E312A型通用频率计数器

通用计数器及其应用

电子计数器是一种多功能的电子测量仪器。它利用电子学的方法测出一定时间内输入的脉冲数目，并将结果以数字形式显示出来。通常电子计数器按照它的功能可分为以下三类：

1）通用计数器 通常指多功能计数器。它可以用于测量频率、频率比、周期、时间间隔和累加计数等，如配以适当的插件，还可以测量相位、电压等电量。

2）频率计数器 其功能为测频和计数。测频范围很宽，在高频和微波范围内的计数器均属于此类。

3）计算计数器 带有微处理器、具有计算功能。它除具有计数器功能外，还能进行数学运算、求解比较复杂的方程式，能依靠程控进行测量、计算和显示等全部工作。

计数及显示单元输入通道A测 频累加计数测时间测量功能开关主门(信号门)十进制计数器显示器输入通道B人工触发门控双稳触发器复零脉冲发生器记忆控制控制单元闸门时间选择1MHz晶振倍频器分频器时标选择时基产生与变换单元图7-1 通用电子计数器方框图

一、通用电子计数器的基本组成

电子计数器的基本组成原理方框图见图7-1。这是一种通用多功能电子计数器。电路由A、B输入通道、时基产生与变换单元、主门、控制单元、计数及显示单元等组成。电子计数器的基本功能是频率测量和时间测量，但测量频率和测量时间时，加到主门和控制单元的信号源不同，测量功能的转换由开关来操纵。累加计数时，加到控制单元的信号则由人工控制。至于计数器的其它测量功能，如频率比测量、周期测量等则是基本功能的扩展。 （一）A、B输入通道

输入通道送出的信号，经过主门进入计数电路，它是计数电路的触发脉冲源。为了保证计数电路正确工作，要求该信号具有一定的波形、极性和适当的幅度，但输入被测信号的幅度不同，波形也多种多样，必须利用输入通道对信号进行放大、整形，使其变换为符合主门

要求的计数脉冲信号。输入通道共有两路。由于两个通道在测试中的作用不同，也各有其特点。

A输入通道是计数脉冲信号的输入电路。其组成如图7-2（a）所示。

衰减器射极跟随器放大器施密特电 路选通门至主门(a) A输入通道输入电平调节射极跟随器施密特电 路A门选通信号放大器选通门至门控双稳B门选通信号倒相器(b) B输入通道 7-2 输入通道方框图

当测量频率时，计数脉冲是输入的被测信号经整形而得到的。当测量时间时，该信号是仪器内部晶振信号经倍频或分频后再经整形而得到的。究竟选用何种信号，由选通门的选通控制信号决定。

B输入通道是闸门时间信号的通路，用于控制主门是否开通。该信号经整形后用来触发双稳态触发器，使其翻转。以一个脉冲启开主门，而以随后的一个脉冲关门。两脉冲的时间间隔为开门时间。在此期间，计数器对经过A通道的计数脉冲计数。为保证信号在一定的电平时触发，输入端可对输入信号电平进行连续调节。在施密特电路之后还接有倒相器，从而可任意选择所需要的触发脉冲极性。

有的通用计数器闸门时间信号通路有两路，分别称为B、C通道。两通道的电路结构完全相同。B通道用来作门控双稳的“启动”通道，使双稳电路翻转；C通道用作门控双稳“停止”通道，使其复原。两通道的输出经由或门电路加至门控双稳触发器的输入端。 （二）主门

主门又称信号门或闸门，对计数脉冲能否进入计数器起着闸门的作用。主门电路是一个标准的双输入逻辑门，如图7-3所示。它的一个输入端接入来自门控双稳触发器的门控信号，另一个输入端则接收计数用脉冲信号。在门控信号有效期间，计数脉冲允许通过此门进入计数器计数。

在测量频率时的门控信号为仪器内部的闸门时间选择电路送来的标准信号，在测量周期或时间时则是整形后的被测信号。

T计数脉冲输入门控信号输入＆T图7-3 主门电路

（三）时基信号产生与变换单元

本单元用于产生各种时标信号和门控信号，图7-4为电路原理方框图的实例。

ff10f100MHz10f10MHz1MHz 晶振10f100kHz10f10kHz10f1ms10f10ms10f10f1s10f10s0.1s时标信号选择电路Ts( s)ffffffff闸门时间选择电路Ts

