输入通道作用：被测信号放大、整形成标准脉冲。A通道输出脉冲：计数器的计数信号，门控信号作用时间通过主门计数;B通道输出脉冲：控制门控信号的作用时间。2. 主门（又称为闸门）作用：控制计数脉冲信号能否进入计数器。主门电路：一个双输入端逻辑与门，如图所示。一个输入端 J门控信号（控制单元中门控双稳态触发器）；另一个输入端 J计数脉冲信号。门控信号作用时，计数脉冲通过主门进入计数器计数。3. 时基单元组成：晶体振荡器、分频及倍频器。标准时间信号分

5、类： 闸门信号（时间较长）：根据分频技术的不同多选。 时标信号（时间较短）：可为单选，也可为多选。4. 控制单元作用：产生控制信号，各单元的工作，使整机自动完成测量。门控双稳态电路：控制主门的开闭。5. 计数与显示单元作用：对主门输出的脉冲计数并以十进制数字显示计数结果。组成：二一十进制计数器、译码器和数字显示器等。练习习题小结1. 电子计数器的基本组成：A、B输入通道、时基单元、主门、控制单元、计数与显 示单元。2. 电子计数器各部分作用：输入通道：将被测信号进行放大、整形，使其变换为标准脉冲。主门：控制计数脉冲信号能否进入计数器。控制单元：产生各种控制信号去控制和协调通用计数器各单元的工作

6、，以使整机按一 定的工作程序自动完成测量任务。计数与显示单元：对主门输出的脉冲技术并以十进制数字显示计数结果。布置作业习题课题教学目标知识与能力：5.3通用电子计数器的测量原理（理解通用电子计数器的周期、频率。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点理解通用电子计数器的周期、频率。教学难点理解通用电子计数器的周期、频率。新授课5.3通用电子计数器的测量原理5.3.1测量频率求解方法：测量原理框图如图所示。 被测信号放大、整形（经 A输入通道）序列脉冲主门 晶振产生振荡信号 fs（ Ts）标准时间脉冲信号（kf, Ts）门控信号 控制主门的“开启”或“关闭

7、”主门开启 序列脉冲计数（经主门输入十进制计数器）计数结果N转换为频率值显示。即:r N NfxT 5式中Kf为分频器系数。（1）门控信号的脉宽 =分频器输出的触发信号的周期。（2）闸门时间T: 10n s （n为整数），计数结果无须换算。532测量周期测量周期的原理框图如图所示。为提高测量精确度，采用多周期法（又称周期倍乘） ，即在B通道后加设几级十进制分 频器（设分频器系数为 Kf）,使主门开启时间扩展 Kf倍。如果仍用Ts（ fs）作时标信号，则其计数结果为TxfTsTxNTs周期倍乘率（Kf）的改变与显示屏上的小数点位置的移动同步进行，故使用者无须对计数结果进行换算，即可直接读出测量结

8、果。4 川1111品尿一汁频賊倍糊器卜T主门一计爺显示故大搭形电廉匸门控电錐练习习题小结1. 测量频率公式：fx N T KfTs2测量周期公式:TxNTsKf课题教学目标知识与能力：5.3通用电子计数器的测量原理（二理解通用电子计数器的频率比、时间间隔。过程与方法：通过观察和讲解，理解通用电子计数器频率比、时间间隔。情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点通用电子计数器的频率比、时间间隔。教学难点通用电子计数器的频率比、时间间隔。新授课533测量频率比测量频率比原理框图如图所示。B通道输入）放大整形当 fA fB， fB （由B通道输入信号的周期 fA由A通道输入 为放大整形,作

9、为计数脉冲fAN卫TafB控制主门的启闭，门控信号的脉宽主门开启计数器计数。计数结果（提高精度）曰:在B通道后，加设分频器，对fB进行Kf次分频，使(Biflilt)直接显示测量结果。多周期的测量方法主门开启的时间扩展 Kf倍，于疋Ta5心f B不同Kf时，小数点相应变化，直接读出测量结果，但有效数字位数变化。5.3.4测量时间间隔测量时间间隔的原理框图如右 所示。测量过程：计数。 停止计数。工作开关S置“分”位置： 时间超前信号A通道放大整形启动门控电路开启主门 时间滞后信号B通道放大整形复原门控电路关闭主门时标信号Ts计数有关波形如图所示。Jnri控佶号甘*时/Mi11,v截冲时标数主门开

10、启时间计数器的计数结果N与两脉冲信号间的时间间隔td的关系为td = NTs（1）A、B通道内分别设置有斜率（极性）选择和触发电平调节，用于在被测时间间 隔的起点和终点所对应的时刻决定主门的开闭。（2）测量一个脉冲信号内的时间间隔时，将工作开关S置“合”的位置。两通道输入并联，被测信号由此公共输入端输入。调节两个通道的触发斜率和电平可测量脉冲信号的脉 冲宽度、前沿、休止期等参数。练习习题小结1 .测量频率公式：fx NN_T KfTs2测量周期公式：T NTs 1 xKf3测量频率比公式:N耳免TafB课题教学目标5.3通用电子计数器的测量原理（三）知识与能力：理解电子计数器累加计数、自校过程

