时间与频率测量技术(2)

5.5.3 测量周期的误差分析
?结合误差合成公式，可求得测周的误差为
?Tx ?N ?Ts ? ? Tx N Ts

?Tx ? 1 ?f s ?f ?1 ? ? ? ? s Tx N fs Tx f s fs

?当不考虑晶振的影响时，则有
?Tx 1 1 ?? ?? ? ? f x Ts Tx N Tx f s

?当仅考虑计数器本身的测量误差时，如果较低，应采用测周法；较高时，应采用测频法。

5.5.4 中界频率的确定
?对于同一被测频率，直接利用电子计数器测频功能和测周功能分别测量时，都存在量化误差，而且，当频率较高时宜用测频功能，当频率较低是宜用测周功能。显然，存在着某一个频率，它使测

频和测周的误差相等，这个频率就是中界频率，记为fz。在不考虑触发误差的条件下，则有
? 1 ? ? f x Ts Tf x
fz ? 1 TTs

?若将测频时的闸门时间扩大n倍，测周时的被测周期扩大m倍，则 1 1 m
? nTfx ?? m Tx f s
fz ? nTT s

5.6 电子计数器的应用
阶段类型应用测量微观粒子数目、脉冲数测量频率、周期、时间间隔、电压、电流、电阻、相位应用于工业生产自动化、自动控制和自动测量等

20世纪30年代初期 20世纪50年代以来

粒子计数器

电子计数器智能计数器计算计数器

近年来

5.6.1 提高测频性能的方法
取样门控时间τ是由计算机控制产生，在其控制下，同时打开主门A和主门B，使计数器A、B工作。实际计数的时间由同步门控决定，它是被测信号周期的整数倍。计数器A计得被测信号周期Na，计数器B计得时标信号周期个数Nb，经计算机运算，得到被测频率在采样时间内的平均值，在显示器上显示

Na fx ? N bTs

多周期同步测量法

5.6.2 NFC-1000C-1 型频率计数器简介
?NFC-1000C-1是一台测频范围为1Hz~1500MHz的多
功能频率计数器。主机电路以AT89C51为核心，外接部分中小规模的贴片集成电路所组成。具有A通道测频、B通道测频、A通道测周期及A通道计数四种测试功能，全部测量采用单片机芯片89C51进行智能化控制和数据测量处理。采用八位LED数码管显示，低功耗线路设计。

主要技术指标
表5-1 NFC-1000C-1型多功能频率计数器的主要技术指标功能测频、测周、计数、自校

频率测量范围 1Hz-1500MHz 周期测量范围 100ns-1s（A通道）灵敏度输入阻抗输入方式测量误差 1Hz-10Hz 50mVrms ；10HZ-100MHz 30mVrms ； 100MHz-1000MHz 20mVrms； 1000MHz-1500MHz 50Vrms 1MΩ/35pF（A通道）； 50Ω（B通道） AC耦合 ±时基准确度±触发误差×被测频率（或周期） ±LSD

闸门时间

10ms；0.1s；1s或保持

时基的标准频 10MHz 率

工作原理
NFC-1000C-1型多功能频率计数器原理方框图如图5－11所示。

测量的基本电路主要由A通道（100MHz通道）、B通道（1500MHz通道）、系统选择控制门、同步双稳电路

以及E计数器、T计数器、MPU微处理器单元和电源组成。
该多功能频率计数器进行频率、周期测量采用等精

度的测量。即在预定的测量时间（闸门时间）内对被测
信号的Nx个整周期信号进行测量，分别由E计数器的累

计在所选闸门内的对应周期个数，同时T计数器累计标
准时钟的周期个数。然后由微处理器时行数据处理。

A输入通道电路为测量不同频率信号的需要，包括
了 ?1 /? 20衰减电路、低通滤波电路、输入保护电路、

高阻抗输入电路和信号放大整形电路等。当输入信
号较大时可通过 ? 20

衰减进行测量；低通滤波电路可大大提高测量低频信号的准确度和抗干扰能力。

当输入频率大于100MHz时，可选择B输入通道进行
测量。B通道采用专用的超高频的放大、分频、集成

电路，并经电平转换后送入主机进行测量。其灵敏
度高，动态范围大。

NFC-1000C-1型多功能频率计数器面板图
⒀ ⑿ ⑾ ⑽ ⑼⑻ ⑺

⑴

⑵

⑶

⑷⑸

⑹

（1）电源开关

按下电源按钮开关打开，仪器进行

工作状态，再按一下关闭整机电源。（2）工功能选择功能选择模块，可选择A通道测频 “FA”、B通道测频“FB”A通道测周“PA”和计数方式 “TOTA”测量方式。按下所选功能键，仪器发出声响，认可操作有效，相应指示灯亮，以示所选择的测量功

能。
“TOTA”键按下一次开始计数，闸门指示灯亮，此时A输入通道输入信号将被计数显示。再按一次 “TOTA”键则计数停止，显示器显示结果。下次测量时，仪器自动清零。

