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1、課題 第五章電子計(jì)數(shù)器5.1概述教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力: 掌握電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi)、主要技術(shù)性能。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,掌握電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi)、主要技術(shù)性能。情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi)、主要技術(shù)性能。教學(xué)難點(diǎn)電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi)、主要技術(shù)性能。新授課5.1概述5.1.1電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi)按測(cè)試功能:(1)通用計(jì)數(shù)器多功能計(jì)數(shù)器。具有測(cè)量頻率、周期、頻率比、時(shí)間間隔和累加計(jì)數(shù)等功能。配以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換插件,還可擴(kuò)展測(cè)試功能。(2)頻率計(jì)數(shù)器具有測(cè)頻和計(jì)數(shù)功能。(3)計(jì)算計(jì)數(shù)器帶有微處理器具有計(jì)算功能。數(shù)學(xué)運(yùn)算、求解比較復(fù)雜的方程等??沙炭嘏c計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量
2、。5.1.2電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能1測(cè)試功能測(cè)量頻率、周期、頻率比、時(shí)間間隔和累加計(jì)數(shù)等功能。2測(cè)量范圍儀器的有效測(cè)量范圍。3輸入特性(1)輸入靈敏度工作所需輸入的最小電壓。(2)輸入耦合方式AC耦合和DC耦合。AC耦合:被測(cè)信號(hào)經(jīng)隔直電容輸入;DC耦合:被測(cè)信號(hào)直接輸入(適于低頻及脈沖信號(hào))。(3)輸入阻抗包括輸入電阻和輸入電容。高阻抗適于:頻率不太高,減小對(duì)信號(hào)源的負(fù)載影響。低阻抗適于:頻率較高。(4)最大輸入電壓4測(cè)量準(zhǔn)確度表示:常用測(cè)量誤差。決定:由時(shí)基誤差(由晶體管振蕩器的穩(wěn)定度確定)和計(jì)數(shù)誤差(主要指量化誤差)。5閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)由機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)源提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。包括:閘門(mén)時(shí)
3、間信號(hào)和時(shí)標(biāo)信號(hào)。6顯示及工作方式(1)顯示位數(shù)(2)顯示時(shí)間(3)顯示方式記憶:只顯示最終計(jì)數(shù)的結(jié)果。不記憶:顯示正在計(jì)數(shù)的過(guò)程。(4)顯示器件7輸出輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(頻率)信號(hào)的種類(lèi)、輸出數(shù)據(jù)的編碼方式及輸出電平等。練習(xí)習(xí)題小結(jié)電子計(jì)數(shù)器的分類(lèi):通用計(jì)數(shù)器、頻率計(jì)數(shù)器、計(jì)算計(jì)數(shù)器。布置作業(yè)習(xí)題課題 5.2通用電子計(jì)數(shù)器教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力: 理解通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成原理。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,理解通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成原理。情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成原理。教學(xué)難點(diǎn)通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成原理。新授課5.2通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成
