電子設(shè)計(jì)大賽必備51單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

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對(duì)51系列單片機(jī)來說,單片機(jī)+晶振電路+復(fù)位電路,便組成了一個(gè)最小系統(tǒng).但是一般我們?cè)谠O(shè)計(jì)中總是喜歡把按鍵輸入、顯示輸出等加到上述電路中,成為小系統(tǒng)。

應(yīng)用89C51（52）單片機(jī)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，達(dá)到如下基本要求：

1、具有上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位功能。2、使用單片機(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。3、具有基本的人機(jī)交互接口。按鍵輸入、LED顯示功能。4、具有一定的可擴(kuò)展性，單片機(jī)I/O口可方便地與其他電路板連接。51單片機(jī)學(xué)習(xí)想學(xué)單片機(jī)，有一段時(shí)間了，自己基礎(chǔ)不好，在網(wǎng)上提了許多弱智的問題，有一些問題網(wǎng)友回答了，還有一些為題許多人不屑一顧。學(xué)來學(xué)去，一年多過去了，可是還是沒有入門，現(xiàn)在我就把我學(xué)習(xí)中遇到的一些問題和大家分享一下，希望在大蝦的幫助下能快速的入門：）在學(xué)習(xí)之前我在網(wǎng)上打聽了一下atmel公司的單片機(jī)用的人比較多，avr系列這幾年在國內(nèi)比較流行，但是考慮到avr還是沒有51系列用的人多，51系列的許多技術(shù)在實(shí)踐中都已經(jīng)的到了前人的解決，遇到問題后，有許多高人可以幫助解決，所以這次學(xué)習(xí)，選用了atmel公司的at89s52，來進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)單片機(jī)是需要花費(fèi)時(shí)間實(shí)踐的；學(xué)之前我們先準(zhǔn)備好所需的東西一、所需硬件at89s52一片；8m晶振一個(gè)，30pf的瓷片電容兩個(gè)；10uf電解電容一個(gè)，10k的電阻一個(gè)；萬用板（多孔板）一塊；其他的器件如電烙鐵一把30w的，松香，焊錫若干，如果是第一次學(xué)習(xí)，不知道這些東西，沒關(guān)系，以下是它們的照片：Atmel公司生產(chǎn)的at89s528m晶振22pf瓷片電容電解電容圖1/4w10k的電阻普通的電木萬用板好了，有了這些東西，我們就可以把它們組合到一起做成我們的最小系統(tǒng)了：）有了這些東西我們?cè)趺春附友荆坎挥弥?，過一會(huì)我們把原理圖給大家畫出來大家就會(huì)了。二、51單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖。這張圖是組成51單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖了，我們把他的功能在這里簡單的介紹一下核心器件：單片機(jī)，周圍的東西都是使單片機(jī)更好的工作而設(shè)立的；1、震蕩器單片機(jī)系統(tǒng)正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統(tǒng)將會(huì)不能工作；假如振蕩器運(yùn)行不規(guī)律，系統(tǒng)執(zhí)行程序的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間上的誤差，這在通信中會(huì)體現(xiàn)的很明顯：電路將無法通信。他是由一個(gè)晶振和兩個(gè)瓷片電容組成的，x1和x2分別接單片機(jī)的x1和x2，晶振和瓷片電容是沒有正負(fù)的，注意兩個(gè)瓷片電容相連的那端一定要接地。2、復(fù)位端復(fù)位電路，給單片機(jī)一個(gè)復(fù)位信號(hào)（一個(gè)一定時(shí)間的低電平）使程序從頭開始執(zhí)行；一般有兩中復(fù)位方式：上電復(fù)位，在系統(tǒng)一上電時(shí)利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的低電平；手動(dòng)復(fù)位，同過按鈕接通低電平給系統(tǒng)復(fù)位，這時(shí)如果手按著一直不放，系統(tǒng)將一直復(fù)位，不能正常工作，如果我們買的小按鈕有問題，我們又沒有仔細(xì)的檢查，那可有點(diǎn)麻煩了，呵呵，我估計(jì)我們的運(yùn)氣不會(huì)那么差，哈哈，在這里我們需要注意用的電容是電解電容，是有正負(fù)的，如果接反了，他就會(huì)爆炸，哈哈做實(shí)踐真是不容易，有時(shí)要冒著危險(xiǎn)的，哈哈。我們可以用并口或者串口把程序下到單片機(jī)中，這樣我們就可以省去了買燒錄器，3、電源，說了半天還沒有說到電源，要不單片機(jī)怎么工作呀，圖中沒有給出，第20管腳是地GND，第40管腳是電源VCC，一般我們?cè)陔娫磛cc處。加一個(gè)0.1uf的瓷片電容，濾掉電源中的高頻雑波，使系統(tǒng)更安全。注意51單片機(jī)使用的是5付直流電源。第一課：51單片機(jī)最小系統(tǒng)

實(shí)際上，51單片機(jī)核心外圍電路是很簡單的，一個(gè)單片機(jī)＋一個(gè)看門狗＋一個(gè)晶振

＋2個(gè)磁片電容；

1.單片機(jī)：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，還有philips的系列，都差

不多；現(xiàn)在有一些有ISP（在線下載的），就更好用了；

2.看門狗：種類很多，我常用的有max691/ca1161和DS1832等，具體看個(gè)人習(xí)慣、

芯片工作電壓、封裝等。Max系列和DS系列，還有IMP公司的，種類很多，一般只需

要有最基本的功能就可以了；原來我使用max691，但是max691比較貴，因?yàn)樗须?/p>

池切換功能，后來新設(shè)計(jì)電路板，就都采用ca1161了。

很早以前的電路設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在可能還有人使用，使用一個(gè)電阻和一個(gè)電容達(dá)成的上

