第六章 电子计数器教学目标及要求,
了解,
（ 1 ） 电子计数器的分类与性能指标；
（ 2 ） E 3 1 2 A 型通用电子计数器的性能指标、工作原理及使用方法。
掌握,
（ 1 ） 通用电子计数器的基本组成及各组成部分的功能；
（ 2 ） 电子计数器测频、测周及测频率比等常见功能的测量原理；
（ 3 ） 计数误差、时基误差、触发误差产生的原因及减小方法。
第六章 电子计数器
6,1 概述所谓周期性现象，就是物体、物理量经过相等的时间又重复出现相同状态的现象，单位为 s （ 秒 ）。例如，钟摆在一秒内向左、右各摆动一次；正弦信号经过一个周期 T
又重复出现等。频率? 是相同现象在单位时间内重复的次数，单位为 Hz （赫兹）。
显然，周期 T 和频率? 是描述同一现象的两个参数，
它们的关系为
1
f
T
6 - 1 ）
在电子技术中，频率是一个基本参数。频率与 其他 许多电参量的测量方案、测量结果都有 着 十分密切的关系。从式
（ 6 - 1 ）可知，只需要测出一个参数，就可以得到另一个参数。
第六章 电子计数器
6,1,1 电子计数器的分类电子计数器的功能很多，归纳起来主要有三种：测量周期、测量频率和测量时间。
（ 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 。
② 频率计数器 。
③ 时间间隔计数器 。
④ 特种计数器 。
（ 2 ）按直接计数的最高频率可分为四类 。
① 低速计数器 。 最高计数频率为 1 0 M H z 。
② 中速计数器 。 计数频率范围为 10 ~ 1 0 0 M H z 。
③ 高速计数器 。 计数范围大于 1 0 0 M H z 。
④ 微波计数器 。 计数频率范围在 1 ~ 8 0 G H z 。
第六章 电子计数器
6,1,2 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计数功能。
（ 2 ）测量范围 。 说明该仪器测量的有效范围。
（ 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。
（ 4 ）测量精确度 。 常用测量误差来表示。
（ 5 ）石英晶体振荡器的频率稳定度 。
（ 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。
（ 7 ）显示及工作方式 。
（ 8 ）输出 。
第六章 电子计数器
6,2 通用电子计数器的基本组成图 6 - 1 是一个通用计数器的方框图 。
衰 减 器 及放 大 器施 密 特电 路衰 减 器 及放 大 器施 密 特电 路施 密 特电 路控 制 逻 辑电 路门 控电 路主控门显示器输 入 A
输 入 B
至 时 基 发 生 器测 试
3 时 间 选 择
4 频 率 比
5 外 部 标 准控 制 电 压
2 周 期
1 频 率计 数 信 号启 动禁 止复 位晶 体振 荡 器施 密 特电 路
1
分 频 器图 6 - 1 通用计数器的方框图下面，就各部分的功能进行介绍。
第六章 电子计数器
6,2,1 A,B 输入通道通用电子计数器 一般有 A,B 两个 输入 通道,A 通道为主通道,B 通道为辅助通道。 B 通道在测量周期、频率比、时间间隔时使用。
输入通道 是连接信号源与计数电路的纽带，它既是信号源的负载，又是计数电路的输入。 其主要功能是将各种不同形状、不同幅度和不同 极性的输入信号加工成具有一定形状、一定幅度和一定极性的、计数器所必 需 的波形，通常是将输入信号整形为脉冲信号,以便于计数电路计数。
第六章 电子计数器第六章 电子计数器
6,2,2 主控门主控门是一个与门电路，其工作原理如 图 6 - 4 所示。
&
A
B
C
A
B
C
&
A
B
C
A
B
C
（ a ）与门电路 （ b ）控制过程图 6 - 4 主控门工作原理图在 两个输入端 中,一个接收门控信号（输入端 B ），主控门的开启与否受其控制，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。
第六章 电子计数器
6,2,3 时基信号产生与变 换电路图 6 - 5 为一个典型的时基电路方框图。图中,晶体振荡器产生的信号 经分频器分频,得 到 各时 基 信号。当开关
k 置于不同的位置时，就能获得对应的时基输出。
÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10
1 MHz
晶振施密特电 路时基输出
1 MHz 100 kHz 10 kHz 1 kHz 100 Hz 10 Hz 1 Hz
k
图 6 - 5 时基电路方框图第六章 电子计数器
6,2,4 控制逻辑电路控制逻辑电路的作用主要是控制主控门的开启与关闭，同时也控制整个计数器的逻辑关系。控制电路的功能主要有以下四项,（ 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。 （ 4 ）下一次测试开始前，要能对计数器清零（复位），然后重新开启主控门，进行下一次的测量。该过程能够反复进行。
第六章 电子计数器
6,2,5 计数及显示电路计数及显示电路部分包括十进制计数器、寄存器、译码器和数字显示器 等。
常见的十进制计数电路框图如 图 6 - 8 所示。
译 码 器计 数 器显 示 器译 码 器计 数 器显 示 器译 码 器计 数 器显 示 器
N 位十 位 个 位计 数 脉 冲清 零 信 号图 6 - 8 计数及显示电路框图第六章 电子计数器
6,3,1 测量频率测量频率，就是测量单位时间内信号周期性变化的次数。如果在规定的时间 T
0
内，统计出重复周期信号数为 N,
则信号的频率为
0
/
x
f N T?
