数字电子计时器设计.doc

华东交通大学课程设计X X X X 大 学微电子实习报告姓 名：X X班 级： X X X学 号： XXXX同组成员：X X X指导老师：X X X 29目 录一、课程设计任务书1二 、常用元器件的基本介绍32.1 电阻器32.3 蜂鸣器62.4 二极管62.5 集成块82.6 晶振92.7 开关9三、电子类基本工具及仪器103.1 电烙铁及焊接技巧103.2 数字万用表113.3 示波器123.4 函数发生器13四、单片机开发系统的使用154.1 Protel软件的介绍与使用154.2 Keil C软件开发系统16五、相关芯片功能及应用介绍165.1 74LS90芯片功能及应用介绍165.2 74LS48芯片功能及应用介绍175.3 74LS20芯片功能及应用介绍185.4 74LS00芯片介绍185.5 74LS14芯片介绍185.6 CD4060芯片介绍185.7 LED数码管的介绍与应用19六、数字电子计时器的设计196.1 设计方案196.2 电路各主要功能模块206.3 调试24七、市场调研报告25八、心得体会26参考文献28附录一 数字电子钟设计原理图29附录二 调研实拍图片30附录三 实物图31一、课程设计任务书1、实习性质及目的通过微电子实习教学，使学生对电工和电子的一些相关知识有感性认识，加深电类有关课程的理论知识。并在生产实践中，激发学生动手、动脑、勇于创新的积极性，培养学生严谨、认真、踏实、勤奋的学习精神和工作作风，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。2、实习主要内容 1）熟悉一些电工电子常用元器件及其基本性能；2）掌握相关仪器/工具的使用方法；3）掌握单片机开发系统（ISP、KEIL C）的使用；4）掌握电子元件的焊接、电气元件的安装、连线等基本技能，建立电气原理图和电子线路图的基本概念，熟悉PROTEL软件的基本使用；5）参观故障诊断实验室、调研长运电子市场、请教学长、查阅测控论坛及相关网站，了解电子类、测控类相关知识，并写一份调研报告；6）针对某一常见的测控问题（如下），设计具体电路，要求实验室调试。3、课程设计题目 数字电子计时器4、实习进度或计划1)、布置任务 0.5天2)、熟悉常用元器件 1.5天3)、掌握相关仪器/工具的使用 1.5天4)、掌握单片机开发系统使用 2天5)、掌握焊接技术 1.5天6)、参观故障诊断实验室、调研长运电子市场等，写参观笔记/报告 2天7)、具体电路设计及实验室调试 5天8)、答辩 0.5天5、设计说明书包括的主要内容1)、目录 2)、设计任务书 3)、设计题目4)、正文按上述实习主要内容撰写(参观笔记/报告须提供手写速记材料)5)、心得体会 6）、主要参考文献6、考核方法考核根据学生平时学习态度（含出勤率）、报告（包括参观笔记、实物）和答辩(报告答辩、现场调试等)成绩确定。二 、常用元器件的基本介绍2.1 电阻器2.1.1电阻器的功能物体对电流的阻碍作用称为“电阻”。利用这种阻碍作用做成的元器件称为电阻器，简称“电阻”。在电子设备中有许多的电子元器件，其中电阻时使用最多的元件。它的功能是通过分压电路为其他电子元件提供所需的电压，通过限流电路提供所需的电流。不同材料的物体对电流的阻力是不同的，同时电阻（R）还与物体的长度（L）成正比，而与其横截面积（S）成反比，电阻的公式为： R=L/S式中的比例系数叫做物体的电阻系数或电阻率，他与物体材料的性质有关，在数值上等于单位长度、单位横截面积的物体在20是所具有的电阻值不同材料的电阻率是不相同的，相同材料做成的导体，直径越大，电阻越小；反之则越大。长度越长，电阻越大；反之则越小。此外，导体的电阻的大小还与电阻的温度有关。对于金属材料，其电阻随着温度的升高而减小。2.1.2电阻器的种类和主要参数1.电阻器的种类根据构造，电阻可分为以下几类：定值电阻：以带电阻物质或线圈构成、且不会因任何环境或人为因素而变量的电阻。现时常见的定值电阻有颜色条纹用以识别电阻值、误差等资料。定值电阻两端多带有连接线，以方便装嵌；部份在集成电路中的定值电阻属镶嵌形式。 可变电阻：泛指所有可以手动改变电阻值的电阻器。根据使用的场合，可变电阻有电压分配器、变阻器等别称。常见的可变电阻有三个连接端。不同的连接配置可使该种电阻以可变电阻、分压计，或定值电阻的方式运作。 光敏电阻：跟随光线的强弱而改变电阻值。 热敏电阻：跟随温度的高低而改变电阻值。 压敏陶瓷：一种跟随电压的高低而改变电阻值的配件。 图1为常用电阻器 图1 常用电阻器2.电阻器的主要参数电阻器的主要参数有两个：一个是标称阻值和允许误差，另一个是额定功率。