图7-4 时基产生与变换单元

由1MHz晶振产生的标准频率信号，作为通用计数器的时间标准。该信号经倍频或分

频后可提供不同的时标信号，用于计数或作门控信号。当晶振频率不同时，或要求提供的闸门信号和时标信号不同时，倍频和分频的级数也不同。 （四）控制单元

控制单元为程控电路，能产生各种控制信号去控制和协调计数器各单元工作，以使整机按一定工作程序自动完成测量任务。

计数脉冲主门＆计数及显示电路数字显示器寄存器十进计数器L闭锁单稳显示单稳寄存单稳CMR复零单稳＆时基信号\JCPKQ1\SJKQ2门控双稳闭锁双稳(a) 原理方框图

时基信号CP门控双稳Q1闭锁双稳Q2寄存单稳M显示单稳C复零单稳R闭锁单稳L(b) 工作波形图7-5 控制电路及工作波形

电子计数器一方面对通过主门的计数脉冲进行计数，另一方面又要显示测量结果，它严格按照下列程序往复循环工作：

使电路准备复零、等待记数（即测量）显示关闭主门并显示测量结果

本单元包括门控双稳电路、显示时间控制电路、寄存器、锁存器、复零脉冲产生电路等，可以按程序向主门发送信号，向计数显示电路发复零信号、记忆指令等。

图7-5示出了一个控制电路的实例。在准备期，门控双稳复零（Q1=0），闭锁双稳置“1”（Q2=1），撤除了对门控双稳的封锁。然后在时基信号的作用下，门控双稳翻转，Q1=1，主门开启，测量期开始。在后续的第二个时期信号作用下，门控双稳翻转，降沿使寄存单稳产生寄存信号，刷新寄存器内容，显示器开始显示新的测Q1=0，主门关闭，测量期结束。Q1的下降沿使闭锁双稳由“1”翻转为“0”。Q2的下量结果。Q2的下降沿还使显示单稳产生控制显示时间的延时信号，延时结束时产生复零脉冲R，使仪器各有关部分复零。在显示复零过程中闭锁双稳为门控双稳提供闭锁信号。为保证可靠地复零，在复零信号结束时不立即开始新的测量，而由闭锁单稳提供一个短暂的辅助闭锁信号，该信号又加至闭锁双稳S端使Q2=1。待所有闭锁信号都撤除后，门控双稳才进入等待下一次触发的状态。 （五）计数及显示电路

本单元用于对主门输出的脉冲计数并显示十进脉冲数。由2—10进制计数电路及译码器、数字显示器等构成。它有三条输入线，一条是计数脉冲用的信号输入线，一条是复零信号线，第三条是记忆控制信号线。有的通用计数器还可以输出显示结果的BCD码。 二、通用电子计数器的基本原理

（一）频率测量

测量频率时，电子计数器的电路连接如图7-6所示。这是一个简化电路。

Txf xA输入通 道主 门NTx计数显示电路门控双稳时基选择控 制逻辑电路晶 体振荡器f s分频电路

图7-6 测频率

被测信号加于A通道，经电路放大、整形后，形成重复频率等于被测信号频率f x的计数脉冲。把它加至主门的一个输入端。门控双稳电路受晶振分频而来的闸门时间信号控制，门控双稳的输出接至主门的另一个输入端。这时主门的开通时间由闸门时间选择电路送来的信号决定。在主门开通时间T内，对计数脉冲计数，设计数值为N，则有 N=T/Tx ，即f x=N/T=N/KfTs ，其中T为门控时间，门控信号是晶振f s分频而来的，非常准确；Kf为分频器分频系数；f s、Ts为晶振的频率和周期。对同一被测信号，如果选择不同的门控时间，即选择不同的分频系数Kf ，计数值N是不同的。为便于读数，实际仪器中的分频系数Kf 都采用10进分频的办法。当分频系数Kf 减小后所得计数值N也减少，显示器上则将小数点所在位置自动移位。例如f x=1 000 000Hz、门控时间为1s时，可得N=1 000 000，若7位显示器的单位采用kHz，则显示1000.000kHz；如果门控时间改为0.1s，则N=100 000，显示1000.00kHz，7位显示器的第1位不显示，只显示6位数字，且小数点已后移1位。 （二）频率比测量