4、通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成原理框圖如圖所示。1A、B輸入通道作用:被測(cè)信號(hào)放大、整形成標(biāo)準(zhǔn)脈沖。A通道輸出脈沖:計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào),門(mén)控信號(hào)作用時(shí)間通過(guò)主門(mén)計(jì)數(shù);B通道輸出脈沖:控制門(mén)控信號(hào)的作用時(shí)間。2主門(mén)(又稱(chēng)為閘門(mén))作用:控制計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)能否進(jìn)入計(jì)數(shù)器。主門(mén)電路:一個(gè)雙輸入端邏輯與門(mén),如圖所示。一個(gè)輸入端 門(mén)控信號(hào)(控制單元中門(mén)控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器);另一個(gè)輸入端 計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)。門(mén)控信號(hào)作用時(shí),計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)主門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。3時(shí)基單元組成:晶體振蕩器、分頻及倍頻器。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)分類(lèi): 閘門(mén)信號(hào)(時(shí)間較長(zhǎng)):根據(jù)分頻技術(shù)的不同多選。 時(shí)標(biāo)信號(hào)(時(shí)間較短):可為單選,也可為多選。4控制單元作用:產(chǎn)生
5、控制信號(hào),各單元的工作,使整機(jī)自動(dòng)完成測(cè)量。門(mén)控雙穩(wěn)態(tài)電路:控制主門(mén)的開(kāi)閉。5計(jì)數(shù)與顯示單元作用:對(duì)主門(mén)輸出的脈沖計(jì)數(shù)并以十進(jìn)制數(shù)字顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。組成:二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)字顯示器等。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1電子計(jì)數(shù)器的基本組成:A、B輸入通道、時(shí)基單元、主門(mén)、控制單元、計(jì)數(shù)與顯示單元。2電子計(jì)數(shù)器各部分作用:輸入通道:將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大、整形,使其變換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖。主門(mén):控制計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)能否進(jìn)入計(jì)數(shù)器??刂茊卧寒a(chǎn)生各種控制信號(hào)去控制和協(xié)調(diào)通用計(jì)數(shù)器各單元的工作,以使整機(jī)按一定的工作程序自動(dòng)完成測(cè)量任務(wù)。計(jì)數(shù)與顯示單元:對(duì)主門(mén)輸出的脈沖技術(shù)并以十進(jìn)制數(shù)字顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。布置作業(yè)習(xí)題課題 5.3通用電
6、子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理(一)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力:理解通用電子計(jì)數(shù)器的周期、頻率。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)理解通用電子計(jì)數(shù)器的周期、頻率。教學(xué)難點(diǎn)理解通用電子計(jì)數(shù)器的周期、頻率。新授課5.3通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理5.3.1測(cè)量頻率求解方法:測(cè)量原理框圖如圖所示。 被測(cè)信號(hào) ® 放大、整形(經(jīng)A輸入通道)® 序列脈沖 ® 主門(mén) 晶振產(chǎn)生振蕩信號(hào)fs(Ts)® 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖信號(hào)(kf,Ts)® 門(mén)控信號(hào) ® 控制主門(mén)的“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”® 主門(mén)開(kāi)啟 ® 序列脈沖
7、® 計(jì)數(shù)(經(jīng)主門(mén)輸入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器)® 計(jì)數(shù)結(jié)果N轉(zhuǎn)換為頻率值顯示。即:式中Kf為分頻器系數(shù)。注意:(1)門(mén)控信號(hào)的脈寬 分頻器輸出的觸發(fā)信號(hào)的周期。(2)閘門(mén)時(shí)間T:10n s(n為整數(shù)),計(jì)數(shù)結(jié)果無(wú)須換算。5.3.2測(cè)量周期測(cè)量周期的原理框圖如圖所示。為提高測(cè)量精確度,采用多周期法(又稱(chēng)周期倍乘),即在B通道后加設(shè)幾級(jí)十進(jìn)制分頻器(設(shè)分頻器系數(shù)為Kf),使主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間擴(kuò)展Kf 倍。如果仍用Ts(fs)作時(shí)標(biāo)信號(hào),則其計(jì)數(shù)結(jié)果為周期倍乘率(Kf)的改變與顯示屏上的小數(shù)點(diǎn)位置的移動(dòng)同步進(jìn)行,故使用者無(wú)須對(duì)計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行換算,即可直接讀出測(cè)量結(jié)果。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1測(cè)量頻率公式:2測(cè)