标称阻值：标称在电阻器上的电阻值称为标称值。单位: ， k， M。标称值是根据国家制定的标准系列标注的，不是生产者任意标定的。不是所有阻值的电阻器都存在。允许误差：电阻器的实际阻值对于标称值的最大允许偏差范围称为允许误差。误差代码:F、G、J、K等（常见的误差范围是：0.01%，0.05%，0.1%，0.5%，0.25%，1%，2%，5% 等）。额定功率：指在规定的环境温度下，假设周围空气不流通，在长期连续工作而不损坏或基本不改变电阻器性能的情况下，电阻器上允许的消耗功率。常见的有1/16W 、1/8W 、1/4W 、1/2W 、1W 、2W 、5W 、10W。2.1.3电阻器的识别电阻用符号R表示。其最基本的作用就是阻碍电流的流动。衡量电阻器的两个最基本的参数是阻值和功率。阻值用来表示电阻器对电流阻碍作用的大小，用欧姆表示。除基本单位外，还有千欧和兆欧。 功率用来表示电阻器所能承受的最大电流，用瓦特表示，有1/16W，1/8W，1/4W，1/2W，1W，2W等多种，超过这一最大值，电阻器就会烧坏。根据电阻器的制作材料不同，有水泥电阻（制作成本低，功率大，热噪声大，阻值不够精确，工作不稳定），碳膜电阻，金属膜电阻（体积小，工作稳定，噪声小，精度高）以及金属氧化膜电阻等等。电阻在标记它的值的方法是用色环标记法。其的识别方法如表1。表 1 电阻色环标记法色别第一色环最大一位数字第二色环第二位数字第三色环 应乘的数字第四色环偏差棕1110红22100 橙331000黄4410000绿55100000蓝661000000紫7710000000灰88100000000白991000000000黑001金0.1+-5%银0.01+-10%无色+-20%电阻色环色码识别：1.首先，从电阻的地端，找出代表公差精度的色环，金色代表5%，银色代表10%2.再从电阻的另一端，找出第一条、第二条色环，读取其相对应得数字。3.如果第三条倍数色环为金色，则将小数点往左移一位。4.如果第三倍数色环为银色，则将小数点往左移两位。2.2 电容器电容器的结构是一种储能元件，是电子电路中最常用的电子元件之一，它是由绝缘物质隔开的两个导体构成。2.2.1 电容器的功能充电和放电是电容器的基本功能。1、充电使电容器带电（储存电荷和电能）的过程称为充电。这时电容器的两个极板总是一个极板带正电，另一个极板带等量的负电。把电容器的一个极板接电源（如电池组）的正极，另一个极板接电源的负极，两个极板就分别带上了等量的异种电荷。充电后电容器的两极板之间就有了电场，充电过程把从电源获得的电能储存在电容器中。2、放电使充电后的电容器失去电荷（释放电荷和电能）的过程称为放电。例如，用一根导线把电容器的两极接通，两极上的电荷互相中和，电容器就会放出电荷和电能。放电后电容器的两极板之间的电场消失，电能转化为其它形式的能。在一般的电子电路中，常用电容器来实现旁路、耦合、滤波、振荡、相移以及波形变换等，这些作用都是其充电和放电功能的演变。2.2.2电容器的种类和主要参数1.电容器的种类电容器也可以按其电容量是否可以改变分为固定电容器和可变电容器。包括微调电容器和可变电容器。若按制作材料划分可分为瓷介电容器，电解电容器，空气电容器等等图2为常用电容器图2 常用电容器 2.电容器的主要参数电容器的主要参数也有两个，一个是标称电容量和允许误差标称，另一个是耐压指电容器。标称电容量和允许误差标称：电容量指电容器上标注的电容量，常见允许误差，也分三级，同于电阻器误差的表示方法，微调电容器和可变电容器，标出了它的电容量的最小值和最大值如7 270P。 耐压指电容器，正常工作时允许加在电容器上的最高电压值不能超过，否则将损坏电容器。特别需要指出的是电解电容器两极有正负之分，是有极性电容器，使用时必须按要求接入不能接反。2.3 蜂鸣器一般所指的蜂鸣器是以压电陶瓷为主要元件的。压电陶瓷是一类有将压力与电流相互转换能力的特殊陶瓷。这种能力缘于其特殊的晶体结构。当压电陶瓷在一定方向上受到一个压力使其晶体结构发生形变时，它就会在内部产生一个电流，并且电流的变化与压力的变化密切相关。反之亦然。所以利用这一特性，在压电陶瓷上通过一定频率的电流，就会引起压电陶瓷微小形变，这一形变带动空气发生振动，如果频率适当，就可以被人耳所听见，也就是产生了蜂鸣声。 图3 蜂鸣器 2.4 二极管二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode);它只往一个方向传送电流的电子零件。它是一种具有1个零件号接合的2个端子的器件，具有按照外加电压的方向，使电流流动或不流动的性质。晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。2.4.1二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。2.4.2 二极管的种类及主要参数1.二极管的种类二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等。按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。图 4 常用二极管图4为常用二极管 2.二极管的主要参数用来表示二极管的性能好坏和适用范围的技术指标，称为二极管的参数。不同类型的二极管有不同的特性参数。对初学者而言，必须了解以下几个主要参数： 1、最大整流电流是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。因为电流通过管子时会使管芯发热，温度上升，温度超过容许限度（硅管为141左右，锗管为90左右）时，就会使管芯过热而损坏。所以在规定散热条件下，二极管使用中不要超过二极管最大整流电流值。例如，常用的IN40014007型锗二极管的额定正向工作电流为1A。 2、最高反向工作电压 加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。 3、反向电流 反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。值得注意的是反向电流与温度有着密切的关系，大约温度每升高10，反向电流增大一倍。例如2AP1型锗二极管，在25时反向电流若为250uA，温度升高到35，反向电流将上升到500uA，依此类推，在75时，它的反向电流已达8mA，不仅失去了单方向导电特性，还会使管子过热而损坏。又如，2CP10型硅二极管，25时反向电流仅为5uA，温度升高到75时，反向电流也不过160uA。故硅二极管比锗二极管在高温下具有较好的稳定性。4、动态电阻二极管特性曲线静态工作点Q附近电压的变化与相应电流的变化量之比。2.4.3测试二极管的好坏一般情况下我们可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。正向特性测试：把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。反向特性测试：把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，二极管就是合格的。2. 5 集成块 一般意义上讲，集成块就是指集成电路，集成块是集成电路的实体，也是集成电路得通俗叫法。从字面意思来讲，集成电路是一种电路形式，而集成块则是集成电路的实物反映。集成块可以说是电脑系统中各部件的主要核心部分，除了一些随处可见的模拟信号处理集成块以外，如CPU、RAM、ROM和南、北桥芯片以及显卡芯片等均属于集成块范畴。虽然集成块的数量多，作用最重要，但它的故障率却是最低的，如果没有高电压的“袭击”、外围元件的严重短路现象，基本上是不会损坏的，而且就算是坏掉了，有些集成块也是很难更换的。集成块的内部结构基本上全是半导体，它是将数以万计的晶体管集中制成一个何种很小的元件，正因为如此，有很多集成块是可以互相代换的，只要它们的引脚功能相同、工作电压一致、各引脚的电压也一样的话，就可以互换使用，这对于我们使用者来说非常的方便。例如对于我们这次试验中所用到得计数器，虽然没有了74LS161，但是我们可以用192系列或90系列来代替。图5 集成块 2.6 晶振 晶体振荡器，简称晶振，主要由石英晶片、基座、外壳、银胶、银等成分组成。其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的倍频或分频后就成了电脑中各种不同的总线频率。例如要实现电子钟的及时，必须要有1Hz的脉冲给计数器，所以频率发生器就必须提供1Hz的脉冲给。晶振是采用石英晶体的振荡器，它的精度很高，而且能产生非常稳定的频率，热稳定性也要好于分立元件式振荡器。在作用上来看，可以说晶振是各板卡的“心跳”发生器，人的“心跳”如果乱了就会生病，同样，如果电脑板卡的“心跳”乱了同样会出现各种怪故障。由于在电脑中的晶振频率普遍都比较高，环境温度又相对较高，所以晶振的故障率并不是很低，通常在更换晶振时都要用相同型号的新品，原因是有相当一部分电路对晶振的要求是非常严格的，这些电路不但要求新晶振的频率要和原晶振一致，甚至连后缀字母都要一模一样(晶振是有串、并联之分的)，否则就无法正常工作，所以大家在更换晶振时要多留一下心，尽量用完全一样的新品来代换故障晶振。