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1、计算机应用实验指导书NEW计算机工程应用基础知识计算机工程应用实验是高校计算机科学与技术专业学生重要的实践教学环节，主要是为了贯彻理论联系实际的原则及素质教育原则，巩固、加深和拓展已学过的电子技术知识和计算机知识，使学生初步获得电子和计算机产品生产工艺的基本知识和基本操作技能，为专业课程的学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力、为参加大学生电子竞赛打下坚实的基础，为我校增光；同时，也为大学生的就业创造条件。1 实验的目的电子实验的目的主要是培养学生的实践动手能力，通过这段时间的实习使其具备以下的能力：1.焊（焊接、拆焊技术）；2.选（元器件识别、性能简易测试、筛选）；3.装（电子电路和

2、电子产品装配能力）；4.调（电子电路与电子小产品调试能力）；5.测（会正确使用电子仪器测电参数）；6.读（电子电路读图能力）；7.写（培养编写实习报告的能力）；8.校（电子产品质量检验能力）；9.用（具体应用模电、数电及单片机三大技术）。2 常用工具和仪器2.1 常用工具2.1.1 尖嘴钳图2-1 小型工具钳外形如图2-1所示。 主要用途 夹持零件、导线、及零件脚弯折； 内部有一剪口，用来剪断直径1mm以下的细小导线； 配合斜口钳用于剥线。 注意事项 注意不可以当做扳手，否则会损环钳子； 不可用来敲打物体； 在焊接的时候夹持元件，可以防止元件因过热而损伤。2.1.2 斜口钳外形如图2-1所示。

3、 主要用途 剪断导线、零件脚； 配合尖嘴钳用于剥线。 注意事项 用斜口钳剪断导线或元件脚时，应将线头或元件脚的朝向避开人体，以防止断线时伤及同学的眼睛或其他部位； 不可用来剪断铁丝或其他金属的物体，以免损伤钳口，直径超过1.6mm的电线不可用斜口钳剪断；不可用来敲打物体。2.1.3 钢丝钳图2-2 钢丝钳外形如图2-2所示。 主要用途 剪断较粗的导线或金属线，配合尖嘴钳用于剥线； 弯折、弯曲导线或一般的金属线； 夹持较重物体。 注意事项 不可拿它当扳手使用； 不可用来敲打。2.1.4 电烙铁1. 根据烙铁头分类电烙铁按其尖端形状不同，功能也有所差别。其分类如图2-3所示。图2-3 电烙铁头的分

4、类 圆锥形：适合焊接热敏感元件； 斜角形：适于焊接端子点，因有尖端表面，所以热更易于传导； 锥斜面形：通常用在一般焊接和修理上。具体使用方法及其注意事项见实验一。 特殊形：根据特殊用途打磨制作。2. 根据发热器位置分类 内热式外形如图2-4所示。图2-4 内热式电烙铁头功率10100W，其特点是：体积小，重量轻，热效率较高 外热式外形如图2-5所示。图2-5 外热式电烙铁头功率10500W，其特点是：体积稍大，重量大，功率较大。适合户外操作。高温热风枪外形如图2-6所示。图2-6 高温热风枪 主要用途 焊接元件、器件的引脚和引线； 焊接金、银、铜、铅、锡等金属和印刷线路板（PCB）； 在使用合

5、适的助焊剂时，可以焊接铁、铝、不锈钢等金属； 可以兼做其他加热设备。 注意事项 焊接MOS器件和CMOS电路模块时电烙铁外壳必须良好接地； 内热式电烙铁严禁敲打和重放，以免瓷芯断裂； 焊接间隔时，电烙铁必须放在可靠的烙铁架上。特别注意不要使烙铁头碰到电源线，以防止电源线短路和人接触烫坏的电源线而触电； 电烙铁头工作时有250以上的高温，严禁触摸，以免烫伤。 人离开时要切断电源，以免由于其他原因（例如风刮纸张等意外）引起火灾。2.1.5 吸锡器分有电热、手动和自动吸锡器，电热吸锡器如图2-6所示.图2-6 电热吸锡器图2-6 手动吸锡器 主要用途 检修时，将零件上的焊锡吸走，以便更换元件； 使用