通用电子计数器还可以用来测量两个待测信号频率的比值。电路连接如图7-7所示。 两待测信号分别加到A、B输入通道。频率较低的信号fB加至B通道，经放大、整形后用来作门控双稳的触发信号，频率较高的信号fA加至A通道，经整形后变成重复频率与fA相等的计数脉冲。主门的开通时间为TB=1/ fB ，在该时间内对频率fA的待测信号进行计数，可得

N?TBfN?A 即 fA??NfB

TBTAfB为了提高测量准确度，还可将频率较低的fB信号的周期扩大，即将该信号经分频器后

再加至门控双稳。当主门的开通时间增大后，计数值随之增大，但由于可进行小数点自动移位，显示的比值N不变。

电压测量用V（供扩展插件用）

9．A输入插座 频率、周期测量时的被测信号、时间间隔测量时的启动信号以及A/B测量时的A输入均由此处输入。

10．B输入插座 时间间隔测量时的停止信号，A/B测量时的B信号均由此处输入。 11．分—合键 按下时为“合”，B输入通道断开，A、B通道相连，被测信号从A输入端入口；弹出时为“分”，A、B为独立的通道。

12．输入信号衰减键 弹出时，输入不衰减地进入通道，按下时，输入信号衰减为十分之一后进入通道。

13．斜率选择键 选择输入波形的上升或下降沿。按下时，选择下降沿，弹出时，选择上升沿。

14．触发电平调节器 由带开关的推拉电位器组成

通过电位器阻值的调整完成触发电平的调节作用，调节电位器可使触发电平在-1.5V～+1.5V（不衰减）或-15V~+15V（衰减时）之间连续调节，开关推入为AC耦合，拉出为DC耦合。

15．触发电平指示灯 表征触发电平的调节状态，发光二极管均匀闪表示触发电平调节正常，常亮表示触发电平偏高，不亮表示触发电平偏低。

(12)，(13)，(14)，(15)的作用对于A、B输入通道作用一样.

16．内插件位置 当插入功能扩展单元时就能完成插测功能的扩展作用。 （四）测量前的准备工作

1．先仔细检查市电电压，确认市电电压在220V士10%范围内，方可将电源线插头插入本机后面板上电源插座内。

2．检查后面板“内接、外接”选择开关位置是否正确，当采用机内晶振时，应处于“内接”位置。

3．仪器予热3分钟能正常工作，予热2小时能达到技术指标规定的稳定度。 （五）自校检查

在使用E312A型通用计数器进行测量之前，可对仪器进行“自校”档测量以判断仪器工作的正常与否。

前面板的三位拨动开关拨至“自校”位置，选择闸门选择模块的不同闸门，时标信 号为10MHz，显示的测量结果应符合下表所示的正确值。

前面板的三位拨动开关拨至“自校”位置，选择闸门选择模块的不同闸门，时标信号为10MHz，显示的测量结果应符合下表所示的正确值。

闸门时间 时标信号 10MHz 10mS 10000.0 0.1S 10000.00 1S 10000.000 10S · 0000.0000 最低位上允许偶尔出现±1 溢出指示 单位：全部为kHz

10S档测量数据的左上角光点亮，表示测量结果由于显示位数的限制而产生了溢出。

（六）频率测量

前面板的功能选择模块中的三位拨动开关置中间位置，意味着下面方块中的五种功能选择起作用，继而按下“频率”键，表示仪器已进入频率测量功能。闸门模块中的四档闸门的选择通常可根据被测频率的数值而定，频率高时可选择取样率较高的矩闸门时间，频率低时一般选长的闸门时间。

