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第二課 基本的芯片和分立器件 2.1 簡述 2.2 74系列 2.3 CD4000系列 2.4 光耦與光電管 2.5 三極管 2.6 電容電阻 2.7 固態(tài)繼電器 2.8 繼電器 2.9 變壓器和三端穩(wěn)壓器 2.10 開關(guān)電源芯片 2.11 封裝知識、芯片批號等 2.12 接插件 2.13 器件選購的知識 第三課 數(shù)字量的輸入輸出 第四課 單片機(jī)的通訊接口 第五課 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件構(gòu)思 第六課 單片機(jī)程序的框架（匯編版本） 第七課 模擬量的輸入輸出 …… 各位多提寶貴意見。 保證實(shí)用。如果程序里面有一些例程，也是已經(jīng)經(jīng)過測試可以拿來就用的；實(shí)際上是我早年的一些產(chǎn)品的程序的一部分；不好意思，都是匯編的。 寫的時(shí)間只有周末會多一些，可以保證做到一周一課；盡量能夠提前，但是這要看看工作忙不忙了。 坊間有一些參考書，準(zhǔn)備今天上午到北京中發(fā)市場轉(zhuǎn)了一圈，我記得以下參考書目較好： 1. 周航慈：《單片機(jī)程序設(shè)計(jì)》 2. 徐涵芳：《MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 3. 何立民：《......》 有了這些就基本夠用了；其它的很多都是資料的翻譯；如果英文不好，可以看看；英文好的話，可以不必了，省電錢買開發(fā)系統(tǒng)和編程器、開發(fā)板什么的，需要什么資料直接下載PDF文件好了。 要想成為電子工程師，需要寬帶，在家里安裝包月的adsl或者長寬，絕對值得。 實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)上什么都有了，就是一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，要好好利用。 網(wǎng)上自有黃金屋，網(wǎng)上自有顏如玉…… 第二課 基本的芯片和分立器件 2.1 簡述 有必要對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。 2.2 74系列芯片 74系列的芯片的下載地址：  http://www./TTLDATASHEET.htmhttp://www./asp/class36_40.htmhttp://www./download/digitpdf/74xx/default.htm74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個反相門 下載地址： http://www.hqew.com/document.detail.asp?pdid=125533將輸入的TTL邏輯反相，如：0->1，1->0 2、 7407 – 6個集電極開路門 下載地址： http://www.hqew.com/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： http://www.hqew.com/document.detail.asp?pdid=12917174LS573下載地址： http://www./yddzsourse/pdf/74hc573.pdf引入幾個概念： 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 這個就是真值表，表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。 每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（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，可以多個芯片并聯(lián)輸出；但是，這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài)，否則會將芯片燒毀； 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級別的，對于單片機(jī)在12M下的每個指令周期最小是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芯片。 4、 74LS244 – 數(shù)據(jù)緩沖器 下載地址： http://www./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個緩沖器分成2組，具有高阻態(tài)控制端口 5、 74LS245 – 總線緩沖器 http://www./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)常可以看到這個片子； 為了增強(qiáng)驅(qū)動能力，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)常用到這個片子 6、 74LS138 – 三－八譯碼器 http://www./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?。 另外一個類似的芯片是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)動能力奇差，在設(shè)計(jì)時(shí)最多只能帶1個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級二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻器，這個74系列的做不到這么高； 下載地址：  http://www./asp/class36_40.htmhttp://www./pdf_file/CD4060.PDF2.4 ULN2003/ULN2008 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是達(dá)林頓的，專門用來驅(qū)動繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。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)動繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。 經(jīng)常在工控的板卡中見到這個芯片。 有個完全一樣的型號：MC1413，不過現(xiàn)在好像不怎么見到這個型號了，但是管腳與2003完全兼容。 ULN2003可以驅(qū)動7個繼電器；ULN2008驅(qū)動8個繼電器。 