電子硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

將電子產(chǎn)品抽象成一個(gè)硬件的模型，大約有一下組成：輸入處理核心輸出輸入基本上有一下的可能：鍵盤(pán)串行接口（RS232/485/canbun/以太網(wǎng)/USB）開(kāi)關(guān)量（TTL，電流環(huán)路，干接點(diǎn)）模擬量（4~20mA、0~10mA、0~5V（平衡和非平衡信號(hào)））輸出基本上有以下組成：串行接口（RS232/485/canbus/以太網(wǎng)/USB）開(kāi)關(guān)量（TTL、電流環(huán)路、干接點(diǎn)、功率驅(qū)動(dòng)）模擬量（4~20mA、0~10mA、0~5V（平衡和非平衡信號(hào)））LED顯示器：發(fā)光管、八字液晶顯示器蜂鳴器處理核心主要有：1）8位單片機(jī)，主要就是51系列2）32位arm單片機(jī)，主要有atmel和三星系列51系列單片機(jī)現(xiàn)在看來(lái)，只能做一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用，說(shuō)白了，這個(gè)芯片也就是做單一的一件事情，做多了，不如使用arm來(lái)做；還可以在arm上加一個(gè)操作系統(tǒng)，程序及可靠有容易編寫(xiě)。最近三星的arm受到追捧，價(jià)格便宜，以太網(wǎng)和USB的接口也有，周立功的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)也便宜，作為學(xué)習(xí)ARM的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是最好的；作為工業(yè)級(jí)的控制，是不是合適，在網(wǎng)友中有不同的看法和爭(zhēng)議。本公司使用atmelARM91系列開(kāi)發(fā)的一個(gè)室外使用的產(chǎn)品，在北京事兒愛(ài)使用，沒(méi)有任何的通風(fēng)和加熱措施，從去年的5月份到現(xiàn)在，運(yùn)行情況良好。已經(jīng)有個(gè)成功應(yīng)用的案例。但對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從51著手，一方面，51還是入門(mén)級(jí)的芯片，作為初學(xué)者練手還是比較好的，可以將以上的概念走一遍；很多特殊的單片機(jī)也是在51的核基礎(chǔ)上增加了一些I/O和A/D,D/A;也為今后學(xué)習(xí)更高一級(jí)的單片機(jī)和ARM打下基礎(chǔ)。再說(shuō)了，哪個(gè)老板會(huì)ARM級(jí)別的開(kāi)發(fā)放在連51也沒(méi)學(xué)過(guò)的新手中?在51上面去做復(fù)雜的并行擴(kuò)展是沒(méi)有必要的，比如，擴(kuò)展I/O和A/D、D/A等等，可以直接買(mǎi)帶有A/DD/A的單片機(jī)；或者直接使用ARM，他的I/O口線口多?？梢允褂肐2C接口的芯片，擴(kuò)展I/O口和A/DD/A，以及SPI接口擴(kuò)展LED顯示，例如：MAX7219等芯片。市面上一些比較古老的屬雞中還有一些并行擴(kuò)展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、D/A等，我覺(jué)得已經(jīng)沒(méi)必要去看了，知道歷史上有這些事就行了；這些知識(shí)是所有產(chǎn)品都具備的要素。所以要學(xué)，在具體應(yīng)用.第一課：51單片機(jī)最小系統(tǒng)實(shí)際上，51單片機(jī)外圍電路是很簡(jiǎn)單的，一個(gè)單片機(jī)+一個(gè)看門(mén)狗+一個(gè)晶振+2個(gè)瓷片電容；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；仙子阿還有一些有ISP(在線下載的)，就更好用了；2.看門(mén)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既可以了；原來(lái)我使用MAX691，但是max691比較貴，因?yàn)樗须姵厍袚Q功能，后來(lái)新設(shè)計(jì)電路板就都采用ca1161了。很在以前的電路設(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)成上電復(fù)位電路；但是，這樣的復(fù)位電路是不可靠，為什么不可靠，網(wǎng)絡(luò)上能找得到專門(mén)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(méi)有看門(mén)狗電路是不行的，當(dāng)程序跑飛時(shí)回不來(lái)就死在那兒了。常規(guī)的做法是買(mǎi)一個(gè)專門(mén)的看門(mén)狗，完成復(fù)位電路和看門(mén)狗電路的功能。這些芯片的資料很容易在網(wǎng)上找到。3.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(lái)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)的電源放點(diǎn)時(shí)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(lái)選用了intel的8031就可以了，當(dāng)時(shí)philips的單片機(jī)抗干擾是最差的，可能跟philips主要做民用領(lǐng)域有關(guān)?