电子竞赛必备超强51单片机知识

电子竞赛必备超强51单片机知识接触过单片机的朋友们都时常会听到别人提最小系统这个 词.那到底什么是最小系统，有怎样设计称上最小呢单片机最小系统，或者称为最小应用系统,是指用最少的元件 组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,单片机+晶振电路+复位电路,便组成 了一个最小系统.但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、 显示输出等加到上述电路中，成为小系统。应用89C51 (52)单片机设计并制作一个单片机最小系统， 达到如下基本要求：1、具有上电复位和手动复位功能。2、使用单片机片内程序存储器。3、具有基本的人机交互接口。按键输入、LED显示功能。4、具有一定的可扩展性，单片机I/O 口可方便地与其他电路板 连接。51单片机学习想学单片机，有一段时间了，自己基础不好， 在网上提了许多弱智的问题，有一些问题网友回答了，还有一些 为题许多人不屑一顾。学来学去，一年多过去了，可是还是没有 入门，现在我就把我学习中遇到的一些问题和大家分享快速的入门：在学习之前我在网上打听了一下atmel公司的 单片机用的人比较多，avr系列这几年在国内比较流行，但是考 虑到avr还是没有51系列用的人多，51系列的许多技术在实践 中都已经的到了前人的解决，遇到问题后，有许多高人可以帮助 解决，所以这次学习，选用了 atmel公司的at89s52,来进行学习。 学习单片机是需要花费时间实践的；学之前我们先准备好所需的 东西一、所需硬件at89s52 片；8m晶振一个，30pf的瓷片电 容两个；10uf电解电容一个，10k的电阻一个；万用板（多孔板） 一块；其他的器件如电烙铁一把30w的，松香，焊锡若干，如 果是第一次学习，不知道这些东西，没关系，以下是它们的照片:Atmel公司生产的at89s528m晶振22pf瓷片电容电解电容图1/4 w 10k的电阻普通的电木万用板起做成我们的好了，有了这些东西，我们就可以把它们组合到最小系统了二、51单片机最小系统原理图。jICF巩0H0FLLMlKJ巩4的K5P淀叶KETLKO*meF2L宓71K3TO:KMKi吃心珈Pi-7X2KE5ZTSXDTZBS3All?耘KEX氷3ja-4322L汩2a丁10LL30n迪这张图是组成51单片机的最小系统图了，我们把他的功能在这里简单的介绍一下核心器件： 单片机，周围的东西都是使单片机更好的工作而设立的;1、震荡器单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能 工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时 间上的误差，这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。他 是由一个晶振和两个瓷片电容组成的，x1和x2分别接单片机的 x1和x2,晶振和瓷片电容是没有正负的，注意两个瓷片电容相 连的那端一定要接地。2、复位端复位电路，VCC给单片机一个复位信号（一个一定时间的低电平）使程序从头开 始执行；一般有两中复位方式：上电复位，在系统一上电时利用 电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复 位，同过按钮接通低电平给系统复位，这时如果手按着一直不放， 系统将一直复位，不能正常工作，如果我们买的小按钮有问题， 我们又没有仔细的检查，那可有点麻烦了，呵呵，我估计我们的 运气不会那么差，在这里我们需要注意用的电容是电解电容，是 有正负的，如果接反了，他就会爆炸我们可以用并口或者串口把程序下到单片机中，这样我们就 可以省去了买烧录器，3、电源说了半天还没有说到电源，要不单片机怎么工作呀，图中没 有给出，第20管脚是地GND，第40管脚是电源VCC, 般我们 在电源vcc处。加一个O.luf的瓷片电容，滤掉电源中的高频雑 波，使系统更安全。注意51单片机使用的是-5直流电源。第一课：51单片机最小系统实际上，51单片机核心外围电路是很简单的，一个单片机+ 个看门狗+个晶振+ 2个磁片电容；1. 单片机：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，还有 philips的系列，都差不多；现在有一些有ISP （在线下载的）， 就更好用了；2. 看门狗：种类很多，我常用的有max691/call61和DS1832等, 具体看个人习惯芯片工作电压、封装等。Max系列和DS系列， 还有IMP公司的，种类很多，一般只需要有最基本的功能就可以 了；原来我使用max691，但是max691比较贵，因为它有电池切 换功能，后来新设计电路板，就都采用ca1161 了。