本科論文--LabVIEW測(cè)頻率

學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 采用虛擬儀器技術(shù)對(duì)高精度的頻率源進(jìn)行測(cè)量，具有簡(jiǎn)單、易行、精度高的特點(diǎn)。這與以往利用實(shí)際儀器儀表對(duì)頻率進(jìn)行測(cè)量在方法上有著很大的不同。 LabVIEW就是基于虛擬儀器的開發(fā)環(huán)境，本文闡述了基于虛擬儀器技術(shù)在頻率測(cè)量中的實(shí)際應(yīng)用，根據(jù)電子測(cè)量的基本原理、計(jì)算方法和流程， 實(shí)驗(yàn)利用了 LabVIEW的特有語言 G語言 對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行程序編譯、運(yùn)行、修改并最終顯示運(yùn)行結(jié)果。 在實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的過程中， 利用聲卡代替了數(shù)據(jù)采集卡，把聲音數(shù)據(jù)采集上來作為信號(hào)源，通過測(cè)量聲音的頻率， 對(duì)外界聲音信號(hào)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)， 最后給出了被測(cè)信號(hào)頻率的仿真結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果以圖形顯示和數(shù)據(jù)顯示 的 方式，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行了準(zhǔn)確地測(cè)量。通過實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器對(duì) 信號(hào)頻率的 測(cè)量 。 虛擬儀器是電子測(cè)量中的新技術(shù)，有著廣闊的發(fā)展前景，是實(shí)驗(yàn)、教學(xué)及檢測(cè)領(lǐng)域的重要技術(shù)。 關(guān)鍵詞 : 虛擬儀器；電子測(cè)量；頻率測(cè)量 學(xué)士學(xué)位論文 II ABSTRACT Adopting virtual instrument technique in the frequency source that high accuracy has characteristics of simplify、 easy operation and high accuracy .This has the very big difference with the former frequency measurement method. LabVIEW was based on the virtual instrument development environment, and this article elaborates the practical application of virtual instrument technology in the frequency measurement. According to the basic theories、 the computational method and the flow of electronic measurement, the experiment used the LabVIEW unique language (G language) to compile, run, correct the measured subject and eventually display the result. During the process of realizing the frequency measurement, there are some steps including using the sound card instead of data acquisition card as the signal source, measuring the frequency of sound, carrying out simulation experiment for outside voice acquisition and finally giving out the simulation results of the frequency of the measured signals. The result of experiment has measured the subject accurately by the means of displaying graph and data. The experiment has realized the measurement of signal frequency in the virtual instrument. Virtual instrument is a new technique in electronic measurement, having vast development foreground, and is the important technique of experiment, teaching and in the field of detection. Keywords: Virtual instrument； Electronic measurement； Frequency measurement 學(xué)士學(xué)位論文 III 目 錄 引 言 . 1 1 電子測(cè)量 . 2 1.1 測(cè)量概述 . 2 1.1.1 測(cè)量的基本概念 . 2 1.1.2 測(cè)量的重要意義 . 2 1.2 電子測(cè)量的特點(diǎn)和應(yīng)用 . 3 2 虛擬儀器及 LabVIEW 基礎(chǔ) . 6 2.1 虛擬儀器概述 . 6 2.1.1 定義 . 6 2.1.2 比較與差異 . 6 2.1.3 虛擬儀器對(duì)電子測(cè)量的影響 . 8 2.2 LabVIEW 概述 . 8 2.1.1 LabVIEW 簡(jiǎn)介 . 8 2.1.2 LabVIEW 的體系結(jié)構(gòu) . 9 3 時(shí)間與頻率的測(cè)量 .11 3.1 概述 . 11 3.1.1 時(shí)間、頻率的基本概念 . 11 3.2 數(shù)據(jù)采集 . 11 3.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成 . 11 3.2.2 數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 . 12 4 設(shè)計(jì)方法 . 15 4.1 可行性研究及需求分析 . 15 4.1.1 開發(fā)背景 . 15 4.1.2 需求分析 . 15 4.1.3 設(shè)計(jì)思想 . 