第6章 电子计数器
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6.2.4 控制逻辑电路
控制逻辑电路需要实现以下功能：
① 刚接通电源或按动停止键时，使系统处于停止 状态。
② 当按动启动键时，利用时基信号来触发控制电 路，从而控制电路的输出端以得到时间宽度为T的闸门 信号，用闸门信号去控制主控门，使主控门开启，开启 时间为T。
③ 在开启时间结束时，封锁主控门和时基信号， 使计数器显示的数字能够停留一定的时间（根据要求而 定），以便于观测和读取数据。
的两个参数，关系为
f 1 T
（6-1）
用以测量频率和周期的方法有很多，如在第3章我们就已 介绍过利用示波器测量信号周期和频率的方法，其它常用 的方法还有：比较法测量、利用电路频率特性测量和电子 计数器测量等。其中，利用电子计数器来测量周期和频率， 其精度高、速度快、使用简单，因而得到了广泛应用。
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上升，当电压高于V2后，施密特电路工作，有输出 （输出为高电平）；如此反复。V2称为输入电压上升 时的转折电平（或叫阈值电平），V1称为输入电压下 降时的转折电平。可见，在施密特电路的传输特性中，
输入电压上升和下降时的转折电平是不同的。上升时
的转折电平V2大于下降时的转折电平V1，二者之差称 为回差电压，用ΔV表示，即ΔV＝V2-V1。施密特电路 就是通过回差电压来对任意的输入信号波形进行整形
（4）测量准确度。常用测量误差中的相对误差来 表示，相对误差的绝对值越小，测量的准确度就越高。
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（5）石英晶体振荡器的频率稳定度：常用日稳定度 表示，一般在±1×10-5/d～±1×10-9/d。
（6）闸门时间（门控时间）和时标：用以标明仪器 内信号源可以提供的闸门时间和时标有几种。
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6.1.4 电子计数器的主要性能指标
（1）测试功能：说明该仪器所具备的全部测量功 能。
（2）测量范围：说明该仪器测量的有效范围。测 量频率时，指频率的上限和下限；测量周期时，指能 准确测量的最大时间和最小时间。
（3）输入特性。电子计数器通常具有2～3个输入 端，在测量不同的项目时，信号经不同的输入通道进 入仪器。输入特性是标明电子计数器与被测信号源相 连的一组特性参数。
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6.2 通用电子计数器 的基本组成
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6.2.1 A、B输入通道 6.2.2 时基信号产生与变换电路 6.2.3 主控门 6.2.4 控制逻辑电路 6.2.5 计数及显示电路
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通用电子计数器的基本结构和测量原理基本一致。图61所示是一个通用电子计数器的结构方框图。
1960年，国际计量大会决定采用以地球公转运动为基 础的历书时（ET）秒作为时间单位，将1900年1月1日0时 整起算的回归年的31 556 925.974 7分之一作为1秒。按此 定义复现秒的准确度提高到十亿分之1秒，即1×10－9。
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2．原子时（AT）秒
原子能级跃迁频率作为计时标准，这就是原子时。秒 的定义：“秒是Cs133原子基态的两个超精细结构能级[F＝ 4，mF＝0]和[F＝3，mF＝0]之间跃迁频率相应的射线束持 续9 192 631 770个周期的时间”。以此为标准定义出的时 间标准称为原子时秒，时间单位秒由天文秒改为原子秒。 这样，时间标准改为由频率标准来定义，其准确度可达 ±5×10－14，是所有其他物理量标准所远远不能及的。
+ VD UZ
R3
0
V1
V2
Ui
（a）常见的施密特电路
（b）传输特性
图6-2 施密特电路及其传输特性
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其工作过程是：通电后，将信号输入，当输入信
号的电压大于V2时，施密特电路工作，有输出（输出 为高电平）；输入信号达到最大值后，开始下降，当
电压下降至低于V1后，施密特电路停止工作，无输出 （输出为低电平）；输入信号达到最小值后，又开始
④ 通过主控门的计数脉冲列由十进制计数器计数， 计数结果N在显示器中显示出来。显然，如果T0为1s， 则计数结果N就是被测信号的频率。可见，T0＝1s，所 显示频率的单位为Hz，若T0＝1ms，则所显示频率的单 位为KHz。
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Tx
fx
放大整形 (A通道）
主控门
十进制 N 计数器
输入 A 测试 输入 B
衰减器及 放大器
衰减器及 放大器
至时基发生器
施密特 电路
施密特 电路
施密特 电路
晶体 振荡器
施密特 电路
分频器
计数信号
主计译显
控制 逻辑 启动
控
数
码
示
门