很早以前的电路设计中，现在可能还有人使用，使用一个电 阻和一个电容达成的上电复位电路；但是，这样的复位电路一个 是不可靠，为什么不可靠，网络上能找得到专门论述复位电路的 文章；更重要的是，51系列的单片机比较容易受到干扰；没有 看门狗电路是不行的，当程序跑飞时，回不来了，死在那里。 常规的做法是买一个专门的看门狗电路，完成复位电路和看门狗 电路的功能。这些芯片的资料很容易在网络上找到，通常使用百度搜索就 可以了；单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品 是工作在干扰比较大的环境，可以试试选用不同品牌的单片机； 原来我在一个光电所，做YAG激光治疗机的控制部分，脉冲激光 机的电源放电的时候，能量是很大的，在采取了所有能够想到的 光电隔离等措施之后，还是不行；后来，选用了 intel的8031, 就可以了。小声的说：当时的philips的单片机抗干扰性能是最 差的，可能跟Philips主要是用在民用领域有关。现在不知道怎 么样了，有人知道的话告诉我。单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方；在严重干 扰的情况下，需要将有的口线光电隔离。3. 晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600波特率和 19200波特率；也可以使用36.864M，这个频率是1.8432M的20 倍，看别人的电路板上用过，我也没有用到。这2种晶振很容易 买到，价钱跟12M的一样。书上说，12M的晶振也能得到 9600的波特率，但是，实际用的时候，会每隔一段时间就出错 一次，好像累积误差一样，比较奇怪。即使你的单片机系统不 使用RS232接口，也可以做一个Rs232，留着做测试，或者预留 等等，没有坏处。除非你的单片机系统的口线不够用了。4. 磁片电容：22pf30pf，可以在有些书上找到什么晶振频率 对应什么容量的磁片电容，但是，我都是随便拿来使用，反正在 11.0592M下，都没有问题；如果你用到了更高的频率，最好还 是找找资料看看。参见以下电路图：如果你的单片机系统没有工作，检查步骤如下：1. 查看门狗的复位输出，可能的话在电路板上加一个LED，下 拉，这样看起来就更方便；要是看门狗复位信号有，往下；2. 查单片机，看看管脚有没有问题；一般编程器能够将程序写 入，说明单片机是好的；最好手头上准备一个验证过的单片机，内部有一个简单的 程序，比如，在某个口线上输出1个1秒占空比的方波等，可以 使用万用表测量。加一句：设计产品时，要在关键的地方：电源、串口、看门狗的 输出和输入、I/O 口等加不同颜色的LED指示，便于调试；作为 批量大的产品，可以去掉部分LED，方面是降低成本、一方面 是流程保密；3. 再查磁片电容，有些瓷片电容质量不行，干脆换了；顺便说 一下，换器件最好使用吸锡带，将焊盘内的锡吸干净，再将器件 拔出，这样不会损伤焊盘内的过孔；再将新的瓷片电容焊接上去 的时候，用万用表量量是好的再焊；4. 最后只有换晶振了；切记要买好的晶振，有些品牌质量比较 好。5. 以上按照以上步骤检测时，将无关的外围芯片去掉；因为有 一些是外围器件的故障导致单片机最小系统没有工作。第二课基本的芯片和分立器件2.1简述有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。除了单片机作为控制器的核心外，作为一个产品，由很多东西构 成；所以，在讲系统之前，先将这些零零碎碎的东西一并交待。 就好像一栋房子，有各种各样的构件组成，下面的这些东东就像 砖瓦一样，没有不行。2.2 74系列芯片74系列的芯片的下载地址：.tw/asp/class36_40.htm74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片现在均已不用了， 但是，实际上，在目前的系统中，还能看到一些芯片，有些芯片 现在还在系统中使用，例如：1、7404 -6个反相门下载地址：将输入的TTL逻辑反相，如：0-1, 1-02、7407 - 6个集电极开路门下载地址：由于集电极开路门可以外接高电压，可以最高到DC30V,电流 最大到39mA，通常我用它驱动8字数码管和继电器等大电流的 负载；开路门内部结构是达林顿管的，输出的逻辑是正的； 与其类似的芯片是7406，只不过是反相开路门。3、74LS573与74LS373 - 8数据锁存器74LS373下载地址：74LS573下载地址： 引入几个概念：1.真值表参见74LS373的PDF的第2页：Dn LE OE OnH H L HL H L LX L L QoX X H Z这个就是真值表，表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情 况。每个芯片的数据手册（datashee）中都有真值表。 布尔逻辑比较简单，在此不赘述；2. 