电子计数器工作原理_电子计数器组成及各部分功能

　　电子计数器工作原理

　　由B通道输入频率为fB的经整形的信号控制闸门电路，即以一个脉冲开门，以随后的一个脉冲关门。两脉冲的时间间隔（TB）为开门时间。由A通道输入经整形的频率为fA的脉冲群在开门时间内通过闸门，使计数器计数，所计之数N=fA·TB。

　　对A、B通道作某些选择，电子计数器可具有以下三种基本功能。

　　①频率测量：被测信号从A通道输入，若TB为1秒，则读数N即为以赫为单位的频率fA。由晶体振荡器输出的标准频率信号经时基电路适当分频后形成闸门时间信号而确定TB之值。

　　②周期或时间间隔测量：被测信号由B信道输入，控制闸门电路，而A通路的输入信号是由时基电路提供的时钟脉冲信号。计数器计入之数为闸门开放时间，亦即被测信号的周期或时间间隔。

　　③累加计数：由人工触发开放闸门，计数器对A通道信号进行累加计数。

　　在这些功能的基础上再增加某些辅助电路或装置，计数器还可完成多周期平均、时间间隔平均、频率比值和频率扩展等功能。电子计数器性能指标主要包括：频率、周期、时间间隔测量范围、输入特性（灵敏度、输入阻抗和波形）、精度、分辨度和误差（计数误差、时基误差和触发误差）等。

　　电子计数器的基本组成及各部分功能

　　电子计数器主要由输入电路、比较电路、时间基准电路、控制电路和计数显示电路等部分组成。

　　（1）输入电路 电子计数器的输入电路主要有三个作用，一是阻抗变换，二是电压放大，三是整形，所以它有三个组成部分，输入电路作用示意图如图1所示。阻抗变换的目的是通过提高输入端的阻抗来减小对被测信号源的分流，常用晶体管射极跟随器或场效应管源极跟随器来实现。电压放大采用输入放大器，它们除需具有一定的放大倍数外，还需要有较宽的通频带，以保证电子计数器有一定的灵敏度和测量范围。整形电路的作用是对被测量整形，使输至比较电路入口的波形规整化，成为前、后沿较陡的矩形脉冲，以保证计数电路能被可靠地触发，整形电路常用施密特触发器来实现。

　　图1 输入电路作用示意图

　　（2）比较电路 电子计数器的比较电路是由一个与门电路来实现被测信号（如频率）与标准时间信号的比较的，频率－数字转换波形示意图如图2所示。若在图中A端加上被测频率Λ的信号，在B端加标准时间为t（又称间门时间）的信号，则C端输出的脉冲数为N

　　图2 频率－数字转换波形示意图

　　（5-7）与或（5-8）中±1是考虑到被测信号周期T与标准时间t在相位上可能会不同步的最坏情况下产生的误工差。

　　由此，N反映了被测频率fx，电路实现了频率－数字转换。例如，在t＝0.1s时间内，计数器计下了1000个脉冲数，则

　　（3）时间基准电路（时基电路） 电子计数器是用比较法进行测量的，也就是将被测信号与一系列标准时间信号进行比较。例如，测量频率时用的标准时间信号（时标信号）是一系列闸门时间，如1ms、10ms、100ms、1s、10s等。电子计数器能否正常工作以及测量精度的高低，与标准时间信号有着直接关系。所以，对标准时间信号的要求，一是要有高精度，二是能多组送出。要满足这些要求，可采用高精度、置于恒温槽中的石英晶体振荡器来产生标准时间信号，并采用倍频或分频器，将标准时间信号分成一系列的时基信号。例如，七级十分频器能将1MHz的标准频率分为100kHz、1OkHz、1kHz、10OHz、10Hz、1Hz和0.1Hz（相应的闸门时间分别为10μs，100μs、100ms、1ms、10ms、10ms、1s、10s），然后，再根据需要通过选择电路送出。

　　由上可知，时间基准电路由石英晶体振荡器、倍频或分频电路及闸门时间选择电路组成。图3是某电子计数器产生标准时间信号的方框图。显然，石英晶体振荡器是其核心部分，是总信号源。

　　图3 某电子计数器产生标准时间信号的方框图

　　（4）控制电路 控制电路是电子计数器的指挥系统，在控制电路所送出的各种控制信号的指挥下，协调计数器各单元电路的工作。一般计数器每进行一次测量总要经过测量准各、测量、显示测量结果、复原等阶段。通常，在测量准各阶段要使计数器复零，主闸门处于等待打开状态。在测量阶段，主闸门打开，计数器对被测信号进行计数测量。主闸门关闭后，需要将测量结果以数字的形式显示出来，并保持一定时间，供测量者观察与记录。一次测量完毕后还要为下一次测量做好准各。所有上述动作都是在控制电路的统一指挥下进行的。控制电路实际上是一个脉冲组合电路，由双稳电路、单稳电路等构成，与时基信号同步的各控制信号分别送往各受控单元。

　　（5）计数显示电路 电子计数器的计数电路是对来自闸门的脉冲个数／N进行计数，并将计数结果用数字显示出来的仪器。为了提高计数器的测量速度，并使每一次测得的数据段相对稳定地显示出来，常在计数电路后加上寄存器，用来暂时寄存测量所得的数据。

　　（6）自校 自校是电子计数器对其内部基准信号源进行测量的一种功能，可借以检查自身的逻辑功能是否正常。自校和测频率的原理相同，计数器的读数即为频率数。闸门时间可以采用不同值，只是被测信号不是外加的，而是取自计数器内部的标准时间信号，即标准时间信号由石英晶体振荡器经分频器或倍频器提供。如取闸门时间为1s，而传送的标准时间信号是周期为10s的信号，则自校的读数为1000000，表示标准时间信号频率为1MHz，自校原理方框图如图4所示。

　　图4 自校原理方框图