（ 6 - 2 ）
频率测量的原理框图如 图 6 - 9 所示。
放大整形
(A 通道）
主控门十进制计数器显示晶体振荡器分频器 门控电路
x
f
T
x
T
0
0
f
N
图 6 - 9 测量频率的原理框图第六章 电子计数器被测信号?
x
经过放大整形后成为一个脉冲列，每一个脉冲对应一个振荡周期 T
x
。该脉冲列经过主控门，而主控门在 时间间隔 T
0
内开通，使得脉冲列通过，其余时间主控门关闭，不让脉冲列通过。通过的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。
主控门的开启或关闭受石英晶体振荡器控制。晶体振荡器产生的振荡频率经过分频后，得到适当的频率?
0
，从而得到需要的时间间隔 T
0
，使得主控门在时间间隔 T
0
内开启。
显然，如果 T
0
= 1 s,则所显示数字的单位为 Hz,若 T
0
= 1 m s,
则所显示数字的单位为 k H z 。
第六章 电子计数器
6,3,2 测量周期图 6 - 10 为 计数器测量周期的原理框图。
x
与?
0
的位置互换，
用频率为?
x
的被测信号经过 B 通道去控制主控门的开 启，
开启时间为 T
x
。而晶体振荡器产生频率为?
0
的信号，经过
A 通道整形得到周期为 T
0
的脉冲，送到计数器计数，计数的结果为 N 。即在 时间 T
x
内，得到周期为 T
0
的脉冲 N 个。
放大整形
( B 通道 ）
主控门十进制计数器显示晶体振荡器门控电路x
f
放大整形
( A 通道 ）
T
0
T
X
0
f
N
分频器图 6 - 10 测量周期的原理框图第六章 电子计数器故而
0xT N T?
（ 6 - 3 ）
即 N = T
x
/ T
0
，这和频率的测量原理相同，也是以比较法为基础。显示时,N 为显示数,T
0
确定显示的单位。
以周期测量能更准确 地 度量频率较低的信号。如，以
6 位数的计数器置于 1 m s 时基来测量 1 0 0 H z 频率时，将显示出 0 0 0,1 0 0 k H z 。若采用测量周期，参考时基为 1 0 μ s （时基频率为 1 0 0 k H z ），计数显示结果为 0 0 1 0,0 0 m s,读数的有效数字增加了一位，故可以获得更高的精度。但被测量信号的频率较高时，则其读数的有效位数将减少，而产生较大的误差。一般地，被测信号的频率较高时，采用测频，
被测信号的频率较低时，采用测周。
第六章 电子计数器
6,3,3 测量频率比其原理框图如 图 6 - 1 1 所示。
主控门门控电路
A
f
放大整形
( A 通道 ）
T
A
放大整形
( B 通道 ）
B
f
十进制计数器显示
T
B
N
图 6 - 1 1 测量频率比的原理框 图由图可知,T
B
=N × T
A
。测量频率比的实质是测量在 B
信号的一个周期内,A 信号通过主控门的脉冲数，即
B
A
A
B
f
f
T
T
N
（ 6 - 4 ）
第六章 电子计数器
6,3,4 测量时间间隔测量时间间隔的原理框图如 图 6 - 1 2 所示。
放大整形
( B 1 通道 ）
R
S
Q
FF
1
主控门十进制计数器显示晶体振荡器放大整形
( A 通道 ）
T
0
0
f
N
放大整形
( B 2 通道 ）
T
B 1
T
B 2
B 1 - B 2
B 1 - B 2
1B
f
2B
f
开启关闭
T
图 6 - 1 2 测量时间间隔的原 理框图第六章 电子计数器测量时，晶体振荡器产生频率为?