高阻态就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在 这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有 个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁；高阻态的概念在 RS232和RS422通讯中还可以用到。3. 数据锁存当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；这个 概念在并行数据扩展中经常使用到。4. 数据缓冲加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。OE： output_enable，输出使能；LE： latch_enable，数据锁存使能，latch是锁存的意思；Dn：第n路输入数据；On：第n路输出数据；再看这个真值表，意思如下：第四行：当OE=1是，无论Dn、LE为何，输出端为高阻态；第三行：当OE=0、LE=0时，输出端保持不变；第二行第一行：当OE=0 LE=1时，输出端数据等于输入端数 据；结合下面的波形图，在实际应用的时候是这样做的：a. OE=0；b. 先将数据从单片机的口线上输出到Dn；c. 再将 LE 从 0-1-0d. 这时，你所需要输出的数据就锁存在On上了，输入的数据 在变化也影响不到输出的数据了；实际上，单片机现在在忙着干 别的事情，串行通信、扫描键盘单片机的资源有限啊。在单片机按照RAM方式进行并行数据的扩展时，使用 movx dptr, A这条指令时，这些时序是由单片机来实现的。后面的表格中还有需要时间的参数，你不需要去管它，因为这些 参数都是几十ns级别的，对于单片机在12M下的每个指令周期 最小是1us的情况下，完全可以实现；如果是你自己来实现这个 逻辑，类似的指令如下：mov PO,A ;将数据输出到并行数据端口clr LEsetb LEclr LE ;上面三条指令完成 LE的波形从0-1-0的变化 741S573跟74LS373逻辑上完全一样，只不过是管脚定义不一样， 数据输入和输出端各在一侧，PCB容易走线；所以大家都喜欢使 用这个芯片。4、74LS244 -数据缓冲器下载地址：数据输出能力比较强，输出电流可以到40mA以上；4个缓冲器分成2组，具有高阻态控制端口5、74LS245 -总线缓冲器 双向数据接口，通常在ISA板卡上可以看到；早期的51系统中，为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等 经常可以看到这个片子；为了增强驱动能力，有时是为了隔离输 入和输出，主要是布线方便，象74LS573 样，输入、输出在一 侧，经常用到这个片子6、74LS138 -三一八译码器在早期的51系统的扩展中，作为地址选通的片子，可以经常看 到。另外一个类似的芯片是74LS154，是4-16译码器，现在更 是少见了。有兴趣的可以研究一下何立民的经典著作中的有关 章节。知道有这么一个芯片就可以了。2.3 CD4000 系列CD4000系列的芯片，除了跟74系列的电气特性有所区别外，例如：1）电压范围宽，应该可以工作在3V15V,输入阻抗高，驱动 能力差外，跟74系列的功能基本没有区别；2）输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；3）输出时，1=工作电压；0=0V4）驱动能力奇差，在设计时最多只能带1个TTL负载；5）如果加上拉电阻的话，至少要100K电阻；6）唯一现在使用的可能就是计数器，CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数/分频器，这个74系列的做不到这么高；下载地址：.tw/asp/class36_40.htm.tw/pdf_file/CD4060.PDF2.4 ULN2003/ULN2008它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至 在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输 出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐 压BVCEO约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估 算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器 或固体继电器（SSR ）等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。经常在工控的板卡中见到这个芯片。有个完全一样的型号： MC1413，不过现在好像不怎么见到这个型号了，但是管脚与2003完全兼容。ULN2003可以驱动7个继电器；ULN2008驱动8个继电器。ULN2003下载地址：ULN2008下载地址：没有找到。奇怪啊。2.5光耦光耦是做什么用的？光耦是用来隔离输入输出的，主要是隔离输 入的信号。