全国电子设计竞赛 必读资料.doc

1、全国电子设计竞赛全国电子设计竞赛 （经验之谈） 1、软件与硬件电路最好是同时做，不要前几天都在搞软件，等到最后才来焊板，到时如果出问题都没时间 改了，我参加时就是遇到了这种情况。要么也可以在面包板实践下，有人可能产能用仿真软件仿真，但那 毕竟是仿真，有时跟实际相差还是很大的。反正是不能到最后才来做印制电路板。 2、队员分工好，最大限度发挥整个队的能力，而且经常讨论，让三个人都知道对方的进展，同时也好处理 各个负责模块之间的链接。 3、在竞赛前就应该做好准备：做好一两个单片机最小系统 （最好有下载口，支持在线编程） 、5V/12V 稳 压电源和显示板等小模块，将各个模块程序编写好。如 7 段数码

2、管的显示（建议使用串口，节省单片机的 I/O 口，如搭配 74LS164 或 74HC595，我那时是使用两块 74HC595 芯片，一片位选，一片发送数码）这样可 以节省很多时间。 4、由于前期已经做好各模块板了，因此竞赛时具体做板只需改进，从而达到题目要求。画 PCB 板我个 人认为单面板好，好焊板。焊接芯片时能用插座的还是用吧。这样既可以防止焊接时焊坏芯片，而且芯片 可以多少使用。赛前自己也准备些常用的器件。 5、竞赛前还是在图书馆借点书来，方便赛查阅。 6、论文在赛前一定要试写一两篇，至少也应该看过些论文，知道它的格式。论文可以一个人负责，后面 大家一起修好下，也可以个人负责自己模块的

3、，最后再汇总。 7、赛期是 4 天 3 夜，时间还是很紧的，但也要注意休息，这几天一定要坚持，能挺住。最后不管得不 得奖，参加过总可以学到很多东西的，最后再说下要多总结，每次工作后总结出做得好和不好的地方方便 以后的工作和学习。电子设计竞赛其实不是很难的，其中，我觉得模数电路基础和单片机这两方面最重要。 一般来说，把这两个方面摸熟一点就行了，像 DSP，FPGA/CPLD 等都可以不用。 我们碰到的一般都不是很复杂的控制，也没什么数字信号处理方面等对时效较高的东西，没有必要去 用 DSP。说实话，DSP 的使用可比我们所学的 8 位单片机复杂得多了。 FPGA/CPLD 也可以不怎么管，因为一

4、些低速的时序逻辑也可以用单片机来完成，并且灵活性要高一些。 真正需要高速的地方不是很多，用专用或通用的数字逻辑芯片就行了，如果是因为所用的通用的数字逻辑 芯片(如 74 系列)较多，想综合到一块 FPGA/CPLD 芯片去实现，这在 MAX+plus II 中也很容易实现，在它里 面就有像 74 系列这些常用东西的库，在原理图中把它们拉出来，连好线就行了，实在不行的话，还可以找 老师帮忙。 对于模数电路，书上最基本的东西要掌握，这些是你的基础。虽然在竞赛时碰到的东西可能都是你在 书本上没有看到过的，但是你可以上网找出它的原理图和实现电路的参考图，你可以用你所学的基础，把 它们综合到你的设计中去

5、(不会很困难)。在网上搜索引擎很多，多找找看，肯定可以找到你感兴趣的东西 的。图书馆也有像实用电路大全这种书，书上可能就有你想要或者差不多的电路，去试试吧。另外， Electronics WorkBench 这个东西个人觉得比较有用，你可以先用它来验证你的设想，应该学会使用它。 至于单片机，我们所要用到的东西也不会很多，通常都是一些定时、简单的运算与控制、还有就是键 盘与显示等东西。键盘接口书上可能都有现成的例子。显示要看是否使用专用的芯片，推荐使用专用的芯 片，不然会占用大量单片机的引脚接口的，网上还可以找到对应的发送模块程序，如果不用，直接通过单 片机的并口把数据送出去也简单。控制就不必说

6、了，看你需要什么样的功能吧。至于运算，有些单片机可 能没有乘法和除法指令，需要自己编个移位加减作乘除的子程序来实现，把移位加减作乘除的原理搞懂， 浮点运算估计用不上，但最好还是看一看怎样用加减法来实现。定时书上有说的，看书吧。编程时，最关 键的是搞清楚各种情况下单片机各种状态寄存器的状态：是否开/关了某个中断(中断允许标志位)，中断是 否有如你所期望的发生(中断标志位)，在条件判断时，各个寄存器的状态是否如你所期望的(是置位还是清 零)。这些才是最重要的，往往程序调试不能通过，都是这里有些地方你没注意到，并且这些错误光靠软件 仿真还比较难找出来。 论文很重要，你的作品在测试过后能不能获奖，论文