，F(xiàn)在不知道怎么樣了。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)重的情況下所有口線要光電隔離。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。這兩種晶振很容易買(mǎi)到，價(jià)格和12M的一樣。書(shū)上說(shuō)，12M的也能得到9600波特率，但實(shí)際會(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(cè)試。4.瓷片電容：22pf~30pf，可以在書(shū)上找晶振頻率對(duì)應(yīng)的瓷片電容值。如果你的單片機(jī)系統(tǒng)沒(méi)有工作，檢查步驟如下：檢看門(mén)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(lái)就更方便；查單片機(jī)，看看管腳有沒(méi)有問(wèn)題；一般編程器能夠?qū)⒊绦驅(qū)懭?，說(shuō)明單片機(jī)是好的；最好手頭上準(zhǔn)備一個(gè)驗(yàn)證過(guò)的單片機(jī)，內(nèi)部有一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，比如，在某個(gè)口線上輸出一個(gè)一秒的占空比的方波等，可以用萬(wàn)用表測(cè)量。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，在關(guān)鍵的地方：電源、串口、看門(mén)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；作為批量發(fā)的產(chǎn)品，可以去掉部分LED，一方面是降低成本、一方面流程保密。再檢查瓷片電容，有些質(zhì)量不行干脆換了；順便說(shuō)一下，換器件最好使用吸錫帶，將焊盤(pán)內(nèi)的錫吸干凈，再將器件拔出，這樣就不會(huì)傷焊盤(pán)內(nèi)的過(guò)孔；最后換晶振了；以上檢測(cè)時(shí)，無(wú)關(guān)的外圍芯片去掉；因?yàn)橛行┩鈬骷墓收蠈?dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)不工作。SetbLEClrLE；上面三條指令完成LE的波形從0->1->0的變化74LS573跟74LLS373邏輯上完全一樣，只是管腳定義不一樣，數(shù)據(jù)輸入和輸出端各在一側(cè)，PCB容易走線；所以大家更喜歡使用這個(gè)芯片。4、74LS244——數(shù)據(jù)緩沖器數(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——總線緩沖器雙向數(shù)據(jù)接口，通常在ISA板上可以看到；早起的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)事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——三-八譯碼器在早期的51系統(tǒng)擴(kuò)展中作為地址選通的片子，可以經(jīng)?？吹?。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(jiàn)了。2.4ULN2003/ULN2008他的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是達(dá)林頓的，專門(mén)用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，是指在芯片的內(nèi)部做了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管。ULN2003的輸出端允許通過(guò)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。Vaiyong集電極開(kāi)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，可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。經(jīng)常在工控的板卡中見(jiàn)到這個(gè)芯片。有個(gè)完全一樣的型號(hào)：MC1413，不過(guò)現(xiàn)在好像不怎么見(jiàn)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。2.5光耦光耦用來(lái)隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號(hào)。若遠(yuǎn)距離的開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳送到控制器直接接在單片機(jī)的I/O上，有以下問(wèn)題：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)；比較長(zhǎng)的連接線路容易引進(jìn)干擾、雷擊、感應(yīng)電等，不經(jīng)過(guò)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(jiàn)的光耦有：TLP521-1/TLP521-2/TLP512-4，分別是一個(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)。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)