在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需 要传送到控制器，如果直接将这些信号接到单片机的I/O上，有 以下的问题：1）信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键 等干接点信号；2）比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过 隔离不可靠所以，需要光耦进行隔离，接入单片机系统。常见的光耦有：1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4,分别是 1 个光耦、2 个光耦和4个光耦，HP公司和日本的东芝公司生产。下载地址：.tw/pdf_file/TLP521-124.PDF发光管的工作电流要在10mA时，具有较高的转换速率；在5V工作时，上拉电阻不小于5K，一般是10K；太小容易损坏光耦;2) 4N25/4N35， motorola 公司生产下载地址：.tw/pdf_file/4N25-8,35-7,HllAl-5.PDF隔离电压咼达5000V ；3) 6N136，HP公司生产下载地址：.tw/pdf_file/6N135-6.PDF要想打开6N136，需要比较大的电流，大概在1520mA左右， 才能发挥高速传输数据的作用。如果对速率要求不高，其实TLP521-1也可以用，实际传输速率可以到19200波特率。选择 光耦看使用场合，tlp521-1是最常用的，也便宜，大概0.71元; 要求隔离电压高的，选用4N25/4N35，大概在3元左右；要求在通讯中高速传输数据的，选用6N136，大概在4元左右。光耦应用的原理框图如下所示：1. 输入干接点隔离2. 输入TTL电平隔离3. 输入交流信号隔离4. 输出RS232信号隔离5. 输出RS422信号隔离光耦除了隔离数字量外，还可以用来隔离模拟量。将在今后的章 节中描述。2.6三极管2.7光电管2.8电容2.9电阻2.10固态继电器2.11继电器2.12变压器与整流桥2.13三端稳压器2.14开关电源芯片2.15封装知识、芯片批号等2.16接插件2.17器件选购的知识2.6三极管2.6.1三极管的4种工作状态1）饱和导通状态饱和导通=02）截止状态饱和导通=13）线性放大状态作为低频放大器时使用，具体的可参见有关电子线路的书籍；4）非线性工作状态在无线电通信系统中，作为混频器等使用。具体的可参见有关电 子线路的书籍；愚记得南京工学院也就是现在的东南大学在80 年代初期有一套电子线路5本，是电子专业的书籍，比较难 懂；现在，即使是在电子专业的学生中，也应该降低了对三极管 的哪些复杂的参数的要求了吧；在实际使用时，即使是模拟电路、 非线性电路，也都是集成电路了，谁还使用三极管自己做呢？如 果万一需要，现学也来得及。这套书很强的。编写人在那个年代 肯定都是牛人。学三极管这些参数很繁琐的，要是现在的非电子类的大学生或者大专生们还学这些玩意，我只能说是学校在误人子弟了。好多学校都在扩招，很多学生念了4年下来，学了一堆过时的理 论，跟实际的东西一点没有接轨，不知道7407是干什么用得， 不知道三极管的几个状态；我只能无话可说。所以，念了4年下来，跟企业的需求还有一段距离，还需要从头 来过；聪明的学生赶紧抓住机会去学习，去实习，这样，还可以 赶紧补上实际应用的这一课。言归正传。参见下图：当单片机的口线输出电平为1时，三极管的be结导通，ce结导通，输出的电压值为0V；当单片机的口线输出电平为0时，三极管的be结不导通，ce结 截止，输出的电压值为5V； 在这种数字电路的应用中，相当于三极管是一个反相开路门。计算是否导通，公式如下：I=B （放大倍数，希腊字母的贝塔）xlbe当Ice相差越大，饱和程度越深，Vce越小，三极管的输出内阻越小； 这个概念要用到光电管中。设计使用时大概算算，心里有个数；在电路板上试试，行的通,那就是它了。可以测量Vce值，至少要小于0.1V就可以了。常用的PNP三极管是2N5551,驱动40mA的LED（电压在24V）、蜂鸣器等均没有问题2.6.2三极管的具体应用 实际上，已经有象7407、ULN2003可以取代三极管在数字电路 中的作用；但是，有时是受到PCB面积的制约，有时是为了降 低成本，有时是因为布局方便，在12个输出点时，还是可以使 用三极管来做驱动的。例如：驱动一个蜂鸣器；往往系统中的 蜂鸣器跟其它驱动设备，继电器等，距离较远；这时，没有必要 使用一片7407，或者ULN2003来驱动；驱动的接口如下：2.7光电管我这里所谓的光电管有2种：1）反射型光电管2）对射型光电管这2种产品在市场上又可分为调理好的和没有调理好的；这2 种光电管在电子产品世界和电子技术应用杂志上都有大量的广 告。随便找一本都有。我所说的调理好的指的是内部已经加了限流电阻和输出的放大 驱动电路了。它的特点是只有3根线，电源2 根,输出信号一根, TTL电平的；但是，有时受到某种限制，需要使用没有调理好的, 怎么办呢？