22 4.2 設(shè)計(jì)方法在 Labview 中的實(shí)現(xiàn) . 22 4.2.1 總設(shè)計(jì)的程序圖 . 22 4.2.2 程序框圖分解分析 . 24 4.2.3 設(shè)計(jì)圖的前面板演示及結(jié)果 . 29 4.2.4 程序中一些模塊的功能 . 35 5 虛擬儀器的發(fā)展前景 . 37 結(jié) 論 . 39 致 謝 . 40 參考文獻(xiàn) . 41 附錄 A 英文原文 . 42 附錄 B 漢語翻譯 . 51 學(xué)士學(xué)位論文 1 引 言 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是建立在精密測(cè)量基礎(chǔ)上的，目前人們所涉及到的 物理量和物理常數(shù)中，頻率時(shí)間是最精密、準(zhǔn)確的計(jì)量單位，其他許多測(cè)量 可以轉(zhuǎn)化為頻率時(shí)間的測(cè)量。頻率時(shí)間測(cè)量在測(cè)量和計(jì)量領(lǐng)域中起著重要的 作用，它的準(zhǔn)確與否決定著其它許多物理量及基本物理常數(shù)的精度和定義。 測(cè)量精度的提高，不僅為人們更精確的認(rèn)識(shí)和發(fā)現(xiàn)物質(zhì)世界提供了機(jī)會(huì)，而 且也是一個(gè)國(guó)家戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志之一。在信息科技日益發(fā)達(dá)的今天，高精度頻率測(cè)量的研究是關(guān)系經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技創(chuàng)新和國(guó)家安全的重要內(nèi)容。 由于社會(huì)發(fā)展和科技發(fā)展的需要，信息傳輸和處理要求的提高，對(duì)頻 率的測(cè)量精度也提出了更高的要求 。 頻率測(cè)量所能達(dá)到的精度，主要取決于標(biāo)準(zhǔn)頻率源的精度 以及所使用的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法。目前，國(guó)內(nèi)外使用的測(cè)頻方法 有很多， 有直接測(cè)頻法、內(nèi)插法、游標(biāo)法、時(shí)間 電壓變化法、多周期同步法、頻率 倍增法、頻差倍增法以及相位比較法等。直接測(cè)頻的方法較簡(jiǎn)單，但精度 不高。內(nèi)插法和游標(biāo)法都是采用模擬的方法，雖然精度提高了，但是線路設(shè) 計(jì)卻很復(fù)雜。時(shí)間 電壓變化法是利用電容的充放電時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，由于經(jīng) 過 A/D轉(zhuǎn)換，速度較慢，且抗干擾能力較弱。多周期同步法是精度較高的 一種。為了進(jìn)一步提高精度，通常采用模擬內(nèi)插法或游標(biāo)法與多周期同步法結(jié)合使用，雖然精度有了進(jìn)一步的提高，但最終未能解決 1 個(gè) 數(shù)字的誤差這個(gè)根本問題，而且這些方法設(shè)備復(fù)雜，不利于推廣。頻率誤差倍增法可以 減小計(jì)數(shù)器的 1 個(gè)字的誤差，提高測(cè)量精度，但用這種方法來提高測(cè)量精 度是很有限的，因?yàn)槿缫玫?132 10 / s 的測(cè)量精度，就要把被測(cè)頻率xf倍 頻到 111 / 2 1 0 5 0 0 0xm f M H z ，這無論是對(duì)倍頻技術(shù)，還是對(duì)目前的計(jì)數(shù) 器都是很難實(shí)現(xiàn)的。頻差倍增 多周期法是一種頻差倍增法和差拍法 相結(jié)合的測(cè)量方法。這種方法是將被測(cè)信號(hào)和參考信號(hào)經(jīng)頻差倍增使被測(cè)信號(hào)的 相位起伏擴(kuò)大，再通過混頻器獲得差拍信號(hào)，用電子計(jì)數(shù)器在低頻下進(jìn)行多 周期測(cè)量，能在較少的倍增次數(shù)和同樣的取樣時(shí)間情況下，得到比測(cè)頻法更 高的系統(tǒng)分辨率測(cè)量精度。但是仍存在著時(shí)標(biāo)不穩(wěn)定而引入的誤差和一 定的觸發(fā)誤差。 所以頻率測(cè)量技術(shù)需要進(jìn)一步的改善和提高。更應(yīng)該利用計(jì)算機(jī)的大量資源和技術(shù)來提高電子測(cè)量的精度。 學(xué)士學(xué)位論文 2 1 電子測(cè)量 1.1 測(cè)量概述 1.1.1 測(cè)量的基 本概念 測(cè)量是為確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。在這個(gè)過程中常借助專門的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接的與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。 它根據(jù)一定的法則，對(duì)事物屬性用數(shù)字進(jìn)行描述。測(cè)量的基本特征是將事物進(jìn)行區(qū)分，本質(zhì)上是一種比較的活動(dòng)，在對(duì)事物進(jìn)行區(qū)分比較的過程中，按照一定的法則，把區(qū)分的結(jié)果用數(shù)字的形式表現(xiàn)出來。 根據(jù)測(cè)量的定義，一般測(cè)量可包括 3個(gè)內(nèi)容： 1， 測(cè)量對(duì)象即事物的屬性； 2， 測(cè)量工具即某些法則； 3， 測(cè)量結(jié)果即某數(shù)字表示形式。 測(cè)量分為兩種情況。第一種，測(cè)量誤差遠(yuǎn)大于被測(cè)量值的 變化，這種情況被典型化為“量值本身不變而測(cè)量有誤差”，稱常規(guī)測(cè)量，其理論稱經(jīng)典測(cè)量理論；第二種，被測(cè)量值本身的變化遠(yuǎn)大于測(cè)量誤差，這種情況被典型化為“測(cè)得值是被測(cè)量的實(shí)際值，求量值及其變化”，這種測(cè)量稱為統(tǒng)計(jì)測(cè)量。 當(dāng)今，測(cè)量可分為四種類型 1： 常規(guī)測(cè)量：得到多個(gè)測(cè)得值，存在期望值，貝塞爾公式成立；用測(cè)得值的平均值代表真值，用平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差（常取其 3 倍）表示隨機(jī)誤差范圍；存在唯一真值，講究準(zhǔn)確度。 常規(guī)統(tǒng)計(jì)測(cè)量：測(cè)得到的多個(gè)值，每個(gè)值都是被測(cè)量的實(shí)際值；存在期望值，貝塞爾公式成立；用單 個(gè)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；有標(biāo)稱值（目標(biāo)值），講究準(zhǔn)確度。 