0
的信号，经放大整形后由 A 通道输入一个周期为 T
0
的脉冲序列。测量时间间隔的两个信号由辅助通道 B
1
和 B
2
送入。 B
1
通道将输入信号整形为脉冲波后，连接触发器 的 S 端,在脉冲波的有效电平到来时,S = 1,故 Q = 1,将主控门打开，随后 Q 的输出值不变 ； B
2
通道将输入信号整形为脉冲波后，连接触发器得 R 端，在脉冲波的有效电平到来时,R = 1,故 Q = 0,
将主控门关闭，随后 Q 的输出值不变 ； 完成一次对主控门的控制。在主控门开启的时间内,A 通道的脉冲通过，送入计数器进行计数。显然，主控门开启的时间 T
B1 - B2
就是我们要测量的时间间隔，其值为
1 2 0BBT N T
（ 6 - 5 ）
第六章 电子计数器三种测量的示意图如 图 6 - 1 3 所示。
T
B 1 - B 2
T
S
T
m
B
1
t
t
t t
0
0
0
0
B
2
V V
（ a ）两信号的延迟时间
T
B 1 - B 2
T
S
T
m
B 1
t
t
t t
0
0
0
0
B 2
V V
T
B 1 - B 2
T
S
T
m
B 1
t
t
t t
0
0
0
0
B 2
V V
（ b ）脉冲的上升时间 （ c ）脉冲宽度图 6 - 1 3 测量时间示意图第六章 电子计数器
6,3,5 累加计数其原理框图如 图 6 - 1 4 所示。 闸门开关 S 是人工控制的；
S 置于,＋,时，主控门打开，开始计数； S 置于,－,
时，主控门关闭，计数停止。
主控门门控电路
A
f
放大整形
( A 通道 ）
十进制计数器显示
N
s
+ -
Vc c
GND
图 6 - 1 4 累加计数的原理框 图第六章 电子计数器第六章 电子计数器
6,4 电子计数器的测量误差
6,4,1 误差的来源
（ 1 ）计数误差 。 如 图 6 - 1 6 所示，在门控信号 t
1
时间内有 8 个计数脉冲 进入计数器，而在门控信号 t
2
时间内只有 7 个脉冲信号，所以数字仪表的显示在最低有效数字位有 ±1 的计数误差。 1t 2t
1
2
3 4 5
6 7
1
2
3 4 5
6 7
8
计 数 脉 冲门 控 信 号图 6 - 1 6 计数误差示意图百分误差（ ε0 ） = ± 1 0 0 % / （? × T ） % （ 6 - 7 ）
（ 2 ）时基误差 。
第六章 电子计数器
（ 2 ）时基误差 。
计数器中时基频率的不准确会造成测量上的误差，如有一个 1 0 0 M H z 的时基频率偏差量为 ± 5 0 0 H z 时，则时基所引起的误差为 ± 0,0 0 5 %,该时基误差为恒值不变，在 1 k H z
的频率与 1 0 0 k H z 的频率测量，应得到相同的测量误差。
造成时基误差的原因有：校正误差、晶体 振荡器 的短期限与长期限不稳定、温度的变化与电源电压的变动。校正误差是计数器出厂前或 在 校正实验室中，校正的不确定所造成的。校正的方法是将时基振荡器的频率与标准无线电台所发射的标准频率做零差频校正。此外，用铯或铷原子频率标准 器的输出来校正，可以获得更高的准确度。
第六章 电子计数器第六章 电子计数器
6,4,2 频率测量误差分析
（ 1 ）时基误差 。
它是由主控门的开启时间 T
0
是否准确、稳定而产生的。由前面的分析可知，主控门开启时间 T
0
由晶体振荡器产生的标准频率经过分频而得到，所以时基误差的准确度取决于晶体振荡器频率的准确度和稳定度，即 T
0
的误差等于晶体振荡器输出频率的误差,为
0
0
0
0
0
0
0
f
f
T
f
f
T
T?
