2022年单片机系统学习一.docx

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1、精品学习资源为 什 么 要 掌 握 这 些 知 识 ？ 实际上，电子工程师就是将一堆器件搭在一起，注入思想 程序），完成原先的这些器件分别时无法完成的功能，做成一个成品；所需要的技能越高、功能越复杂、成本越低、市场上对相应的东东的需求越大，就越胜利；这就是电子工程师的自身的价值；从成本到产品售出，之间的差价就是企业的追求；作为企业的老板，是在市场上去查找这样的应用；对电子工程师而言，是将老板提出的需求或者应用依据肯定的构思原就输入2处理核心3输出输入基本上有以下的可能：1键盘2串行接口3开关量TTL模 拟 量 420ma 、010ma 、 05V串行接口开 关量模 拟 量 420ma ，010

2、ma ， 05VLED显示：发5液晶6蜂处理核心18位单片机，主232位arm单 片 机 ， 主 要 有atmel和 三 星 系 列51 系列单片机现在看来，只能做一些简洁的应用，说白了，这个芯片也就是做单一的一件事情，做多了，不如使用arm 来做；仍可以在 arm 上加一个操作系统，程序既牢靠又容易编写；最近三星的arm 受到追捧，价格廉价，以太网和USB 的接口也有，周立功的开发系统也廉价，作为学习ARM 的产品来说，应当是最好的；作为工业级的掌握，是不是合适，在网友中有不同的看法和争议；本公司使用atmelARM91 系列开发的 1 个室外使用的产品， 在北京室外使用，没有任何的通风和加

3、热的措施，从去年的5月份到现在，运行情形良 好；已经有个成功应用的案例；但对于初学者来说，应当从51 着手，一方面， 51 仍是入门级的芯片，作为初学者练手仍是比较好的，可以将以上的概念走一遍；许多特别的单片机也是在51 的核的基础上增加了一些 I/O 和 A/D 、D/A；也为今后学习更高一级的单片机和ARM 打下基础；再说了， 哪 个 老 板 会 将 ARM级 别 的 开 发 放 在 连 51也 没 有 学 过 的 新 手 手 中 ？在 51 上面去做复杂的并行扩展是没有必要的，比如，扩展I/O 口和 A/D 、D/A 等等， 可以直接买带有A/D、D/A 的单片机；或者直接使用ARM，它

4、的 I/O 口线口多；可以使用I2C 接口的芯片，扩展I/O 口和 A/D、D/A ，以及 SPI 接口扩展 LED 显示，例如： MAX7219等芯片；市面上一些比较古老的书籍中仍有一些并行扩展的例子，如：RAM 、EPROM、 A/D 、欢迎下载精品学习资源D/A等 ， 我 觉 得 已 经 没 有 必 要 去 看 了 ， 知 道 历 史 上 有 这 些 一 回 事 就 行 了 ； 这 些 知 识 ， 是 所 有 产 品 都 具 备 的 要 素 ； 所 以 要 学 ， 再 具 体 应 用 ；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洁的，一个单片机一个看门狗一个晶振2

5、个磁片电容；1. 单片机： atmel 的 89C51 系列、 winbond 的 78E52 系列，仍有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：种类许多，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，仍有 IMP 公司的，种类许多，一般只需要有最基本的功能就可以了；原先我使用max691，但是 max691 比较贵，由于它有电池切换功能，后来新设计电路板，就都采用ca1161了；很早以前的电路设计中，现在可能仍有人使用，

6、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行靠，为什么不行靠，网络上能找得到特地论述复位电路的文章；更重要的是，51 系列的单片机比较简洁受到干扰；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特地的看门狗电路，完成复位电路和看门狗电路的功能；单片机和单片机抗干扰才能是不一样的；假如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；原先我在一个光电所，做YAG 激光治疗机的掌握部分， 脉冲激光机的电源放电的时候，能量是很大的，在实行了全部能够想到的光电隔离等措施之后，仍是不行；后来，选

7、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 ；单片机的输入输出口线是最简洁引进干扰的地方；在严峻干扰的情形下，需要将全部的口线光电隔离；3. 晶振：一般选用 11.0592M ，由于可以精确地得到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 种晶振很简洁买到，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