電復(fù)位電路；但是，這樣的復(fù)位電路一個(gè)是不可靠，為什么不可靠，網(wǎng)絡(luò)上能找得

到專門論述復(fù)位電路的文章；更重要的是，51系列的單片機(jī)比較容易受到干擾；沒

有看門狗電路是不行的，當(dāng)程序跑飛時(shí)，回不來了，死在那里。

常規(guī)的做法是買一個(gè)專門的看門狗電路，完成復(fù)位電路和看門狗電路的功能。

這些芯片的資料很容易在網(wǎng)絡(luò)上找到，通常使用百度搜索就可以了；單片機(jī)和單片機(jī)抗干擾能力是不一樣的。如果你的產(chǎn)品是工作在干擾比較大的環(huán)境

，可以試試選用不同品牌的單片機(jī)；原來我在一個(gè)光電所，做YAG激光治療機(jī)的控

制部分，脈沖激光機(jī)的電源放電的時(shí)候，能量是很大的，在采取了所有能夠想到的

光電隔離等措施之后，還是不行；后來，選用了intel的8031，就可以了。小聲的

說：當(dāng)時(shí)的philips的單片機(jī)抗干擾性能是最差的，可能跟Philips主要是用在民用

領(lǐng)域有關(guān)?，F(xiàn)在不知道怎么樣了，有人知道的話告訴我。

單片機(jī)的輸入輸出口線是最容易引進(jìn)干擾的地方；在嚴(yán)重干擾的情況下，需要將所

有的口線光電隔離。

3.晶振：一般選用11.0592M，因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19200波特率；也

可以使用36.864M，這個(gè)頻率是1.8432M的20倍，看別人的電路板上用過，我也沒有

用到。這2種晶振很容易買到，價(jià)錢跟12M的一樣。書上說，12M的晶振也能得到

9600的波特率，但是，實(shí)際用的時(shí)候，會(huì)每隔一段時(shí)間就出錯(cuò)一次，好像累積誤差

一樣，比較奇怪。

即使你的單片機(jī)系統(tǒng)不使用RS232接口，也可以做一個(gè)Rs232，留著做測試，或者預(yù)

留等等，沒有壞處。除非你的單片機(jī)系統(tǒng)的口線不夠用了。

4.磁片電容：22pf～30pf，可以在有些書上找到什么晶振頻率對(duì)應(yīng)什么容量的磁

片電容，但是，我都是隨便拿來使用，反正在11.0592M下，都沒有問題；如果你用

到了更高的頻率，最好還是找找資料看看。

參見以下電路圖：

如果你的單片機(jī)系統(tǒng)沒有工作，檢查步驟如下：

1.查看門狗的復(fù)位輸出，可能的話在電路板上加一個(gè)LED，下拉，這樣看起來就更

方便；要是看門狗復(fù)位信號(hào)有，往下；

2.查單片機(jī)，看看管腳有沒有問題；一般編程器能夠?qū)⒊绦驅(qū)懭?，說明單片機(jī)是

好的；最好手頭上準(zhǔn)備一個(gè)驗(yàn)證過的單片機(jī)，內(nèi)部有一個(gè)簡單的程序，比如，在某

個(gè)口線上輸出1個(gè)1秒占空比的方波等，可以使用萬用表測量。

加一句：設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，要在關(guān)鍵的地方：電源、串口、看門狗的輸出和輸入、I/O

口等加不同顏色的LED指示，便于調(diào)試；作為批量大的產(chǎn)品，可以去掉部分LED，一

方面是降低成本、一方面是流程保密；

3.再查磁片電容，有些瓷片電容質(zhì)量不行，干脆換了；順便說一下，換器件最好

使用吸錫帶，將焊盤內(nèi)的錫吸干凈，再將器件拔出，這樣不會(huì)損傷焊盤內(nèi)的過孔；

再將新的瓷片電容焊接上去的時(shí)候，用萬用表量量是好的再焊；

4.最后只有換晶振了；切記要買好的晶振，有些品牌質(zhì)量比較好。

5.以上按照以上步驟檢測時(shí)，將無關(guān)的外圍芯片去掉；因?yàn)橛幸恍┦峭鈬骷?/p>

故障導(dǎo)致單片機(jī)最小系統(tǒng)沒有工作。第二課基本的芯片和分立器件

2.1簡述

有必要對(duì)以下系列的芯片和分立器件進(jìn)行介紹。

除了單片機(jī)作為控制器的核心外，作為一個(gè)產(chǎn)品，由很多東西構(gòu)成；所以，在講系

統(tǒng)之前，先將這些零零碎碎的東西一并交待。就好像一棟房子，有各種各樣的構(gòu)件

組成，下面的這些東東就像磚瓦一樣，沒有不行。

2.274系列芯片

74系列的芯片的下載地址：

/TTLDATASHEET.htm

.tw/asp/class36_40.htm

/download/digitpdf/74xx/default.htm

74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片現(xiàn)在均已不用了，但是，實(shí)際上，在目前的系統(tǒng)中，還能看到一些芯片，有些芯片現(xiàn)在還在系統(tǒng)中使用，例如：

1、7404–6個(gè)反相門

下載地址：

/document/detail.asp?pdid=125533

將輸入的TTL邏輯反相，如：0->1，1->0

2、7407–6個(gè)集電極開路門

下載地址：

/document/detail.asp?pdid=125518

由于集電極開路門可以外接高電壓，可以最高到DC30V，電流最大到39mA，通常我

用它驅(qū)動(dòng)8字?jǐn)?shù)碼管和繼電器等大電流的負(fù)載；開路門內(nèi)部結(jié)構(gòu)是達(dá)林頓管的，輸

出的邏輯是正的；

與其類似的芯片是7406，只不過是反相開路門。

3、74LS573與74LS373–8數(shù)據(jù)鎖存器

74LS373下載地址：

/document/detail.asp?pdid=129171

74LS573下載地址：

/yddzsourse/pdf/74hc573.pdf

引入幾個(gè)概念：

1.真值表

參見74LS373的PDF的第2頁：

Dn

LE

OE

On

H

H

L

H

L

H

L

L

X

L

L

Qo

X

X

H

Z

這個(gè)就是真值表，表示這個(gè)芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。

每個(gè)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)（datasheet）中都有真值表。

布爾邏輯比較簡單，在此不贅述；

2.高阻態(tài)