6、时，应将吸锡口靠近电烙铁熔化的焊锡点，但要避免与电烙铁直接接触。 注意事项使用一段时间后，就要清理吸锡器中的锡渣。2.1.6 螺丝刀（起子、改锥、旋凿）一般根据用途分为：一字起子，十字起子 主要用途是松紧螺丝必须的工具； 注意事项 选择起子时应根据螺丝的大小选用，起子刀口厚薄与宽度均需配合； 金属把的起子不可以使用在带电的电路上，以免触电； 使用起子应与螺丝在一条直线上； 手柄越大转矩越大(越剩力)； 不能把起子当作凿子使用。2.1.7 镊子镊子的分类也是很多的，在实际应用中主要分为尖头镊子和弯头镊子。如图2-7所示。图2-7 尖头镊子和弯头镊子镊子的作用主要是夹持小的元器件，辅助焊接；弯曲电

7、阻、电容、导线。使用时不要把镊子的用力方向对着人的眼睛或其他危险部位。2.2 常用仪器2.2.1 万用表万用表具有用途多，量程广，使用方便等优点，是电子测量中最常用的工具。它可以用来测量电阻，交、直流电压和交、直流电流。有的万用表还可以测量晶体管的主要参数及电容器的电容量等。掌握万用表的使用方是电子技术的一项基本技能。常见的万用表有指针式万用表和数字式万用表。指针式万用表是一表头为核心部件的多功能测量仪表，测量值由表头指针指示读取；数字式万用表的测量值由液晶显示屏直接以数字的形式显示，读取方便，有些还带有声音提示功能。1. 指针式万用表万用表是公用一个表头，集电压表、电流表、欧姆表和电容表于一

8、体的仪表。万用表的直流电流档是多量程的直流电流表。表头并联闭路式分流电阻即可扩大其电流量程。万用表的直流电压档是多量程的直流电压表。表头串联分压电阻即可扩大其电压量程。分压电阻不同，相应的量程也不同。万用表的表头为磁电系测量机构，它只能通过直流。利用二极管将交流变为直流，从而实现交流电的测量。在电流接法的基础上,加上电池,分电阻和波段开关,就构成了一个欧姆表。下面就以MF50型万用表为例，介绍万用表的使用方法。图2-8 MF50型万用表MF50型万用表面板结构如图2-8所示。1）表盘表盘由刻度线，指针和机械调零钉组成，由指针所指刻度线的位置读取测量值，机械调零钉位于表盘下部中间的位置。MF50

9、型万用表有8条刻度线。从上往下数，第一条刻度线是测量电阻时读取电阻值的欧母刻度线。第二条刻度线是用于交流电压和直流电流读数的共用刻度线。第三条刻度线是测量10V以下交流电压的专用刻度线。第四，第五条刻度线是测量三极管放大倍数的专用刻度线。2）转换开关转换开关的作用是选择测量的项目及量程。(1)直流电压：有2.5V、10V、250V、1000V五个量程挡位。(2)交流电压：有10V、50V、250V、1000V四个量程挡位。(3)直流电压：有2.5mA、25mA、250mA三个常用档位，及100A、2.5A两个扩展量程档位。(4)电阻：有1、10、100、1K、10K五个倍率挡位。(5)hFE：

10、测量三极管直流放大倍数的专用挡位。根据国家标准GB77676的规定，电工仪表的精度等级分为七级，它们与引用误差的关系列于表1-1中。表1-1 电工仪表的精度等级精度等级0.10.20.51.01.52.55.0引用误差()0.10.20.51.01.52.55.02. 数字万用电表数字万用电表由于具有准确度高、测量范围宽、测量速度快、体积小、抗干扰能力强、使用方便等特点而广泛应用于国防、科研、工厂、学校的计量测试技术领域，但因其规格不同，性能指标多种多样，差异较大，使用环境和工作条件也各有差别，因此应根据具体情况选择合适的数字万用表。选择数字万用表一般从以下几个方面来考虑：1）功能现在的数字万