隔離電壓高達(dá)5000V；3)6N136，HP公司生產(chǎn)要想打開(kāi)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(chǎng)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(lái)隔離模擬量。將在今后的章節(jié)中描述。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)

截止?fàn)顟B(tài)=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(jiàn)有關(guān)電子線路的書(shū)籍；

4)非線性工作狀態(tài)

在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，作為混頻器等使用。具體的可參見(jiàn)有關(guān)電子線路的書(shū)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(shū)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(shuí)還使用三極管自己做呢？如果萬(wàn)一需要，現(xiàn)學(xué)也來(lái)得及。這套書(shū)很強(qiáng)的。編寫(xiě)人在那個(gè)年代肯定都是牛人。好多學(xué)校都在擴(kuò)招，很多學(xué)生念了4年下來(lái)，學(xué)了一堆過(guò)時(shí)的理論，跟實(shí)際的東西一點(diǎn)沒(méi)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(wú)話可說(shuō)。

所以，念了4年下來(lái)，跟企業(yè)的需求還有一段距離，還需要從頭來(lái)過(guò)；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(jiàn)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(kāi)路門(mén)。

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)阻越小；

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?？梢詼y(cè)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(méi)有問(wèn)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(lái)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(méi)有必要使用一片7407，或者ULN2003來(lái)驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)的接口如下：

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(chǎng)上又可分為調(diào)理好的和沒(méi)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(shuō)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(méi)有調(diào)理好的，怎么辦呢？

參見(jiàn)下圖：光電管原理框圖

這種沒(méi)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(zhǎng)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(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(wú)光的時(shí)候，2N5551飽和導(dǎo)通，輸出電壓為0V；實(shí)際測(cè)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(guò)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)鉭電容

5)滌綸電容等電容的指標(biāo)是：耐壓值和電容值。例如：220u/50V，就是說(shuō)，這個(gè)電解電容耐壓值為50V，容量為220u。電容值跟電容的介質(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；鉭電解電容使用電解質(zhì)作為介質(zhì)，但是，電極采用鉭金屬。

滌綸電容采用滌綸作為介質(zhì)。2.8.2電容的使用場(chǎng)合1.電源穩(wěn)壓和濾波電解電容主要是用來(lái)穩(wěn)壓和交流濾波：高頻濾波是使用瓷片電容和獨(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)人水庫(kù)，從上游來(lái)的波浪來(lái)到了水庫(kù)就變得平滑了。但是，鋁電解電容的電解質(zhì)隨著時(shí)間會(huì)干涸，所以設(shè)計(jì)是需要留有余量，保證系統(tǒng)正常工作到壽命。有些遠(yuǎn)端供電的直流電源，街道電路板的輸入端時(shí)，需要電路板的電源輸入端加上一個(gè)很大的電解電容，通常可以是220u/25V，這樣電路板需要供電時(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。但是點(diǎn)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(shū)都指出，每個(gè)芯片的電源和地連分段接一個(gè)0.1u或0.01u的獨(dú)石電容或瓷片電容，解決芯片的供電過(guò)程中，由于電路板走線電感產(chǎn)生的電源開(kāi)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)于像555這樣需要外接電容產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖器件，滌綸電容是首選?？梢韵胂?，滌綸一層又一層纏繞，收到溫度變化引起的滌綸面積的變化相對(duì)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于獨(dú)石電容的介質(zhì)。3.產(chǎn)生其他電壓有些需要從單一電壓產(chǎn)生其他電壓的芯片，如:max232,外接0.1u鉭電容才能實(shí)現(xiàn)。2.8.3電容的封裝電容有直插和貼片，貼片封裝的通常耐壓值不超出25v，電容值不超出100u。再大只好用直插的了。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；按功率可以分為小功率電阻和大功率電阻，大功率電阻是金屬電阻，實(shí)際上應(yīng)該是金屬外面加一個(gè)金屬(鋁材料)散熱器，所以可以有10W以上的功率；在賣(mài)電阻的市場(chǎng)上可以很容易地看見(jiàn)。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和分壓等作用。通常1/8W電阻已經(jīng)俄安全可以滿足使用。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LED），若是2X6（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的電流超過(guò)20mA（單只LED），這時(shí)加大電流亮度不會(huì)增加而壽命會(huì)下降，限流電阻的大小就是壓降出除以電流。電阻的功率隨之可以算出。電位器電位器就是可調(diào)電阻。他的阻值在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(lái)方便。有些是儀器儀表設(shè)備，通常是模擬電路，有些不確定因素需要調(diào)節(jié)達(dá)到理想效果；有些設(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，比較常用的就是組織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，不能正常讀入十句；作為輸出的時(shí)候，接7407是可以的，不需要上拉電阻；但是接其他芯片還是不行。光敏電阻當(dāng)光強(qiáng)變化時(shí)電阻值也變化，顯然這是半導(dǎo)體的特性?？蓹z測(cè)光強(qiáng)變化。2.9.2電阻的封裝電阻的封裝有表面貼片和軸向的封裝。軸向封裝有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；最常用的就是0805；當(dāng)然還有更大的；搞硬件和軟件是不同的，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(lái)；因?yàn)楫a(chǎn)品不能有飛線的；什么事精確呢？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(wèn)問(wèn)，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(qián)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(zhǎng)、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(guò)專家認(rèn)可無(wú)誤后，畫(huà)出來(lái)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(kāi)一支看看，很好玩的。