参见下图：光电管原理框图这种没有调理好的光电管在使用时，需要做一块小的电路板，在 发光管加限流电阻，在光电三极管的集电极加上拉电阻到5V, 如下图所示：光电管工作框图1。但是，在使用中我发现，输出的信号不稳定，尤其是在使用比较 长的电缆传输到单片机的时候；究其原因，我认为是由于反射或 者对射的红外光落在光电三极管的靶面上，光强未能导致光电三 极管深度饱和，使得输出的内阻偏大，环境的噪声和电缆的干扰 信号容易在线路上叠加的缘故；为了可靠工作，仿照达林顿管的结构，在光电三极管的输出端加 一个限流电阻接到NPN的B结，当无光的时候，2N5551饱和导 通，输出电压为0V；实际测量小于0.1 V；当有光，甚至是弱光 时，2N5551截至，输出电压为5V。将3K电阻换成更大或更小 的电阻，可以调整光电三极管的输出的灵敏度。具体工作过程可以自行分析，做个实验。2.8电容2.8.1电容的主要种类电容有以下几大类:1）电解电容2）独石电容3）磁片电容4）胆（左金右旦）电解电容5）涤纶电容等电容的指标是：耐压值和电容容量。例如：220u/50V,就是说， 这个电解电容耐压值为50V,容量为220u。电容的容量跟电容的介质有关。顾名思义：电解电容为电解质作为介质的，铝作为电极；独石电容是使用石头作为介质的；磁片电容是磁片作为介质的；胆（左金右旦）电解电容使用电解质作为介质，但是，电极采用胆（左金右旦）金属。涤纶电容采用涤纶作为介质。有兴趣的网友可以拆一个电容看看。2.8.2电容的使用场合1. 电源稳压和滤波电解电容主要是用来稳压和低频交流滤波的；高频滤波是使用磁 片电容和独石电容。当电解电容作为稳压时，接在整流桥和三端 稳压器的输出端，起到稳定电压的作用。其工作机理相当于一个 水库，从上游来的带有波浪的水到了水库，就变的平滑了。 但是，铝电解电容的电解质随着时间的推移会干涸，所以在设计 时需要留有余量，保证系统正常工作到它的寿命。有些远端供电的直流电源，接到电路板的输入端时，需要在电路 板的电源输入端加一个大的电解电容，通常可以是220u/25V， 这样，这块电路板需要供电时，不是直接从电源处取，而是从电 容中取电，可以得到稳定的电流供给；但是，电解电容只能滤除 低频的波动；对于直流电源中的高频波动，可以加一个O.lu或 O.Olu的独石电容或者磁片电容。很多教科书都指出，在每一个 芯片的电源和地两端接一个O.lu或O.Olu的独石电容或者瓷片电 容,解决芯片的供电过程中，由于电路板的走线电感产生的电源 开关噪声尖峰。这种作用下的电容叫去耦电容。这是电路板的常 规的设计；2. 定时参数对于象555这样需要外接电容产生稳定的脉冲的器件，涤纶电容 是首选。可以想象，涤纶一层又一层缠绕，受到温度变化引起的 涤纶的面积的变化的相对值要远远小于独石电容的介质石头受 到温度变化而引起的变化值。3. 产生其它电压 有些需要从单一电压产生其它的电压的芯片，如：max232，需 要外接电容才能实现。参见max232技术资料。外接Ol.u的胆电容。2.8.3电容的封装电容有直插和表面贴的不同封装。电解电容表面贴封装的通常耐压值不超出25V，电容值不超出 100u。再大，就只好使用直插的了。其它的电容，磁片和独石都 有表面贴封装的。2.9电阻和电位器2.9.1电阻的种类2.9.1.1普通电阻电阻种类按照工艺可以分为碳膜电阻和金属膜电阻；按照功率可以分为小功率电阻和大功率电阻，大功率电阻通常是 金属电阻，实际上应该是在金属外面加一个金属（铝材料）散热器，所以可以有10W以上的功率；在电子配套市场上专门卖电阻的市场上可以很容易地看到。金属电阻通常是作为负载，或者作为小设备的室外加热器，如， 在CCTV的一些解码器箱和全天候防护罩中可以看到。电阻在电路中起到限流、分压等作为。通常1/8W电阻已经完全 可以满足使用。但是，在作为7段LED中，要考虑到LED的压降和供电电压之差， 再考虑LED的最大电流，通常是20mA （超咼亮度的LED），如果是2x6 （2排6个串联）， 则电流是40mA。不同厂家选用不同材料的，压降有所不同。所以，需要加上电试 一下，但是，不要让Led的电流超出20mA （单只LED），这时加大电流亮度也不 会增加，但是LED的寿命会下降，限流电阻的大小就是压降除以电流。电阻的功率随之 可以算出。这个使用初中的知识就够用了。2.9.1.2电位器电位器就是可调电阻。在初中学物理时，中学老师拿一个很大的 圆筒状的东东，上面有一个滑杆，跟这个东西很类似。它的阻值在1n之间变化。N=102、502、103102=10*10的2次方，也就是1000欧姆，1K同理，502=5K。这种表示的方法跟电容是一样的。电容104=10*10的4次方pf，电容的基本单位是pf，lu=1000000pf,所以,104=100000pf=0.1u；电位器又分单圈和多圈电位器。单圈的电位器通常为灰白色，面上有一个十字可调的旋纽，出厂 前放在一个固定的位置上，不在2头；多圈电位器通常为蓝色，调节的旋纽为一字，一字小改锥可调；多圈电位器又分成顶调和侧调2种，主要是电路板调试起来方 便。