就是輸出既不是高電平，也不是低電平，而是高阻抗的狀態(tài)；在這種狀態(tài)下，可以

多個(gè)芯片并聯(lián)輸出；但是，這些芯片中只能有一個(gè)處于非高阻態(tài)狀態(tài)，否則會(huì)將芯

片燒毀；

高阻態(tài)的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。

3.數(shù)據(jù)鎖存

當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時(shí)，在芯片的輸出端，數(shù)據(jù)仍然保持；

這個(gè)概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。

4.數(shù)據(jù)緩沖

加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。

OE：output_enable，輸出使能；

LE：latch_enable，數(shù)據(jù)鎖存使能，latch是鎖存的意思；

Dn：第n路輸入數(shù)據(jù)；

On：第n路輸出數(shù)據(jù)；

再看這個(gè)真值表，意思如下：

第四行：當(dāng)OE＝1是，無論Dn、LE為何，輸出端為高阻態(tài)；

第三行：當(dāng)OE＝0、LE＝0時(shí)，輸出端保持不變；

第二行第一行：當(dāng)OE＝0、LE＝1時(shí)，輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù)；

結(jié)合下面的波形圖，在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候是這樣做的：

a．OE＝0；

b．先將數(shù)據(jù)從單片機(jī)的口線上輸出到Dn；

c．再將LE從0->1->0

d．這時(shí)，你所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在On上了，輸入的數(shù)據(jù)在變化也影響不到輸

出的數(shù)據(jù)了；實(shí)際上，單片機(jī)現(xiàn)在在忙著干別的事情，串行通信、掃描鍵盤……單

片機(jī)的資源有限啊。

在單片機(jī)按照RAM方式進(jìn)行并行數(shù)據(jù)的擴(kuò)展時(shí)，使用movx@dptr,A這條指令時(shí)，這

些時(shí)序是由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。

后面的表格中還有需要時(shí)間的參數(shù)，你不需要去管它，因?yàn)檫@些參數(shù)都是幾十ns級(jí)

別的，對(duì)于單片機(jī)在12M下的每個(gè)指令周期最小是1us的情況下，完全可以實(shí)現(xiàn)；如

果是你自己來實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯，類似的指令如下：

mov

P0,A;將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù)端口

clr

LE

setb

LE

clr

LE

;上面三條指令完成LE的波形從0->1->0的變化

74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣，只不過是管腳定義不一樣，數(shù)據(jù)輸入和輸出端

各在一側(cè)，PCB容易走線；所以大家都喜歡使用這個(gè)芯片。

4、74LS244–數(shù)據(jù)緩沖器

下載地址：

/download/digitpdf/74xx/74F244.pdf

數(shù)據(jù)輸出能力比較強(qiáng)，輸出電流可以到40mA以上；

4個(gè)緩沖器分成2組，具有高阻態(tài)控制端口

5、74LS245–總線緩沖器

/download/digitpdf/74xx/74F245.pdf

雙向數(shù)據(jù)接口，通常在ISA板卡上可以看到；

早期的51系統(tǒng)中，為了擴(kuò)展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等經(jīng)?？梢钥吹竭@個(gè)片子

；

為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，有時(shí)是為了隔離輸入和輸出，主要是布線方便，象74LS573一

樣，輸入、輸出在一側(cè)，經(jīng)常用到這個(gè)片子

6、74LS138–三－八譯碼器

/download/digitpdf/74xx/74F138.pdf

在早期的51系統(tǒng)的擴(kuò)展中，作為地址選通的片子，可以經(jīng)?？吹健?/p>

另外一個(gè)類似的芯片是74LS154，是4-16譯碼器，現(xiàn)在更是少見了。

有興趣的可以研究一下何立民的經(jīng)典著作中的有關(guān)章節(jié)。

知道有這么一個(gè)芯片就可以了。

2.3

CD4000系列

CD4000系列的芯片，除了跟74系列的電氣特性有所區(qū)別外，例如：

1)電壓范圍寬，應(yīng)該可以工作在3V～15V，輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)能力差外，跟74系列

的功能基本沒有區(qū)別；

2)輸入時(shí)，1/2工作電壓以下為0，1/2工作電壓以上為1；

3)輸出時(shí)，1=工作電壓；0=0V

4)驅(qū)動(dòng)能力奇差，在設(shè)計(jì)時(shí)最多只能帶1個(gè)TTL負(fù)載；

5)如果加上拉電阻的話，至少要100K電阻；

6)唯一現(xiàn)在使用的可能就是計(jì)數(shù)器，CD4060的計(jì)數(shù)器可以到14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/

分頻器，這個(gè)74系列的做不到這么高；

下載地址：

.tw/asp/class36_40.htm

.tw/pdf_file/CD4060.PDF

2.4ULN2003/ULN2008

它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是達(dá)林頓的，專門用來驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一

個(gè)消線圈反電動(dòng)勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降

VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算

。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)

等外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。

經(jīng)常在工控的板卡中見到這個(gè)芯片。

有個(gè)完全一樣的型號(hào)：MC1413，不過現(xiàn)在好像不怎么見到這個(gè)型號(hào)了，但是管腳與

2003完全兼容。

ULN2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器；ULN2008驅(qū)動(dòng)8個(gè)繼電器。