8、时候，会每隔一段时间就出错一次，似乎累积误差一样，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： 22pf 30pf ，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，我都是任凭拿来使用，反正在11.0592M下，都没有问题；假如你用到了更高的频率，最好仍是找找资料看看；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

9、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；最好手头上预备一个验证过的单片机，内部有一个简洁的程序，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，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，换器件最好使用欢迎下载精品学习资源吸锡带，将焊盘内的锡吸洁净，再将

10、器件拔出，这样不会损耗焊盘内的过孔；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. 以上依据以上步骤检测时，将无关的外围芯片去掉；由于有一些是外围器件的故障导致单片机最小系统没有工作；下 面 我 准 备 写 的 有 以 下 几 课 ：第 二 课基 本 的 芯 片 和 分 立 器 件2.1 简述2.2 74系列2.3CD4000系列2.4光耦与光电管2.5三极管2.6电容电阻2.7固2.8态继继电电器器2.9变压器和三端稳压器2.10开关电源芯片2

11、.11封装知识、芯片批号等2.12接插件2.13器件选购的知识第三课数字量的输入输出第四课单片机的通讯接口欢迎下载精品学习资源第五课单片机第六课单片机程第七课模硬 件 构 思编 版 本 ） 入 输 出欢迎下载精品学习资源系统设计的序拟的量框架的1，1-02、74076个集电极开路门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，输出的逻正的；是7406，只不过是反相开路门；与74LS373几个8数概据锁念存器：辑是与其类 似的芯片3、74LS573引入1. 这 个 就 是 真 值 表 ， 表

12、 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 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；在单片机依据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；后面的表格中仍有需要时间的参数，你不需要去管它，由于这些参数都是几十ns 级别的，对于单片机在12M 下的每个指令周期最小是1us 的情形下，完全可以实现；假如是你自己来实现这个逻辑，类似的指令如

13、下：mov欢迎下载精品学习资源P0,A将数据输出到并行数据端口clr LEsetbLEclr LE上 面 三 条 指 令 完 成LE的 波 形 从0-1-0的 变 化74ls573 跟 74LS373 规律上完全一样，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 ，

14、 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 等常常可以看到这个片子；为了增强驱动才能，有时是为了隔离输入和输出，主要是布线便利，象74LS573 一样，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 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

15、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 电压范畴宽，应当可以工作在 3V 15V，输入阻抗高，驱动才能差外，跟 74 系列区别；工作 电压 以上为1 ；的 功 能 基 本 没 有2 输 入 时 ， 1/2 工 作 电 压 以 下 为 0 ， 1/23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

16、 唯独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：2.4ULN2003/ULN2021它的内部结构也是达林顿的，特地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 的输出端答应通过IC 电流 200mA，饱和压降 VCE 约泡；个芯片；1V 左右，耐压 BVCEO约为 36V；用户输出口的外接负载可依据以上参数估算；采纳集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器SSR等外接掌握器件，也可直接驱动低压灯经常在工控的板卡中见到这有个完全一样的型号：MC1413，不过

17、现在似乎不怎么见到这个型号了，但是管脚与欢迎下载精品学习资源2003完全ULN2003可 以驱 动7个 继兼容；电 器 ； ULN2021驱 动 8个 继 电 器 ；ULN2003下载地址：500this.resized=true；this.style.width=500； document.detail.asp.pdid=148212ULN2021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掌握器，假如直接将这些信号接到单片机

18、的I/O上，有以下的问题：1 信号不匹配，输入的信号可能是沟通信号、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；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

19、 ， 一 般 是 10K ； 太 小 容 易 损 坏 光 耦 ；24N25/4N35 ， motorola公 司 生 产隔 离 电 压 高 达5000V ；36N136， HP公 司 生 产要想打开 6N136，需要比较大的电流，大致在 1520mA 左右，才能发挥高速传输数据的作用；假如对速率要求不高，其实 TLP521 1 也可以用，实际传输速率可以到 19200 波特率；讯 中 高 速 传 输 数 据 的 ， 选 用 6N136 ， 大 概 在4元左 右；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.输入交流信号隔离4.输出RS232信号隔离5.输出RS422信号隔

