一、實驗目的????????

1. 了解頻率測量的基本原理。
2. 了解電子計數(shù)器測頻/測周的基本功能。
3. 熟悉電子計數(shù)器的使用方法。

二、實驗內容

1. 頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時間與測量分辨率關系。
2. 周期測量，并了解測周方式下：時標、周期倍增與測量分辨率關系。

1.SJ-8002B電子測量實驗箱?????????????????????????????? 1臺
2．雙蹤示波器（20MHz模擬或數(shù)字示波器） ??????????????? 1臺
3．函數(shù)信號發(fā)生器（1Hz～1MHz） ??????????????????????? 1臺
4．計算機(具有運行windows2000和圖形化控件的能力)?????? 1臺

四、實驗原理

?? 1.測頻原理

??? 所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間變化的次數(shù)。電子計數(shù)器是嚴格按照f＝N/T的定義進行測頻，其對應的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖1 所示。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經過脈沖形成電路形成計數(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產生計數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)，即可得到其頻率。若閘門開啟時間為T、待測信號頻率為fx，在閘門時間Ｔ內計數(shù)器計數(shù)值為N，則待測頻率為
???????????? fx = N/T ?????????????????????????????????????? (1)
若假設閘門時間為1s，計數(shù)器的值為1000，則待測信號頻率應為1000Hz或1.000kHz，此時，測頻分辨力為1Hz。

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???????????????????? ????????????????圖2-1 測頻原理框圖和時間波形

?? 由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時基信號的輸入通道就能完成周期的測量。其原理如圖2所示。

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? ???????????????????????????????????? 圖2???? 測周原理圖

?? 待測信號Tx通過脈沖形成電路取出一個周期方波信號加到門控電路，若時基信號(亦稱為時標信號)周期為To，電子計數(shù)器讀數(shù)為N，則待測信號周期的表達式為

???????????????????? ?????????????????????????????? （2）
?? 例如：fx = 50Hz，則主門打開1/50Hz（= 20ms）。若選擇時基頻率為fo = 10MHz，時基To＝0.1us，周期倍乘選1，則計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為?= 200000 個，如以ms為單位，則計數(shù)器可讀得20.0000(ms) ，此時，測周分辨力為0.1us。

?? 當直接測頻和直接測周的量化誤差相等時，就確定了一個測頻和測周的頻率分界點，這個分界點的頻率值稱為中界頻率。由測頻和測周的誤差表達式并結合圖2-3可以看出：測頻時的量化誤差和測周時的量化誤差相等時，即可確定中界頻率為

? ??? ???? ?????? ????? ??? ???? ???? ???? ?? ??? （3）
故???? ?????? ????????? ?? ??? ??? ??? ???? ??? ??? ? （4）

式中，為測頻時選用的頻標信號頻率，即 閘門時間的倒數(shù)；為測周頻時選用的時標信號頻率，；當時，應使用測頻的方法；當時，則應使用測周頻的方法。對于一臺電子計數(shù)器特定的應用狀態(tài)，可以在同一坐標圖上同時作出直接測頻和直接測周的誤差曲線（圖3），兩曲線的交點即中界頻率點。

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圖 3??? 測頻和測周時的誤差曲線

?? 4.電子計數(shù)器測頻/測周的自動功能

?? 電子計數(shù)器的自動測頻/測周功能主要取決于中界頻率。假定選擇閘門時間為1s和測周/頻時標信號頻率為10MHz，則中界頻率為MHz(=3162Hz)。因此在選用電子計數(shù)器自動測量時，先指定用測頻的方式預測一下輸入信號的頻率，再與中界頻率比較之后自動確定電子計數(shù)器測頻/測周方式。

?? 5．測量時間和計數(shù)值

? （1）測頻模式
?? 測量時間＝閘門時間T
?? 計數(shù)值N= fx*T
?? 閘門時間短，測量低頻信號，N可能很小，甚至為0，這種情況應避免。
?? 由于我們使用24位計數(shù)器，計數(shù)值N<224（16777216），否則溢出（OVER）。

? （2）測周模式
?? 測量時間＝

?? 計數(shù)值
?? 測量時間與被測信號的周期和周期被乘系數(shù)成正比，若選擇大的周期倍乘系數(shù)，測量低頻信號時，測量時間將很長。
低頻信號選用大的周期被乘系數(shù)和高的時標時，計數(shù)值會很大，產生溢出。

五、實驗步驟

圖 4? 實驗平臺及實驗器材連接圖

?? 說明：被測輸入信號有兩種接法，一種是如圖3所示的①，由外接信號發(fā)生器連接實驗箱測頻輸入fx的BNC插座；一種是如圖3所示的②，由實驗箱上的信號源Aout1(或Aout2)連接實驗箱測頻輸入fx的BNC接頭，并用示波器監(jiān)測輸入信號的幅度和頻率大小。然后按照電子計數(shù)器測頻/測周實驗運行電子計數(shù)器程序進行測量。

? 3.電子計數(shù)器測頻/測周實驗

?（１） 利用函數(shù)信號發(fā)生器產生不同頻率的信號，波形可分別為方波、正弦波、三角波，幅度為1V～5V,由虛擬電子計數(shù)器對其進行“測頻”，選擇不同的閘門時間，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的頻率值，并填入表1：

表1

信號頻率 閘門時間	25Hz	250Hz	2kHz	20kHz	200kHz	2MHz
1ms	不做	不做	?	?	?	?
10ms	不做	?	?	?	?	?
100ms	?	?	?	?	?	?
1s	?	?	?	?	?	?
10s	?	?	?	?	?	?

?? 提問：本實驗中測頻模式，閘門時間選用10S時，測量2M信號為什么會溢出？

? （２） 利用實驗箱上的信號源產生不同頻率的信號，波形可分別為方波、正弦波、三角波，幅度為1V～5V,由虛擬電子計數(shù)器對其進行“測頻”，選擇不同的閘門時間，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的頻率值，并填入表2：

表2

??????? 信號頻率 閘門時間	25Hz	250Hz	2kHz	20kHz	200kHz	2MHz
1ms	不做	不做	?	?	?	?
10ms	不做	?	?	?	?	?
0.1s	?	?	?	?	?	?
1s	?	?	?	?	?	?
10s	?	?	?	?	?	?

?? （３） 利用函數(shù)信號發(fā)生器產生不同頻率的信號，由虛擬電子計數(shù)器對其進行“測周”，時標選擇為10MHz，幅度為2V，改變不同的周期倍乘，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的周期值，并填入表3：

表3

?? 提問：本實驗中測周模式，周期被乘選用10時，測量5Hz信號為什么會溢出？

表4

? （5）利用函數(shù)信號發(fā)生器產生一個頻率為60Hz,幅度為3V左右的方波信號，由虛擬電子計數(shù)器對其進行“測周”，選擇不同的時標頻率，對測量結果進行比較和分析。記錄測量的周期值和頻率值，并填入表5：

? （6）利用函數(shù)信號發(fā)生器產生不同頻率的信號，幅度為2V，由虛擬電子計數(shù)器對其進行測量，選擇“自動方式”，觀察儀器自動選擇的“測頻或測周”模式，記錄測量的頻率值和周期值，對測量結果進行比較和分析，并填入表6：

表6

六、思考和練習

? 1、分析以上測量數(shù)據(jù)，在電子計數(shù)器測頻過程中，閘門時間對測量分辨力有何影響？
? 2、時標選擇對電子計數(shù)器測周分辨力有何影響？