注：晶振在电路中的符号是“X”或“G”或“Z”。 图6 晶振 2.7 开关开关是很常见的一种元器件，在所有的配件中都有开关，严格地讲，各种板卡上的跳线以及键盘和鼠标的按键也都属于开关。开关的分类笔者在此无法进行详细叙述，因为它的分类实在是太多了，所以笔者就将其大概分成电流型开关和电压型开关这两种，电压型开关只是用来进行信号电位的控制，比如跳线开关以及键盘和鼠标等的开关；电流型开关是用来对电源进行控制的，比如有源音箱的电源开关和多功能插座上的开关等，这样的开关在闭合后会有比较大的电流通过，瞬间较大的电流会在开关内产生火花，火花又会氧化开关，所以不要对电流型开关进行频繁的闭合、断开操作以保障其能有较长的使用寿命。 注：开关在电路中的符号为“S”。 图7 开关 三、电子类基本工具及仪器3.1 电烙铁及焊接技巧3.1.1电烙铁电烙铁分为外热式和内热式两种。图8 电烙铁内热式的电烙铁体积较小，而且价格便宜。一般电子制作都用20W-30W的内热式电烙铁。当然有一把50W的外热式电烙铁能够有备无患。内热式的电烙铁发热效率较高，而且更换烙 铁头也较方便。外热式如名字所讲，“外热”就是指“在外面发热”，因发热电阻在电烙铁的外面而得名。它既适合于焊接大型的元部件，也适用于焊接小型的元器件。由于发热电阻丝在烙铁头的外面，有大部分的热散发到外部空间，所以加热效率低，加热速度较缓慢。一般要预热67分钟才能焊接。其体积较大，焊小型器件时显得不方便。但它有烙铁头使用的时间较长，功率较大的优点，有25W，30W，50W，75W，100W，150W，300W等多种规格。大功率的电烙铁通常是外热式的。电烙铁是用来焊锡的，为方便使用，通常做成“焊锡丝”，焊锡丝内一般都含有助焊的松香。焊锡丝使用约60%的锡和40%的铅合成，熔点较低。松香是一种助焊剂，可以帮助焊接，拉二胡的人肯定有吧，听说也可到药店购买。松香可以直接用，也可以配置成松香溶液，就是把松香碾碎，放入小瓶中，再加入酒精搅匀。注意酒精易挥发，用完后记得把瓶盖拧紧。瓶里可以放一小块棉花，用时就用镊子夹出来涂在印刷板上或元器件上。电烙铁是捏在手里的，使用时千万注意安全。新买的电烙铁先要用万用表电阻档检查一下插头与金属外壳之间的电阻值，万用表指针应该不动。否则应该彻底检查。3.1.2 焊接技巧在进行焊接的时候，最重要的一项是注意安全。在插好插头的时候要确保橡皮花线不要接触焊头，以免导致线被融化后出现安全问题。接通电源后等一会儿烙铁头的颜色会变，证明烙铁发热了，然后用焊锡丝放在烙铁尖头上镀上锡，使烙铁不易被氧化。在使用中，应使烙铁头保持清洁，并保证烙铁的尖头上始终有焊锡。其次，在焊接的时候，要控制好烙铁的温度。烙铁的温度太低则熔化不了焊锡，或者使焊点未完全熔化而成不好看、不可靠的样子。太高又会使烙铁“烧死”（尽管温度很高，却不能蘸上锡）。另外也要控制好焊接的时间，电烙铁停留的时间太短，焊锡不易完全熔化、接触好，形成“虚焊”，而焊接时间太长又容易损坏元器件，或使印刷电路板的铜箔翘起。一般一两秒内要焊好一个焊点，若没完成，宁愿等一会儿再焊一次。焊接时电烙铁不能移动，应该先选好接触焊点的位置，再用烙铁头的搪锡面去接触焊点。焊接完成后，药剂师吧插头拔掉，以免危险情况发生。3.2数字万用表数字万用表，一种多用途电子测量仪器，一般包含安培计、电压表、欧姆计等功能，有时也称为万用计、多用计、多用电表，或三用电表。图9 数字万用表一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等，有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数。为了能够较好的使用它们，我们必须对它们有深刻的认识和了解，熟练的掌握它的使用方法以及使用过程中要注意的事项。1、使用方法包括以下几项：a使用前，应认真阅读有关的使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用b将电源开关置于ON位置c交直流电压的测量：根据需要将量程开关拨至DCV（直流）或ACV（交流）的合适量程，红表笔插入V孔，黑表笔插入COM孔，并将表笔与被测线路并联，读数即显示。d交直流电流的测量：将量程开关拨至DCA（直流）或ACA（交流）的合适量程，红表笔插入mA孔（200mA时）或10A孔（200mA时）,黑表笔插入COM孔，并将万用表串联在被测电路中即可。测量直流量时，数字万用表能自动显示极性e电阻的测量：将量程开关拨至的合适量程，红表笔插入V孔，黑表笔插入COM孔。