幾種秒信號產生電路的方案比較

周學紅

揚州廣播電視大學儀征分校（揚州 211400）

幾種秒信號產生電路的方案比較

周學紅

揚州廣播電視大學儀征分校（揚州 211400）

在實際電子電路中，秒信號產生的電路應用較為普遍，獲得穩(wěn)定、精確的秒信號途徑和方法有很多種，每一種電路各有其特點。

秒信號 產生 精度

在實際電子電路中，秒信號產生的電路應用較為普遍，如數(shù)字頻率計電路、計數(shù)器電路、時鐘控制電路等，都需要穩(wěn)定、精確的秒信號作為時基信號。獲得穩(wěn)定、精確的秒信號途徑和方法有很多種，每一種電路各有其特點。在指導電大高職電子專業(yè)類學生畢業(yè)設計的教學實踐中采用了以下幾種電路，他們各有千秋，各有特點，各有優(yōu)劣，適用于不同要求的工作場合。

1 555定時器構成多諧振蕩的秒信號產生電路

555定時器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應用極為廣泛。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，秒信號產生電路就是選用555定時器構成多諧振蕩器。原理圖如下圖1。

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

圖1 555定時器構成多諧振蕩電路圖

圖2 波形圖

本電路的優(yōu)點是制作線路簡單，成本不高，調節(jié)電阻R1可以調節(jié)頻率，可調節(jié)占空比。缺點是由于占空比是可調的不是標準的方波，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所。

2 石英晶體振蕩器分頻構成秒信號電路

石英晶體主要成分是二氧化硅，它的物理化學性質十分穩(wěn)定，Q值很高，可達104～106，選頻特性非常好，構成的振蕩器電路有一個極為穩(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的秒信號必須要對10 MHz的晶振信號進行多次分頻，本例是采用74LS390 雙十進制計數(shù)器進行分頻，圖4是石英晶體構成的分頻秒信號電路。

圖4 石英晶體構成的分頻秒信號電路

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

3 14級二進制串行計數(shù)器/分頻器CC4060構成秒信號產生電路

14級二進制串行計數(shù)器/分頻器CC4060由兩部分組成，一部分是14級分頻器，另一部分是振蕩器。振蕩器外接用電子表的石英晶體，構成頻率為32768 Hz（=215）的振蕩器，32768 Hz經(jīng)過CC4060十四級分頻后為2 HZ，再經(jīng)過一個D觸發(fā)器組成的T’觸發(fā)器二分頻，就得到1 HZ秒信號，D觸發(fā)器選用74 LS74。電路如圖5所示。其中R2為直流負反饋電阻，使CC4060內部與非門工作于傳輸特性的線性轉折區(qū)，本例取2 MΩ。C6，C7用于穩(wěn)定振蕩，本例取100 pF。R1C5組成上電復位電路，在接通電源瞬間產生一個微分脈沖，使CC4060輸出清0，分別取10 kΩ、10 μF。

圖5 CC4060構成秒信號產生電路

本方案電路的優(yōu)點是電路簡單，制成容易，成本較低，且頻率的準確度也較好。可作為時鐘電路的秒信號源，但其頻率穩(wěn)定度不及上一種電路。

4 單片機產生標準秒信號電路

用單片機產生標準秒信號的優(yōu)點是硬件電路簡單，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內部的計數(shù)器進行自動計數(shù)器，且必須靠“中斷”服務程序來實現(xiàn)秒信號的生成，由于CPU對中斷響應時間的不確定性的關系，因而每個秒周期均存有數(shù)微秒的時間延遲，倘若對其進行適當?shù)能浖a償并反復進行修正調試，也可使延遲時間減至最小，從而也可獲得更加精確的秒信號，且可獲得晶振級的頻率穩(wěn)定度。

用單片機產生標準秒信號的電路很簡單，凡是具有“定時/計數(shù)”功能的單片機均可勝任，現(xiàn)以AT89C2051單片機為例，其硬件電路如圖6所示。

圖6 單片機產生標準秒信號電路硬件圖

電路組成說明：

由C1R1組成單片機上電復位電路，

由C2C3和6.000 MHz晶體組成單片機時鐘振蕩電路，

由R2Q1Q2R3R4和C4組成秒信號輸出電路，單片機的P3.4（T0）口用作定時器。

AT89C2051實現(xiàn)秒信號輸出的匯編程序如下：

以上電路在指導學生制作時，全部調試成功，且運行正常。

在實際的教學實踐中，我們應多作探討，多作研究，以盡可能的讓學生多動手，多思維；開動學生的腦筋，培養(yǎng)他們的應用能力、實踐能力、創(chuàng)新能力，以適應新時代對高職學生培養(yǎng)需求。

苗君明）