11、与方法：通过观察和讲解，理解电子计数器累加计数、自校情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点电子计数器累加计数、自校教学难点电子计数器累加计数、自校新授课5.3.5累加计数累加计数的原理框图如图所示。（A工融发门控电路：人工控制。启动后，主门开启，输入脉冲通过主门进入计数器累加计数；门 控双稳电路被复原后，主门关闭，计数停止。显示器直接显示累加计数的总和。注意：在开启主门前，应先做复零操作。5.3.6自校自校的原理图如图所示。工作过程（同时进行）： 晶体振荡器时标信号Ts （经系数为m倍频器）作为计数信号。 晶体振荡器闸门时间信号T （经过Kf分频电路）：门控电路的触发信号。计数器

12、的计数结果：取决于时标信号和闸门时间信号，则T N -TsKfTsTsKfm据上式实现自校。m练习习题小结主门开启时间计数器的计数结果N与两脉冲信号间的时间间隔td的关系为td = NTs。布置作业习题课题5.4电子计数器的测量误差教学目标知识与能力：1 掌握电子计数器的测量误差来源。2 掌握频率测量误差分析、周期测量误差分析。过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点频率测量误差分析、周期测量误差分析。教学难点频率测量误差分析、周期测量误差分析。新授课5.4电子计数器的测量误差5.4.1 误差来源1 量化误差（计数误差）原因：主门的开启和计数脉冲的到达时

13、间关系上是随机的。因此，在相同的主门开启时 间内，计数器对同样的脉冲串进行计数时，计数结果不一定相同。测量频率或时间时， 量化的最小单位是数码的一个字，即量化的结果只能取整数， 故这种误差的极限是1,因此它的相对误差为N 100%100%NN越大，量化误差越小。2标准频率误差fs. fs标准时间信号原因：测量频率和时间是以晶体振荡器产生的各种标准时间信号为准的。不准或不稳定则会产生测量误差。3.触发误差原因：信号的转换过程存在干扰和噪声的影响，电路本身的触发电平产生漂移。大小：与被测信号的大小和转换电路的信噪比有关。结论：测量频率、周期时，提高信噪比，被测信号不宜衰减过大（测量时间忽略估计）5

14、.4.2频率测量误差分析决定：量化误差。由fxNTfx =NKfTsN/T其中T:晶振信号分频，常数，所以f1xNNfx，即TNfxNfxN式中N为量化误差。因为 N =1,故有fx111fxNfxTKfTsfxfx 定时，增大T或增大N可减小测结论：误差的影响因素是被测信号频率和闸门时间。频误差。543周期测量误差分析减小触发误差：提高信噪比和多周期测量法。量化误差的影响:推倒得：Tx ANTx N结论：量化误差随着fx的升高而增大,TsTxfx过高时，直接测频法测量频率fx后再求Tx。多周期法：将被测信号分频以增加主门开启时间。此时Tx1Tsf TfxTxNKfTxKf练习习题小结1.误差

15、来源：量化误差、标准频率误差、触发误差。2.测频率误差:主要由量化误差决定。fx11 1fxNfxTKg3减小触发误差的影响：提高信噪比和多周期测量法。Tx1Tsf Ts.fxTxNKfTxKf布置作业习题课题 教学目标5.5 E312A 型通用电子计数器（一）知识与能力：掌握 E312A 型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。 过程与方法： 通过观察和讲解情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点E312A 型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。教学难点E312A 型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。新授课5.5

16、E312A 型通用电子计数器5.5.1 主要技术性能1频率测量输入端： A 通道。测量范围： 1 Hz 10 MHz 。输入端为 AC 耦合：适于正弦波；为 DC 耦合时：适于脉冲波、三角波或锯齿波。闸门时间： 10 ms、 0.1 s、1 s、10 s 四档。测量单位为： s。小数点自动定位。2周期测量输入端： A 通道。测量范围： 0.4 s 10 s。多周期测量，倍乘率有 100、 101、 102、 103 四档。测量单位为： s。小数点自动定位。3频率比测量输入端： A 、 B 通道。测量范围： A 为 1 Hz 10 MHz ； B 为 1 Hz 2.5 MHz多周期测量，倍乘率有

17、 100、 101、 102、 103 四档。无单位显示。小数点自动定位。4脉冲时间间隔测量 输入端：双线 A 、B 通道；单线 A 通道。 测量范围： 0.25 s （ 107- 1）s。要求脉宽 0.5 s,休止期 0.5 s。 测量单位为： s。小数点自动定位。5计数 计数最大值为 108 - 1； 小数点在数字右边； 6输入阻抗A、B段输入电阻500 k ，输入电容w 30 pF。 7晶体振荡器振荡频率：5 MHz，稳定度w 1 X 10-8/d （日）8显示及工作方式8位LED记忆显示、自动复原，显示时间为0.2 s加测量时间；可人工复原和保持。练习习题小结E312A 型通用计数器组

18、成：输入通道、计数/控制逻辑单元、晶体振荡器、LED 显示器及电源。布置作业习题课题5.5E312A型通用电子计数器（二）教学目标知识与能力：掌握E312A型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。 过程与方法：通过观察和讲解，情感、态度与价值观：培养学生的严谨的科学态度教学重点E312A型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。教学难点E312A型通用电子计数器的主要技术性能、基本工作原理、基本测量方法。新授课5.5.2 基本工作原理组成：输入通道、计数/控制逻辑单元、晶体振荡器、LED显示器及电源。整机原理图如图所示。输入A 输入BA、B输入通道：衰减器、输入保护电路、阻抗变换器、放大器、整形器、三态灯指示 电路以及控制选择门组成，其原理框图如图所示。1. 工作过程被测信号（经输入通道）放大整形矩形波控制选择门（选择上升或下降沿）技术/控制逻辑单元。2. 电路的各部分作用三态灯指示电路：来监测整形电路的工作情况