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什么是頻率計數(shù)器,？
圖1 電信號波形的三個參數(shù)
頻率計數(shù)器是一種測量電子電路中產(chǎn)生的頻率的數(shù)字設(shè)備。
電信號可以使用三個參數(shù)來表示：頻率,、幅度和相位,。另外，周期可以通過頻率的倒數(shù)來確定,，頻率測量是電信號基本測量中的一個重要參數(shù),。
通用計數(shù)器是一種除頻率計數(shù)外還具有多種功能的計數(shù)器，例如占空比測量,、脈沖上升時間和時間間隔,。
頻率計數(shù)器的使用
頻率計數(shù)器與電流表和電壓表一樣，被用作電信號測量中的基本測量儀器,。盡管有些產(chǎn)品可作為獨(dú)立的頻率計數(shù)器使用,，但許多具有頻率計數(shù)器功能的產(chǎn)品已被開發(fā)為具有多種功能的設(shè)備的一部分，例如數(shù)字萬用表,、示波器和光譜分析儀,。
頻率計數(shù)器的特點(diǎn)是其原理極其簡單。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 的頻率計數(shù)器套件,。原因是直接頻率計沒有復(fù)雜的運(yùn)算。
此外,，一些多功能測試儀配備了可以測量頻率的范圍,，并且由于這些類型易于操作，因此它們在我無法攜帶大型測量設(shè)備的場所特別有用,。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,，因此您無法了解其所有結(jié)構(gòu)，但您可以感受一下,。
頻率計原理
頻率計數(shù)器由波形整形電路,、門電路、晶體振蕩器和計數(shù)電路組成,。
1,、波形整形電路
輸入信號被轉(zhuǎn)換成“脈沖串"。
2. 晶振
生成具有固定時間寬度的脈沖,。產(chǎn)生一個時間窗（門時間）來測量脈沖串,，該時間窗作為測量頻率的窗口。 （見圖2-a,、圖2-b）
3. 測量電路
我們通過計算時間窗口中包含的脈沖數(shù)量來測量原始信號的頻率,。頻率測量的分辨率由晶體振蕩器產(chǎn)生的時間窗口的時間寬度決定。例如,，如果時間窗口為1秒,，則可以以1Hz為單位顯示，如果時間窗口為0.1秒,，則為10Hz,，分辨率與時間的時間寬度的倒數(shù)成正比窗戶。
在頻率計數(shù)器中,，大多數(shù)誤差發(fā)生在脈沖串生成時,。特別是，如果輸入信號包含噪聲,，脈沖的上升可能會變得不穩(wěn)定,，或者可能會生成不應(yīng)該存在的額外脈沖。 （見圖2-c）
防止錯誤的一種方法是重復(fù)測量并平均噪聲分量,。這可以減少生成脈沖串時發(fā)生的錯誤,。
頻率計測量方法
頻率計數(shù)器是一種測量輸入信號頻率并顯示結(jié)果的設(shè)備。有兩種測量方法：“直接法"，由于易于實(shí)現(xiàn)而長期使用,；“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)交叉測量
直接法頻率計數(shù)器測量輸入信號頻率在零點(diǎn)交叉的次數(shù)。如果輸入信號是正弦曲線,，則計算它向下或向上穿過零點(diǎn)的次數(shù),。直接頻率計數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)是它可以僅使用硬件輕松實(shí)現(xiàn)。因此,，這種方法長期以來一直被使用,，并將每秒過零點(diǎn)的次數(shù)顯示為頻率的測量值。
直接法頻率計數(shù)器的特點(diǎn)是在內(nèi)部創(chuàng)建精確的參考時鐘,，并通過打開該時間量的時間窗口來測量時鐘穿過零點(diǎn)的次數(shù),。
測量有效位數(shù)
直接法頻率計數(shù)器的有效位數(shù)由時間窗的時間寬度和輸入頻率決定，例如輸入頻率為1GHz,，時間窗為1秒,，測量值為1x10^9，有效位數(shù)為1,。即10位,。當(dāng)輸入頻率為1kHz時，有效位數(shù)為4位,，分辨率均為1Hz,。
這里，增加時間窗寬度會提高分辨率,，例如,，如果時間窗寬度設(shè)置為100秒，則1kHz時有效位數(shù)為6位,，分辨率為0.01Hz,。但一次測量至少需要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，測量值總會存在±1的量子誤差,。
如果只想測量高頻信號,，使用直接法頻率計數(shù)器沒有任何問題，但為了提高直接法的精度,，需要增加時間窗寬度,。然而，使用直接法時，增加時間窗寬度也會增加一次測量所需的時間,，其缺點(diǎn)是效率極低,。在這些情況下，可以選擇倒數(shù)頻率計數(shù)器,。
2.倒數(shù)法
倒數(shù)頻率計數(shù)器使用內(nèi)部參考時鐘對輸入波形或分頻波形進(jìn)行計數(shù),。特別是在測量低頻時，它具有能夠獲得大量有效數(shù)字的優(yōu)點(diǎn),。倒數(shù)頻率計數(shù)器的有效位數(shù)由內(nèi)部參考時鐘和門控時間決定,，具有不受輸入頻率影響的特點(diǎn)。
例如,，如果內(nèi)部參考時鐘為 10 MHz,，選通時間為 1 秒，則有效位數(shù)為 7,；如果內(nèi)部參考時鐘為 10 秒,，選通時間為 10 秒，則有效位數(shù)為 7,。將會是8,。雖然倒數(shù)法可以在低頻范圍內(nèi)的測量中獲得大量的有效位數(shù)，但由于計數(shù)器本身的操作復(fù)雜,，因此具有價格昂貴的缺點(diǎn),。