（ 6 - 8 ）
因为 N =?
x
T
0
，如果 T
0
准 确等于 1s,则有读数 N =?
x；如果 T
0
产生 了 误差
0T?
，则频率读数误差为
0
00
0
xx
f
N f T f T
f
（ 6 - 9 ）
从这里可以估算
00/ff?
对
N?
的影响。
第六章 电子计数器
（ 2 ）计数误差 。
是由通过主控门后的计数个数 N 是否准确而带来的，最大为
± 1 H z 。由计数误差所产生的读数误差为
0
11
x
N
N N f T
（ 6 - 10 ）
被测量的频率越高，闸门开启时间 T
0
越长，则计数误差对测量频率带来的误差越小，测量的精度越高。因此，为了减少测量频率误差,应选用较长 的 开启时间 T
0
。当被测量频率较低时，应采用测量周期的方法，通过周期得到频率，这一点在前面的章节已有介绍。
综上所述，频率测量的总误差为,
0
0 0 0
1
x
x
ff
f f T f
（ 6 - 11 ）
第六章 电子计数器
6,4,3 周期测量误差分析
（ 1 ）时标误差 。
它是由时标信号 T
0
不确定引起的误差。同时基误差一样，时标信号也是由石英晶体振荡器产生的 标准频率经过分频或倍频而得到的，所以时标信号的准确度也是由石英晶体振荡器的准确度和稳定度确定的。
（ 2 ）计数误差 。
周期测量中，也会产生 ±1 的计数误差，其值为,
0
0
1
x
x
TN
fT
N N T
（ 6 - 12 ）
第六章 电子计数器
（ 3 ）触发误差 。
周期测量中，主控门的开启时间 T 是由被测信号 T
x
控制的，
只有当 T 正好是 T
x
整数倍时，主控门的时间才准确。但是，当被测信号上叠加有噪声、通过输入通道的整形电路的触发灵敏度变动或者触发电平漂移时，都会使触发时刻发生抖动，使得触发时刻可能被提前或推后，从而造成主控门开启时间不能准确地等于被测信号的周期，于是就产生触发误差。
根据随机误差的合成定律，可得总的触发误差为,
xn
x
x
TU
T
U?
（ 6 - 15 ）
了解,
（ 1 ） 电子计数器的分类与性能指标；
（ 2 ） E 3 1 2 A 型通用电子计数器的性能指标、工作原理及使用方法。
掌握,
（ 1 ） 通用电子计数器的基本组成及各组成部分的功能；
（ 2 ） 电子计数器测频、测周及测频率比等常见功能的测量原理；
（ 3 ） 计数误差、时基误差、触发误差产生的原因及减小方法。
第六章 电子计数器
6,1 概述所谓周期性现象，就是物体、物理量经过相等的时间又重复出现相同状态的现象，单位为 s （ 秒 ）。例如，钟摆在一秒内向左、右各摆动一次；正弦信号经过一个周期 T
又重复出现等。频率? 是相同现象在单位时间内重复的次数，单位为 Hz （赫兹）。
显然，周期 T 和频率? 是描述同一现象的两个参数，
它们的关系为
1
f
T
6 - 1 ）
在电子技术中，频率是一个基本参数。频率与 其他 许多电参量的测量方案、测量结果都有 着 十分密切的关系。从式
（ 6 - 1 ）可知，只需要测出一个参数，就可以得到另一个参数。
第六章 电子计数器
6,1,1 电子计数器的分类电子计数器的功能很多，归纳起来主要有三种：测量周期、测量频率和测量时间。
（ 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 。
② 频率计数器 。
③ 时间间隔计数器 。
④ 特种计数器 。
（ 2 ）按直接计数的最高频率可分为四类 。
① 低速计数器 。 最高计数频率为 1 0 M H z 。
② 中速计数器 。 计数频率范围为 10 ~ 1 0 0 M H z 。
③ 高速计数器 。 计数范围大于 1 0 0 M H z 。
④ 微波计数器 。 计数频率范围在 1 ~ 8 0 G H z 。
第六章 电子计数器
6,1,2 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计数功能。
（ 2 ）测量范围 。 说明该仪器测量的有效范围。
（ 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。
（ 4 ）测量精确度 。 常用测量误差来表示。
（ 5 ）石英晶体振荡器的频率稳定度 。
（ 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。
（ 7 ）显示及工作方式 。