一般發(fā)散型統(tǒng)計(jì)：測(cè)得到的多個(gè)值，每個(gè)值都是真值；存在發(fā)散困難，無數(shù)學(xué)期望，貝塞爾公式不成立；有標(biāo)稱值（目標(biāo)值），講究準(zhǔn)確度。 特種發(fā)散型統(tǒng)計(jì)：得到的多個(gè)值，每個(gè)都是真值；存在發(fā)散困難，無數(shù)學(xué)期望，貝塞爾公式不成立；無標(biāo)準(zhǔn)，用不確定度。 1.1.2 測(cè)量的重要意義 測(cè)量是揭示客觀世界規(guī)律，用數(shù)字語言描述周圍世界，進(jìn)而改造世界的重要手段。學(xué)士學(xué)位論文 3 廣義的說，任何實(shí)驗(yàn)科學(xué)的結(jié)論，都是對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)推斷的結(jié)果。而數(shù)據(jù)的取得，就要靠測(cè)量。近代自然科 學(xué)是從有了實(shí)驗(yàn)科學(xué)之后才真正形成的。許多重大科學(xué)成果的獲得，首先因?yàn)橛辛诵碌膶?shí)驗(yàn)手段。在科學(xué)發(fā)展史上，重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以假說上升為理論，成為驗(yàn)證理論的客觀標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還成為發(fā)現(xiàn)新問題，提出新理論的線索和依據(jù)。 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和國(guó)防的重要特點(diǎn)之一，就是要進(jìn)行大量的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)?，F(xiàn)代工業(yè)大生產(chǎn)，用到測(cè)量上的工時(shí)和費(fèi)用約占整個(gè)生產(chǎn)所用的 20%30%。提高測(cè)量水平，降低測(cè)量成本，減少測(cè)量誤差，提高測(cè)量效率，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域都是至關(guān)重要的。因此，測(cè)量手段的現(xiàn)代化，已被公認(rèn)為是科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)代化的重 要條件和明顯標(biāo)志。 1.2 電子測(cè)量的特點(diǎn)和應(yīng)用 從廣義來說，凡是利用電子技術(shù)來進(jìn)行的測(cè)量都是可以說是電子測(cè)量。隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由于電子測(cè)量的一系列優(yōu)點(diǎn)，許多物理量都設(shè)法通過一定的傳感器變換成電信號(hào)，然后利用一整套比較成熟的電子學(xué)方法來進(jìn)行測(cè)量。在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的今天，尖端技術(shù)和現(xiàn)代化的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離不開精密和準(zhǔn)確的測(cè)量?，F(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代化大生產(chǎn)中那些要求精密和準(zhǔn)確測(cè)量的內(nèi)容通常都是運(yùn)用了電子測(cè)量的方法來實(shí)現(xiàn)的。 從狹義來說，電子測(cè)量是在電子學(xué)中測(cè)量有關(guān)電的量值。即使在這個(gè)范圍內(nèi)，內(nèi) 容也是相當(dāng)廣泛的。通常包括下面幾個(gè)方面： （ 1） 電能量的測(cè)量，即測(cè)量電流、電壓、電功率等； （ 2） 信號(hào)的特性及所受干擾的測(cè)量，例如信號(hào)的波形和失真度、頻率、相位、脈沖參數(shù)、調(diào)制度、信號(hào)頻譜、信 /噪比等； （ 3） 元件和電路參數(shù)的測(cè)量，例如電阻、電感、電容、電子器件（電子管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等）、集成電路的測(cè)量。電路頻率響應(yīng)、通帶寬度、品質(zhì)因數(shù)、相位移、延時(shí)、衰減和增益的測(cè)量等等。 與其它的一些測(cè)量相比，電子測(cè)量具有以下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)： （ 1） 測(cè)量頻率范圍極寬，低端除測(cè)直流外可測(cè)低至 410 510 Hz，高端可至 100GHz左右 (在有些測(cè)量方面甚至更高 )。電子測(cè)量能工作在這樣寬的頻率范圍，這就使它應(yīng)用范圍很廣。但是即使測(cè)量同一電量，在不同的頻段中所依據(jù)的原理、采用的方法、使用的元器件等都可能相差很遠(yuǎn)。所以有時(shí)把測(cè)量或低頻學(xué)士學(xué)位論文 4 信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)發(fā)生器、高頻信號(hào)發(fā)生器等等。當(dāng)然這給使用帶來很多不便。近年來研制了很多寬頻設(shè)備，使一臺(tái)儀器能在很寬的頻率范圍內(nèi)工作。 （ 2） 量程很廣。由于所測(cè)量電量的大小相差極大，要求測(cè)量?jī)x器的量程也極寬。同一臺(tái)電子儀器，經(jīng)常能作 到量程寬達(dá)很多數(shù)量級(jí)。 （ 3） 測(cè)量準(zhǔn)確度高。電子儀器的正確度通?？杀绕渌麥y(cè)量?jī)x器高很多。特別是對(duì)頻率和時(shí)間的測(cè)量，由于采用了原子頻標(biāo)和原子秒作為基準(zhǔn)，使誤差減小到1310 1410 量級(jí) ,這是目前人類在測(cè)量準(zhǔn)確度方面達(dá)到的最高標(biāo)準(zhǔn)。人們也往往把其它參數(shù)轉(zhuǎn)換成頻率再進(jìn)行測(cè)量 ,以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度 .電子測(cè)量準(zhǔn)確度高 ,正是它在現(xiàn)代科技領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的重要原因。 （ 4） 測(cè)量速度快。電子測(cè)量由于是通過電子運(yùn)動(dòng)和電磁波的傳播來進(jìn)行工作的 ,因此 具有其它測(cè)量方法通常無法類比的高速度。