有些是仪器仪表设备，通常是模拟电路，有一些不确定的因素， 需要调节才能达到最理想的效果；有些是设备本身就需要输出一个可变的东东，如 电压和电流，也需要一个电位器。2.9.1.3排电阻是sip n的封装，比较常用的就是阻值502和103的9脚的电阻 排；象sip9就是8个电阻封装在一起，8个电阻有一端连在一起，就是公共端，在排电 阻上用一个小白点表示。排电阻通常为黑色，也有黄色；51系统的P0需要一个排 电阻上拉，否则，作为输入的时候，不能正常读入数据；作为输出的时候，接7407 是可以的，不需要上拉电阻；但是，接其它的芯片，还是不彳丁。有兴趣可以看看51 的P0的结构；没有兴趣，依葫芦画瓢，照做没错。2.9.1.4光敏电阻 当照在光敏电阻上的光强变化时，电阻值也在变化。显然这是半 导体材料的特性。使用光敏电阻可以检测光强的变化。思考题1:有一个LED显示设备，要求，当光强变化的时候，LED的亮度 随着光强变化；光线越强，LED越亮；反之亦然。怎么使用单片机实现此项功能？可 以是多级调光，如8级调光；也可以做成无级调光。2.9.2电阻的封装电阻的封装有表面贴和轴向的封装。轴向封装有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；axial在英语中就 是轴的意思表面贴电阻的封装最常用的就是0805；当然还有更大的；但是 更大的电阻我想就不是很常用了。电位器的封装在protel的书种可以很方便地找到。但是如果直接 使用，可能会有一些偏差。老树早期就犯过这种错误，导致电位器旁边的器件安装 费劲。搞硬件和软件是有所不同的，搞硬件的人，一定要精确。在硬件上的一个小的错误，都会造成这块板的推倒重来；因为产 品是不能有飞线的；而这个小小的错误相当于软件上的一条语句，在软件调试阶段 悄悄改掉，可以神不知鬼不觉；在PCB 上,特别恶心。而且谁都知道-老板最知道。什么是精确呢?1. 对你所要实现的工作的目标理解准确;2. 对你的电路图要清楚每一个器件在其中所起的作用；如果不 明白，可以找一个专家问问，得到确认；如果不清楚，可以先试试；3. 对每一个器件的封装要严格把握，该是什么形状、外形一定 要完全一致；还有考虑到空间是不是对其它的板卡器件有影响；对边缘连接器件与 电路板的边缘之间的距离、ISA和PCI的边缘连接件与挡板之间的关系要完全把握 才能去做电路板；否则只是浪费金钱和时间；对边缘器件与边缘之间的距离要是不能有把握的话，可以找3个 人，每个人都计算一遍，取个平均值，基本上就差不多了。4. 对单片机的资源能不能作成这件事情一定要有把握，CPU运算速度和字长、内存够不够大、程序存储器够不够大，需要仔细的规划；5. 原理图经过专家认可无误后，画出来的PCB需要做网络检查，做到与原理图完全一致；2.10继电器、固态继电器2.10.1继电器继电器，就是利用继电器的线包在加电后产生的磁力，将2个电极吸合在一起；初中还是高中的物理有它的原理。有兴趣可以打开一支看看，很好玩的。继电器有：1) 公共端：COM2) 常开：normal open, NO3) 常闭：normal close, NC继电器主要指标：工作电压：工作电压有直流和交流的2种；在PCB上,通常是直流的；交流的继电器通常是AC24V的居多,当然，还有AC220V的。交流的继电器国产的比进口的，比如，idee, OMRON, fujitsu便宜很多，当然，质量也差一些。可以在百度上专门搜索一下继电器，上面有一些厂家产品的介绍。常用的小功率的继电器是national的居多，OMRON也有，便宜 一些，一盒50只。常用的电压有：DC5V/DC9V/DC12V/DC24V 等；根据触点数量，可以分为：单刀单掷/SPST单刀双掷/SPDT双刀双掷/DPDT四刀双掷等/?还要根据触点容量来分。般的都是 DC30V/1A 或者 DC30V/2A，AC110V/0.2A，再大,就不能使用继电器了,因为在触点切换，电流通过的瞬间，会产生拉弧，烧毁触点，使 得切换不可靠；这是，可以使用固态继电器。实际上，在PCB上的继电器的任务就是给出一个干接点信号， 作为控制信号使用，传递的是一个信号，而不是能量。或者控制一个大功率的开关等， 让大功率的开关去控制功率的传递；但是，后者也不如固态继电器来得方便。继电器的封装通常是DIP16或者以上;也有更小的继电器,但是，价钱跟DIP16的差不多。注意：DIP16的继电器只有8个管脚；所以设计封装时，不要图 省事直接使用DIP16，这样容易在焊接的时候焊反了，导致出错。要专门设计继电器的封装，该有几个脚就使用几个脚。2.10.2固态继电器固态继电器，说白了，就是使用发光管触发的过零触发的可控硅。可以说，跟光耦很相似，也是4个管脚，只是区别在：4）直接使用直流电压控制；可以认为内部已经有了一个限流电阻；5）接收光信号的一端是过零触发的可控硅；可以说是一个电子开关，无触点的继电器。因为无触点，所以可以通过大电流而不产生拉弧，工作寿命与开关次数无关。