秒信号发生器论文.docx

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秒信号发生器论文

【摘要】 随着计算机和集成技术的高速发展，电子电路的分析与设计及相应专业课程的教学与实验所采用的方式与方法都发生了重大变化，特别是电子设计自动化系统中所包含的测试测量技术已经成为现代教育技术的重要组成部分。

秒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，；另一部分是由外接电子表用石英晶体、电阻及电容构成的振荡器。

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1/2CD4060构成的二分频器，分频后在输出断Q1上得到秒基准脉冲。

【关键词】秒信号发生器CD4060振荡器集成电路

第一章绪论

1.1绪论

信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。

作为基础测量仪器的信号发生器随着用户的需求而不断发展。

信号源实质上就是一个扫频示波器或合成信号源，并具有基本的调制功能。

现在是数字化时代，研发或其他人员对测量仪器是最基本的工具，测量仪技术指标上也不断提高。

如精度高、工作频带宽、误差小等。

能够满足不同层次用户的测试要求。

近几年，数字化仪器在迅速发展，我国也在不断研究推出各种新型数字化仪器。

1.2信号发生器的基本介绍

信号发生器

　　 signalgenerator

　　信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。

能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。

函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。

例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。

在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：

（1）用分立元件组成的函数发生器：

通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。

（2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。

早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。

　　（3）利用单片集成芯片的函数发生器：

能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。

鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了

（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。

MAX038频率高、精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。

在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。

　　（4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：

能产生任意波形并达到很高的频率。

但成本较高。

　　产生所需参数的电测试信号仪器。

按其信号波形分为四大类：

①正弦信号发生器。

主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。

按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。

②函数（波形）信号发生器。

能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。

除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

③脉冲信号发生器。

能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。

④随机信号发生器。

通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。

噪声信号发生器主要用途为：

在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。

当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。

1.3设计任务及要求

【1】.用CMOS集成电路（CD4040）及RC元件,晶体振荡器32768HZ元件设计秒信号发生器电路。

【2】.认真查阅CD4040的相关资料及14级计数/分频/振荡电路的工作原理。

【3】.分析集成电路的结构及分频后的各种时钟信号，即输出频率为2048-2HZ的信号。

CD4069引脚功能图

第二章秒信号发生器的组成和设计电路

2.1秒信号发生器的组成

使用价格低廉的32768HZ晶体，配套CD4060电路，但是电压范围为3－18V，静态电流随电压提高而上升，在+5V供电时，静态电流约0.25－5uA，主要考虑的是在3.0V电池供电时的停振问题。

而HC4060电路工作电压可以低一些。

（本电路还可以输出其他标准频率的参考信号，印刷板上预留了5种频率输出信号的焊盘）。

2.2秒信号发生器的设计电路

秒信号发生器是利用CD4060和晶体振荡器两部分电路组成。

其中CD4060有两部分电路一部分是14级分频器，其最高分频数为2048HZ;另一部分是由外电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；振荡器输出14级分频后在输出端Q4、Q14得到所需脉冲。

由键盘输入所需要的延时时间，通过CD4060内部控制延时器所要求的延时时间。

当外触发信号输入时，外延电路，延时器开始计数，当达到所设定的时间时延时器停止工作，同时输出一个脉冲信号，触发电路开始工作，输出信号。

CD4060工作电路:

图一秒信号发生器设计电路图

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。

脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。

如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出。

第三章CD4060的基本介绍及典型电路

3.1核心元件CD4060的基本介绍

CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。

所有的计数器位均为主从触发器。

在CP1（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数。

在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。

CD4060引脚图

图二CD4060引脚图

CD4060内部结构图

图三CD4060内部结构图

3.2CD4060典型应用电路

CD4060B典型振荡器连接

图四CD4060B典型振荡器

第四章秒信号发生器的安装调试

4.1器件的筛选检测

判断质量是否良好。

对于电路的集成器件CD4060、石英晶体振荡电路分立元件R、C及万用表的筛选，用测量电阻予以定性的检测筛选，其方法是：

用万用表测量石英晶体振荡器上的正、反向电阻值，正常均为无穷大，若测石英晶体振荡器有一定阻值或为0，则说明该石英晶体振荡器已漏电或击穿损坏。

4.2晶体及其负载匹配

晶振以高频率稳定性广泛应用于计算机、钟表等要求频率稳定性高的设备中。

其中主要参数有标称频率、负载电容、激励电平、工作温度范围及温度频差等。

其中以负载电容对其工作正常影响最大。

在实际使用中，许多人选择晶振时往往仅注意晶振的额定频率值，而忽视了晶振的负载电容大小。

所以即使在使用中选择了符合标称的晶振，但若果该晶振的负载电容与电路提供的电容不匹配，就会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏移，从而出现问题。

4.3调试出现的问题

只要安装无误，所有器件无质量问题，一般装好调试即可成功。

但本电路调试若出现问题：

输出脉冲偏移，且无论如何调试电容C1,都不能校准振荡频率，有时甚至整个电路停止工作。

为了找出问题所在先去掉CD4060的外围振荡元件R1C1C2及晶振电路，直接由信号发生器向CD4060提供一定频率的方波脉冲；测试发现，电路工作情况，若电路工作良好，说明分频计数电路本身无问题，所以问题就可能出在晶体为核心的震荡电路上，然后对晶体振荡电路进行检测，找出问题所在。

第五章结束语

经过几周的制作我的课题——秒信号发生器已经做了出来，一开始感觉这样的东西挺简单的，只要找到资料就会很容易的制作出来，但当我真正的操作起来才发现还有好多的问题。

这次的课题设计还让我体会到了理论与实际相结合的重要性，如果你只注重理论学习而不去锻炼自己的实践经验，是永远不能把事情做好的，从理论中得出结论，用实践锻炼自己，这才是重要的。

同时这次的设计让我也学到了一些书本上没有的知识，提升了我独立思考能力。

还有就是让我熟练的对Protel99se、Multisim等软件的运用，总之这次设计让我深刻地学会了许多东西，也温习了许多以前的知识。

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