ULN2003下載地址：

/document/detail.asp?pdid=148212

ULN2008下載地址：

沒有找到。奇怪啊。

2.5光耦

光耦是做什么用的？光耦是用來隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號(hào)。

在各種應(yīng)用中，往往有一些遠(yuǎn)距離的開關(guān)量信號(hào)需要傳送到控制器，如果直接將這

些信號(hào)接到單片機(jī)的I/O上，有以下的問題：

1)信號(hào)不匹配，輸入的信號(hào)可能是交流信號(hào)、高壓信號(hào)、按鍵等干接點(diǎn)信號(hào)；

2)比較長的連接線路容易引進(jìn)干擾、雷擊、感應(yīng)電等，不經(jīng)過隔離不可靠

所以，需要光耦進(jìn)行隔離，接入單片機(jī)系統(tǒng)。

常見的光耦有：

1)TLP521-1/TLP521-2/TLP521-4，分別是1個(gè)光耦、2個(gè)光耦和4個(gè)光耦，HP公司

和日本的東芝公司生產(chǎn)。

下載地址：

.tw/pdf_file/TLP521-1-2,4.PDF

發(fā)光管的工作電流要在10mA時(shí)，具有較高的轉(zhuǎn)換速率；

在5V工作時(shí)，上拉電阻不小于5K，一般是10K；太小容易損壞光耦；

2)4N25/4N35，motorola公司生產(chǎn)

下載地址：

.tw/pdf_file/4N25-8,35-7,H11A1-5.PDF

隔離電壓高達(dá)5000V；

3)6N136，HP公司生產(chǎn)

下載地址：

.tw/pdf_file/6N135-6.PDF

要想打開6N136，需要比較大的電流，大概在15~20mA左右，才能發(fā)揮高速傳輸數(shù)據(jù)

的作用。

如果對(duì)速率要求不高，其實(shí)TLP521－1也可以用，實(shí)際傳輸速率可以到19200波特率

。

選擇光耦看使用場合，tlp521-1是最常用的，也便宜，大概0.7~1元；

要求隔離電壓高的，選用4N25/4N35，大概在3元左右；

要求在通訊中高速傳輸數(shù)據(jù)的，選用6N136，大概在4元左右。

光耦應(yīng)用的原理框圖如下所示：

1.輸入干接點(diǎn)隔離

2.輸入TTL電平隔離

3.輸入交流信號(hào)隔離

4.輸出RS232信號(hào)隔離

5.輸出RS422信號(hào)隔離

光耦除了隔離數(shù)字量外，還可以用來隔離模擬量。將在今后的章節(jié)中描述。

2.6三極管

2.7光電管

2.8電容

2.9電阻

2.10固態(tài)繼電器

2.11繼電器

2.12變壓器與整流橋

2.13三端穩(wěn)壓器

2.14開關(guān)電源芯片

2.15封裝知識(shí)、芯片批號(hào)等

2.16接插件

2.17器件選購的知識(shí)

2.6三極管

2.6.1三極管的4種工作狀態(tài)

1)飽和導(dǎo)通狀態(tài)

飽和導(dǎo)通=0

2)截止?fàn)顟B(tài)

飽和導(dǎo)通=1

3)線性放大狀態(tài)

作為低頻放大器時(shí)使用，具體的可參見有關(guān)電子線路的書籍；

4)非線性工作狀態(tài)

在無線電通信系統(tǒng)中，作為混頻器等使用。具體的可參見有關(guān)電子線路的書籍；

愚記得南京工學(xué)院也就是現(xiàn)在的東南大學(xué)在80年代初期有一套《電子線路》5本，

是電子專業(yè)的書籍，比較難懂；現(xiàn)在，即使是在電子專業(yè)的學(xué)生中，也應(yīng)該降低了

對(duì)三極管的哪些復(fù)雜的參數(shù)的要求了吧；在實(shí)際使用時(shí)，即使是模擬電路、非線性

電路，也都是集成電路了，誰還使用三極管自己做呢？如果萬一需要，現(xiàn)學(xué)也來得

及。這套書很強(qiáng)的。編寫人在那個(gè)年代肯定都是牛人。

學(xué)三極管這些參數(shù)很繁瑣的，要是現(xiàn)在的非電子類的大學(xué)生或者大專生們還學(xué)這些

玩意，我只能說是學(xué)校在誤人子弟了。

好多學(xué)校都在擴(kuò)招，很多學(xué)生念了4年下來，學(xué)了一堆過時(shí)的理論，跟實(shí)際的東西

一點(diǎn)沒有接軌，不知道7407是干什么用得，不知道三極管的幾個(gè)狀態(tài)；我只能無話

可說。

所以，念了4年下來，跟企業(yè)的需求還有一段距離，還需要從頭來過；聰明的學(xué)生

趕緊抓住機(jī)會(huì)去學(xué)習(xí)，去實(shí)習(xí)，這樣，還可以趕緊補(bǔ)上實(shí)際應(yīng)用的這一課。

言歸正傳。

參見下圖：

當(dāng)單片機(jī)的口線輸出電平為1時(shí)，三極管的be結(jié)導(dǎo)通，ce結(jié)導(dǎo)通，輸出的電壓值為

0V；

當(dāng)單片機(jī)的口線輸出電平為0時(shí)，三極管的be結(jié)不導(dǎo)通，ce結(jié)截止，輸出的電壓值

為5V；

在這種數(shù)字電路的應(yīng)用中，相當(dāng)于三極管是一個(gè)反相開路門。

計(jì)算是否導(dǎo)通，公式如下：

I＝B（放大倍數(shù)，希臘字母的貝塔）×Ibe

當(dāng)Ice

相差越大，飽和程度越深，Vce越小，三極管的輸出內(nèi)阻越??；

這個(gè)概念要用到光電管中。

設(shè)計(jì)使用時(shí)大概算算，心里有個(gè)數(shù)；在電路板上試試，行的通，那就是它了?？梢?/p>

測量Vce值，至少要小于0.1V就可以了。

常用的PNP三極管是2N5551，驅(qū)動(dòng)40mA的LED（電壓在24V）、蜂鳴器等均沒有問題

。

2.6.2三極管的具體應(yīng)用

實(shí)際上，已經(jīng)有象7407、ULN2003可以取代三極管在數(shù)字電路中的作用；但是，有

時(shí)是受到PCB面積的制約，有時(shí)是為了降低成本，有時(shí)是因?yàn)椴季址奖?，?~2個(gè)輸

出點(diǎn)時(shí)，還是可以使用三極管來做驅(qū)動(dòng)的。

例如：驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器；往往系統(tǒng)中的蜂鳴器跟其它驅(qū)動(dòng)設(shè)備，繼電器等，距離較