（3）闸门时间

闸门时间选择模块提供四种闸门预

选（10ms；0.1s；1s和保持）。闸门时间的选择不同
将得到不同的分辨率。

“保持”键的操作：按下该键指示灯亮，仪器进
入休眠状态，显示窗口保持当前的显示结果。此时，功能选择键、闸门选择键均操作无效。再按下“保持” 键，指示灯灭，仪器进入正常工作状态

（4）衰减

A通道输入信号衰减开关，此键盘按下时

输入灵敏度被降低20倍。当输入信号幅度大于300mV

时，应按下衰减开关，降低输入信号幅度，提高测量
准确度。（5）低通滤波器此键按下，输入信号经低能滤波器后进入测量过程。使用该键可提高低频信号测量的

准确性和稳定性，提高抗干扰性能。
当信号频率<100kHz时，应按下低通滤波器进行测量，以提高测量的准确度。

（6）A通道输入若被测信号频率为1Hz-100MHz接入此通道进行测量。（7）B通道输入此通道输入信号。被测信号频率大于100MHz时，通过

（8）“μs”显示灯

周期测量时自动点亮。

（9）“kHz”显示灯频率测量时被测频率小于1MHz 时自动点亮。

（10）“MHz”显示灯频率测量时被测频率大于或等于1MHz时自动点亮。（11）数据显示窗口测量结果通过此窗口显示。

（12）溢出指示（13）闸门指示

显示超出八位时灯亮。指示仪器的工作状态，灯亮表示仪

器正在测量，灯灭表示测量结束。

NFC-1000C-1型多功能频率计数器的使用
（1）开启电源预热20分钟以保证晶体振荡器的频
率稳定。（2）选择闸门时间 0.1s：瞬时频率；1s：1s内平

均频率；10s：10s内平均频率。（3）滤波器选择键当被测频率＜100kHz时，可

将此键按下；释放时为正常测试。

（4）衰

减选择键

1：不衰减； 20：被测信号衰

减 20倍。
（5） LED数码显示八位LED数码管显示测试结果，小数点自动定位。

NFC-1000C-1型多功能频率计数器的主要测试功能
（1）频率测量 ① 根据被测信号的频率大致范围选择A通道测频 “FA”或B通道测频“FB”测量。 ②“FA”测量输入信号接至A输入通道，将“FA”功能

键按下。“FB”测量输入信号接至B输入通道，“FB”
功能键按下。

使用“FA”测量时，注意以下两点：注意一：当输入信号幅度大于300mV，衰减开关臵 20位臵。注意二：当输入频率低于100kHz，低通滤波器应臵 “开”位臵。 ③ 根据测量所需分辩率，选择适当的闸门预选时间（10ms或0.01s、0.1s、1s）。闸门预选时间越

长，分辩率越高。

（2）周期测量 ① 功能选择模块臵“PA”，输入信号接入A输入通
道。 ② 根据输入信号频率高低和输入信号幅度大小，决定低通滤波器和衰减器位臵选择，具体操作参考上面频率测量中“FA”测量时的注意一和注意二两条。 ③ 根据测量所需分辩率，选择适当的闸门预选时间（10ms或0.01s、0.1s、1s）。闸门预选时间越长，

分辩率越高。

（3）计数测量 ① 功能选择模块中按“TOTA”键一次，输入信号接

入A输入通道。
② 根据输入信号频率高低和输入信号幅度大小，决定低通滤波器和衰减器位臵选择，具体操作参考上面频率测量中“FA”测量时的注意一和注意二两条。 ③“TOTA”键再按一次，计数控制门关闭，计数停止。 ④ 当计数值超过108-1时，则溢出指示灯亮，显示溢出，而显示的数值为计数器的尾数。

本章小结

?在电子技术领域内频率和周期是周期性信号最基本的参数，频率测量的准确度也最高。按信号不同频率值可进行不同频段的划分。 ?常用的测频方法有：无源测频法，有源测频法和计数测频法。但最常用的是计数法。 ?电子计数器主要技术指标有：测试性能、测量范围、输入特性、输入灵敏度、闸门时间和时标等。

?电子计数器具有多种测量功能：测频、测周和测频比等等。 ?电子计数器的测量误差有：量化误差、触发误差和标准频率误差。减小它们的方法分别是增大计数值、提高信噪比和选用高稳定度的标准频率。使测频和测量误差相等的那个频率叫中界频率。 ?应用电子计数器测量时，选用合适的测量功能，采用多周期测量法，可以提高测量的精度。

1. 为什么说电子计数器是一切数字式仪器的基础？ 2. 用7位电子计数器测量fx=5MHZ的信号频率。当闸门时间置于1s、0.1s、10ms时，试分别计算由于误差而引起的测频误差？ 3. 某电子计数器晶振频率误差为，若

后利用该计数器将10MHz晶振校准到，问闸门时间应选为多少方能满足要求？

4. 用计数器测频率，已知闸门时间和计数值N如下表所示，求各种情况下的fx=？
T N fx 10s 1 000 000 1s 100 000 0.1s 10 000 10ms 1 000 1ms 100

5. 用多周期法测周期。已知被测信号重复周期为 50μs时，计数值为 100 000，内部时标信号频率为1MHz。若采用同一周期倍乘和同一时标信号去测量另一未知信号，已知计数值为 15 000，求未知信号的周期？