周學(xué)紅

揚(yáng)州廣播電視大學(xué)儀征分校（揚(yáng)州 211400）

幾種秒信號(hào)產(chǎn)生電路的方案比較

周學(xué)紅

揚(yáng)州廣播電視大學(xué)儀征分校（揚(yáng)州 211400）

在實(shí)際電子電路中，秒信號(hào)產(chǎn)生的電路應(yīng)用較為普遍，獲得穩(wěn)定、精確的秒信號(hào)途徑和方法有很多種，每一種電路各有其特點(diǎn)。

秒信號(hào) 產(chǎn)生 精度

在實(shí)際電子電路中，秒信號(hào)產(chǎn)生的電路應(yīng)用較為普遍，如數(shù)字頻率計(jì)電路、計(jì)數(shù)器電路、時(shí)鐘控制電路等，都需要穩(wěn)定、精確的秒信號(hào)作為時(shí)基信號(hào)。獲得穩(wěn)定、精確的秒信號(hào)途徑和方法有很多種，每一種電路各有其特點(diǎn)。在指導(dǎo)電大高職電子專業(yè)類學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐中采用了以下幾種電路，他們各有千秋，各有特點(diǎn)，各有優(yōu)劣，適用于不同要求的工作場(chǎng)合。

1 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩的秒信號(hào)產(chǎn)生電路

555定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。利用它可以很容易地接成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，秒信號(hào)產(chǎn)生電路就是選用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器。原理圖如下圖1。

工作原理：接通電源后，電容C被充電，當(dāng)uc上升到2/3Vcc時(shí)，使uo為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到1/3VCC時(shí)，uo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容放電所需時(shí)間為：t2=R2C ln2≈0.7R2C；電容充電時(shí)間t1≈（R1+R2）C ln2≈0.7（R1+R2）C；波形如圖2所示。

圖1 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩電路圖

圖2 波形圖

本電路的優(yōu)點(diǎn)是制作線路簡(jiǎn)單，成本不高，調(diào)節(jié)電阻R1可以調(diào)節(jié)頻率，可調(diào)節(jié)占空比。缺點(diǎn)是由于占空比是可調(diào)的不是標(biāo)準(zhǔn)的方波，波形失真較大，且頻率的穩(wěn)定性差。適用于頻率精度要求不高的工作場(chǎng)所。

2 石英晶體振蕩器分頻構(gòu)成秒信號(hào)電路

石英晶體主要成分是二氧化硅，它的物理化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，Q值很高，可達(dá)104～106，選頻特性非常好，構(gòu)成的振蕩器電路有一個(gè)極為穩(wěn)定的串聯(lián)諧振頻率。電路的振蕩頻率取決于石英晶體的振蕩頻率。本例用二級(jí)反相器與石英晶體組成多諧振蕩器。電路如圖3示。R1、R2的作用是使U1A、U1B工作在線性放大區(qū)，C1的作用是正反饋耦合，晶振的作用是選頻。本例的選用的晶振頻率是10.000000 MHz的晶片。因此本振蕩器的頻率為10.000000 MHz。

圖3 石英晶體振蕩器電路

要獲得1 Hz的秒信號(hào)必須要對(duì)10 MHz的晶振信號(hào)進(jìn)行多次分頻，本例是采用74LS390 雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，圖4是石英晶體構(gòu)成的分頻秒信號(hào)電路。

圖4 石英晶體構(gòu)成的分頻秒信號(hào)電路

本電路的顯著優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定性極好，可達(dá)1.000000 Hz的精確度，若想得到高的頻率穩(wěn)定度，可采用輔助溫度補(bǔ)償電路，10.0 MHz的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到1-2個(gè)PPm，且波形失真小。該電路的唯一缺點(diǎn)是線路稍復(fù)雜，制作成本略高。適用于對(duì)秒信號(hào)要求十分嚴(yán)格的電路中，如高精度數(shù)字式頻率計(jì)中的計(jì)數(shù)閘門。

3 14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器CC4060構(gòu)成秒信號(hào)產(chǎn)生電路

14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器/分頻器CC4060由兩部分組成，一部分是14級(jí)分頻器，另一部分是振蕩器。振蕩器外接用電子表的石英晶體，構(gòu)成頻率為32768 Hz（=215）的振蕩器，32768 Hz經(jīng)過CC4060十四級(jí)分頻后為2 HZ，再經(jīng)過一個(gè)D觸發(fā)器組成的T’觸發(fā)器二分頻，就得到1 HZ秒信號(hào)，D觸發(fā)器選用74 LS74。電路如圖5所示。其中R2為直流負(fù)反饋電阻，使CC4060內(nèi)部與非門工作于傳輸特性的線性轉(zhuǎn)折區(qū)，本例取2 MΩ。C6，C7用于穩(wěn)定振蕩，本例取100 pF。R1C5組成上電復(fù)位電路，在接通電源瞬間產(chǎn)生一個(gè)微分脈沖，使CC4060輸出清0，分別取10 kΩ、10 μF。

圖5 CC4060構(gòu)成秒信號(hào)產(chǎn)生電路

本方案電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，制成容易，成本較低，且頻率的準(zhǔn)確度也較好?？勺鳛闀r(shí)鐘電路的秒信號(hào)源，但其頻率穩(wěn)定度不及上一種電路。

4 單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)電路

用單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，可靠性好，輸出波形好，且頻率穩(wěn)定度與晶體相同。

但由于是利用單片機(jī)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)器，且必須靠“中斷”服務(wù)程序來實(shí)現(xiàn)秒信號(hào)的生成，由于CPU對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)間的不確定性的關(guān)系，因而每個(gè)秒周期均存有數(shù)微秒的時(shí)間延遲，倘若對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)能浖a(bǔ)償并反復(fù)進(jìn)行修正調(diào)試，也可使延遲時(shí)間減至最小，從而也可獲得更加精確的秒信號(hào)，且可獲得晶振級(jí)的頻率穩(wěn)定度。

用單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)的電路很簡(jiǎn)單，凡是具有“定時(shí)/計(jì)數(shù)”功能的單片機(jī)均可勝任，現(xiàn)以AT89C2051單片機(jī)為例，其硬件電路如圖6所示。

圖6 單片機(jī)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)電路硬件圖

電路組成說明：

由C1R1組成單片機(jī)上電復(fù)位電路，

由C2C3和6.000 MHz晶體組成單片機(jī)時(shí)鐘振蕩電路，

由R2Q1Q2R3R4和C4組成秒信號(hào)輸出電路，單片機(jī)的P3.4（T0）口用作定時(shí)器。

AT89C2051實(shí)現(xiàn)秒信號(hào)輸出的匯編程序如下：

以上電路在指導(dǎo)學(xué)生制作時(shí)，全部調(diào)試成功，且運(yùn)行正常。

在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，我們應(yīng)多作探討，多作研究，以盡可能的讓學(xué)生多動(dòng)手，多思維；開動(dòng)學(xué)生的腦筋，培養(yǎng)他們的應(yīng)用能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，以適應(yīng)新時(shí)代對(duì)高職學(xué)生培養(yǎng)需求。

苗君明）