遠(yuǎn)；這時(shí)，沒有必要使用一片7407，或者ULN2003來驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)的接口如下：

Re:從51初學(xué)者到電子工程師（轉(zhuǎn)帖）

2.7光電管

我這里所謂的光電管有2種：

1)反射型光電管

2)對(duì)射型光電管

這2種產(chǎn)品在市場上又可分為調(diào)理好的和沒有調(diào)理好的；

這2種光電管在電子產(chǎn)品世界和電子技術(shù)應(yīng)用雜志上都有大量的廣告。隨便找一本

都有。

我所說的調(diào)理好的指的是內(nèi)部已經(jīng)加了限流電阻和輸出的放大驅(qū)動(dòng)電路了。它的特

點(diǎn)是只有3根線，電源2根，輸出信號(hào)一根，TTL電平的；但是，有時(shí)受到某種限制

，需要使用沒有調(diào)理好的，怎么辦呢？

參見下圖：光電管原理框圖

這種沒有調(diào)理好的光電管在使用時(shí)，需要做一塊小的電路板，在發(fā)光管加限流電阻

，在光電三極管的集電極加上拉電阻到5V，如下圖所示：光電管工作框圖1。

但是，在使用中我發(fā)現(xiàn)，輸出的信號(hào)不穩(wěn)定，尤其是在使用比較長的電纜傳輸?shù)絾?/p>

片機(jī)的時(shí)候；究其原因，我認(rèn)為是由于反射或者對(duì)射的紅外光落在光電三極管的靶

面上，光強(qiáng)未能導(dǎo)致光電三極管深度飽和，使得輸出的內(nèi)阻偏大，環(huán)境的噪聲和電

纜的干擾信號(hào)容易在線路上疊加的緣故；

為了可靠工作，仿照達(dá)林頓管的結(jié)構(gòu)，在光電三極管的輸出端加一個(gè)限流電阻接到

NPN的B結(jié)，當(dāng)無光的時(shí)候，2N5551飽和導(dǎo)通，輸出電壓為0V；實(shí)際測量小于0.1V；

當(dāng)有光，甚至是弱光時(shí)，2N5551截至，輸出電壓為5V。將3K電阻換成更大或更小的

電阻，可以調(diào)整光電三極管的輸出的靈敏度。

具體工作過程可以自行分析，做個(gè)實(shí)驗(yàn)。

2.8電容

2.8.1電容的主要種類

電容有以下幾大類：

1)電解電容

2)獨(dú)石電容

3)磁片電容

4)膽（左金右旦）電解電容

5)滌綸電容等

電容的指標(biāo)是：耐壓值和電容容量。例如：220u/50V，就是說，這個(gè)電解電容耐壓

值為50V，容量為220u。

電容的容量跟電容的介質(zhì)有關(guān)。

顧名思義：

電解電容為電解質(zhì)作為介質(zhì)的，鋁作為電極；

獨(dú)石電容是使用石頭作為介質(zhì)的；

磁片電容是磁片作為介質(zhì)的；

膽（左金右旦）電解電容使用電解質(zhì)作為介質(zhì)，但是，電極采用膽（左金右旦）金

屬。

滌綸電容采用滌綸作為介質(zhì)。

有興趣的網(wǎng)友可以拆一個(gè)電容看看。

2.8.2電容的使用場合

1.電源穩(wěn)壓和濾波

電解電容主要是用來穩(wěn)壓和低頻交流濾波的；高頻濾波是使用磁片電容和獨(dú)石電容

。

當(dāng)電解電容作為穩(wěn)壓時(shí)，接在整流橋和三端穩(wěn)壓器的輸出端，起到穩(wěn)定電壓的作用

。其工作機(jī)理相當(dāng)于一個(gè)水庫，從上游來的帶有波浪的水到了水庫，就變的平滑了

。

但是，鋁電解電容的電解質(zhì)隨著時(shí)間的推移會(huì)干涸，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要留有余量，

保證系統(tǒng)正常工作到它的壽命。

有些遠(yuǎn)端供電的直流電源，接到電路板的輸入端時(shí)，需要在電路板的電源輸入端加

一個(gè)大的電解電容，通?？梢允?20u/25V，這樣，這塊電路板需要供電時(shí)，不是直

接從電源處取，而是從電容中取電，可以得到穩(wěn)定的電流供給；

但是，電解電容只能濾除低頻的波動(dòng)；對(duì)于直流電源中的高頻波動(dòng)，可以加一個(gè)

0.1u或0.01u的獨(dú)石電容或者磁片電容。

很多教科書都指出，在每一個(gè)芯片的電源和地兩端接一個(gè)0.1u或0.01u的獨(dú)石電容

或者瓷片電容，解決芯片的供電過程中，由于電路板的走線電感產(chǎn)生的電源開關(guān)噪

聲尖峰。這種作用下的電容叫去耦電容。這是電路板的常規(guī)的設(shè)計(jì)；

2.定時(shí)參數(shù)

對(duì)于象555這樣需要外接電容產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖的器件，滌綸電容是首選。可以想象

，滌綸一層又一層纏繞，受到溫度變化引起的滌綸的面積的變化的相對(duì)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小

于獨(dú)石電容的介質(zhì)石頭受到溫度變化而引起的變化值。

3.產(chǎn)生其它電壓

有些需要從單一電壓產(chǎn)生其它的電壓的芯片，如：max232，需要外接電容才能實(shí)現(xiàn)