ULN2003下載地址： http://www.hqew.com/document.detail.asp?pdid=148212ULN2008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。 在各種應(yīng)用中，往往有一些遠(yuǎn)距離的開關(guān)量信號需要傳送到控制器，如果直接將這些信號接到單片機(jī)的I/O上，有以下的問題： 1) 信號不匹配，輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點(diǎn)信號； 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個光耦、2個光耦和4個光耦，HP公司和日本的東芝公司生產(chǎn)。 下載地址： http://www./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： http://www./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： http://www./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. 輸入交流信號隔離 4. 輸出RS232信號隔離 5. 輸出RS422信號隔離 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、芯片批號等 2.16 接插件 2.17 器件選購的知識 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<I時(shí)，即為飽和導(dǎo)通； 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，心里有個數(shù)；在電路板上試試，行的通，那就是它了?？梢詼y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個輸出點(diǎn)時(shí)，還是可以使用三極管來做驅(qū)動的。 例如：驅(qū)動一個蜂鳴器；往往系統(tǒng)中的蜂鳴器跟其它驅(qū)動設(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；驅(qū)動的接口如下： 上午趕緊到中發(fā)去轉(zhuǎn)了一圈，看了看單片機(jī)方面的書，讓我失望。 這些書的大部分內(nèi)容還都是將51的技術(shù)資料美捶胍幌攏由弦恍┎⑿薪涌詰男酒?，?255/8155/8253/AD0809/DAC0832等等，就是一本單片機(jī)的書籍了。還挺貴?？蓱z的學(xué)生花了幾十大元買來，學(xué)到的是陳舊的知識。 看了又看，想了再想，老樹買了2本： 1)MCS-51系列 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)配置與接口技術(shù) 何立民編著 北京航空航天大學(xué)出版社 35元人民幣 2)單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 沙占友等編著 電子工業(yè)出版社 23元人民幣 何立民先生的巨著影響了看來不止是一代人，至少是2代人、三代人以上。主要的好處是體系比較完整，包括了單片機(jī)的核心、芯片的時(shí)序與擴(kuò)展、輸入與輸出（在何老師的編著中叫前向、后向、人機(jī)、相互通道，只是說法的不同），應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、抗干擾技術(shù)，應(yīng)該是，是一個大全了。 愚斗膽建議何老師將該巨著修改如下： 1) 將并行擴(kuò)展的有關(guān)內(nèi)容以及一些現(xiàn)在不用的內(nèi)容，如GP16打印機(jī)等，放在新編著的書的光盤內(nèi)容中，這樣篇幅可以減少，又不至于查詢不到；這些內(nèi)容，在書中一帶而過； 2)新增：I2C的數(shù)字和模擬的擴(kuò)展內(nèi)容和相應(yīng)的用單片機(jī)口線模擬I2C總線的程序； 3)新增：電源部分，包括：DC/DC模塊，MAXIM、LINEAR公司的step-up/step-down等芯片的內(nèi)容，還有開關(guān)電源、線性電源等內(nèi)容； 這樣，就能煥發(fā)出更新的活力。 沙占友的書中有一些新的內(nèi)容，象時(shí)鐘電路SD2000、電源部分，都是愚所激賞的，跟別的書籍相比，內(nèi)容新，基本沒有重復(fù)的地方。 如果初學(xué)者能買到周航慈的《單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)》，再下載一套89C51或者78E52的數(shù)據(jù)手冊，隨便從哪里找一本詳細(xì)講51語言的書，也就行了。這樣的書，最好從圖書館借來看看。何老師的書中也有一部分內(nèi)容，講程序設(shè)計(jì)的，沒有詳講語言。其實(shí)最好的就是原來徐涵芳老師編著的那本小冊子，好像是《51/96單片機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)》。好在是原汁原味，篇幅小而精干，也不貴。 手邊的參考書有以上三位老師的編著就可以了，其它的，隨便看看，如果有用，記住器件的名字，從網(wǎng)絡(luò)上下載下來看看就行了。 2.5 光電管 我這里所謂的光電管有2種： 1) 反射型光電管 2) 對射型光電管 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)動電路了。它的特點(diǎn)是只有3根線，電源2根，輸出信號一根，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)，輸出的信號不穩(wěn)定，尤其是在使用比較長的電纜傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的時(shí)候；究其原因，我認(rèn)為是由于反射或者對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，肪車腦肷偷繢碌母扇判藕湃菀自諳唄飛系擁腦倒剩?br> 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，做個實(shí)驗(yàn)。 2.6 電容 2.6.1 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)友可以拆一個電容看看。 