7、占了一半或以上的因素，因为评审的专家能看到 的只有你的测试数据和论文。论文的写作必须按严格的格式来写，相关的公式和图片是必不能少的。所以 一定要找到相关的公式，即使你不明白它的含义。其实也不是每一个专家都能真正搞懂它的含义的，有时 他们是不会仔细去研究的，但是你的论文如果没有公式，他就会据此来扣你的分。图片也一定要有，如电 路原理图，整体设计图，仿真结果图，测试数据图等，有些可以在 Protel 和 Electronics WorkBench 里面 画，再把它添加到文档就是了。其它的一些如关键字，引言，原理，测试数据等都是固定的格式。怎样把 你的设计表述得清楚明白，把你的设计的特色展现出来，这

8、就考你的写作水平了。自己也不清楚的东西不 要说太多，含混过去就是了。不要制造一些自己的术语，所有的术语都应该是公认的。 对于分组，应该是各有分工，各有所长，不要一个人做所有的方面，不然你会忙不过来的，所以开始 组队时不要光顾相互的感情，而忘了你是否需要这样的搭档，因为组队一旦定下来以后，很少有机会更改 的。团结很重要，有困难挫折时不要互相指责，应该是齐心协力一块解决问题，当然，学术上的问题可以 争辩。如果你觉得你的搭档有什么东西不对，应该是大家静下心来讨论，解决问题，不要自己在一旁另起 炉灶，一切推翻重来，也不要意气用事，发展成相互指责。 在竞赛时，老师虽然可能会给你指导，并可能亲自上阵，但我

9、们并不能一切依赖老师。川大也参加过 这么多届了，每届的参与帮助的老师会少吗？但川大获过几次国家奖？学生自己本身的努力也很重要的。 因此，你可以寄望老师给你点明原理，指出实现方案，但你还是得自己去找相关的资料，并自己动手实现 方案，不要把这一切都等着老师来帮你完成。但是我们又不能离开老师的指导，一些老教师实践经验丰富， 他做过的一些课题里面可能就包含了你现在要完成的题目，由他来给你点明一下原理，提出一下实现的方 案，你去找资料时就有了个目标，不会无所适从。平常上网时应该多留意一下与电子相关的网站，留意一 下找资料的门路，不要到时找不到可以找资料的去向。找到有用的资料是很关键的，而这些东西在你们上

10、 课的书本上都找不到。 虽然题目是希望你可以加进一些创新的东西，但其实真正把基本要求完成了的人都不多。开始设计时 应该立足于基本要求，先把基本要求完成了再说创新的东西，不然，你所谓创新的东西根本无所依附。做 出了完成基本要求的实际东西， 你才在上面改进， 添加一些花哨的功能， 那就 OK 了。 一定要注意保存成果， 不要破坏做出了的东西，不要一切推翻重来，你要做的只是在不破坏原设计的基础上的改进，这很重要。 测试是在电子科大进行的，如果碰到你不会用的仪器，你可以叫他给你讲解示范怎么操作，要么直接 换个测试仪器(如那边用的多是数字存储式示波器，跟我们用的不一样)。测试时不要慌张，一步一步该怎 么

11、做，一定心里要清楚。一定要争取自己操作仪器，不要让其它学校的老师在瞎搞混。否则，把东西烧坏 了，你可就要哭了。另外，带些备用芯片过去是个明智的办法。 至于焊接方面的，虽然说也要对布局 是否合理和焊得是否美观打分，但只要你的东西测试能过关，这个分一般是要给你的。但如果测试不能过 关，你最合理最美观也没有。最重要的还要焊牢固，以防运送途中出现焊点脱落的情况。 1、4 天 3 夜的竞赛不仅仅是考临时的发挥，而是平时的经验积累，有经历的人都知道，刚开始调试学 习一个模块时，可能就需要几天才能调试好，如果按照这个速度怎么能在那么短时间内做出一个系统呢？ 2、在 4 天 3 夜做的系统，基本好多模块都是提

12、前准备好的。到时候拼成一个系统，顶多到时再补充一 两个模块即可； 3、元器件清单会提前 1 周发下来，这一周弥足珍贵，有好多题目要求，从题目的中就能反映出来，有 经验的老师就能马上猜出题目，这几天就提前准备好几个相关模块，以备使用，并且要搜集起所有相关资 料，以防用； 4、竞赛中也要注意，有些人可能会在电路板上直接焊接导线测试，这个也要规范一些，有时去做板子 或自己腐蚀电路板，那是估计竞赛也接近尾声了，有时很难在这很短的时间内将电路板调通，这时还需要 将以前的实验班拼凑起来，作为备用方案，否则就会前功尽弃。我们竞赛时就遇到过这种问题。 5、竞赛肯定是非常紧张的，根本就没有时间来休息，就是想睡也