。

參見max232技術(shù)資料。

外接01.u的膽電容。

2.8.3電容的封裝

電容有直插和表面貼的不同封裝。

電解電容表面貼封裝的通常耐壓值不超出25V，電容值不超出100u。再大，就只好

使用直插的了。其它的電容，磁片和獨(dú)石都有表面貼封裝的。

2.9電阻和電位器

2.9.1電阻的種類

普通電阻

電阻種類按照工藝可以分為碳膜電阻和金屬膜電阻；

按照功率可以分為小功率電阻和大功率電阻，大功率電阻通常是金屬電阻，實(shí)際上

應(yīng)該是在金屬外面加一個(gè)金屬（鋁材料）散熱器，所以可以有10W以上的功率；在

電子配套市場上專門賣電阻的市場上可以很容易地看到。

金屬電阻通常是作為負(fù)載，或者作為小設(shè)備的室外加熱器，如，在CCTV的一些解碼

器箱和全天候防護(hù)罩中可以看到。

電阻在電路中起到限流、分壓等作為。通常1/8W電阻已經(jīng)完全可以滿足使用。但是

，在作為7段LED中，要考慮到LED的壓降和供電電壓之差，再考慮LED的最大電流，

通常是20mA（超高亮度的LED），如果是2×6（2排6個(gè)串聯(lián)），則電流是40mA。

不同廠家選用不同材料的，壓降有所不同。所以，需要加上電試一下，但是，不要

讓Led的電流超出20mA（單只LED），這時(shí)加大電流亮度也不會(huì)增加，但是LED的壽

命會(huì)下降，限流電阻的大小就是壓降除以電流。電阻的功率隨之可以算出。

這個(gè)使用初中的知識(shí)就夠用了。

電位器

電位器就是可調(diào)電阻。在初中學(xué)物理時(shí)，中學(xué)老師拿一個(gè)很大的圓筒狀的東東，上

面有一個(gè)滑桿，跟這個(gè)東西很類似。

它的阻值在1～n之間變化。

N=102、502、103……

102=10*10的2次方，也就是1000歐姆，1K

同理，502=5K。

這種表示的方法跟電容是一樣的。

電容104=10*10的4次方pf，電容的基本單位是pf，1u=1000000pf，所以，

104=100000pf=0.1u；

電位器又分單圈和多圈電位器。

單圈的電位器通常為灰白色，面上有一個(gè)十字可調(diào)的旋紐，出廠前放在一個(gè)固定的

位置上，不在2頭；

多圈電位器通常為藍(lán)色，調(diào)節(jié)的旋紐為一字，一字小改錐可調(diào)；

多圈電位器又分成頂調(diào)和側(cè)調(diào)2種，主要是電路板調(diào)試起來方便。

有些是儀器儀表設(shè)備，通常是模擬電路，有一些不確定的因素，需要調(diào)節(jié)才能達(dá)到

最理想的效果；有些是設(shè)備本身就需要輸出一個(gè)可變的東東，如電壓和電流，也需

要一個(gè)電位器。

排電阻

是sipn的封裝，比較常用的就是阻值502和103的9腳的電阻排；象sip9就是8個(gè)電

阻封裝在一起，8個(gè)電阻有一端連在一起，就是公共端，在排電阻上用一個(gè)小白點(diǎn)

表示。排電阻通常為黑色，也有黃色；51系統(tǒng)的P0需要一個(gè)排電阻上拉，否則，作

為輸入的時(shí)候，不能正常讀入數(shù)據(jù)；作為輸出的時(shí)候，接7407是可以的，不需要上

拉電阻；但是，接其它的芯片，還是不行。有興趣可以看看51的P0的結(jié)構(gòu)；沒有興

趣，依葫蘆畫瓢，照做沒錯(cuò)。

光敏電阻

當(dāng)照在光敏電阻上的光強(qiáng)變化時(shí)，電阻值也在變化。顯然這是半導(dǎo)體材料的特性。

使用光敏電阻可以檢測光強(qiáng)的變化。

思考題1：

有一個(gè)LED顯示設(shè)備，要求，當(dāng)光強(qiáng)變化的時(shí)候，LED的亮度隨著光強(qiáng)變化；光線越

強(qiáng)，LED越亮；反之亦然。怎么使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能？可以是多級(jí)調(diào)光，如8級(jí)

調(diào)光；也可以做成無級(jí)調(diào)光。

2.9.2電阻的封裝

電阻的封裝有表面貼和軸向的封裝。

軸向封裝有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；axial在英語中就是軸的意思

；

表面貼電阻的封裝最常用的就是0805；當(dāng)然還有更大的；但是更大的電阻我想就不

是很常用了。

電位器的封裝在protel的書種可以很方便地找到。但是如果直接使用，可能會(huì)有一

些偏差。老樹早期就犯過這種錯(cuò)誤，導(dǎo)致電位器旁邊的器件安裝費(fèi)勁。

搞硬件和軟件是有所不同的，搞硬件的人，一定要精確。

在硬件上的一個(gè)小的錯(cuò)誤，都會(huì)造成這塊板的推倒重來；因?yàn)楫a(chǎn)品是不能有飛線的

；而這個(gè)小小的錯(cuò)誤相當(dāng)于軟件上的一條語句，在軟件調(diào)試階段悄悄改掉，可以神

不知鬼不覺；在PCB上，特別惡心。而且誰都知道-老板最知道。

什么是精確呢？

1．對(duì)你所要實(shí)現(xiàn)的工作的目標(biāo)理解準(zhǔn)確；

2．對(duì)你的電路圖要清楚每一個(gè)器件在其中所起的作用；如果不明白，可以找一個(gè)