触点作为信号使用的继电器的时间的工作寿命是100万次到300万次，可以查看技术手册；固态继电器可以认为是无限次的，所以在大电流和频繁开关的场 合，使用固态继电1器o固态继电器触点通过的信号通常是交流电压，但是也有直流电压 的。固态继电器可以通过AC220V或者AC380V以下的交流电；它 的2个指标：1) 工作电压，通常为DC5V和DC12V，也有DC24V的；2) 工作电流：AC220V/1A/2A/4A 不等。国产的固态继电器质量不错，跟进口的没有区别，就是封装的质 量太差，一批买回来，个个都不一样，焊在电路板上东倒西歪，不美观；至于小功率的国产的继电器市场上比较少见，有也不敢使。进口的固态继电器有美国的和日本的，4A以上的比较贵，日本 的OMRON的固态继电器2A的才卖8元，侃侃价估计还能便宜，体积小，封装绝对的 准确，可以很整齐地在电路板上排列，不占地方；2.12线性电源：变压器、整流桥与三端稳压器什么是线性电源？为什么叫线性？老树查了网络上的资料，也没 有答案，只好等待高明教我。PCB上需要供电，就需要电源。电源分2种，一种是线性电源, 象7805，就是线性电源;一种是开关电源，是将AC220V直接整流滤波成高压，推动功率管工作在lOOKhz以上，再整流滤波成低压。开关电源的工作原理可以通过百度查到。线型电源需要工频变压器，将AC220V变换成低压，经过全桥的整流，和大电容的滤波，成为脉动的直流，再经过三端稳压器，输出直流电压。输出端还需要大的电解电容滤波。注意这时要选用足够大的电容容量和耐压值的电解电容。耐压值不够，你就等着听响吧。电容容量不够，整流输出的电压和输出的电压的压差不够，输出电压会有纹波，单片机系统工作不正常。通常电路板上需要的是DC5V, 般来说，现在的电路板，一片7805，再加散热片也基本够用了。功率越大，散热片也越大。变压器有多种规格：1、普通E型矽钢片绕制的变压器，现在最大量的是广西普宁雄 英出的变压器，通过了长城认证，质量是不错的，最大的好处是便宜，现货量大； 通常的规格是单9V、12V，双9V、12V等；可能这个地方出矽钢片，有这样的矿藏。2、环型变压器，象个椭圆型；3、最近好像圆形的变压器也多起来了，后2种变压器应该是漏 磁小、发热少、效率高，大功率的整流时使用，当然单位瓦数也贵啊，按照1元/W 计算预算应该差不多了。这2种变压器都需要定制，可以定制各种规格的。4、焊在电路板上的变压器，比较有名的是兵字品牌。在电子技术应用和电子产品世界上常年做广告。秦皇岛也有一家，好像叫耀华。 怎么计算变压器需要多大的功率？首先，计算功耗。比如：Dc5V/0.25A，也就是1.25W的功耗。7805效率50%，变压器效率50%，就是说，需要6W的变压器。Dc5V/0.25A的输入压差大概在3V，6V的变压器整流出来的电压是大约6x1.4 = 8.4V，也差不多了。所有选用AC6V/6W的变压器。再到市场上找一个差不多的变压器用上就行了。注意：电流越大，压差越大；在电路工作的时候，可以拿示波器看看电源的波形是不是平稳。78系列的芯片做的比较多而好的是美国国家半导体公司(national semiconductor)的LM780X和摩托罗拉公司MC780X等2大系列。78系列是高压差的稳压芯片，现在有低压差的稳压芯片，其机理参见沙占友老师的书籍。有 LM2930、LM2937、LM2940C、LM2990 等 4 个系列。如果需要更大的电源供给，或者使用开关电源，或者去买成品的线性电源，象辽宁朝阳4NIC的电源，质量不错，价格也不错。附：在网络上找到的一篇文章:开关电源和线性电源的区别线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低 （35%左右），需要加体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压 器，当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。开关电源的调整管工作在饱和和截至 状态，因而发热量小，效率高（75%以上）而且省掉了大体积的变压器。但开关电 源输出的直流上面会叠加较大的纹波（50mV at 5V output typical），在输出端并接稳 压二极管可以改善，另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰，也 需要在电路中串连磁珠加以改善。相对而言线性电源就没有以上缺陷，它的纹波可 以做的很小（5mV以下）。对于电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳， 对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方（例如电容漏电检测）多选用线性电源。 另外当电路中需要作隔离的时候现在多数用 DC DC来做对隔离部分供电 （DC-DC从其工作原理上来说就是开关电源）。