8、量周期公式:布置作業(yè)習(xí)題課題 5.3通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理(二)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力: 理解通用電子計(jì)數(shù)器的頻率比、時(shí)間間隔。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,理解通用電子計(jì)數(shù)器頻率比、時(shí)間間隔。情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)通用電子計(jì)數(shù)器的頻率比、時(shí)間間隔。教學(xué)難點(diǎn)通用電子計(jì)數(shù)器的頻率比、時(shí)間間隔。新授課5.3.3測(cè)量頻率比測(cè)量頻率比原理框圖如圖所示。當(dāng)fA > fB, fB(由B通道輸入) ® 放大整形 ® 控制主門(mén)的啟閉,門(mén)控信號(hào)的脈寬 B通道輸入信號(hào)的周期fA由A通道輸入 ® 放大整形,作為計(jì)數(shù)脈沖® 主門(mén)開(kāi)啟
9、4; 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果為直接顯示測(cè)量結(jié)果。多周期的測(cè)量方法(提高精度):在B通道后,加設(shè)分頻器,對(duì)fB進(jìn)行Kf次分頻,使主門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間擴(kuò)展Kf倍,于是不同Kf時(shí),小數(shù)點(diǎn)相應(yīng)變化,直接讀出測(cè)量結(jié)果,但有效數(shù)字位數(shù)變化。5.3.4測(cè)量時(shí)間間隔測(cè)量時(shí)間間隔的原理框圖如右圖所示。測(cè)量過(guò)程:工作開(kāi)關(guān)S置“分”位置 : 時(shí)間超前信號(hào) ® A通道放大整形 ® 啟動(dòng)門(mén)控電路 ® 開(kāi)啟主門(mén) ® 計(jì)數(shù)。 時(shí)間滯后信號(hào) ® B通道放大整形 ® 復(fù)原門(mén)控電路 ® 關(guān)閉主門(mén) ® 停止計(jì)數(shù)。時(shí)標(biāo)信號(hào)Ts計(jì)數(shù)有關(guān)波形如圖所示。主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間計(jì)
10、數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果N與兩脈沖信號(hào)間的時(shí)間間隔td的關(guān)系為td = NTs注意:(1)A、B通道內(nèi)分別設(shè)置有斜率(極性)選擇和觸發(fā)電平調(diào)節(jié),用于在被測(cè)時(shí)間間隔的起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻決定主門(mén)的開(kāi)閉。(2)測(cè)量一個(gè)脈沖信號(hào)內(nèi)的時(shí)間間隔時(shí),將工作開(kāi)關(guān)S置“合”的位置。兩通道輸入并聯(lián),被測(cè)信號(hào)由此公共輸入端輸入。調(diào)節(jié)兩個(gè)通道的觸發(fā)斜率和電平可測(cè)量脈沖信號(hào)的脈沖寬度、前沿、休止期等參數(shù)。練習(xí)習(xí)題小結(jié)1測(cè)量頻率公式:2測(cè)量周期公式:3測(cè)量頻率比公式:布置作業(yè)習(xí)題課題 5.3通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理(三)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力: 理解電子計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)、自校過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,理解電子計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)、自校