13、睡不着，大多都是连续工作 20 多个小 时以后可能会有点累，好多也只是在桌子上趴一会。但是一定要注意身体，建议三个人轮流去休息，每次 一个人休息，有 2 个人在做，建议第一天要休息好，第二天趴一会。第三四天的时候估计大家都紧张到了 极限，根本就没心思睡觉啦。比赛固然很重要，但身体也是很重要的 6、重点：小组成员一定要同心协力、共同坚持到底比赛期间由于时间非常紧张，难免有些同学会很着 急，跟伙伴难免产生摩擦，但大家要互相体谅，每个人在这时都起着至关重要的作用，少了谁这场竞赛就 面临失败，这不仅仅是考察个人能力的一场竞赛，更是一个考察团队精神是一场竞赛。一定要记住这一点， 非常重要，也许现在大家感

14、觉不到，在竞赛时就会有深刻的体会。 全国电子设计竞赛全国电子设计竞赛 （必备知识） 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?下面让依依电子来告诉大家: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

15、。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 问题和大家分享一下，希望在大虾的帮助下能快速的入门： ）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，

16、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 一片；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1/4w10k 的电阻 普通的电木万用板好了，有了这些东西，我们就可以把它们组 合到一起做

17、成我们的最小系统了： ）有了这些东西我们怎么焊接丫？不用着急，过一会我们把原理图给大家 画出来大家就会了。二、51 单片机最小系统原理图。 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

18、要接地。 2、复位端复位电路，给单片机一个复位信号（一个一定时间的高电平）使程 序从 00 地址开始执行；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高电平；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，哈哈，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，哈哈做实践真是不容易，有时要冒着危险的，哈哈。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

19、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，一般我们在电源 vcc 处。加一个 0.1uf 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 付直流电源。 第一课：第一课：5151 单片机单片机最小系统最小系统 实际上，51 单片机核心外围电路是很简单的，一个单片机一个看门狗一个晶振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

20、.看门狗：种类很多，我常用的有 max691/ca1161 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

21、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

22、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，需要将所有的口线 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

23、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

24、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，一方面是降低成 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

25、没有工作。 第二课基本的芯片和分立器件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。 2.274 系列芯片 74 系列的芯片的下载地址： .tw/asp/class36_40.htm 74 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、74046 个反相门 下载地址： 将输

26、入的 TTL 逻辑反相，如：0-1，1-0 2、74076 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 74LS3738 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： DnLEOEOn HHLH LHLL XLLQo XXHZ 这个就是真值表，表示这个芯片在输入

27、和其它的情况下的输出情况。每个芯片的数据手册（datasheet）中 都有真值表。布尔逻辑比较简单，在此不赘述。 2.2.高阻态高阻态 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，这些芯片中只能有一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。 3.3.数据锁存数据锁存 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。 4.4.数据缓冲数据缓冲 加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573 都具备数据缓冲的能力。 O

28、E：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 OE1 是，无论 Dn、LE 为何，输出端为高 阻态；第三行：当 OE0、LE0 时，输出端保持不变；第二行第一行：当 OE0、LE1 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： aOE0； b先将数据从单片机的口线上输出到 Dn； c再将 LE 从 0-1-0 d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

29、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 movxdptr,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： movP0,A;将数据输出到并行数据端口 clrLE setbLE clrLE;上面三条指令完成 LE 的波形从 0-1-0 的变化 74ls573 跟 74LS373 逻辑上完全一样， 只不过是管

30、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 一 ，输入、输出在一侧，经常用到这个片子 6、74LS138三八译码器 在早期的 51 系统的扩展中，作为地

31、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。 2.3CD4000 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 3V 15V，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=0V 4)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 10

32、0K 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.PDF 2.4ULN2003/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

33、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。 2.52.5 光耦光耦 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)1)信号信号 不匹配，输入

34、的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；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)2)比较长的连接线路容易引进干扰、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/TLP521-1-2,4.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

35、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,H11A1-5.PDF 隔离电压高达 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 TLP5211 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

36、 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：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

37、 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=0 2)截止状态饱和导通=1 3)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。

38、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

39、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：IB（放大倍数， 希腊字母的贝塔）Ibe 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。 6.2 三极管的具体应用 实际上，已经有象 7407、ULN2003

40、 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

41、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

42、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 0.1V；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。 2.82.8 电容电容 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

43、，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。 涤纶电容采用涤纶涤纶作为介质。 2.8.22.8.2 电容的使用场合电容的使用场合 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

44、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 0.1u 或 0.01u 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 0.1u 或 0.01u 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

45、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 01.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

46、贴封装的。 2.92.9 电阻和电位器电阻和电位器 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

47、和供电电压之差，再考虑 LED 的最大电流，通常是 20mA（超高 亮度的 LED） ，如果是 26（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、

48、103 102=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，1u=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；

49、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 sipn 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，还是不行。 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。 2.9.1.42.9.1.4 光敏电阻光敏电阻 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：axial