20、离选 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 通光3光 耦 除 了 隔 离 数 字 量 外 ， 仍可 以 用 来 隔 离模 拟 量 ； 将 在 今后 的 章 节 中 描述 ；2.6 三极管2.6.1 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=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

21、欢迎下载精品学习资源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高校在80 岁月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同学中，也应当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，谁仍使用三极管自己做呢？假如万一需要，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；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

22、，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IceI时，即为饱和导通；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；设计使用时大致算算，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 LEDMCS-51 系列 单片机应用系统设计系统配置与接口技术何立民编著

23、 北京航空航天大学出版社35元人民币2 单 片机 外 围电 路 设 计沙 占 友 等 编 著电 子 工业 出 版 社23元 人 民币何立民先生的巨著影响了看来不止是一代人，至少是2 代人、三代人以上；主要的好处是体系比较完整，包括了单片机的核心、芯片的时序与扩展、输入与输出 将并行扩展的有关内容以及一些现在不用的内容，如GP16 打印机等，放在新编著的书的光盘内容中，这样篇幅可以削减，又不至于查询不到；这些内容，在书中一带而过；2新增： I2C 的数字和模拟的扩展内容和相应的用单片机口线模拟I2C 总线的程序；欢迎下载精品学习资源3新增：电源部分，包括：DC/DC 模块， MAXIM 、LIN

24、EAR公司的 step-up/step-down等芯片的 内容，仍 有开关电源、线 性 电源等 内 容；这样，就能焕发出更新的活力；沙占友的书中有一些新的内容，象时钟电路SD2000、电源部分，都是愚所激赏的，跟 别 的 书 籍 相 比， 内 容 新 ， 基 本 没 有 重 复 的 地 方 ；假如初学者能买到周航慈的单片机软件设计技术，再下载一套89C51 或者 78E52的数据手册，任凭从哪里找一本具体讲51 语言的书，也就行了；这样的书，最好从图书馆借来看看；何老师的书中也有一部分内容，讲程序设计的，没有详讲语言；其实最好的就是原先徐涵芳老师编著的那本小册子，似乎是51/96 单片机设计技

25、术；好在是原汁原味，篇幅小而精干，也不贵；手边的参考书有以上三位老师的编著就可以了，其它的，任凭看看，假如有用，记住器件的 名字，从网络上下载下来看看就行了；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；任凭找一本都有；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？

26、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，在使用中我发觉，输出的信号不稳固，特别是在使用比较长的电缆传输到单片机的时候；究其缘由，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，肪车脑肷偷缋碌母扇判藕湃菀自 谙呗飞系拥脑倒剩.br为了牢靠工作，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敏度；个实种验；容类类：NPN 的 B 结，

27、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具 体工作过程可以自行分析，做2.8 电2.8.1电容的主要电容有以下几大1电解电容2独石电容3磁片电容4胆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；欢迎下载精品学习资源有关；：为电 极；质的；质的；电容的容量跟电容的介质 顾名思义电 解 电 容 为 电 解 质 作 为 介 质 的 ， 铝 作独石电容是使用石头作为介磁

28、片电容是磁片作为介为介质；电容看看；胆左金右旦）电解电容使用电解质作为介质，但是，电极采纳胆左金右旦）金属；涤纶电容采用涤纶作欢迎下载精品学习资源有兴趣2.8.11.拆一个的网友可以电容电源用场合和滤波的使稳压欢迎下载精品学习资源电解电容主要是用来稳压和低频沟通滤波的；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，起到稳固电压的作用；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枯，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

29、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；许多教科书都指出，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 电 容 叫 去 耦 电 容 ； 这 是 电 路 板 的 常 规 的 设 计 ；2. 定时参

30、数对于象 555 这样需要外接电容产生稳固的脉冲的器件，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；2.8.2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，就只好使都有表面贴 封装的；电位器的种类通电阻电 阻 和金 属 膜电阻；用 直 插 的 了 ； 其 它 的 电 容 ， 磁 片 和 独 石2.9 电阻和2.9.1 电阻2.9.1.1 普电 阻 种 类 按 照 工 艺 可 以 分 为 碳 膜依据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