如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，万用表将显示“1”，这时应选择更高的量程。测量电阻时，红表笔为正极，黑表笔为负极，这与指针式万用表正好相反。因此，测量晶体管、电解电容器等有极性的元器件时，必须注意表笔的极性。 2、使用中注意事项：a如果无法预先估计被测电压或电流的大小，则应先拨至最高量程挡测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。测量完毕，应将量程开关拨到最高电压挡，并关闭电源。b满量程时，仪表仅在最高位显示数字“1”，其它位均消失，这时应选择更高的量程。c测量电压时，应将数字万用表与被测电路并联。测电流时应与被测电路串联，测直流量时不必考虑正、负极性。d当误用交流电压挡去测量直流电压，或者误用直流电压挡去测量交流电压时，显示屏将显示“000”，或低位上的数字出现跳动。e禁止在测量高电压（220V以上）或大电流（0.5A以上）时换量程，以防止产生电弧，烧毁开关触点。3.3示波器示波器是一种能够显示电压信号动态波形的电子测量仪器。它能够将时变的电压信号， 转换为时间域上的曲线，原来不可见的电气信号， 就此转换为在二维平面上直观可见光信号，因此能够分析电气信号的时域性质。它利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。3.3.1 示波器的基本组成及工作原理1.示波器的基本组成普通示波器有五个基本组成部分：显示电路、垂直（Y轴）放大电路、水平（X轴）放大电路、扫描与同步电路、电源供给电路。显示电路包括示波管及其控制电路两个部分。示波管是一种特殊的电子管，是示波器一个重要组成部分。控制电路是控制电子的运动以及它的密集度，从而达到我们所需要的得到的显示波形。 显示电路的作用主要可以分为以下几点：产生并形成高速、聚束的电子流，去轰击荧光屏使之发光。1）通过其内部的电场的聚焦作用，使散开的电子束电子重新聚集起来并交汇于一点。而通过改变电位差的大小能使焦点刚好落在荧光屏上，显现一个光亮细小的圆点。2）过控制水平偏转板和垂直偏转板之间的电压，控制电子束在水平方向和垂直方向的运动。3）通过示荧光屏的作用，将偏转后的电子束显示出来，以便观察。垂直（Y轴）放大电路：由于示波管的偏转灵敏度甚低，所以一般的被测信号电压都要先经过垂直放大电路的放大，再加到示波管的垂直偏转板上，以得到垂直方向的适当大小的图形。水平（X轴）放大电路：由于示波管水平方向的偏转灵敏度也很低，所以接入示波管水平偏转板的电压也要先经过水平放大电路的放大以后，再加到示波管的水平偏转板上，以得到水平方向适当大小的图形。扫描与同步电路：扫描电路产生一个锯齿波电压。该锯齿波电压的频率能在一定的范围内连续可调。锯齿波电压的作用是使示波管阴极发出的电子束在荧光屏上形成周期性的、与时间成正比的水平位移，即形成时间基线。这样，才能把加在垂直方向的被测信号按时间的变化波形展现在荧光屏上。电源供给电路：电源供给电路供给垂直与水平放大电路、扫描与同步电路以及示波管与控制电路所需的负高压、灯丝电压等。2、示波器的基本工作原理示波器的基本组成框图如图10所示图10示波器基本组成框图 由示波器的基本组成框图可见，被测信号电压加到示波器的Y轴输入端，经垂直放大电路加于示波管的垂直偏转板。示波管的水平偏转电压，虽然多数情况都采用锯齿电压（用于观察波形时），但有时也采用其它的外加电压（用于测量频率、相位差等时），因此在水平放大电路输入端有一个水平信号选择开关，以便按照需要选用示波器内部的锯齿波电压，或选用外加在X轴输入端上的其它电压来作为水平偏转电压。此外，为了使荧光屏上显示的图形保持稳定，要求锯齿波电压信号的频率和被测信号的频率保持同步。这样，不仅要求锯齿波电压的频率能连续调节，而且在产生锯齿波的电路上还要输入一个同步信号。这样，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始、连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，以牵制锯齿波的振荡频率。3.4函数发生器函数发生器作为一种常用的信号源,是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都学要有信号源，由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察、测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号,如正弦波,三角波,方波等,因而广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。