器
器
器
电路
门控
禁止 电路
复位 1：频率
2：周期
1
3：时间选择
2 3 4 5 4：频率比
控制电压
5：外部标准
图6-1 通用电子计数器的结构方框图
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6.3.1 频率测量
原理框图如图6-9所示。其测量原理如下：
① 被测信号ƒx经过放大整形后成为计数脉冲，加在 主控门的输入端。
② 晶体振荡器产生的振荡信号经过分频器分频后 去触发门控电路，使其产生宽度为T0的门控信号。
③ 主控门在时间T0内打开，使得计数脉冲通过，其 余时间关闭，不让计数脉冲通过。
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N位 显示器
译码器
计数器
十位 显示器
个位 显示器
译码器 计数器
译码器 计数器
计数脉冲 清零信号
图6-8 计数及显示电路框图
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6.3 通用电子计数器的 基本测量技术
6.3.1 频率测量 6.3.2 周期测量 6.3.3 频率比的测量 6.3.4 时间间隔的测量 6.3.5 累加计数 6.3.6 自校
在两个输入端中，一个接收门控信号（输入端B），主
控门是否开启受其控制；另一个接收已整形为脉冲波的被 测信号（输入端A），输出端C连接计数器。B端为高电平 时，主控门打开，则输入端A的输入信号由C端输出；B端 为低电平时，主控门关闭，则输入端A的输入信号被阻断， C端输出无效电平。可见，B端为一个功能开关，控制A端 与C端的连接。
（7）显示及工作方式。通常包括以下四个参数。
① 显示位数。指可显示的数码位数。
② 显示时间。指两次测量之间显示结果的时间， 一般是可调的。
③ 显示器件。通常用LED或LCD来显示测量的结 果。
④ 显示方式。
（8）输出。包含仪器可以直接输出的时标信号种类、 输出数码的编码方式以及输出电平值的大小等参数。
3．协调世界时（UTC）秒
协调世界时秒是原子时和世界时折中的产物，即用闰 秒的方法来对天文时进行修正。高度准确的标准频率和时 间信号主要是通过无线电波的发射和传播提供给使用部门 的。
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6.1.3 电子计数器的分类
（1）按功能的不同，电子计数器可以分为四大类 ① 通用计数器。通用计数器具有多种测量功能。 ② 频率计数器。频率计数器只具有测量频率这一单一
时基输出
S
1MHz 晶振
1MHz 100KHz 10KHz 1KHz 100Hz
施密特 电路
÷10
÷方框图
10Hz ÷10
1Hz ÷10
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6.2.3 主控门
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主控门是一个与门电路，其工作原理如图6-5所示。
A
&
C
B
图6-5 主控门工作原理图
T0
显示
晶体 振荡器
分频器 f0 门控电路
图6-9 测量频率的原理框图
实质上，电子计数器测频的基本原理是比较法。 以Tx与T0相比较，也就是ƒx同ƒ0相比较：在时间T0内，
通过的脉冲数为N，每一个脉冲的周期为Tx，故而T0＝ N×Tx，即N＝T0/Tx。
计数器得到时间T0内通过的脉冲个数N，而主控门 的开启时间T0则确定了计数器所显示数字的单位，两者 结合在一起即得到具体的被测频率值ƒx。
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6.1 概述 6.2 通用电子计数器的基本组成 6.3 通用电子计数器的基本测量技术 6.4 电子计数器的测量误差 6.5 E312A型通用电子计数器 本章小结
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6.1 概述
6.1.1 时频关系 6.1.2 时频基准 6.1.3 电子计数器的分类 6.1.4 电子计数器的主要性能指标
单稳I II
R
1
&
C
&
1
清零 信号
A3
&
&
C2
R2 R2 P开
Vcc Vcc
图6-6 控制逻辑电路
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6.2.5 计数及显示电路
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计数及显示电路通常包括以下三个组成部分。
（1）计数器。常用十进制计数器，如74LS90，用于 对计数脉冲进行计数，计数结果通常用二进制代码存储。
（2）译码器。通常采用七段显示译码器，如74LS48。 主要用于将二进制码转换为能驱动显示器显示的字形码。
（3）显示器。常用LED或LCD七段数码管，用于将计 数器的计数结果显示出来，以便人眼能够进行观察。显示 方式分为“有记忆”和“无记忆”两种。
图6-8为十进制计数电路结构框图。计数脉冲输入个 位计数器，当计数满十时由低位向高位进一，高位计数满 十时又向更高位进一，如此递增，就构成了N位计数器。 清零信号用于将各计数器清空，使得显示全为“0”，一般 连接于74LS90的R端（复位端）。