專家問問，得到確認(rèn)；如果不清楚，可以先試試；

3．對(duì)每一個(gè)器件的封裝要嚴(yán)格把握，該是什么形狀、外形一定要完全一致；還有

考慮到空間是不是對(duì)其它的板卡器件有影響；對(duì)邊緣連接器件與電路板的邊緣之間

的距離、ISA和PCI的邊緣連接件與擋板之間的關(guān)系要完全把握才能去做電路板；否

則只是浪費(fèi)金錢和時(shí)間；

對(duì)邊緣器件與邊緣之間的距離要是不能有把握的話，可以找3個(gè)人，每個(gè)人都計(jì)算

一遍，取個(gè)平均值，基本上就差不多了。

4．對(duì)單片機(jī)的資源能不能作成這件事情一定要有把握，CPU運(yùn)算速度和字長、內(nèi)

存夠不夠大、程序存儲(chǔ)器夠不夠大，需要仔細(xì)的規(guī)劃；

5．原理圖經(jīng)過專家認(rèn)可無誤后，畫出來的PCB需要做網(wǎng)絡(luò)檢查，做到與原理圖完

全一致；

2.10繼電器、固態(tài)繼電器

2.10.1繼電器

繼電器，就是利用繼電器的線包在加電后產(chǎn)生的磁力，將2個(gè)電極吸合在一起；初

中還是高中的物理有它的原理。有興趣可以打開一支看看，很好玩的。

繼電器有：

1）公共端：COM

2）常開：normalopen，NO

3）常閉：normalclose，NC

繼電器主要指標(biāo)：

工作電壓：

工作電壓有直流和交流的2種；

在PCB上，通常是直流的；交流的繼電器通常是AC24V的居多，當(dāng)然，還有AC220V的

。交流的繼電器國產(chǎn)的比進(jìn)口的，比如，idec，OMRON，fujitsu便宜很多，當(dāng)然，

質(zhì)量也差一些。

可以在百度上專門搜索一下繼電器，上面有一些廠家產(chǎn)品的介紹。

常用的小功率的繼電器是national的居多，OMRON也有，便宜一些，一盒50只。

常用的電壓有：

DC5V/DC9V/DC12V/DC24V等；

根據(jù)觸點(diǎn)數(shù)量，可以分為：

單刀單擲/SPST

單刀雙擲/SPDT

雙刀雙擲/DPDT

四刀雙擲等/?

還要根據(jù)觸點(diǎn)容量來分。

一般的都是DC30V/1A或者DC30V/2A，AC110V/0.2A，再大，就不能使用繼電器了，

因?yàn)樵谟|點(diǎn)切換，電流通過的瞬間，會(huì)產(chǎn)生拉弧，燒毀觸點(diǎn)，使得切換不可靠；這

是，可以使用固態(tài)繼電器。

實(shí)際上，在PCB上的繼電器的任務(wù)就是給出一個(gè)干接點(diǎn)信號(hào)，作為控制信號(hào)使用，

傳遞的是一個(gè)信號(hào)，而不是能量?；蛘呖刂埔粋€(gè)大功率的開關(guān)等，讓大功率的開關(guān)

去控制功率的傳遞；但是，后者也不如固態(tài)繼電器來得方便。

繼電器的封裝通常是DIP16或者以上；也有更小的繼電器，但是，價(jià)錢跟DIP16的差

不多。

注意：DIP16的繼電器只有8個(gè)管腳；所以設(shè)計(jì)封裝時(shí)，不要圖省事直接使用DIP16

，這樣容易在焊接的時(shí)候焊反了，導(dǎo)致出錯(cuò)。要專門設(shè)計(jì)繼電器的封裝，該有幾個(gè)

腳就使用幾個(gè)腳。

2.10.2固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器，說白了，就是使用發(fā)光管觸發(fā)的過零觸發(fā)的可控硅。

可以說，跟光耦很相似，也是4個(gè)管腳，只是區(qū)別在：

4）直接使用直流電壓控制；可以認(rèn)為內(nèi)部已經(jīng)有了一個(gè)限流電阻；

5）接收光信號(hào)的一端是過零觸發(fā)的可控硅；

可以說是一個(gè)電子開關(guān)，無觸點(diǎn)的繼電器。

因?yàn)闊o觸點(diǎn)，所以可以通過大電流而不產(chǎn)生拉弧，工作壽命與開關(guān)次數(shù)無關(guān)。

觸點(diǎn)作為信號(hào)使用的繼電器的時(shí)間的工作壽命是100萬次到300萬次，可以查看技術(shù)