本次实习中用到的函数发生器如图12所示图12 函数发生器频率微调旋钮频率倍乘按钮波形选择按钮输出端占空比旋钮直流偏置调节电源开关输出幅度调节旋钮 1、源开关（POWER）：接通电源。2、电源灯指示：电源指示灯发亮表示接通电源。3、频率选择开关（RANGE-Hz）：频率选择开关与频率微调配合选择工作频率。4、波形选择开关（FUNCTION）：按下相应波形的选择按键即可选择所需输出波形。5、频率微调 ：微调工作频率。6、占空比旋钮（DUTY）：输出波形形状由占空比控制。当旋钮处于校正（CAL）位置时，输出波形1：1，占空系数约50%；当置于非校正位置时，脉冲的占空比将发生连续变化。7、波形翻转旋钮（FDUTY）：由占空比旋钮（DUTY）控制波形何时翻转。8、直流偏置调节旋钮（OFFSET ADJ）：当该旋钮被拉出（PULL）时，可有一个直流偏置电压被加到输出信号上。9、输出幅值调节旋钮（AMPL /-20dB）：调整输出幅度大小，顺时针方向旋转幅值调节旋钮输出幅值增大。当调节旋钮拉出（PULL）时，可产生衰减-20 dB。10、ATT（-20 dB）：当按下按键时输出信号幅值衰减-20 dB。11、输出端（OUTPUT/50）：输出波形由此输出，输出阻抗50。12、压控震荡输入（INPUT VCF）：VCF输入用于外加直流电压0 + 15V变化时，将使频率降低1000：1。13、逻辑电平输出端口（OUTPUT PULSE）。函数发生器的使用方法如下：1、按下电源按钮开关，接通电源，此时频率输出显示器和电压输出显示器亮，最好预热lO分钟再使用该仪器。2、设置频率输出区间。例如，按下“输出频率区间设置”中的“10 K”按钮开关。3、设置输出波形。按下“输出波形设置”中的“正弦波”按钮开关。4、调节输出频率，输出频率粗调和细调联合在一起进行调节。5、调节输出幅度。6、选择功率输出端输出即可(功率输出端带负载能力强一些，其他与电压输出端相同)。四、单片机开发系统的使用4.1 Protel软件的介绍与使用4.1.1 PROTEL99SE简介此次实习过程中，要求我们用Protel软件绘制电路图，通过几个礼拜的学习，发现Protel是一款非常使用的绘图软件，操作简单方便，很容易学懂。下面就对Protel做一个简单的介绍。PROTEL99SE教程基本包括：1.画画简单的原理图（SCH）2.学会创建SCH零件 2.把原理图转换成电路板（PCB）3.对PCB进行自动布线 4.学会创建PCB零件库 5.学会一些常用的PCB高级技巧等。关于教程涉及软件版本：此教程采用的样板软件是PROTEL99SE汉化版，99SE是PROTEL家族中目前最稳定的版本，功能强大。采用了*.DDB数据库格式保存文件，所有同一工程相关的SCH、PCB等文件都可以在同一*.DDB数据库中并存，非常科学，利于集体开发和文件的有效管理。还有一个优点就是自动布线引擎很强大。在双面板的前提下，可以在很短的时间内自动布通任何的超复杂线路！关于软件的语言：我选用的是PROTEL99SE主菜单汉化版，有少量的深层对话框是英文的，重要的细节部分都在教程中作了中文注释，因此用起来比较容易方便。4.2.2 使用Protel软件绘制电路图一般而言，绘制简单电路图原理图的设计可按下面过程来完成。1）设计好图纸大小：图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而言的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。2）设置Protel 99/Schematic设计环境：设置Protel 99/Schematic设计环境，包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。3）旋转零件：用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。4）有原理图布线：利用Protel99/Schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。5）调整线路：将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。6）报表输出：通过Protel 99/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，通过网络表为后续的电路的设计作准备。 