11、情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)電子計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)、自校教學(xué)難點(diǎn)電子計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)、自校新授課5.3.5累加計(jì)數(shù)累加計(jì)數(shù)的原理框圖如圖所示。門(mén)控電路:人工控制。啟動(dòng)后,主門(mén)開(kāi)啟,輸入脈沖通過(guò)主門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù);門(mén)控雙穩(wěn)電路被復(fù)原后,主門(mén)關(guān)閉,計(jì)數(shù)停止。顯示器直接顯示累加計(jì)數(shù)的總和。注意:在開(kāi)啟主門(mén)前,應(yīng)先做復(fù)零操作。5.3.6自校自校的原理圖如圖所示。工作過(guò)程(同時(shí)進(jìn)行): 晶體振蕩器 ® 時(shí)標(biāo)信號(hào)(經(jīng)系數(shù)為m倍頻器)作為計(jì)數(shù)信號(hào)。 晶體振蕩器 ® 閘門(mén)時(shí)間信號(hào)T(經(jīng)過(guò)Kf分頻電路):門(mén)控電路的觸發(fā)信號(hào)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果:取決于時(shí)標(biāo)信號(hào)和閘門(mén)時(shí)間信
12、號(hào),則據(jù)上式實(shí)現(xiàn)自校。練習(xí)習(xí)題小結(jié)主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果N與兩脈沖信號(hào)間的時(shí)間間隔td的關(guān)系為td = NTs。布置作業(yè)習(xí)題課題 5.4電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力:1掌握電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差來(lái)源。2掌握頻率測(cè)量誤差分析、周期測(cè)量誤差分析。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)頻率測(cè)量誤差分析、周期測(cè)量誤差分析。教學(xué)難點(diǎn)頻率測(cè)量誤差分析、周期測(cè)量誤差分析。新授課5.4電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差5.4.1誤差來(lái)源1量化誤差(計(jì)數(shù)誤差)原因:主門(mén)的開(kāi)啟和計(jì)數(shù)脈沖的到達(dá)時(shí)間關(guān)系上是隨機(jī)的。因此,在相同的主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間內(nèi),計(jì)數(shù)器對(duì)同樣的脈沖串進(jìn)行計(jì)
13、數(shù)時(shí),計(jì)數(shù)結(jié)果不一定相同。測(cè)量頻率或時(shí)間時(shí),量化的最小單位是數(shù)碼的一個(gè)字,即量化的結(jié)果只能取整數(shù),故這種誤差的極限是 ± 1,因此它的相對(duì)誤差為N越大,量化誤差越小。2標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差原因:測(cè)量頻率和時(shí)間是以晶體振蕩器產(chǎn)生的各種標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)為準(zhǔn)的。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)不準(zhǔn)或不穩(wěn)定則會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。3觸發(fā)誤差原因:信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程存在干擾和噪聲的影響,電路本身的觸發(fā)電平產(chǎn)生漂移。大?。号c被測(cè)信號(hào)的大小和轉(zhuǎn)換電路的信噪比有關(guān)。結(jié)論:測(cè)量頻率、周期時(shí),提高信噪比,被測(cè)信號(hào)不宜衰減過(guò)大(測(cè)量時(shí)間忽略估計(jì))。5.4.2頻率測(cè)量誤差分析決定:量化誤差。由 fx = N/T其中T:晶振信號(hào)分頻,常數(shù),所以,即式
14、中為量化誤差。因?yàn)? ± 1,故有結(jié)論:誤差的影響因素是被測(cè)信號(hào)頻率和閘門(mén)時(shí)間。fx一定時(shí),增大T或增大N可減小測(cè)頻誤差。5.4.3周期測(cè)量誤差分析減小觸發(fā)誤差:提高信噪比和多周期測(cè)量法。量化誤差的影響:推倒得:結(jié)論:量化誤差隨著fx的升高而增大,fx過(guò)高時(shí),直接測(cè)頻法測(cè)量頻率fx后再求Tx。多周期法:將被測(cè)信號(hào)分頻以增加主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間。此時(shí)練習(xí)習(xí)題小結(jié)1誤差來(lái)源:量化誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差、觸發(fā)誤差。2測(cè)頻率誤差:主要由量化誤差決定。3減小觸發(fā)誤差的影響:提高信噪比和多周期測(cè)量法。布置作業(yè)習(xí)題課題 5.5E312A型通用電子計(jì)數(shù)器(一)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力: 掌握E312A型通用電子計(jì)數(shù)器