這也是它在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,對(duì)測(cè)量過程和測(cè)量數(shù)據(jù)處理的速度都提出了越來越高的要求。因此 ,不斷提高測(cè)量速度也是電子測(cè)量發(fā)展的一個(gè)重要方向。 （ 5） 易于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和長(zhǎng)期不間斷的測(cè)量 ,顯示方式又可以做到清晰直觀。由于可以把電子儀器或與它連接的傳感器防到人類不便長(zhǎng)期停留或無法到達(dá)的區(qū)域去進(jìn)行遙測(cè) ,而且可以在被測(cè)對(duì)象正常工作的情況下進(jìn)行測(cè)量 .這就擴(kuò)大了人類用測(cè)量的方法定量的認(rèn)識(shí)世界的范圍。 對(duì)于測(cè)量結(jié)果 ,電子測(cè)量的顯示方法也比較清晰直觀 ,易 于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和長(zhǎng)期不間斷測(cè)量和它在顯示測(cè)量結(jié)果方面的優(yōu)點(diǎn) ,也促進(jìn)了它在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 （ 6） 易于利用計(jì)算機(jī) ,形成電子測(cè)量與計(jì)算技術(shù)的緊密結(jié)合。電子測(cè)量的測(cè)量結(jié)果和它所需的控制信號(hào)都是電信號(hào)，這非常有利于它直接或通過 A/D,D/A 變換與計(jì)算機(jī)連接。 由于以上電子測(cè)量技術(shù)的一系列特點(diǎn)，使它廣泛應(yīng)用于自然科學(xué)的一切領(lǐng)域。 在現(xiàn)代，幾乎找不到哪一個(gè)科技領(lǐng)域沒有運(yùn)用電子測(cè)量技術(shù)。大到天文觀測(cè)、宇宙航天，小到物質(zhì)結(jié)構(gòu)、基本粒子；從復(fù)雜深?yuàn)W的生命、細(xì)胞、遺傳問題到日常的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、商業(yè)各部門，都越來越的采用了電子測(cè)量技 術(shù)和設(shè)備。 電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展是與自然科學(xué)特別是電子技術(shù)的發(fā)展互相促進(jìn)、互相推動(dòng)的。學(xué)士學(xué)位論文 5 一方面電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展為自然科學(xué)特別是電子學(xué)的研究、實(shí)驗(yàn)、分析和檢驗(yàn)提供了條件，另一方面自然科學(xué)的發(fā)展特別是電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展向電子測(cè)量技術(shù)不斷提出新問題。同時(shí)，近代電子學(xué)、計(jì)算科學(xué)、物理學(xué)和材料學(xué)等的發(fā)展又反過來為電子測(cè)量提供了新理論、新技術(shù)、新工藝、新材料、新器件，形成了相輔相成不可分割的關(guān)系。 由于電子測(cè)量的廣泛應(yīng)用和它與自然科學(xué)的密切關(guān)系，電子測(cè)量科學(xué)的發(fā)展永遠(yuǎn)和自然科學(xué)的最新發(fā)展緊密聯(lián)系著。電子測(cè)量技術(shù)的最新水平 往往是科學(xué)技術(shù)最新成果的反映，這就使這門科學(xué)充滿生命力。目前電子測(cè)量設(shè)備在性能、測(cè)試功能、工藝結(jié)構(gòu)等各方面都取得了很大的進(jìn)展。其研制和生產(chǎn)正向著自動(dòng)化、系統(tǒng)化、數(shù)字化、高性能、多功能、快速、小型等方面發(fā)展。 學(xué)士學(xué)位論文 6 2 虛擬儀器及 LabVIEW 基礎(chǔ) 2.1 虛擬儀器概述 2.1.1 定義 虛擬儀器是指在通用計(jì)算機(jī)上添加一層軟件和 /或必要的儀器硬件模塊，使用戶操作這臺(tái)通用計(jì)算機(jī)就象操作一臺(tái)自己專門設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)電子儀器一樣。虛擬儀器技術(shù)強(qiáng)調(diào)軟件的作用，提出了 軟件就是儀器 的概念，這個(gè)概念克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時(shí)就被限定而不能變動(dòng)的缺陷，擺脫了由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器再連成系統(tǒng)的模式，而變?yōu)橛捎脩舾鶕?jù)自己的需要通過編制不同的測(cè)試軟件來組合構(gòu)成各種虛擬儀器，其中許多功能直接就由軟件來實(shí)現(xiàn)，打破了儀器功能只能由廠家定義，用戶無法改變的模式，虛擬儀器還可以很快地跟上計(jì)算機(jī)的發(fā)展，升級(jí)重建自己的功能。這尤其適合科研與生產(chǎn)制造部門。 2.1.2 比較與差異 考察任何一臺(tái)傳統(tǒng)的智能儀器，都可以將其分解成以下三個(gè)部分 : (1)數(shù)據(jù)的采集 :將輸入的模擬 信號(hào)波形進(jìn)行調(diào)理，并經(jīng) A /D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)以待處理。 (2)數(shù)據(jù)的分析與處理 :由微處理器按照功能要求對(duì)采集的數(shù)據(jù)作必要的分析和處理。 (3)存儲(chǔ)、顯示或輸出 :將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示或經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。 傳統(tǒng)智能儀器是由廠家將上述二種功能的部件根據(jù)儀器功能按固定的方式組建，一般一種儀器只有一種功能或數(shù)種功能。而虛擬儀器是將具有上述一種或多種功能的通用模塊組合起來，通過編制不同的測(cè)試軟件來構(gòu)成任何一種儀器，而不是某幾種儀器。例如激勵(lì)信號(hào)可先由微機(jī)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，再經(jīng) D/A 變換 產(chǎn)生所需的各種模擬信號(hào)，這相當(dāng)于一臺(tái)任意波形發(fā)生器。