7）文件保存及打印输出：最后的步骤是文件保存及打印输出。4.2 Keil C软件开发系统4.1.1 Keil C开发系统简介Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用4.1.2 Keil uVision2软件编程流程使用keil uvision2 软件编写程序的过程中，一般的使用流程为：1、打开keil uvision2 工作界面或者直接点击桌面上快捷方式图标。2、点击（按鼠标左键）“Project”，弹出下拉框，点击“New Project”，在弹出的对话框中输入工程名，“保存”，建立工程；CPU的选择：找到对应的实验所用型号芯片，“确认”，弹出“copy standard 8051 startup code to project folder and add to project?”点击“否”。3、鼠标右击“target1”，选择“options for targettarget 1”,点击“output ”弹出选项，点击“creat HEX Fi”复选框；十六进制HEX文件。4、点击“file”，再点“new”或者直接点击该功能图标，输入源程序，保存：如果是汇编语言，后缀用“.a”，若是成语言编程，后缀则用“.c”。5、鼠标右击“source group1”，点击“add file to groupsource group1”，查找所编文件，“add”,再“close”。6、最后进行编译：选中文件，点击编译图标进行编译，便已结束查看有无错误和警告，有责修改程序，修改后再次编译。知道编译结果显示没有错误以及警告，则编程成功。五、相关芯片功能及应用介绍5.1 74LS90芯片功能及应用介绍74LS90是二-五进制异步计数器，它由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器；FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。74ls90芯片的引脚及功能表如图13所示：图13 74ls90芯片的引脚及功能表 如图所示，构成十进制工作方式时，S1、S2端接地，R1、R2端也接地，同时QA与CLK1相接，构成十进制，但是对于2个90构成的六十进制，个位74LS90按照普通十进制相接，QD端再与十位的CP0相接；十位的74LS90的R0(1),R1(2)分别与十位的QA，QB相接，4，13引脚悬空。5.2 74LS48芯片功能及应用介绍74LS48为BCD七段锁存/译码/驱动器，内部由门电路组成组合的逻辑电路，主要功能是将输入8421BCD码，译码输出相应十进制的七段码ag中某些段码为高电平，驱动发光数码管显示对应的十进制数。它的芯片引脚和功能表分别如图14和表2所示。图14 74LS48引脚图 图14 74L表 2 ls48功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LT RBI D C B Aa b c d e f g0123H H L L L LH L L L HH L L H LH L L H HHHHHH H H H H H LL H H L L L LH H L H H L HH H H H L L H4567H L H L LH L H L HH L H H LH L H H HHHHHL H H L L H HH L H H L H HL L H H H H HH H H L L L LBIRBILT H L L L L LL LLHL L L L L L LL L L L L L LH H H H H H H由表可知，LI、BI、BI/RBO是它的输入控制端，其功能如下：1：LI 是试灯输入端，当LT=0，BI=1是不管其他输入是什么状态，ag七段全亮；2：BI静态灭灯输入，当BI=0时，不管其他输入状态如何，ag均为0，显示管熄灭；3：RBI动态灭零输入，当LI=1，RBI=0时，如果A3A2A1A0(ABCD)=0000时，ag各段均为熄灭；4：RBO动态灭零输出 ，它与灭灯输入BI 共用一个引出端。当在动态灭零时输出才为0。片间与 RBI配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。5.3 74LS20芯片功能及应用介绍图15 74LS20引脚图74LS20是常用的双4输入与非门集成电路，常用在各种数字电路和单片机系统中，74ls20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门 第一组：1，2，4，5输入6输出。