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一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康????????
1. 了解頻率測量的基本原理。
2. 了解電子計(jì)數(shù)器測頻/測周的基本功能。
3. 熟悉電子計(jì)數(shù)器的使用方法。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時(shí)間與測量分辨率關(guān)系。
2. 周期測量，并了解測周方式下：時(shí)標(biāo)、周期倍增與測量分辨率關(guān)系。
1.SJ-8002B電子測量實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)(具有運(yùn)行windows2000和圖形化控件的能力)?????? 1臺
四、實(shí)驗(yàn)原理
?? 1.測頻原理
??? 所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時(shí)間變化的次數(shù)。電子計(jì)數(shù)器是嚴(yán)格按照f＝N/T的定義進(jìn)行測頻，其對應(yīng)的測頻原理方框圖和工作時(shí)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(jīng)過脈沖形成電路形成計(jì)數(shù)的窄脈沖，時(shí)基信號發(fā)生器產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即可得到其頻率。若閘門開啟時(shí)間為T、待測信號頻率為fx，在閘門時(shí)間Ｔ內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為N，則待測頻率為
???????????? fx = N/T ?????????????????????????????????????? (1)
若假設(shè)閘門時(shí)間為1s，計(jì)數(shù)器的值為1000，則待測信號頻率應(yīng)為1000Hz或1.000kHz，此時(shí)，測頻分辨力為1Hz。
? ?????????????????? 
???????????????????? ????????????????圖2-1 測頻原理框圖和時(shí)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(shí)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。
??????????????????? 
? ???????????????????????????????????? 圖2???? 測周原理圖
?? 待測信號Tx通過脈沖形成電路取出一個(gè)周期方波信號加到門控電路，若時(shí)基信號(亦稱為時(shí)標(biāo)信號)周期為To，電子計(jì)數(shù)器讀數(shù)為N，則待測信號周期的表達(dá)式為
???????????????????? 
?????????????????????????????? （2）
?? 例如：fx = 50Hz，則主門打開1/50Hz（= 20ms）。若選擇時(shí)基頻率為fo = 10MHz，時(shí)基To＝0.1us，周期倍乘選1，則計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為
?= 200000 個(gè)，如以ms為單位，則計(jì)數(shù)器可讀得20.0000(ms) ，此時(shí)，測周分辨力為0.1us。
?? 當(dāng)直接測頻和直接測周的量化誤差相等時(shí)，就確定了一個(gè)測頻和測周的頻率分界點(diǎn)，這個(gè)分界點(diǎn)的頻率值稱為中界頻率。由測頻和測周的誤差表達(dá)式并結(jié)合圖2-3可以看出：測頻時(shí)的量化誤差
和測周時(shí)的量化誤差
相等時(shí)，即可確定中界頻率
為
? ??? ???? ?????? 
????? ??? ???? ???? ???? ?? ??? （3）
故???? ?????? ????
????? ?? ??? ??? ??? ???? ??? ??? ? （4）
式中，
為測頻時(shí)選用的頻標(biāo)信號頻率，即 閘門時(shí)間的倒數(shù)
；
為測周頻時(shí)選用的時(shí)標(biāo)信號頻率，
；當(dāng)
時(shí)，應(yīng)使用測頻的方法；當(dāng)
時(shí)，則應(yīng)使用測周頻的方法。對于一臺電子計(jì)數(shù)器特定的應(yīng)用狀態(tài)，可以在同一坐標(biāo)圖上同時(shí)作出直接測頻和直接測周的誤差曲線（圖3），兩曲線的交點(diǎn)即中界頻率點(diǎn)。
?
?
?
?
?
?
????????????????????? ?