2.6.1 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大的電解電容，通常可以是220u/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；對于直流電源中的高頻波動，可以加一個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，在每一個芯片的電源和地兩端接一個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。 2.6.2 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。 2.7 電阻和縹黃?br> 2.7.1電阻的種類 2.7.1.1 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增加，但是LED的壽命會下降，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。 這個使用初中的知識就夠用了。 2.7.1.2 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)老師拿一個很大的圓筒狀的東東，上面有一個滑桿，跟這個東西很類似。 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，面上有一個十字可調(diào)的旋紐，出廠前放在一個固定的位置上，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可變的東東，如電壓和電流，也需要一個電位器。 2.7.1.3 排電阻 是sip n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個電阻封裝在一起，8個電阻有一端連在一起，就是公共端，在排電阻上用一個小白點(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。 2.7.1.4 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？可以是多級調(diào)光，如8級調(diào)光；也可以做成無級調(diào)光。 2.7.2 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，可能會有一些偏差。老樹早期就犯過這種錯誤，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。 在硬件上的一個小的錯誤，都會造成這塊板的推倒重來；因?yàn)楫a(chǎn)品是不能有飛線的；而這個小小的錯誤相當(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． 對你所要實(shí)現(xiàn)的工作的目標(biāo)理解準(zhǔn)確； 2． 對你的電路圖要清楚每一個器件在其中所起的作用；如果不明白，可以找一個專家問問，得到確認(rèn)；如果不清楚，可以先試試； 3． 對每一個器件的封裝要嚴(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其它的板卡器件有影響；對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個人，每個人都計(jì)算一遍，取個平均值，基本上就差不多了。 4． 對單片機(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； 精確，實(shí)際上是敬業(yè)的精神。 2.8 繼電鰲⒐?fàn)C痰縉?br> 2.8.1 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：normal open，NO 3） 常閉：normal close，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)就是給出一個干接點(diǎn)信號，作為控制信號使用，傳遞的是一個信號，而不是能量?；蛘呖刂埔粋€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。要專門設(shè)計(jì)繼電器的封裝，該有幾個腳就使用幾個腳。 2.8.2 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)有了一個限流電阻； 5） 接收光信號的一端是過零觸發(fā)的可控硅； 可以說是一個電子開關(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； 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，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，個個都不一樣，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，封裝絕對的準(zhǔn)確，可以很整齊地在電路板上排列，不占地方； 什么時(shí)候國貨也能象日本的那樣好？ 什么時(shí)候所有的中國人都能象日本人那樣的敬業(yè)？ 這個論壇不是罵日本人的地方，所以不往下說了；老樹愿意將自己的一點(diǎn)微薄的經(jīng)驗(yàn)獻(xiàn)給大家。在電子產(chǎn)品應(yīng)用的中端低端市場將外國產(chǎn)品趕出中國市場我想中國人還是可以做到吧。 2.9 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；可能這個地方出矽鋼片，有這樣的礦藏。 2、 環(huán)型變壓器，象個橢圓型； 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（national semiconductor）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，價(jià)格也不錯。 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)變壓器會更喲蟆？氐繚吹牡髡芄ぷ髟詒ズ禿徒刂磷刺蚨⑷攘啃?