手冊(cè)；

固態(tài)繼電器可以認(rèn)為是無限次的，所以在大電流和頻繁開關(guān)的場合，使用固態(tài)繼電

器。

固態(tài)繼電器觸點(diǎn)通過的信號(hào)通常是交流電壓，但是也有直流電壓的。

固態(tài)繼電器可以通過AC220V或者AC380V以下的交流電；它的2個(gè)指標(biāo)：

1）工作電壓，通常為DC5V和DC12V，也有DC24V的；

2）工作電流：AC220V/1A/2A/4A不等。

國產(chǎn)的固態(tài)繼電器質(zhì)量不錯(cuò)，跟進(jìn)口的沒有區(qū)別，就是封裝的質(zhì)量太差，一批買回

來，個(gè)個(gè)都不一樣，焊在電路板上東倒西歪，不美觀；至于小功率的國產(chǎn)的繼電器

市場上比較少見，有也不敢使。

進(jìn)口的固態(tài)繼電器有美國的和日本的，4A以上的比較貴，日本的OMRON的固態(tài)繼電

器2A的才賣8元，侃侃價(jià)估計(jì)還能便宜，體積小，封裝絕對(duì)的準(zhǔn)確，可以很整齊地

在電路板上排列，不占地方；

2.12線性電源：變壓器、整流橋與三端穩(wěn)壓器

什么是線性電源？為什么叫線性？老樹查了網(wǎng)絡(luò)上的資料，也沒有答案，只好等待

高明教我。

PCB上需要供電，就需要電源。電源分2種，一種是線性電源，象7805，就是線性電

源；

一種是開關(guān)電源，是將AC220V直接整流濾波成高壓，推動(dòng)功率管工作在100Khz以上

，再整流濾波成低壓。

開關(guān)電源的工作原理可以通過百度查到。

線型電源需要工頻變壓器，將AC220V變換成低壓，經(jīng)過全橋的整流，和大電容的濾

波，成為脈動(dòng)的直流，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器，輸出直流電壓。

輸出端還需要大的電解電容濾波。注意這時(shí)要選用足夠大的電容容量和耐壓值的電

解電容。耐壓值不夠，你就等著聽響吧。電容容量不夠，整流輸出的電壓和輸出的

電壓的壓差不夠，輸出電壓會(huì)有紋波，單片機(jī)系統(tǒng)工作不正常。

通常電路板上需要的是DC5V，一般來說，現(xiàn)在的電路板，一片7805，再加散熱片也

基本夠用了。功率越大，散熱片也越大。

變壓器有多種規(guī)格：

1、普通E型矽鋼片繞制的變壓器，現(xiàn)在最大量的是廣西普寧雄英出的變壓器，通

過了長城認(rèn)證，質(zhì)量是不錯(cuò)的，最大的好處是便宜，現(xiàn)貨量大；通常的規(guī)格是單9V

、12V，雙9V、12V等；可能這個(gè)地方出矽鋼片，有這樣的礦藏。

2、環(huán)型變壓器，象個(gè)橢圓型；

3、最近好像圓形的變壓器也多起來了，后2種變壓器應(yīng)該是漏磁小、發(fā)熱少、效

率高，大功率的整流時(shí)使用，當(dāng)然單位瓦數(shù)也貴啊，按照1元/W計(jì)算預(yù)算應(yīng)該差不

多了。

這2種變壓器都需要定制，可以定制各種規(guī)格的。

4、焊在電路板上的變壓器，比較有名的是兵字品牌。在《電子技術(shù)應(yīng)用》和《電

子產(chǎn)品世界》上常年做廣告。秦皇島也有一家，好像叫耀華。

怎么計(jì)算變壓器需要多大的功率？

首先，計(jì)算功耗。比如：Dc5V/0.25A，也就是1.25W的功耗。

7805效率50％，變壓器效率50%，就是說，需要6W的變壓器。

Dc5V/0.25A的輸入壓差大概在3V，6V的變壓器整流出來的電壓是大約6×1.4＝8.4V

，也差不多了。所有選用AC6V/6W的變壓器。再到市場上找一個(gè)差不多的變壓器用

上就行了。

注意：電流越大，壓差越大；在電路工作的時(shí)候，可以拿示波器看看電源的波形是

不是平穩(wěn)。

78系列的芯片做的比較多而好的是美國國家半導(dǎo)體公司（nationalsemiconductor

）的LM780X和摩托羅拉公司MC780X等2大系列。

78系列是高壓差的穩(wěn)壓芯片，現(xiàn)在有低壓差的穩(wěn)壓芯片，其機(jī)理參見沙占友老師的

書籍。有LM2930、LM2937、LM2940C、LM2990等4個(gè)系列。

如果需要更大的電源供給，或者使用開關(guān)電源，或者去買成品的線性電源，象遼寧

朝陽4NIC的電源，質(zhì)量不錯(cuò)，價(jià)格也不錯(cuò)。

附：在網(wǎng)絡(luò)上找到的一篇文章：

開關(guān)電源和線性電源的區(qū)別

線性電源的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低（35%左右），需要

加體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當(dāng)要制作多組電

壓輸出時(shí)變壓器會(huì)更龐大。開關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量

小，效率高（75％以上）而且省掉了大體積的變壓器。但開關(guān)電源輸出的直流上面

會(huì)疊加較大的紋波（50mVat5Voutputtypical），在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可

以改善，另外由于開關(guān)管工作是會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連

磁珠加以改善。相對(duì)而言線性電源就沒有以上缺陷，它的紋波可以做的很小（5mV

以下）。對(duì)于電源效率和安裝體積有要求的地方用開關(guān)電源為佳，對(duì)于電磁干擾和

電源純凈性有要求的地方（例如電容漏電檢測）多選用線性電源。另外當(dāng)電路中需

要作隔離的時(shí)候現(xiàn)在多數(shù)用DC－DC來做對(duì)隔離部分供電（DC-DC從其工作原理上來

說就是開關(guān)電源）。還有，開關(guān)電源中用到的高頻變壓器可能繞制起來比較麻煩。

2.14

開關(guān)電源芯片

相對(duì)于線性穩(wěn)壓器來說，開關(guān)電源在計(jì)算機(jī)主板上、工控機(jī)主板和各種各樣的電路

板上起著電壓變換的作用。例如：將低電壓，比如：電池轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的3.3V或者5V

，或者將高電壓轉(zhuǎn)化成DC5V、DC3.3V，或者將DC5V轉(zhuǎn)換成3.3V和1.8V，例如，ARM

的電路板就需要這樣的芯片，3.3V給ARM供電，1.8V給arm的core供電。以上

由于采用了開關(guān)電路，電源芯片的工作頻率高，發(fā)熱小，效率高。

同樣的，還是芯片的巨頭，MAXIM、LINEAR和TI等公司在電源轉(zhuǎn)換芯片上是最為卓

越，無論從產(chǎn)品的種類，還是質(zhì)量都是上佳的；

經(jīng)?？措娮赢a(chǎn)品世界和電子技術(shù)應(yīng)用的網(wǎng)友一定對(duì)maxim的電源芯片印象巨深。五

花八門的電源芯片，讓你無法選擇到底選用那種是自己的所需要的。

在maxim的產(chǎn)品樹中，對(duì)電源是這樣分類的：

PowerSuppliesandBatteryManagement

SwitchmodeDC-DCPowerSupplies408

IsolatedPowerSupplies22

Low-DropoutLinearRegulators75

WhiteLEDDrivers13

Low-SideMOSFETDrivers14

High-SideMOSFETDrivers