圖 3??? 測頻和測周時(shí)的誤差曲線
?? 4.電子計(jì)數(shù)器測頻/測周的自動功能
?? 電子計(jì)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(shí)間為1s和測周/頻時(shí)標(biāo)信號頻率為10MHz，則中界頻率為
MHz(=3162Hz)。因此在選用電子計(jì)數(shù)器自動測量時(shí)，先指定用測頻的方式預(yù)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(jì)數(shù)器測頻/測周方式。
?? 5．測量時(shí)間和計(jì)數(shù)值
? （1）測頻模式
?? 測量時(shí)間＝閘門時(shí)間T
?? 計(jì)數(shù)值N= fx*T
?? 閘門時(shí)間短，測量低頻信號，N可能很小，甚至為0，這種情況應(yīng)避免。
?? 由于我們使用24位計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)值N<224（16777216），否則溢出（OVER）。
? （2）測周模式
?? 測量時(shí)間＝
?? 計(jì)數(shù)值
?? 測量時(shí)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(shí)，測量時(shí)間將很長。
低頻信號選用大的周期被乘系數(shù)和高的時(shí)標(biāo)時(shí)，計(jì)數(shù)值會很大，產(chǎn)生溢出。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
圖 4? 實(shí)驗(yàn)平臺及實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)箱測頻輸入fx的BNC插座；一種是如圖3所示的②，由實(shí)驗(yàn)箱上的信號源Aout1(或Aout2)連接實(shí)驗(yàn)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(jì)數(shù)器測頻/測周實(shí)驗(yàn)運(yùn)行電子計(jì)數(shù)器程序進(jìn)行測量。
?? 使用說明：
? （1）當(dāng)選擇測頻/測周按鈕置“測頻”時(shí)，可選“閘門時(shí)間”分別為：1ms,10ms,100ms,1s,10s，時(shí)標(biāo)選擇旋鈕不使能；
? （2） 當(dāng)選擇測頻/測周按鈕置“測周”時(shí)，可選“周期倍乘”分別為：×1，×10，×100，×1000，×10000。時(shí)標(biāo)選擇旋鈕可選10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。
? （3）當(dāng)選擇“自動”按鈕時(shí)，測頻/測周按鈕、時(shí)標(biāo)選擇旋鈕和測頻/測周按鈕不使能，將自動根據(jù)被測信號與中界頻率的大小關(guān)系來確定采用測頻或測周方式，并顯示相關(guān)內(nèi)容。
注意：在“測周”模式下，若選擇大的周期倍乘系數(shù)，測量低頻信號時(shí)，測量時(shí)間將很長。
? 3.電子計(jì)數(shù)器測頻/測周實(shí)驗(yàn)
?（１） 利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)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(jì)數(shù)器對其進(jìn)行“測頻”，選擇不同的閘門時(shí)間，對測量結(jié)果進(jìn)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(shí)間 |
25Hz |
250Hz |
2kHz |
20kHz |
200kHz |
2MHz |
|
1ms |
不做 |
不做 |
? |
? |
? |
? |
|
10ms |
不做 |
? |
? |
? |
? |
? |
|
100ms |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
1s |
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? |
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|
10s |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
?? 提問：本實(shí)驗(yàn)中測頻模式，閘門時(shí)間選用10S時(shí)，測量2M信號為什么會溢出？
? （２） 利用實(shí)驗(yàn)箱上的信號源產(chǎn)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(jì)數(shù)器對其進(jìn)行“測頻”，選擇不同的閘門時(shí)間，對測量結(jié)果進(jìn)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(shí)間 |
25Hz |
250Hz |
2kHz |
20kHz |
200kHz |
2MHz |
|
1ms |
不做 |
不做 |
? |
? |
? |
? |
|
10ms |
不做 |
? |
? |
? |
? |
? |
|
0.1s |
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? |
? |
? |
? |
? |
|
1s |
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? |
? |
? |
? |
? |
|
10s |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
?? （３） 利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的信號，由虛擬電子計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行“測周”，時(shí)標(biāo)選擇為10MHz，幅度為2V，改變不同的周期倍乘，對測量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。記錄測量的周期值，并填入表3：
表3
信號周期 周期倍乘 |
0.2s |
20ms |
2ms |
0.2ms |
20us |
2us |
|
1 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
10 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
100 |
不做 |
? |
? |
? |
? |
? |
|
1000 |
不做 |
不做 |
? |
? |
? |
? |
|
10000 |
不做 |
不做 |
不做 |
? |
? |
? |
?? 提問：本實(shí)驗(yàn)中測周模式，周期被乘選用10時(shí)，測量5Hz信號為什么會溢出？
表4
信號周期 周期倍乘 |
0.2s |
20ms |
2ms |
0.2ms |
20us |
2us |
|
1 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
10 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
100 |
不做 |
? |
? |
? |
? |
? |
|
1000 |
不做 |
不做 |
? |
? |
? |
? |
|
10000 |
不做 |
不做 |
不做 |
? |
? |
? |
? （5）利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率為60Hz,幅度為3V左右的方波信號，由虛擬電子計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行“測周”，選擇不同的時(shí)標(biāo)頻率，對測量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。記錄測量的周期值和頻率值，并填入表5：
|
時(shí)標(biāo)選擇 |
10MHz |
1MHz |
100KHz |
10KHz |
1KHz |
|
頻率 |
|||||
|
周期 |
? （6）利用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率的信號，幅度為2V，由虛擬電子計(jì)數(shù)器對其進(jìn)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(jié)果進(jìn)行比較和分析，并填入表6：
表6
信號頻率 |
20Hz |
200Hz |
3kHz |
4kHz |
50kHz |
1.5MHz |
|
測頻/測周模式 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
實(shí)測頻率 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
|
實(shí)測周期 |
? |
? |
? |
? |
? |
? |
六、思考和練習(xí)
? 1、分析以上測量數(shù)據(jù)，在電子計(jì)數(shù)器測頻過程中，閘門時(shí)間對測量分辨力有何影響？
? 2、時(shí)標(biāo)選擇對電子計(jì)數(shù)器測周分辨力有何影響？
工商網(wǎng)監(jiān)
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