大量的測(cè)試功能都可通過對(duì)被測(cè)信號(hào)的采樣， A/D 變換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過處理即可，或者直接用數(shù)字顯示而形成數(shù)字電壓表類儀器，或用圖形顯示而形成示波器類儀器，或者再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析即可形成頻譜分析儀類儀器。其中，數(shù)據(jù)分析與處理以及顯示等功能可以直接由軟件完成 2。這樣就擺脫由傳統(tǒng)硬件構(gòu)成一件件儀器然后再連成系統(tǒng)的模式，而變成由計(jì)算機(jī)、 A/D 及 D/A 等帶共性硬件資源和學(xué)士學(xué)位論文 7 應(yīng)用軟件共同組成的虛擬儀器系統(tǒng)新的概念。許多廠家目前已研制出了多種用于構(gòu)建虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集 (DAQ)卡。一塊 (DAQ)卡可以完成 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入輸出、記數(shù)器 /定時(shí)器等多種功能，再配以相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路組件，即可構(gòu)成能生成各種虛擬儀器的硬件平臺(tái)。 總之，虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器最大的不同之處，就在于應(yīng)用的靈活性上。虛擬儀器是用戶自己定義的，用戶可以將各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件和附備件結(jié)合起來，組裝成所需要的應(yīng)用設(shè)備。而一般由生產(chǎn)廠商所定義的、具有固定功能的單個(gè)設(shè)備，例如電壓表、示波器和數(shù)據(jù)記錄儀等，則不具有這樣的靈活性。因此利用虛擬儀器來取代傳統(tǒng)儀器之后，用戶將大大受益。 表 2.1 中更加簡(jiǎn)潔 明了地對(duì)虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器進(jìn)行了比較。 表 2.1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器 軟件使得開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低 開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用高 關(guān)鍵是軟件 關(guān)鍵是硬件 價(jià)格低，可重復(fù)用，可重配置性強(qiáng) 價(jià)格昂貴 用戶定義儀器功能 廠商定義儀器功能 技術(shù)更新周期短（ 12 年） 技術(shù)更新周期長(zhǎng)（ 510 年） 開放，靈活，與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展 封閉、固定 與網(wǎng)絡(luò)及外設(shè)互聯(lián)方便 功能固定、互聯(lián)有限 圖 2.1 和圖 2.2 分別 反映了常見的虛擬儀器 系統(tǒng)的構(gòu)成和虛擬儀器內(nèi)部的劃分： 數(shù) 據(jù) 采 集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡數(shù) 據(jù) 采 集 卡測(cè)控對(duì)象裝有V I軟件的計(jì)算機(jī)圖 2.1 虛擬儀器 系統(tǒng)的構(gòu)成 學(xué)士學(xué)位論文 8 D A Q 卡G P I B 儀 器V X I 儀 器串 口 儀 器D A Q 卡G P I B 儀 器V X I 儀 器串 口 儀 器D A Q 卡G P I B 儀 器V X I 儀 器串 口 儀 器數(shù) 據(jù) 采 集 處 理數(shù) 據(jù) 表 達(dá)數(shù) 據(jù) 分 析圖 2.2 虛擬儀器內(nèi)部的劃分 2.1.3 虛擬儀器對(duì)電子測(cè)量的影響 由于虛擬儀器的特點(diǎn)，將使它在電子測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 : 在功能配置上，表現(xiàn)出了更高的靈活性。改變了過去傳統(tǒng)儀器只能完成中一測(cè)量的弊病，集多種儀器功能幾一體，使儀器向多功能集成化方向發(fā)展。例如可以在一臺(tái)虛擬儀器上同時(shí)完成信號(hào)發(fā)生、波形顯示、交直流電壓 /電流測(cè)量等功能。 虛擬儀器的出現(xiàn)，擴(kuò)展了電子測(cè)量 的概念。使得在測(cè)量的同時(shí)完成了對(duì)被測(cè)量的分析與處理。隨著新技術(shù)的發(fā)展，許多領(lǐng)域?qū)﹄?子 測(cè)量提出了更高的要求。例如在通訊領(lǐng)域，對(duì)信道的測(cè)量要求在頻域進(jìn)行指標(biāo)分析。應(yīng)用虛擬儀器可以在數(shù)據(jù)采集后，通過軟件進(jìn)行多種分析處理，完成時(shí) /頻轉(zhuǎn)換、能譜分析、提取信號(hào)特征量等。對(duì)被測(cè)量還可以進(jìn)行存儲(chǔ)、打印、局部放大等。 虛擬儀器在電子測(cè)量領(lǐng)域的使用，可以大大降低測(cè)量成木，提高儀器的利用率。通過通用硬件平臺(tái)，調(diào)用不同的軟件模塊，就可以完成多種儀器的測(cè)量功能。對(duì)于用戶而言，開發(fā)軟件的成木比購買新儀器的成本低廉，并且這種開發(fā)方式也便 于儀器的維護(hù)與使用，并能縮短儀器的開發(fā)周期。 2.2 LabVIEW 概述 2.1.1 LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW 是 1986 年，由美國(guó) 國(guó)家儀器公司 VI 公司 (National Instruments Cor-poration)設(shè)計(jì)的，它是一種基于圖形的開發(fā)，調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了虛擬儀器的概念。 NI 公司的 LabVIEW 是一套專為數(shù)據(jù)采集與儀器控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)而設(shè)計(jì)的圖形化編程軟件。它增強(qiáng)了用戶在標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)上配以高效經(jīng)濟(jì)的學(xué)士學(xué)位論文 9 硬件設(shè)備來構(gòu)建自己的儀器系統(tǒng)的能力。將 LabVIEW 與一般的數(shù)據(jù)采集以及儀器設(shè)備加以組合，就可以設(shè)計(jì)出虛擬儀器，并將其應(yīng)用于許多領(lǐng)域。 