（ 8 ）输出 。
第六章 电子计数器
6,2 通用电子计数器的基本组成图 6 - 1 是一个通用计数器的方框图 。
衰 减 器 及放 大 器施 密 特电 路衰 减 器 及放 大 器施 密 特电 路施 密 特电 路控 制 逻 辑电 路门 控电 路主控门显示器输 入 A
输 入 B
至 时 基 发 生 器测 试
3 时 间 选 择
4 频 率 比
5 外 部 标 准控 制 电 压
2 周 期
1 频 率计 数 信 号启 动禁 止复 位晶 体振 荡 器施 密 特电 路
1
分 频 器图 6 - 1 通用计数器的方框图下面，就各部分的功能进行介绍。
第六章 电子计数器
6,2,1 A,B 输入通道通用电子计数器 一般有 A,B 两个 输入 通道,A 通道为主通道,B 通道为辅助通道。 B 通道在测量周期、频率比、时间间隔时使用。
输入通道 是连接信号源与计数电路的纽带，它既是信号源的负载，又是计数电路的输入。 其主要功能是将各种不同形状、不同幅度和不同 极性的输入信号加工成具有一定形状、一定幅度和一定极性的、计数器所必 需 的波形，通常是将输入信号整形为脉冲信号,以便于计数电路计数。
第六章 电子计数器第六章 电子计数器
6,2,2 主控门主控门是一个与门电路，其工作原理如 图 6 - 4 所示。
&
A
B
C
A
B
C
&
A
B
C
A
B
C
（ a ）与门电路 （ b ）控制过程图 6 - 4 主控门工作原理图在 两个输入端 中,一个接收门控信号（输入端 B ），主控门的开启与否受其控制，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。
第六章 电子计数器
6,2,3 时基信号产生与变 换电路图 6 - 5 为一个典型的时基电路方框图。图中,晶体振荡器产生的信号 经分频器分频,得 到 各时 基 信号。当开关
k 置于不同的位置时，就能获得对应的时基输出。
÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10 ÷ 10
1 MHz
晶振施密特电 路时基输出
1 MHz 100 kHz 10 kHz 1 kHz 100 Hz 10 Hz 1 Hz
k
图 6 - 5 时基电路方框图第六章 电子计数器
6,2,4 控制逻辑电路控制逻辑电路的作用主要是控制主控门的开启与关闭，同时也控制整个计数器的逻辑关系。控制电路的功能主要有以下四项,（ 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。 （ 4 ）下一次测试开始前，要能对计数器清零（复位），然后重新开启主控门，进行下一次的测量。该过程能够反复进行。
第六章 电子计数器
6,2,5 计数及显示电路计数及显示电路部分包括十进制计数器、寄存器、译码器和数字显示器 等。
常见的十进制计数电路框图如 图 6 - 8 所示。
译 码 器计 数 器显 示 器译 码 器计 数 器显 示 器译 码 器计 数 器显 示 器
N 位十 位 个 位计 数 脉 冲清 零 信 号图 6 - 8 计数及显示电路框图第六章 电子计数器
6,3,1 测量频率测量频率，就是测量单位时间内信号周期性变化的次数。如果在规定的时间 T
0
内，统计出重复周期信号数为 N,
则信号的频率为
0
/
x
f N T?
（ 6 - 2 ）
频率测量的原理框图如 图 6 - 9 所示。
放大整形
(A 通道）
主控门十进制计数器显示晶体振荡器分频器 门控电路
x
f
T
x
T
0
0
f
N
图 6 - 9 测量频率的原理框图第六章 电子计数器被测信号?
x
经过放大整形后成为一个脉冲列，每一个脉冲对应一个振荡周期 T
x
。该脉冲列经过主控门，而主控门在 时间间隔 T
0
内开通，使得脉冲列通过，其余时间主控门关闭，不让脉冲列通过。通过的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。
主控门的开启或关闭受石英晶体振荡器控制。晶体振荡器产生的振荡频率经过分频后，得到适当的频率?
0
，从而得到需要的时间间隔 T
0
，使得主控门在时间间隔 T
0
内开启。
显然，如果 T
0
= 1 s,则所显示数字的单位为 Hz,若 T
0
= 1 m s,
则所显示数字的单位为 k H z 。
第六章 电子计数器
6,3,2 测量周期图 6 - 10 为 计数器测量周期的原理框图。
x
与?
