电子计数器原理及应用研究
一、实验目的：
了解测频的方法和电子计数器的工作原理以及虚拟仪器的基本概念，熟悉虚拟电子计数器的操作，并采用不同闸门时间对不同的频率进行测量并分析。
二、实验原理：
1、测频原理
计数器的测频原理如图1 所示。fx为输入待测信号频率，f0为时钟脉冲的频率。闸门信号GATE控制计数时间，Fx和F0两个计数器在同一时间T内分别对fx和f0进行计数，f0已知，时间T可由计数器F0的计数值算出。计数器Fx的计数值Nx=fx×T，计数器F0的计数值N0＝f0×T。
由于 Nx/fx＝N0/f0＝T
则被测频率fx为 fx＝(Nx/N0)×f0 由于 Nx/fx＝N0/f0＝T
则被测频率fx为 fx＝(Nx/N0)×f0
OUT3开关脉冲 发生器GATEfxfxIn2 CLK2MHzFO74LS14FX显示
OUT3QQGATEFXFO
图1 测频原理框图
2、电路工作原理
本实验系统中的计数器是采用8253芯片来实现的，电路原理如图2所示。 （1）Fx、F0计数器：
F0计数器：由8253计数器0和计数器1级联而成的计数器，对时钟计数，通过设定初值来确定闸门时间（采用二进制计数）。
Fx计数器：由8253的计数器2构成的计数器，对被测信号计数（采用二进制计数）。 （2）时钟发生器：
由4MHZ的晶振经过二分频后得到的2MHZ时钟 （3）开门脉冲发生器：
开门脉冲发生器由D触发器构成，开门信号由软件产生，经out3到D1端，当软件发出开门信号后，D触发器的翻转产生一个开门前置脉冲（经与非门G输出），完成8253内的三个计数器从初值锁存器往计数器打入初值的置数脉冲作用。
OUT3In2OUT0GATE0CLK0D0--D7OUT1GATE114Vcc15CLK11311109VccDCLKSDQDataCDQ1Y6RDWRA0A12122232019CSRDWRA0A12MHZOUT217GATE218CLK2fx16 图2 电路原理框图
3、虚拟仪器基本概念
虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）也叫计算机仪器，由虚拟仪器软件、仪器硬件（数据采集系统）加计算机构成。虚拟仪器充分利用了计算机的强大功能，由仪器硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件（如LabVIEW、LabWindows/CVI）在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板（包括显示器、指示灯、旋钮、开关、按键等）并实现相应的功能，可以输出任意波形的电压信号及控制信号，也可以对被测信号进行采集、分析、处理、存储以及数据、图形的显示，实现各种仪器功能，甚至是传统仪器无法实现的功能。用户在屏幕上通过虚拟仪器面板对仪器的操作如同在真实仪器上的操作一样直观、方便、灵活。虚拟仪器系统的构成如下图所示。
物理信号 传感器 模拟电信号 数据采集卡 （含信号调理电路） 数字电信号 计算机 （总线） 虚拟仪器软件 图3 虚拟仪器系统构成示意图
本实验系统中采用的数据采集卡如下图所示。
三、实验硬件及软件：
1、计算机一台（内插PCI-1200数据采集卡）； 2、函数信号发生器一台
3、LabVIEW及电子计数器程序。
四、实验预习要求：
1、复习好《电子测量》中电子计数器的有关章节。 2、参照函数信号发生器的使用说明书，熟悉其操作。 3、详细阅读实验指导书，作好测试记录的准备。
五、实验步骤：
闸门时间 1、在老师的指导下将实验平台准备就绪，如下图所示
3、利用函数信号发生器产生不同频率的方波信号，由虚拟电子计数器对其进行测频，选择不同的闸门时间，对测量结果进行比较和分析。记录测量的频率值，并填写下表：
信号频率 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz 10ms 0.1s 0.2s 0.5s 1s 2s 5s 10s 六、思考题：
1、分析以上测量数据，在用电子计数器对频率进行测量中，闸门时间对测量精度有何
影响？
2、对于本实验系统而言，闸门时间的选择有何限制？