LabVIEW（ laboratory vietual instrument engineering workbench）是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 LabVIEW 不僅提供了與遵從 GPIB， VXI， RS-232 和 RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，還內(nèi)置了支持 TCP/IP， ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，而且其圖形化 的編程界面使編程過程變得生動(dòng)有趣。 LabVIEW 是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器。 LabVIEW 是一個(gè)完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，利用它組建儀器測(cè)試 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)。 LabVIEW 與 VisualC+、VisualBasic、 LabWindows/CVI 等編程語言不同，后者采用的是基于文本語言的程序代碼（ Code），而 LabVIEW 則是使用圖形化程序設(shè)計(jì)語言 G（ Graphic），用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。 Lab VIEW 所運(yùn)用的設(shè)備 圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程 和思維過程非常的相似 。 使用這種語言編程時(shí)，基本上不需要編寫程序代碼，而是 繪制 程序流程圖。LabVIEW 盡可能利用工程技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念 ， 因而它是一種面向最終用戶的開發(fā)工具，可以增強(qiáng)工程人員構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，可謂實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供便捷途徑。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件。LabVIEW 是真正的 32 位編譯器。像其他軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows, UNIX, Linux 和 Macintosh 等多種版本。目前， LabVIEW 的最新版本是 LabVIEW7.11。 2.1.2 LabVIEW 的體系結(jié)構(gòu) 圖 2.2 是 LabVIEW 的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) .其中儀器驅(qū)動(dòng)程 )子主要是完成儀器硬件接口功能的控制程序。 NT公司提供了各制造廠家數(shù)百種 GP- IB, DAQ, VXT 和 RS- 232 等儀器的驅(qū)動(dòng)程序 .有了儀器驅(qū)動(dòng)程序 .用戶就不必精通這些儀器的硬件接口。而只要把儀器的用戶接口代碼及數(shù)據(jù)處理與分析軟件組合在一起。就可以迅速而方便地構(gòu)建一臺(tái)新的虛擬儀器。 LabVIEW 具有三種用來創(chuàng)建和 運(yùn)行程序的圖形化可移動(dòng)模板 :工具 (Tools)模板，控制 (Controls)模板和功能 (Functions)模板。工具模板包括了程序的創(chuàng)建，修改和調(diào)試時(shí)使用的工具?？刂颇０逯饕糜谇懊姘逯休斎撕洼敵鲋甘酒鞯奶砑?。而功能模板則用學(xué)士學(xué)位論文 10 于框圖程序的創(chuàng)建。熟悉了開發(fā)環(huán)境之后，就可以進(jìn)行編程了。下面就簡(jiǎn)單概括一下LabVIEW 的程序設(shè)計(jì)的一般過程。 圖 2.3 LabVIEW 軟件體系結(jié)構(gòu) 學(xué)士學(xué)位論文 11 3 時(shí)間與頻率的測(cè)量 3.1 概述 3.1.1 時(shí)間、頻率的基本概念 1. 時(shí)間和頻 率的定義 “時(shí)間”的含義有兩個(gè)：一個(gè)是指“時(shí)刻” ,即某個(gè)事件何時(shí)發(fā)生；另一個(gè)是指“時(shí)間間隔”，即某個(gè)事件相對(duì)于一開始時(shí)刻持續(xù)了多久。 所謂頻率就是指周期信號(hào)在單位時(shí)間（ 1 秒）內(nèi)變化的次數(shù)。如果在一定時(shí)間間隔T 內(nèi)周期信號(hào)重復(fù)變化了 N 次，則其頻率可表達(dá)為： f=N/T （ 3.1） 由于周期和頻率呈現(xiàn)上式所示的關(guān)系，所以對(duì)周期（時(shí)間間隔）的測(cè)量可轉(zhuǎn)化為對(duì)頻率的測(cè)量，然后再取倒數(shù)即可。 2. 時(shí)頻測(cè)量的特點(diǎn) . 測(cè)量精度高 在電子技術(shù)各參數(shù)中，頻率測(cè) 量的精確度是最高的（ 10 14），因而可以利用某種確定的函數(shù)關(guān)系把其他電參數(shù)的精確測(cè)量轉(zhuǎn)換誠頻率的測(cè)量。 應(yīng)用范圍廣 現(xiàn)代科技所涉及的頻率范圍是極其寬廣的，從百分之一赫茲甚至更低頻率開始，一直到 1012 赫茲以上。因此電子學(xué)和其他領(lǐng)域的研究工作都離不開頻率測(cè)量。 自動(dòng)化程度高 時(shí)頻測(cè)量極易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。電子計(jì)數(shù)器利用數(shù)字電路的各種邏輯功能很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重復(fù)測(cè)量、自動(dòng)選擇量程、測(cè)量結(jié)果自動(dòng)顯示等。 測(cè)量速度快 由于數(shù)字式儀器實(shí)現(xiàn)了測(cè)量自動(dòng)化，因此不但操作簡(jiǎn)便，而且大大加快了測(cè)量速度 。 3.2 數(shù)據(jù)采集 3.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)據(jù)采集是 LabVIEW 的核心技術(shù)之一。 LabVIEW 提供了與 NI 公司的數(shù)據(jù)次采集學(xué)士學(xué)位論文 12 硬件相配合的豐富的軟件資源，使得它能夠方便地將實(shí)現(xiàn)世界中各種物理量數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)中，從而為計(jì)算機(jī)在測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮其強(qiáng)大的功能奠定了基礎(chǔ)。 