0
的位置互换，
用频率为?
x
的被测信号经过 B 通道去控制主控门的开 启，
开启时间为 T
x
。而晶体振荡器产生频率为?
0
的信号，经过
A 通道整形得到周期为 T
0
的脉冲，送到计数器计数，计数的结果为 N 。即在 时间 T
x
内，得到周期为 T
0
的脉冲 N 个。
放大整形
( B 通道 ）
主控门十进制计数器显示晶体振荡器门控电路x
f
放大整形
( A 通道 ）
T
0
T
X
0
f
N
分频器图 6 - 10 测量周期的原理框图第六章 电子计数器故而
0xT N T?
（ 6 - 3 ）
即 N = T
x
/ T
0
，这和频率的测量原理相同，也是以比较法为基础。显示时,N 为显示数,T
0
确定显示的单位。
以周期测量能更准确 地 度量频率较低的信号。如，以
6 位数的计数器置于 1 m s 时基来测量 1 0 0 H z 频率时，将显示出 0 0 0,1 0 0 k H z 。若采用测量周期，参考时基为 1 0 μ s （时基频率为 1 0 0 k H z ），计数显示结果为 0 0 1 0,0 0 m s,读数的有效数字增加了一位，故可以获得更高的精度。但被测量信号的频率较高时，则其读数的有效位数将减少，而产生较大的误差。一般地，被测信号的频率较高时，采用测频，
被测信号的频率较低时，采用测周。
第六章 电子计数器
6,3,3 测量频率比其原理框图如 图 6 - 1 1 所示。
主控门门控电路
A
f
放大整形
( A 通道 ）
T
A
放大整形
( B 通道 ）
B
f
十进制计数器显示
T
B
N
图 6 - 1 1 测量频率比的原理框 图由图可知,T
B
=N × T
A
。测量频率比的实质是测量在 B
信号的一个周期内,A 信号通过主控门的脉冲数，即
B
A
A
B
f
f
T
T
N
（ 6 - 4 ）
第六章 电子计数器
6,3,4 测量时间间隔测量时间间隔的原理框图如 图 6 - 1 2 所示。
放大整形
( B 1 通道 ）
R
S
Q
FF
1
主控门十进制计数器显示晶体振荡器放大整形
( A 通道 ）
T
0
0
f
N
放大整形
( B 2 通道 ）
T
B 1
T
B 2
B 1 - B 2
B 1 - B 2
1B
f
2B
f
开启关闭
T
图 6 - 1 2 测量时间间隔的原 理框图第六章 电子计数器测量时，晶体振荡器产生频率为?
0
的信号，经放大整形后由 A 通道输入一个周期为 T
0
的脉冲序列。测量时间间隔的两个信号由辅助通道 B
1
和 B
2
送入。 B
1
通道将输入信号整形为脉冲波后，连接触发器 的 S 端,在脉冲波的有效电平到来时,S = 1,故 Q = 1,将主控门打开，随后 Q 的输出值不变 ； B
2
通道将输入信号整形为脉冲波后，连接触发器得 R 端，在脉冲波的有效电平到来时,R = 1,故 Q = 0,
将主控门关闭，随后 Q 的输出值不变 ； 完成一次对主控门的控制。在主控门开启的时间内,A 通道的脉冲通过，送入计数器进行计数。显然，主控门开启的时间 T
B1 - B2
就是我们要测量的时间间隔，其值为
1 2 0BBT N T
（ 6 - 5 ）
第六章 电子计数器三种测量的示意图如 图 6 - 1 3 所示。
T
B 1 - B 2
T
S
T
m
B
1
t
t
t t
0
0
0
0
B
2
V V
（ a ）两信号的延迟时间
T
B 1 - B 2
T
S
T
m
B 1
t
t
t t
0
0
0
0
B 2
V V
T
B 1 - B 2
T
S
T
m
B 1
t
t
t t
0
0
0
0
B 2
V V
（ b ）脉冲的上升时间 （ c ）脉冲宽度图 6 - 1 3 测量时间示意图第六章 电子计数器
6,3,5 累加计数其原理框图如 图 6 - 1 4 所示。 闸门开关 S 是人工控制的；
S 置于,＋,时，主控门打开，开始计数； S 置于,－,
时，主控门关闭，计数停止。
主控门门控电路
A
f
放大整形
( A 通道 ）