11、用表除了具有测量交、直流电压，交、直流电流，电阻等五种功能外，还有数字计算，自检，读数保持，误差读出，晶体管检测，电容测量，字长选择，IEEE488接口或RS232接口等功能，使用时要根据具体要求选用。2）范围和量程数字万用表有很多量程，但其基本量程准确度最高。很多数字万用表有自动量程功能，不用手动调节量程，使得测量方便、安全、迅速。还有很多数字万用表有过量程能力，在测量值超过该量程但还没达到最大显示时可不用换量程，从而提高了准确度和分辨率。3）准确度数字万用表允许的最大误差不仅要看它的可变项误差，还要看它的固定项误差。选择的时候还要看稳定误差和线性误差的要求是多少，分辨率是否符合要求。一般数

12、字万用表如要求0.0005级0.002级，至少应有6位半数字显示；0.005级0.01级，至少应有位半数字显示；0.02级0.05级，至少应有位半数字显示；0.1级以下，至少应有位半数字显示。4）输入电阻和零电流数字万用表的输入电阻过低和零电流过高都会引起测量误差，关键要看测量装置所允许的极限值是多少，即要看信号源的内阻大小。信号源阻抗高时应选择高输入阻抗、低零电流的仪器，使其影响可以忽略。5）串模抑制比和共模抑制比在存在各种干扰如电场、磁场和各种高频噪声或进行远距离测量时，容易混进干扰信号，造成读数不准，因此应根据使用环境选择串、共模抑制比高的仪器，尤其是进行高精度测量时，应选择带保护端的数

13、字万用表，能很好地抑制共模干扰。6）显示形式及供电电源数字万用表的显示形式不仅限于数字，还可以显示图表、文字和符号，以便于现场观测、操作和管理。根据它的显示器件的外形尺寸可分为小型、中型、大型及超大型四类。数字万用表的供电电源一般为220V，而一些新型的数字万用表电源范围很宽，可以在110V240V之间。一些小型的数字万用表配上电池就可使用，也有一些数字万用表可用交流电、内部镍镉电池或外接电池三种形式。7）响应时间、测量速度、频率范围响应时间越短越好，但有一些表的响应时间比较长，要等一段时间后读数才能稳定下来。测量速度应根据是否与系统测试联用，如联用时，速度就很重要，而且速度越快越好。频率范围

14、，则根据需要适当选择。8）交流电压转换形式交流电压测量分平均值转换、峰值转换和有效值转换。当波形失真较大时，平均值转换和峰值转换不准确，而有效值转换可不受波形的影响，使测量结果更加准确。9）电阻接线方式电阻测量接线方式有四线制、两线制。进行小电阻和高精度测量时，应选择带四线制的电阻测量接线方式。随着大规模集成电路和显示技术的发展，数字万用表逐渐向小型化、低功耗、低成本方向发展，数字万用表也明显分为便携式和台式两种。便携式一般为3位半或位半表，它们体积小，重量轻，耗电少，适合生产车间或野外使用；台式可达位半或位半，它们准确度和分辨率越来越高，采用微处理器和GP-IB接口设备，在计量、科研和生产部

15、门作为标准表和精密测量用。总之，选择时不一定要具备以上所有条件，应根据使用的具体要求来选择最适当的数字万用表。2.2.2 示波器在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不到的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的，由高速电

16、子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可以产生细小的光点。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电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信号的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。1. 示波器工作原理示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。阴极射线管(C

17、RT)简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。图1 示波管的内部结构和供电图示1）荧光屏现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10s为极短余辉，10s1ms为短余辉，1ms0.1s为中余辉，0.1s1s为长

18、余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。2）电子枪及聚焦电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子

19、仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时

20、调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。3）偏转系统偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8.1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y轴)。两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。4）示波管的电源为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位(-30V-100

21、V)，而且可调，以实现辉度调节。第一阳极为正电位(约+100V+600V)，也应可调，用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压(约+1000V)，相对于地电位的可调范围为50V。由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电。2. 示波器的基本组成从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。我们知道，一个电子信号是时间的函数f(t)，它随时间的变化而变化。因此，只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y轴加上被测信号(经过比例放大或者缩小)，示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。电信号中，在一段时间