要將數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)里，并對(duì)其進(jìn)行合理的組織，需要構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集（ Data AcQuisition， DAQ）系統(tǒng)。它包括：傳感器和變換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡（或裝置）、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)等。 使用不同的傳感器和變換器可以測(cè)量各種不同的物理量，并將它們轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；信號(hào)調(diào)理設(shè)備可對(duì)采集到 的電 信號(hào)進(jìn)行加工，使它們適合數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備的需求；計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡等獲得測(cè)量數(shù)據(jù)；軟件則控制著整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，它告訴采集設(shè)備什么時(shí)候從哪個(gè)通道獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)還對(duì)原始數(shù)據(jù)作分析處理，并將最后結(jié)果表示成容易理解的方式，例如圖表和文件等 1。 3.2.2 數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入（簡(jiǎn)稱 模入 ）、模擬輸出（簡(jiǎn)稱 模出 ）、數(shù)字 I/O、計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器等。 模擬輸入是采集卡最基本的功能 。它一般由多路開關(guān)（ MUX）、放大器（ Amplifier）、采樣保持電路（ S/H）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC）來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)模擬信號(hào)通過上述各部分后可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。 ADC 的性能和參數(shù)直接影響著采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量所需要的精度來選擇合適的 ADC。 模擬輸出通常是為采集系統(tǒng)提供激勵(lì)信號(hào)。輸出信號(hào)受數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ DAC）的建立時(shí)間、分辨率等因素影響。建立時(shí)間反映了輸出信號(hào)幅值改變的快慢，例如建立時(shí)間短的 DAC 可以提供頻率較高的信號(hào)。應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要考慮 DAC 的參數(shù)指標(biāo) 。 通用采集卡一般都有多個(gè)模入通道，但是 多數(shù)采集卡并非每個(gè)通道配置一個(gè) ADC，而是各通道共用一個(gè) ADC；在 ADC 之前一般有多路開關(guān)、儀用放大器和采樣保持器。通過采樣保持和多路開關(guān)的切換，可以實(shí)現(xiàn)多通道的采樣。 多通道的采樣方式有 3 種：循環(huán)采樣、同步采樣和間隔采樣。下面主要以框圖的方式對(duì)這三種采樣進(jìn)行說明： 1 循環(huán)采樣 圖 3.1 是兩通道循環(huán)采樣示意圖。其中，所有的通道共用一個(gè) S/H 和 ADC 設(shè)備。 學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 3.1 兩通道循環(huán)采樣示意圖 2 同步采樣 圖 3.2 為兩通道同步采樣的示意圖。當(dāng)通道間的關(guān)系很重要時(shí)，就需要用到同步采樣方式。 圖 3.2 兩通道同 步采樣示意圖 3 間隔采樣 圖 3.3 為通道 10 間隔采樣示意圖，設(shè)置相鄰?fù)ǖ篱g的掃描間隔為 5s ，則通道 1和通道 10 掃描間隔是 45s 。間隔采樣時(shí)性價(jià)比較高的一種采樣方式。 學(xué)士學(xué)位論文 14 圖 3.3 通道 10 間隔采樣示意圖 學(xué)士學(xué)位論文 15 4 設(shè)計(jì)方法 4.1 可行性研究及需求分析 4.1.1 開發(fā)背景 所謂“頻率”，就是周 期性信號(hào)在單位時(shí)間（一秒）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔 T 內(nèi)計(jì)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù) N，則其頻率可為 : F=N/T 在電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，頻率是一個(gè)最基本的參數(shù)，頻率與其它許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系。因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要，而且，目前在電子測(cè)量中，頻率測(cè)量精度是最高的。 4.1.2 需求分析 頻率是周期性信號(hào)參數(shù)的基本參量之一。目前普遍采用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量各種頻率。使用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有顯示直觀、操作方便以及精度較高的特點(diǎn)。 1 測(cè)量頻率 雙穩(wěn)態(tài)電路是各 種數(shù)字式儀器最基本、應(yīng)用最廣泛的二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路 4。將這種觸發(fā)電路依次串連起來，就構(gòu)成了電子計(jì)算機(jī)中常用的二進(jìn)制計(jì)數(shù)電路。再利用反饋電路進(jìn)行邏輯控制，可將十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)目多少，決定于串接的十進(jìn)制計(jì)數(shù)單元的個(gè)數(shù)。 