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。
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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。
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