22、内与时间变量成正比的信号是锯齿波。示波器的基本组成框图如图2所示。它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。被测信号接到“Y输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器(前置放大)，推挽输出信号和。经延迟级延迟1时间，到Y2放大器。放大后产生足够大的信号和，加到示波管的Y轴偏转板上。为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正(或者负)极性的某一电平值产生触发脉冲，启动锯齿波扫描电路(时基发生器)，产生扫描电压。由于从触发到启动扫描有一时间延迟2，为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描，Y轴的延迟时间1应稍大于X轴的延迟时间2。扫

23、描电压经X轴放大器放大，产生推挽输出和，加到示波管的X轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极。这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。以上是示波器的基本工作原理。双踪显示则是利用电子开关将Y轴输入的两个不同的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用，当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。示波器中往往有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。本节介绍示波器的使用方法。示波器种类、型号很多，功能也不同。数字电路实验中使用较多的是20MHz或者40MHz的双踪示波器。这些示波器用法大同小异。本节不针

24、对某一型号的示波器，只是从概念上介绍示波器在数字电路实验中的常用功能。3. 荧光屏的显示荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0，10，90，100等标志，水平方向标有10，90标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(VDIV，TIMEDIV)能得出电压值与时间值。4. 示波管调整和电源系统1）电源(Power)示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接

25、通。2）辉度(Intensity)旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一般不应太亮，以保护荧光屏。3）聚焦(Focus)聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。4）标尺亮度(Illuminance)此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。5. 垂直偏转因数和水平偏转因数1）垂直偏转因数选择(VOLTSDIV)和微调在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V，cmmV或者DIVmV

26、，DIVV，垂直偏转因数的单位是Vcm，mVcm或者VDIV，mVDIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。多踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1，2，5方式从5mVDIV到5VDIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1VDIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波

27、段开关的指示值不一致，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用5扩展状态时，垂直偏转因数是0.2VDIV。在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。2）时基选择(TIMEDIV)和微调时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现，按1、2、5方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在1SDIV档，光点在屏上移动一格代表时间值1S。

28、“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为10扩展，即水平灵敏度扩大10倍，时基缩小到110。例如在2S/DIV档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于2S(1/10)=0.2STDS实验台上有10MHz、1MHz、500kHz、100kHz的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度很高，可用来校准示波器的时基。示波器的标准信号源CAL，专门用于校准示波器的时基和垂直偏转因数。例如COS5041型示波器标准信号源提供一个VP-P=2V,f=1kH

29、z的方波信号。示波器前面板上的位移(Position)旋钮调节信号波形在荧光屏上的位置。旋转水平位移旋钮(标有水平双向箭头)左右移动信号波形，旋转垂直位移旋钮(标有垂直双向箭头)上下移动信号波形。6. 输入通道和输入耦合选择1）输入通道选择输入通道至少有三种选择方式：通道1(CH1)、通道2(CH2)、双通道(DUAL)。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。测试信号时，首先要将示波器的地与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头插到相应通道插座上，示波器探头上的地与被测电路的地连接在

30、一起，示波器探头接触被测点。示波器探头上有一双位开关。此开关拨到“1”位置时，被测信号无衰减送到示波器，从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值。此开关拨到“10位置时，被测信号衰减为110，然后送往示波器，从荧光屏上读出的电压值乘以10才是信号的实际电压值。2）输入耦合方式输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)。当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观测极低频信号。交流耦合用于观测交流和含有直流成分的交流信号。在数字电路实验中，一般选择“直流”方式，以便观测信号的绝对电压值。7. 触发方式选择第一节指出，被测信号从

31、Y轴输入后，一部分送到示波管的Y轴偏转板上，驱动光点在荧光屏上按比例沿垂直方向移动；另一部分分流到x轴偏转系统产生触发脉冲，触发扫描发生器，产生重复的锯齿波电压加到示波管的X偏转板上，使光点沿水平方向移动，两者合一，光点在荧光屏上描绘出的图形就是被测信号图形。由此可知，正确的触发方式直接影响到示波器的有效操作。为了在荧光屏上得到稳定的、清晰的信号波形，掌握基本的触发功能及其操作方法是十分重要的。1）触发源(Source)选择要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源：内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。内触发使用被测信号作为触发信号，是经常使用的一种触发方式。由于触发信号本