如在十進(jìn)制計(jì)數(shù)系統(tǒng)中，加入兩個(gè)附加機(jī)構(gòu)，就可以構(gòu)成數(shù)字式計(jì)數(shù)器。圖 4.1 是其簡(jiǎn)化示意圖。 圖 4.1 數(shù)字式計(jì)數(shù)器 從圖 4.1 中可以看出，圖中附加了一個(gè)信號(hào)放大器（包括整形電路）和一個(gè)時(shí)間閘門電路。時(shí)間閘門是用來控制被測(cè)信號(hào)進(jìn)入十進(jìn)制 計(jì)數(shù)系統(tǒng)輸入端的時(shí)間，因此 學(xué)士學(xué)位論文 16 xf十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的讀數(shù) /閘門時(shí)間 N/T=輸入信號(hào)的頻率 (4.1) 式中， N 為計(jì)數(shù)器讀數(shù)， T 為閘門時(shí)間。 時(shí)間閘門由被定時(shí)脈沖控制的二極管或晶體管門電路組成，可以自動(dòng)的或手動(dòng)進(jìn)行控制。當(dāng)閘門閉合時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，所以計(jì)數(shù)數(shù)目的多少，由閘門時(shí)間和輸入信號(hào)的頻率決定。閘門斷開時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。所以結(jié)果被寄存器記憶，并顯示在儀器面板的數(shù)碼指示器上，直到“復(fù)零”脈沖 作用后，電路全部恢復(fù)原來零狀態(tài)，為下次計(jì)數(shù)作好準(zhǔn)備。這樣周而復(fù)始的進(jìn)行下去。 通?？刂崎l門的開始和關(guān)閉是由內(nèi)部準(zhǔn)確的時(shí)基信號(hào)發(fā)生器（即晶體振蕩器）和一組分頻電路組成。長(zhǎng)期穩(wěn)定度一般可達(dá) 105 10 /天，短期穩(wěn)定度達(dá) 91 10 /秒左右。通過一組 10 分頻器，將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)按 10 的冪次向下分頻，可以獲得一組不同的閘門時(shí)間。由施密特觸發(fā)電路形成寬度等于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的閘門脈沖，如圖 4.2 所示。 圖 4.2 產(chǎn)生閘門時(shí)間的電路 從圖中可以看出，實(shí)際上它也是一組十進(jìn)制計(jì)數(shù)單元。每經(jīng)過一個(gè)十進(jìn)計(jì)數(shù)單元，時(shí)基頻率就降為十分之一。根據(jù)串接的十進(jìn)計(jì)數(shù)單元級(jí)數(shù)的不同，可以獲得不同的閘門時(shí)間。圖 4.2 給出了 510 、 410 、 310 、 210 、 110 及 010 秒的各種閘門時(shí)間。它們均具有與時(shí)基信號(hào)相同的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。 如將圖 3.1 和圖 3.2 組合起來就構(gòu)成了一個(gè)完整的電子計(jì)數(shù)式頻率測(cè)量?jī)x器。 時(shí)間閘門的選擇開關(guān) K，在計(jì)數(shù)式頻率計(jì)上有三個(gè)不同的作用。 (1) 選擇所需的閘門時(shí)間，（ 2） 選擇與閘門時(shí)間相適應(yīng)的十進(jìn)位小數(shù)點(diǎn)的位置，（ 3）選擇與閘門時(shí)間相適應(yīng)的測(cè)量單位（如 Hz、 kHz及 MHz等）。 學(xué)士學(xué)位論文 17 2 測(cè)量周期 周期 T 是頻率 f的倒數(shù)，圖 3.3 是用電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測(cè)量信號(hào)周期 T 的方框圖。 圖 4.3 周期測(cè)量原理 此時(shí)被測(cè)信號(hào)作為時(shí)間閘門的控制信號(hào)，時(shí)基信號(hào)（ 1MHz）的頻率則作為加到十進(jìn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖。 通常時(shí)基信號(hào)經(jīng) K 次分頻后，送入時(shí)間閘門，其周期0T0kT，則 00xT N T N kT（ 4.2） 因此，顯示器的讀數(shù) (N)，可直接確定被測(cè)信號(hào)的周期xT。在測(cè)量比較低的頻率時(shí)，用測(cè)量周期的方法 比直觀測(cè)量頻率的方法有更高的準(zhǔn)確度和分辨力。測(cè)量的頻率愈低，周期測(cè)量法的準(zhǔn)確度就越高，這點(diǎn)在分析兩種方法測(cè)量誤差時(shí)，特別明顯。 但是在測(cè)量中，人們?cè)谕ㄟ^實(shí)驗(yàn)方法來求被測(cè)量的真值時(shí)，由于對(duì)客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)的局限性、測(cè)量器具不準(zhǔn)確、測(cè)量手段不完善、測(cè)量條件發(fā)生變化及測(cè)量工作中的疏忽或錯(cuò)誤等原因，都會(huì)使測(cè)量結(jié)果于真值不同，這個(gè)差別就是測(cè)量誤差。 （一）頻率測(cè)量誤差 ： 根據(jù)式（ 4.1），x f為xf N/T，因此 xxf NTf N T （ 4.3） 學(xué)士學(xué)位論文 18 式中，第一項(xiàng) /NN 稱為量化誤差，這是數(shù)字化測(cè)量?jī)x器所特有的誤差。第二項(xiàng)/TT 是閘門時(shí)間的相對(duì)誤差，這項(xiàng)誤差決定于晶體振蕩器（即時(shí)基信號(hào)）提供的標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度。以上兩項(xiàng)即為頻率測(cè)量的總誤差，稱為測(cè)頻誤差。 1. 量化誤差或 1 個(gè)字誤差 在測(cè)量頻率時(shí)，時(shí)間閘門和計(jì)數(shù)頻率信號(hào)之間是不同步的。這種閘門的啟動(dòng)和停止時(shí)刻與計(jì)數(shù)頻率信號(hào)的相位關(guān)系是隨機(jī)的，由此造成不可避免的“ 1 個(gè)字誤差”或“量化誤差”。圖 3.4 是此種誤差形成的原理圖。 圖 4.4 量化誤差或 1 個(gè)字誤差 設(shè)時(shí)間閘門第一次測(cè)量是從0t到1t，則 T=（1t0t）。它包含了從“ 1”到“ 10”共十個(gè)計(jì)數(shù)頻率的周期。因此，計(jì)數(shù)