15、的主要技術(shù)性能、基本工作原理、基本測(cè)量方法。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)E312A型通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能、基本工作原理、基本測(cè)量方法。教學(xué)難點(diǎn)E312A型通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能、基本工作原理、基本測(cè)量方法。新授課5.5E312A型通用電子計(jì)數(shù)器5.5.1主要技術(shù)性能1頻率測(cè)量輸入端:A通道。測(cè)量范圍:1 Hz 10 MHz。輸入端為AC耦合:適于正弦波;為DC耦合時(shí):適于脈沖波、三角波或鋸齒波。閘門(mén)時(shí)間:10 ms、0.1 s、1 s、10 s四檔。測(cè)量單位為:ms。小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位。2周期測(cè)量輸入端:A通道。測(cè)量范圍:0.4
16、ms 10 s。多周期測(cè)量,倍乘率有´100、´101、´102、´103四檔。測(cè)量單位為:ms。小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位。3頻率比測(cè)量輸入端:A、B通道。測(cè)量范圍:A為1 Hz 10 MHz;B為1 Hz 2.5 MHz多周期測(cè)量,倍乘率有´100、´101、´102、´103四檔。無(wú)單位顯示。小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位。4脈沖時(shí)間間隔測(cè)量輸入端:雙線(xiàn)A、B通道;單線(xiàn)A通道。測(cè)量范圍: 0.25 ms (107-1) ms。要求脈寬 0.5 ms,休止期 0.5 ms。測(cè)量單位為:ms。小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位。5計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)最大值為108 - 1
17、;小數(shù)點(diǎn)在數(shù)字右邊;6輸入阻抗A、B段輸入電阻500 kW,輸入電容30 pF。7晶體振蕩器振蕩頻率:5 MHz,穩(wěn)定度1×10-8/d(日)8顯示及工作方式8位LED記憶顯示、自動(dòng)復(fù)原,顯示時(shí)間為0.2 s加測(cè)量時(shí)間;可人工復(fù)原和保持。練習(xí)習(xí)題小結(jié)E312A型通用計(jì)數(shù)器組成:輸入通道、計(jì)數(shù)/控制邏輯單元、晶體振蕩器、LED顯示器及電源。布置作業(yè)習(xí)題課題 5.5E312A型通用電子計(jì)數(shù)器(二)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力: 掌握E312A型通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能、基本工作原理、基本測(cè)量方法。過(guò)程與方法: 通過(guò)觀察和講解,情感、態(tài)度與價(jià)值觀: 培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度教學(xué)重點(diǎn)E312A型通
18、用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能、基本工作原理、基本測(cè)量方法。教學(xué)難點(diǎn)E312A型通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能、基本工作原理、基本測(cè)量方法。新授課5.5.2基本工作原理組成:輸入通道、計(jì)數(shù)/控制邏輯單元、晶體振蕩器、LED顯示器及電源。整機(jī)原理圖如圖所示。A、B輸入通道:衰減器、輸入保護(hù)電路、阻抗變換器、放大器、整形器、三態(tài)燈指示電路以及控制選擇門(mén)組成,其原理框圖如圖所示。1工作過(guò)程被測(cè)信號(hào)(經(jīng)輸入通道)® 放大整形 ® 矩形波 ® 控制選擇門(mén)(選擇上升或下降沿)® 技術(shù)/控制邏輯單元。2電路的各部分作用三態(tài)燈指示電路:來(lái)監(jiān)測(cè)整形電路的工作情況,當(dāng)整形電路工作正常時(shí),它將被觸發(fā),指示燈閃爍點(diǎn)亮。計(jì)數(shù)/控制邏輯單元(核心):直接驅(qū)動(dòng)外界的8位LED顯示器,以?huà)呙栊问斤@示測(cè)量結(jié)果。3電路基本功能具有BCD碼輸出、復(fù)原輸出、記憶輸出、段碼輸出和掃描位脈沖輸出,還具有時(shí)鐘輸入、閘門(mén)時(shí)間(周期倍乘)輸入、功能輸入、復(fù)原輸入、保持輸入及A、B輸入。其原理框圖如圖所示。ICM7226B芯片介紹功能輸入端:與不同的掃描位脈沖輸出端連接時(shí),測(cè)量功能發(fā)生變化,可分別完成如圖所示功能。閘門(mén)時(shí)間輸入端:與不同的掃描位脈沖輸出端連接時(shí),可獲得10 ms
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