基于60Hz脉冲的发生电路设计

　　60Hz脉冲信号是时钟电路常用到的信号。本文介绍一种60Hz脉冲信号发生电路，分析其存在的误差，并给出减少误差的改进电路。

　　电路组成　图1示出的60Hz脉冲信号发生电路，由石英晶体多谐振荡器和分频器两部分电路组成，其中IC1为“非”门电路CD4069，IC2为分频集成电路CD4040，JT为32768Hz石英晶体。　　石英晶体、“非”门1和“非”门2组成石英晶体多谐振荡器，晶体JT和电容C1在电路中形成正反馈。晶体在它的固有串联谐振频率点f0的等效阻抗最小，所以电路的振荡频率就取决于晶体的固有串联谐振频率，与外接电阻R1、电容C1的参数无关。由于石英晶体的频率稳定度可达10－10～10－11，所以可获得频率非常稳定的振荡信号。IC2、“非”门3、“非”门4和D1、D2组成分频电路，它对石英晶体振荡器所产生的32768Hz的脉冲信号进行分频，在输出端Q10或Q9可获取60Hz的脉冲信号。

　　

　　分频比及频率误差　CD4040是一片12级脉动进位二进制计数分频电路，它在时钟的下降沿进行计数，其复位端输入高电平时，可取得与时钟输入无关的直接复位。由于石英晶体的固有谐振频率f0=32768Hz，从Q9端输出的信号是f0的29分频，其数值是64Hz，所以不采取一定的措施是不能获得60Hz的信号的。所采取的措施是，把CD4040的Q10输出端通过R2、“非”门3和“非”门4连接到它的复位端，同时通过D1、D2分别连接到它的Q2和Q6输出端，即D1、D2、“非”门3和“非”门4组成复位控制电路，让Q10、Q6、Q2的输出共同控制CD4040的复位。

　　Q10端输出的信号是振荡频率的210分频，该信号的一个周期为振荡脉冲信号的1024个周期时间，低电平和高电平时间各为振荡脉冲的512个周期时间。同理，Q6端输出信号一个周期的高、低电平各为振荡脉冲的32个周期时间，Q2端输出信号一个周期的高、低电平时间各为振荡脉冲的2个周期时间。它们在Q10上升沿处的波形如图2所示。由于CD4040是下降沿触发，所以在Q10的上升沿处对应着Q6的下降沿。从图1可见，CD4040在Q10、Q6和Q2均为高电平（即Q10.Q6.Q1=1）时复位。从图2可以看出，电路复位出现在Q10高电平，Q6也高电平之后，Q2输出第一个高电平的时刻。电路复位时Q10、Q6、Q2均回到低电平，Q10以及Q9输出脉冲结束一个周期，开始新的周期。

　　

　　从上面分析可以得出Q9、Q10输出脉冲信号的周期为512＋32＋2=546振荡脉冲周期时间，它们的频率就是振荡脉冲信号的546次分频，因此其频率为：f=32768/546≈60.01465201Hz，其误差为δ=（60.01465201－60）/60≈2.442×10－4。

　　减小误差的电路　为了减小输出脉冲信号的频率误差，可以适当修正振荡脉冲信号的频率，具体做法是在电路上把图1的石英器件多谐振荡电路改为图3所示的可微调频率的石英晶体多谐振荡电路。石英晶体JT仍作为反馈元件，“非”门电路工作在线性放大状态，R1为其提供偏置。当振荡频率接近晶体的固有串联谐振频率时，电路满足振荡条件。该电路仍具有十分稳定的振荡频率。图3中C1、C2和石英晶体JT组成π形反馈网络，调整C1或C2的值，可以微调电路的振荡频率。

　　该电路的输出端接到图1中CD4040的端，输出的脉冲信号作为CD4040的计数脉冲。要使图1中CD4040的Q9和Q10输出60Hz的脉冲信号，计数脉冲的频率应为：f0=60×546=32760Hz。这一振荡频率在图3所示的电路中可通过调整C1或C2的数值来实现。