秒脉冲

第二章：单元电路设计

2.1、脉冲信号发生器：

本设计采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。555定时器是一种用途广泛的数字-模拟混合中规模集成电路，在波形的产生与变换、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域等许多领域中得到了应用。555定时器功能多样，应用广泛，只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路。

图2-1是555 定时器电路结构简化原理图和引脚标识。由电路原理图图2-1可见，该集成电路的内部包括：两个电压比较器C1、C2，三个等值串联电阻分压电路，一个基本RS 触发器，一个放电管

T及缓冲器G4组成。它提供两个基

D

准电压Vcc/3和2Vcc/3。

图2-1 555定时器电路结构图

多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外

还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图2-2所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc的初始值为0V，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管

T截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规

D

律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管

T导通，电容

D

C通过R2到地放电，uc开始下降，当uc降到Ucc/3时，输出uo又翻回到1状态。放电管

T截止，电容C又开始充电。如此周而复始，就可在3脚输出矩形

D

波信号。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc 之间变化。图2-3所示为工作波形。

把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，从（2/3）Vcc下降到（1/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第二暂稳态。其维持时间的长短与电容的充放电时间有关。

充电时间：

T1≈0.7(R1+R2)C，

放电时间：

T2≈0.7R2C，

所以输出矩形波的周期：

T=T1+T2≈0.7(R1+2R2)C，

振荡频率：

f=1/T≈1.44/(R1+2R2)C

占空比：

q=（R1+R2)/(R1+2R2)，

有T=1s，考虑q，令C=10μf，R1= R2 =48KΩ。

电路图如下所示：

图2-2:输出为秒脉冲的多谐振荡器的电路连接图

图2-3：秒脉冲信号发生器的波形输出图

为了使输入的脉冲发生器更加稳定可靠，本设计中，我们采用了分频器，将多谐振荡器的参数经过合理的调整使得输出周期变为0.1毫秒，并把输出连接到十进制减计数器74LS192的脉冲输入端，这样，采用十分频后的输出秒脉冲能更加稳定可靠。具体连接电路图及实验结果如下：

图2-4经分频的秒脉冲信号发生器的连接实物图

图2-5 经分频的秒脉冲信号发生器的输出波形图

限于555定时器精度，还可以考虑更精准的石英晶体振荡器构成的秒脉冲信号发生器。下面介绍的一种秒信号发生器可用在LED数字钟中，为数字钟提供秒基准信号。由于软件原因，并没对其进行仿真。

图1.5 晶振秒脉冲信号发生器

电路中利用CD4060组成两部分电路。一部分是14级分频器，其最高分频数为16384;另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成振荡频率为32768Hz的振荡器。震荡器输出经14级分频后在输出端Q14上得到1/2秒脉冲并送入由1/2 CD4518构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。检验电路是否工作，可测量CD4060的9脚有无振荡信号输出。调整微调电容可校准振荡频率。