十进制计数器显示
N
s
+ -
Vc c
GND
图 6 - 1 4 累加计数的原理框 图第六章 电子计数器第六章 电子计数器
6,4 电子计数器的测量误差
6,4,1 误差的来源
（ 1 ）计数误差 。 如 图 6 - 1 6 所示，在门控信号 t
1
时间内有 8 个计数脉冲 进入计数器，而在门控信号 t
2
时间内只有 7 个脉冲信号，所以数字仪表的显示在最低有效数字位有 ±1 的计数误差。 1t 2t
1
2
3 4 5
6 7
1
2
3 4 5
6 7
8
计 数 脉 冲门 控 信 号图 6 - 1 6 计数误差示意图百分误差（ ε0 ） = ± 1 0 0 % / （? × T ） % （ 6 - 7 ）
（ 2 ）时基误差 。
第六章 电子计数器
（ 2 ）时基误差 。
计数器中时基频率的不准确会造成测量上的误差，如有一个 1 0 0 M H z 的时基频率偏差量为 ± 5 0 0 H z 时，则时基所引起的误差为 ± 0,0 0 5 %,该时基误差为恒值不变，在 1 k H z
的频率与 1 0 0 k H z 的频率测量，应得到相同的测量误差。
造成时基误差的原因有：校正误差、晶体 振荡器 的短期限与长期限不稳定、温度的变化与电源电压的变动。校正误差是计数器出厂前或 在 校正实验室中，校正的不确定所造成的。校正的方法是将时基振荡器的频率与标准无线电台所发射的标准频率做零差频校正。此外，用铯或铷原子频率标准 器的输出来校正，可以获得更高的准确度。
第六章 电子计数器第六章 电子计数器
6,4,2 频率测量误差分析
（ 1 ）时基误差 。
它是由主控门的开启时间 T
0
是否准确、稳定而产生的。由前面的分析可知，主控门开启时间 T
0
由晶体振荡器产生的标准频率经过分频而得到，所以时基误差的准确度取决于晶体振荡器频率的准确度和稳定度，即 T
0
的误差等于晶体振荡器输出频率的误差,为
0
0
0
0
0
0
0
f
f
T
f
f
T
T?
（ 6 - 8 ）
因为 N =?
x
T
0
，如果 T
0
准 确等于 1s,则有读数 N =?
x；如果 T
0
产生 了 误差
0T?
，则频率读数误差为
0
00
0
xx
f
N f T f T
f
（ 6 - 9 ）
从这里可以估算
00/ff?
对
N?
的影响。
第六章 电子计数器
（ 2 ）计数误差 。
是由通过主控门后的计数个数 N 是否准确而带来的，最大为
± 1 H z 。由计数误差所产生的读数误差为
0
11
x
N
N N f T
（ 6 - 10 ）
被测量的频率越高，闸门开启时间 T
0
越长，则计数误差对测量频率带来的误差越小，测量的精度越高。因此，为了减少测量频率误差,应选用较长 的 开启时间 T
0
。当被测量频率较低时，应采用测量周期的方法，通过周期得到频率，这一点在前面的章节已有介绍。
综上所述，频率测量的总误差为,
0
0 0 0
1
x
x
ff
f f T f
（ 6 - 11 ）
第六章 电子计数器
6,4,3 周期测量误差分析
（ 1 ）时标误差 。
它是由时标信号 T
0
不确定引起的误差。同时基误差一样，时标信号也是由石英晶体振荡器产生的 标准频率经过分频或倍频而得到的，所以时标信号的准确度也是由石英晶体振荡器的准确度和稳定度确定的。
（ 2 ）计数误差 。
周期测量中，也会产生 ±1 的计数误差，其值为,
0
0
1
x
x
TN
fT
N N T
（ 6 - 12 ）
第六章 电子计数器
（ 3 ）触发误差 。
周期测量中，主控门的开启时间 T 是由被测信号 T
x
控制的，
只有当 T 正好是 T
x
整数倍时，主控门的时间才准确。但是，当被测信号上叠加有噪声、通过输入通道的整形电路的触发灵敏度变动或者触发电平漂移时，都会使触发时刻发生抖动，使得触发时刻可能被提前或推后，从而造成主控门开启时间不能准确地等于被测信号的周期，于是就产生触发误差。
根据随机误差的合成定律，可得总的触发误差为,
xn
x
x
TU
T
U?
（ 6 - 15 ）