第2组：9，10，12，13输入8输出。其引脚图如图15：当两组与非门中A，B，C，D四个口都为高电平输入时，输出为低电平。当其中有一个口为低电平输入时，输出的一定为高电平，NC管脚置空，GND接地。图16 74LS00引脚图5.4 74LS00芯片介绍74LS00是常用的2输入四与非门集成电路，它的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门，输出Y时输入A与B的非，通过一端的悬空也可以构成非门使用。管脚图如下图16所示当A，B输入都为0时Y为1；A，B都为1时输出为0；当两个输入不相同时，结果输出为1。Vcc接高电平，输入电压应为7V，GND端接地。5.5 74LS14芯片介绍74LS14是非门系列的一种，又称之为六反相器有施密特触发器，其结构特点是1A6A为输入端，1Y6Y为输出端。其引脚图如下图图17 74LS14管脚 5.6 CD4060芯片介绍 CD4060是数字集成电路，具有十四分频的功能,比如用晶振产生的32.768KHz的频率，经过它一十四次分频之后可得到2Hz的频率。其引脚图如图所示：图18 CD4060引脚图 5.7LED数码管的介绍与应用图19 数码管数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段 的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。本次实习中所用到的数码管为共阴极类型，用74LS48译码器驱动就可一是其显示；共阴极数码管的内部与外部接线如图所示： 图20 数码管内部与外部接线图 六、数字电子计时器的设计6.1设计方案6.1.1 设计思路本次设计数字电子计时器的思路是：通过振荡分频电路产生1Hz的脉冲，脉冲输入到计数器部分使得计数器开始计数，利用译码器使LED能正确的显示时间数字，同时利用脉冲的变化来实现校时以及整点报时的功能。6.1.2 原理分析数字钟的电路主要是由译码显示电路、报时电路、时计数、分计数、秒计数器，振荡电路和单次脉冲产生电路组成。其中电路系统由秒信号发生器、“时” 、“分” 、“秒”计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般使用石英晶体加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器” “秒计数器”使用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号”，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲，“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个时钟信号，该信号将被送到被送到时计数器。时计数器采用24进制计数器，可以对一天24小时的计时。译码显示电路将对“时” 、“分” 、“秒”计数器的输出状态通过显示驱动电路，八段显示译码器译码，在经过六位LED八段显示器显示出来。整点报时电路根据计时系统的输出状态产生一个脉冲信号，然后去触发音频发生器实现低、高音报时。校正电路是用来对“时”“分”显示数字校正调整的。如图21为数字电子计时器的原理图。图21 数字电子计时器的原理图 6.2 电路各主要功能模块6.2.1 振荡器与分频器组成分频电路设计晶体振荡器是构成数字电子钟的核心，它的作用是产生一个频率标准，然后再由分频器分成时间脉冲，即秒时间脉冲。因此，振荡器频率的精度与稳定度决定了数字电子计时器的质量。由于石英晶体的振荡频率准确，容易调整，所以通常选用石英晶体振荡器。但是，再设计电路过程中，由于我们需要得到的是1Hz的秒脉冲，所以还需要用到分频器，其实分频器就是计数器，在本次设计中，我们采用振荡器和分频器组成的分频振荡电路产生1Hz的秒脉冲，具体的电路图如22所示。图22 分频振荡电路 在所示电路中，晶体、电容和电阻构成了晶体的振荡器电路，晶振频率为32768Hz。将32768Hz的振荡信号分频为1Hz的的分频倍数为32768（15次2分频），即实现该功能的计数器相当于15极2进制计数器。使用CD4060和74LS90组成联合分频电路，以达到所需的1Hz的脉冲。首先由CD4060的Q14引脚输出2Hz的脉冲信号，然后由二-五进制计数器74LS90二级分频，由Q1口输出1Hz的脉冲信号。电路中C1、C2均为20pF。当要求频率准确度和稳定度更高时，还可接入校正电容。由于CMOS电路的输入阻抗极高，因此反馈电阻R可选15M。