几种秒信号产生电路的方案比较

周学红

扬州广播电视大学仪征分校（扬州 211400）

几种秒信号产生电路的方案比较

周学红

扬州广播电视大学仪征分校（扬州 211400）

在实际电子电路中，秒信号产生的电路应用较为普遍，获得稳定、精确的秒信号途径和方法有很多种，每一种电路各有其特点。

秒信号 产生 精度

在实际电子电路中，秒信号产生的电路应用较为普遍，如数字频率计电路、计数器电路、时钟控制电路等，都需要稳定、精确的秒信号作为时基信号。获得稳定、精确的秒信号途径和方法有很多种，每一种电路各有其特点。在指导电大高职电子专业类学生毕业设计的教学实践中采用了以下几种电路，他们各有千秋，各有特点，各有优劣，适用于不同要求的工作场合。

1 555定时器构成多谐振荡的秒信号产生电路

555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。利用它可以很容易地接成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器，秒信号产生电路就是选用555定时器构成多谐振荡器。原理图如下图1。

工作原理：接通电源后，电容C被充电，当uc上升到2/3Vcc时，使uo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到1/3VCC时，uo翻转为高电平。电容放电所需时间为：t2=R2C ln2≈0.7R2C；电容充电时间t1≈（R1+R2）C ln2≈0.7（R1+R2）C；波形如图2所示。

图1 555定时器构成多谐振荡电路图

图2 波形图

本电路的优点是制作线路简单，成本不高，调节电阻R1可以调节频率，可调节占空比。缺点是由于占空比是可调的不是标准的方波，波形失真较大，且频率的稳定性差。适用于频率精度要求不高的工作场所。

2 石英晶体振荡器分频构成秒信号电路

石英晶体主要成分是二氧化硅，它的物理化学性质十分稳定，Q值很高，可达104～106，选频特性非常好，构成的振荡器电路有一个极为稳定的串联谐振频率。电路的振荡频率取决于石英晶体的振荡频率。本例用二级反相器与石英晶体组成多谐振荡器。电路如图3示。R1、R2的作用是使U1A、U1B工作在线性放大区，C1的作用是正反馈耦合，晶振的作用是选频。本例的选用的晶振频率是10.000000 MHz的晶片。因此本振荡器的频率为10.000000 MHz。

图3 石英晶体振荡器电路

要获得1 Hz的秒信号必须要对10 MHz的晶振信号进行多次分频，本例是采用74LS390 双十进制计数器进行分频，图4是石英晶体构成的分频秒信号电路。

图4 石英晶体构成的分频秒信号电路

本电路的显著优点是频率稳定性极好，可达1.000000 Hz的精确度，若想得到高的频率稳定度，可采用辅助温度补偿电路，10.0 MHz的频率稳定度可达到1-2个PPm，且波形失真小。该电路的唯一缺点是线路稍复杂，制作成本略高。适用于对秒信号要求十分严格的电路中，如高精度数字式频率计中的计数闸门。

3 14级二进制串行计数器/分频器CC4060构成秒信号产生电路

14级二进制串行计数器/分频器CC4060由两部分组成，一部分是14级分频器，另一部分是振荡器。振荡器外接用电子表的石英晶体，构成频率为32768 Hz（=215）的振荡器，32768 Hz经过CC4060十四级分频后为2 HZ，再经过一个D触发器组成的T’触发器二分频，就得到1 HZ秒信号，D触发器选用74 LS74。电路如图5所示。其中R2为直流负反馈电阻，使CC4060内部与非门工作于传输特性的线性转折区，本例取2 MΩ。C6，C7用于稳定振荡，本例取100 pF。R1C5组成上电复位电路，在接通电源瞬间产生一个微分脉冲，使CC4060输出清0，分别取10 kΩ、10 µF。

图5 CC4060构成秒信号产生电路

本方案电路的优点是电路简单，制成容易，成本较低，且频率的准确度也较好。可作为时钟电路的秒信号源，但其频率稳定度不及上一种电路。

4 单片机产生标准秒信号电路

用单片机产生标准秒信号的优点是硬件电路简单，可靠性好，输出波形好，且频率稳定度与晶体相同。

但由于是利用单片机内部的计数器进行自动计数器，且必须靠“中断”服务程序来实现秒信号的生成，由于CPU对中断响应时间的不确定性的关系，因而每个秒周期均存有数微秒的时间延迟，倘若对其进行适当的软件补偿并反复进行修正调试，也可使延迟时间减至最小，从而也可获得更加精确的秒信号，且可获得晶振级的频率稳定度。

用单片机产生标准秒信号的电路很简单，凡是具有“定时/计数”功能的单片机均可胜任，现以AT89C2051单片机为例，其硬件电路如图6所示。

图6 单片机产生标准秒信号电路硬件图

电路组成说明：

由C1R1组成单片机上电复位电路，

由C2C3和6.000 MHz晶体组成单片机时钟振荡电路，

由R2Q1Q2R3R4和C4组成秒信号输出电路，单片机的P3.4（T0）口用作定时器。

AT89C2051实现秒信号输出的汇编程序如下：

以上电路在指导学生制作时，全部调试成功，且运行正常。

在实际的教学实践中，我们应多作探讨，多作研究，以尽可能的让学生多动手，多思维；开动学生的脑筋，培养他们的应用能力、实践能力、创新能力，以适应新时代对高职学生培养需求。

苗君明）