还有，开关电源中用到的高频变压器可能绕 制起来比较麻烦。2.14开关电源芯片相对于线性稳压器来说，开关电源在计算机主板上、工控机主板 和各种各样的电路板上起着电压变换的作用。例如：将低电压，比如：电池转换成 稳定的3.3V或者5V，或者将高电压转化成DC5V、DC3.3V,或者将DC5V转换成3.3V 和 1.8V，例如，ARM的电路板就需要这样的芯片，3.3V给ARM供电，1.8V给arm 的core供电。以上由于采用了开关电路，电源芯片的工作频率高，发热小，效率高。同样的，还是芯片的巨头，MAXIM、LINEAR和TI等公司在电 源转换芯片上是最为卓越，无论从产品的种类，还是质量都是上佳的；经常看电子产品世界和电子技术应用的网友一定对maxim的电 源芯片印象巨深。五花八门的电源芯片，让你无法选择到底选用那种是自己的所需要 的。在maxim的产品树中，对电源是这样分类的：Power Supplies and Battery ManagementSwitchmode DC-DC Power Supplies 408Isolated Power Supplies 22Low-Dropout Linear Regulators 75White LED Drivers 13Low-Side MOSFET Drivers 14High-Side MOSFET Drivers 6ORing MOSFET Controllers 2Battery Chargers 36Battery Protectors, Selectors and Monitors 17Regulator + Reset Circuits 4Current Sense Amplifiers 22LCD/ECB/CCFL Display Bias Supply 87ALSO SEE: Hot-Swap and Power SwitchingALSO SEE: Voltage References我们经常使用到的是Switchmode DC-DC Power Supplies，这里有分成n种。老树比较熟悉的是step-down电源芯片，也就是所谓的从高电压下降 到低的电压的芯片;从低到高，当然是step-up电源芯片。象philips的电动剃须刀，里面肯定有电源管理芯片，当电池电 压下降，但是，电池又有电的时候，能够输出恒定的电压，榨干电池内的最后一点 电能，能够舒适地使用一段很长的时间。比如，你的电路板上只有DC24V电压，但是，还需要Dc5V/2A 的电源，这么高的压降，使用线性稳压器显然不合适，如果使用DC/DC模块，成本太 高，体积也比较大，所以，得选用一款芯片完成这个功能。按照maxim给出的复杂的选择，根据你的要求，多选择几项， maxim会给出一个清单，在清单中去选择你最适合你的需求的芯片。老树原来使用过的完成此项功能的芯片是：MAX724、LT1076； 这2款芯片需要1个50uH的电感才能输出Dc5V电源；但是，这种开关电源芯片有 个好处，就是输入只要在它的允许的范围内波动，或者负载在变化，输出DC5V电源十 分稳定。电源的范围从Dc10VDC40V，max724均能输出5A的DC5V 电源。Maxim724下载连接地址：LT1076下载链接地址：在ARM上使用的电源芯片是TI公司的TPS767D318。下载链接:在沙老师的书中，也介绍了几款电源转换芯片，可供参考。如果是作为隔离电压产生，例如：5V转换成隔离的5V,用在光 耦、通讯等电路中，去自己做隔离电路就有点划不来，不如去买现成的DC/DC模块。 这点国产的模块做的不错，象老树常用的Dc12V/DC5V500mA的模块，大约30元， 质量还是不错的。2.15器件选购、芯片批号、封装知识等在市场上买芯片，千万注意不要买到旧片、拆机片；旧片、拆机片有些凑合能用，有些干脆不行；即使现在能用，寿命肯定有限;旧的就是旧的，肯定瞒不过有心人；主要是从芯片的管脚的崭新 程度、芯片印刷的质量等仔细观察。旧的芯片往往管脚参差不齐、搪锡发乌、包装的管子不够新；而 且往往是芯片的表面发白，那是因为被打磨过了，然后重新丝网印刷上厂家名称、 批号等；所以最好是买激光打标的器件，激光打标的产品肯定是新货，或 者没有使用过的货；而且买的时候需要注意，器件的批号最好是最近当年的或者是 最近几个星期的产品；总而言之，别花冤枉钱，还影响产品的质量。同样的产品，不同厂家的质量也不一样。我比较喜欢的是美国TI、摩托罗拉MC、MAXIM、LINEAR的产品；假的也少;例如，max7219芯片上有一下标志：MAXIMMAX7219CNG0323PYMAXIM就是芯片的厂家；MAX7219CNG是厂家的型号，CNG跟封装和7219这个系列产 品的细微的差别有关；03是指2003年；23是指该年的第23周；一年是52周，所以这 个数字不会超出52；激光打标是在芯片上形成一个暗色的与芯片表面有一个明显对 比的标志；中关村的大恒公司就有激光打标机的业务；但是未必是在芯片上打标；有时，激光打标会产生类似暗黄色的标志，这跟激光器功率和芯 片封装材料有关