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什么是頻率計(jì)數(shù)器,？
圖1 電信號(hào)波形的三個(gè)參數(shù)
頻率計(jì)數(shù)器是一種測(cè)量電子電路中產(chǎn)生的頻率的數(shù)字設(shè)備,。
電信號(hào)可以使用三個(gè)參數(shù)來(lái)表示：頻率、幅度和相位,。另外,，周期可以通過(guò)頻率的倒數(shù)來(lái)確定，頻率測(cè)量是電信號(hào)基本測(cè)量中的一個(gè)重要參數(shù),。
通用計(jì)數(shù)器是一種除頻率計(jì)數(shù)外還具有多種功能的計(jì)數(shù)器,，例如占空比測(cè)量、脈沖上升時(shí)間和時(shí)間間隔,。
頻率計(jì)數(shù)器的使用
頻率計(jì)數(shù)器與電流表和電壓表一樣,，被用作電信號(hào)測(cè)量中的基本測(cè)量?jī)x器。盡管有些產(chǎn)品可作為獨(dú)立的頻率計(jì)數(shù)器使用,，但許多具有頻率計(jì)數(shù)器功能的產(chǎn)品已被開(kāi)發(fā)為具有多種功能的設(shè)備的一部分,，例如數(shù)字萬(wàn)用表、示波器和光譜分析儀,。
頻率計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)是其原理極其簡(jiǎn)單,。由于可以自己制作，因此還提供套件,。許多公司都出售頻率為數(shù)十 MHz 的頻率計(jì)數(shù)器套件,。原因是直接頻率計(jì)沒(méi)有復(fù)雜的運(yùn)算。
此外,，一些多功能測(cè)試儀配備了可以測(cè)量頻率的范圍,，并且由于這些類(lèi)型易于操作，因此它們?cè)谖覠o(wú)法攜帶大型測(cè)量設(shè)備的場(chǎng)所特別有用,。然而,，雖然它具有易于使用的優(yōu)點(diǎn),，但缺點(diǎn)是不適合需要高頻或大量有效數(shù)字的應(yīng)用。
大多數(shù)套件都是基于 LSI 的,，因此您無(wú)法了解其所有結(jié)構(gòu),，但您可以感受一下,。
頻率計(jì)原理
頻率計(jì)數(shù)器由波形整形電路,、門(mén)電路、晶體振蕩器和計(jì)數(shù)電路組成,。
1,、波形整形電路
輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成“脈沖串"。
2. 晶振
生成具有固定時(shí)間寬度的脈沖,。產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間窗（門(mén)時(shí)間）來(lái)測(cè)量脈沖串,，該時(shí)間窗作為測(cè)量頻率的窗口。 （見(jiàn)圖2-a,、圖2-b）
3. 測(cè)量電路
我們通過(guò)計(jì)算時(shí)間窗口中包含的脈沖數(shù)量來(lái)測(cè)量原始信號(hào)的頻率,。頻率測(cè)量的分辨率由晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)間窗口的時(shí)間寬度決定。例如,，如果時(shí)間窗口為1秒,，則可以以1Hz為單位顯示，如果時(shí)間窗口為0.1秒,，則為10Hz,，分辨率與時(shí)間的時(shí)間寬度的倒數(shù)成正比窗戶。
在頻率計(jì)數(shù)器中,，大多數(shù)誤差發(fā)生在脈沖串生成時(shí),。特別是，如果輸入信號(hào)包含噪聲,，脈沖的上升可能會(huì)變得不穩(wěn)定,，或者可能會(huì)生成不應(yīng)該存在的額外脈沖。 （見(jiàn)圖2-c）
防止錯(cuò)誤的一種方法是重復(fù)測(cè)量并平均噪聲分量,。這可以減少生成脈沖串時(shí)發(fā)生的錯(cuò)誤,。
頻率計(jì)測(cè)量方法
頻率計(jì)數(shù)器是一種測(cè)量輸入信號(hào)頻率并顯示結(jié)果的設(shè)備。有兩種測(cè)量方法：“直接法",，由于易于實(shí)現(xiàn)而長(zhǎng)期使用,；“倒數(shù)法"，雖然成本較高,，但可以獲得較高的有效位數(shù),。
1. 直接法
零點(diǎn)交叉測(cè)量
直接法頻率計(jì)數(shù)器測(cè)量輸入信號(hào)頻率在零點(diǎn)交叉的次數(shù)。如果輸入信號(hào)是正弦曲線,，則計(jì)算它向下或向上穿過(guò)零點(diǎn)的次數(shù),。直接頻率計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)是它可以僅使用硬件輕松實(shí)現(xiàn),。因此，這種方法長(zhǎng)期以來(lái)一直被使用,，并將每秒過(guò)零點(diǎn)的次數(shù)顯示為頻率的測(cè)量值,。
直接法頻率計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)是在內(nèi)部創(chuàng)建精確的參考時(shí)鐘，并通過(guò)打開(kāi)該時(shí)間量的時(shí)間窗口來(lái)測(cè)量時(shí)鐘穿過(guò)零點(diǎn)的次數(shù),。
測(cè)量有效位數(shù)
直接法頻率計(jì)數(shù)器的有效位數(shù)由時(shí)間窗的時(shí)間寬度和輸入頻率決定,，例如輸入頻率為1GHz，時(shí)間窗為1秒,，測(cè)量值為1x10^9,，有效位數(shù)為1。即10位,。當(dāng)輸入頻率為1kHz時(shí),，有效位數(shù)為4位，分辨率均為1Hz,。
這里,，增加時(shí)間窗寬度會(huì)提高分辨率，例如,，如果時(shí)間窗寬度設(shè)置為100秒,，則1kHz時(shí)有效位數(shù)為6位，分辨率為0.01Hz,。但一次測(cè)量至少需要100秒是不現(xiàn)實(shí)的,，工作效率顯著降低。另外,，需要了解的是,，測(cè)量值總會(huì)存在±1的量子誤差。
如果只想測(cè)量高頻信號(hào),，使用直接法頻率計(jì)數(shù)器沒(méi)有任何問(wèn)題,，但為了提高直接法的精度，需要增加時(shí)間窗寬度,。然而,，使用直接法時(shí)，增加時(shí)間窗寬度也會(huì)增加一次測(cè)量所需的時(shí)間,，其缺點(diǎn)是效率極低,。在這些情況下，可以選擇倒數(shù)頻率計(jì)數(shù)器,。
2.倒數(shù)法
倒數(shù)頻率計(jì)數(shù)器使用內(nèi)部參考時(shí)鐘對(duì)輸入波形或分頻波形進(jìn)行計(jì)數(shù),。特別是在測(cè)量低頻時(shí)，它具有能夠獲得大量有效數(shù)字的優(yōu)點(diǎn),。倒數(shù)頻率計(jì)數(shù)器的有效位數(shù)由內(nèi)部參考時(shí)鐘和門(mén)控時(shí)間決定,，具有不受輸入頻率影響的特點(diǎn),。
例如，如果內(nèi)部參考時(shí)鐘為 10 MHz,，選通時(shí)間為 1 秒,，則有效位數(shù)為 7；如果內(nèi)部參考時(shí)鐘為 10 秒,，選通時(shí)間為 10 秒,，則有效位數(shù)為 7。將會(huì)是8,。雖然倒數(shù)法可以在低頻范圍內(nèi)的測(cè)量中獲得大量的有效位數(shù),，但由于計(jì)數(shù)器本身的操作復(fù)雜,，因此具有價(jià)格昂貴的缺點(diǎn),。