，效率笖]?5％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疊加較大的紋波（50mV at 5V output typical），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 2.10 開關(guān)電源芯片 相對于線性穩(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，對電源是這樣分類的： Power Supplies and Battery Management tchmode DC-DC Power Supplies 408 Isolated Power Supplies 22 Low-Dropout Linear Regulators 75 White LED Drivers 13 Low-Side MOSFET Drivers 14 High-Side MOSFET Drivers 6 ORing MOSFET Controllers 2 Battery Chargers 36 Battery Protectors, Selectors and Monitors 17 Regulator + Reset Circuits 4 Current Sense Amplifiers 22 LCD/ECB/CCFL Display Bias Supply 87 ALSO SEE: Hot-Swap and Powertching ALSO SEE: Voltage References 我們經(jīng)常使用到的tchmode DC-DC Power Supplies ，這里有分成n種。老樹比較熟悉的是step-down電源芯片，也就是所謂的從高電壓下降到低的電壓的芯片；從低到高，當(dāng)然是step-up電源芯片。 象philips的電動剃須刀，里面肯定有電源管理芯片，當(dāng)電池電壓下降，但是，電池又有電的時(shí)候，能夠輸出恒定的電壓，榨干電池內(nèi)的最后一點(diǎn)電能，能夠舒適地使用一段很長的時(shí)間。 比如，你的電路板上只有DC24V電壓，但是，還需要Dc5V/2A的電源，這么高的壓降，使用線性穩(wěn)壓器顯然不合適，如果使用DC/DC模塊，成本太高，體積也比較大，所以，得選用一款芯片完成這個功能。 按照maxim給出的復(fù)雜的選擇，根據(jù)你的要求，多選擇幾項(xiàng)，maxim會給出一個清單，在清單中去選擇你最適合你的需求的芯片。 老樹原來使用過的完成此項(xiàng)功能的芯片是：MAX724、LT1076；這2款芯片需要1個50uH的電感才能輸出Dc5V電源；但是，這種開關(guān)電源芯片有個好處，就是輸入只要在它的允許的范圍內(nèi)波動，或者負(fù)載在變化，輸出DC5V電源十分穩(wěn)定。 電源的范圍從Dc10V～DC40V，max724均能輸出5A的DC5V電源。 Maxim724下載連接地址： http://www.hqew.com/document.detail.asp?pdid=153160LT1076下載鏈接地址： http://www.hqew.com/document.detail.asp?pdid=157742在ARM上使用的電源芯片是TI公司的TPS767D318。 下載鏈接： http://www.hqew.com/document.detail.asp?pdid=122122在沙老師的書中，也介紹了幾款電源轉(zhuǎn)換芯片，可供參考。 如果是作為隔離電壓產(chǎn)生，例如：5V轉(zhuǎn)換成隔離的5V，用在光耦、通訊等電路中，去自己做隔離電路就有點(diǎn)劃不來，不如去買現(xiàn)成的DC/DC模塊。這點(diǎn)國產(chǎn)的模塊做的不錯，象老樹常用的Dc12V/DC5V500mA的模塊，大約30元，質(zhì)量還是不錯的。 比較有名的電源轉(zhuǎn)換模塊，如： 如果是作為隔離電壓產(chǎn)生，例如：5V轉(zhuǎn)換成隔離的5V，用在光耦、通訊等電路中，去自己做隔離電路就有點(diǎn)劃不來，不如去買現(xiàn)成的DC/DC模塊。這點(diǎn)國產(chǎn)的模塊做的不錯，象老樹常用的Dc12V/DC5V500mA的模塊，大約30元，質(zhì)量還是不錯的。 老樹常用的電源轉(zhuǎn)換模塊，如： 北京星原豐泰電子技術(shù)有限公司的SAPS系列DC/DC模塊，這種模塊很多廠家都是兼容的； 電源轉(zhuǎn)換模塊還有AC/DC、DC/AC等不同；具體不同可以參看廠家網(wǎng)站。 廠家鏈接： http://www./index.htm另外一家生產(chǎn)微電源模塊的廠家是：深圳市順源科技有限公司。 廠家鏈接： http://www./index105.htm這種電源模塊國產(chǎn)的質(zhì)量不錯了，完全可以取代進(jìn)口產(chǎn)品。 DC/DC模塊完全可以將輸入輸出的電源地連接在一起，作為普通的非隔離的電源轉(zhuǎn)換器使用。 2.11 器件選購、芯片批號、封裝知識等 在市場上買芯片，千萬注意不要買到舊片、拆機(jī)片；舊片、拆機(jī)片有些湊合能用，有些干脆不行；即使現(xiàn)在能用，壽命肯定有限； 舊的就是舊的，肯定瞞不過有心人；主要是從芯片的管腳的嶄新程度、芯片印刷的質(zhì)量等仔細(xì)觀察。 舊的芯片往往管腳參差不齊、搪錫發(fā)烏、包裝的管子不夠新；而且往往是芯片的表面發(fā)白，那是因?yàn)楸淮蚰ミ^了，然后重新絲網(wǎng)印刷上廠家名稱、批號等； 所以最好是買激光打標(biāo)的器件，激光打標(biāo)的產(chǎn)品肯定是新貨，或者沒有使用過的貨；而且買的時(shí)候需要注意，器件的批號最好是最近當(dāng)年的或者是最近幾個星期的產(chǎn)品；總而言之，別花冤枉錢，還影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 同樣的產(chǎn)品，不同廠家的質(zhì)量也不一樣。我比較喜歡的是美國TI、摩托羅拉MC、MAXIM、LINEAR的產(chǎn)品；假的也少； 例如，max7219芯片上有一下標(biāo)志： MAXIM MAX7219CNG 0323PY MAXIM就是芯片的廠家； MAX7219CNG是廠家的型號，CNG跟封裝和7219這個系列產(chǎn)品的細(xì)微的差別有關(guān)； 03是指2003年；23是指該年的第23周；一年是52周，所以這個數(shù)字不會超出52； 激光打標(biāo)是在芯片上形成一個暗色的與芯片表面有一個明顯對比的標(biāo)志；中關(guān)村的大恒公司就有激光打標(biāo)機(jī)的業(yè)務(wù)；但是未必是在芯片上打標(biāo)； 有時(shí)，激光打標(biāo)會產(chǎn)生類似暗黃色的標(biāo)志，這跟激光器功率和芯片封裝材料有關(guān)。 關(guān)于CA1161看門狗的原理和應(yīng)用參見以下鏈接： http://www./catalyst/wdteeprom/shouce/CAT1161_cn.pdfhttp://www./catalyst/yingrong/CAT24Cxx1_1.pdf關(guān)于電源監(jiān)控和看門狗的原理，參見以下鏈接： http://www./newweb1/commend/uP/zongshu.asp#μP監(jiān)控http://www./newweb1/commend/uP/application3.asp#μP監(jiān)控電路http://www./newweb1/commend/uP/application3.asp#常見問題解答 |
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