通道部分的“分一合”键弹出，由A输入端送入适当幅度（当输入幅度大时，可通过衰减器按键予以衰减）的被测信号。若被测信号为正弦波，则送入后即可正常显示，若被测信号是脉冲波，三角波，锯齿波，则需将触发电平调节推拉电位器拉出，调节触发电平，此时即可正常显示被测信号的频率。 （七）周期测量

前面板的功能选择模块中的三位拨动开关置中间位置，按下“周期”键，此时闸门选择模块的按键为倍乘率的选择，可根据被测周期的长短来选择倍乘率，被测周期短时，可选择适当倍乘以提高测量精度，被测周期较长可选择“10°”键直接进行测量，这时若倍乘率选得太大就会等待很长时间，才能显示测量结果或超出测量正常范围，以至误认为机器工作不正常。由于本仪器输入灵敏度较高，当被测信号的信噪比较低时，一般应在输入端加接低通滤波器和适当选择倍乘率来提高测量的准确性。

周期测量时通道部分的按键操作：被测周期信号从A输入端输入，“分一合”键弹出，选择“分”的工作状态，当被测周期信号为正弦波，幅度＜0.3V，脉冲波幅度＜1V（P-P）时，将衰减键弹出，被测信号不经衰减直接进入A通道。当被测信号幅度超出上述范围时，“衰减”键按下，被测信号衰减为十分之一后进入A通道。当被测信号为≥1Hz的正弦波时，可直接显示测量结果。当被测信号为脉冲波、三角波、锯齿波或低于1Hz的正弦波时，应将触发电平调节电位器拉出，进行电平调节。电位器旋钮上的红点标志一般应选择指示在使触发灯闪跳区间的中心位置为宜。 （八）脉冲时间间隔测量

前面板功能选择模块中的三位拨动开关置中间位置，按下“时间”键，此时闸门选择模块的按键为取样次数的选择，可根据被测时间间隔的长短来选择取样次数，间隔较长时，应选择较小的取样次数或选择“10°”键，直接测量时间间隔，这时如取样次数太大，同样会等待很长时间才能显示，或者超出正常测量范围。

触发电平调节推拉电位器在本测量功能时始终可调，在适当幅度的作用下，（单线时公用A路衰减器，双线时使用各自衰减器），调节电位器，使得触发电平指示灯闪跳，电位器旋钮上的红点标志一般应选择指示在使触发灯闪跳区间的中心位置为宜。

当整机用于单线输入时“分一合”键置于“合”的位置，信号由A通道输入，两路斜率选择相同时可测量被测信号的周期，使用方法与周期测量相同，还可通过斜率选择开关选择上升沿或下降沿，从而测出被测信号的脉冲持续时间和休止时间。

当整机用于双线输入时，启动信号由A输入端输入，停止信号由B输入端输入，“分一合”键置于“分”位置。此时动态范围为0.1~3V（P-P）。 （九）频率比测量

前面板的功能选择模块中的三位拨动开关置中间位置，功能选择按键全部弹出，此时闸门选择模块的按键用来选择倍乘率。

“分一合”键置“分”，A路“斜率选择”键置“┌ ”的位置，两路被测信号分别由A、B输入端输入。此时A通道频率范围为1Hz～10MHz；而B通道则为1Hz～2.5MHz。动态范围均为：正弦波30mV～1V，脉冲波0.1V（P-P）～3V（P-P）。 （十）计数

前面板的功能选择模块中的三位拨动开关置中间位置，按下“计数”键，“分一台”键置“分”位置，哀减器位置和触发电平调节推拉电位器的位置均与频率测量时相同，信号由A输入端输入后，即可正常累计。计数过程中，若观察瞬间测量结果，可将三位拨动开关置保持位置，显示即为被测值，若希重新开始计数，只需按一次“复原”键就可。 （十一）插测

E312A直接测频的范围不宽，最高测量频率为10MHz。当需要测量更高的频率时，要使用配套件中的内插件，对被测信号预定标（分频），以扩展测频范围。

前面板的功能选择模块中的三位拨动开关置中间位置，按下“插测”键，此时输入信号由内插件的输入插孔输入，根据不同的内插件，配合选择功能选择模块和闸门选择模块的各个按键，即可测量10MHz以上频率，并予以显示频率值。

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