繼電器有：

1）公共端：COM

2）常開(kāi)：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(guó)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(mén)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(lái)分。一般的都是DC30V/1A或者DC30V/2A，AC110V/0.2A，再打，就不能使用繼電器了，因?yàn)樵谟|電切換，電流通過(guò)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?！畬?shí)際上在PCB上的繼電器任務(wù)就是給出一個(gè)干接信號(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(kāi)關(guān)的等，讓大功率的開(kāi)關(guān)去控制功率的傳遞；但是，后者也不如固態(tài)繼電器來(lái)的方便。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(qián)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(mén)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)繼電器就是使用發(fā)光管觸發(fā)的過(guò)零觸發(fā)的可控硅。可以說(shuō)，跟光耦很相似，也是4個(gè)管腳，只是區(qū)別在：4）直接使用直流電源控制；可以認(rèn)為內(nèi)部已經(jīng)有了一個(gè)限流電阻；5）接受光信號(hào)的一段是過(guò)零觸發(fā)的可控硅；可以說(shuō)是一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，無(wú)觸點(diǎn)的繼電器。因?yàn)闊o(wú)觸點(diǎn)，所以可以通過(guò)大電流而不產(chǎn)生拉弧，工作壽命與開(kāi)關(guān)次數(shù)無(wú)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(wàn)次到300萬(wàn)次，可以看datasheet.固態(tài)繼電器可以認(rèn)為是無(wú)限次的，所以在大電流和頻繁開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合，使用固態(tài)繼電器。固態(tài)繼電器通過(guò)的信號(hào)是交流電壓，但是也有直流電壓的?？梢酝ㄟ^(guò)AC220V或者AC380V一下的交流電；他的2個(gè)指標(biāo)：工作電壓：通常為DC5V和DC12V，也有DC24V的；工作電流：AC220V/1A/2A/4A不等。國(guó)產(chǎn)的固態(tài)繼電器質(zhì)量不錯(cuò)，跟進(jìn)口的沒(méi)有區(qū)別，就是封裝的質(zhì)量太差，一批買(mǎi)回來(lái)，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(guó)產(chǎn)的繼電器市場(chǎng)上比較少見(jiàn)，有也不敢使。

進(jìn)口的固態(tài)繼電器有美國(guó)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(mài)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；2.11線性電源：變壓器、整流橋與三端穩(wěn)壓器什么是線性電源？控制連續(xù)供水量的供水方式（改變晶體管的導(dǎo)通程度來(lái)改變輸出的電流電壓）常用于低壓場(chǎng)合，效率比較低，輸出電壓調(diào)整率和紋波比較好，外圍器件少，電路簡(jiǎn)單。線性電源需要工頻變壓器，將AC220V變成低壓，經(jīng)過(guò)全橋的整流，和大電容的濾波，成為脈動(dòng)的直流，再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器，輸出直流電壓。輸出端需要很大的電解電容濾波。注意這是需要足夠大的電容和。耐壓值不夠就會(huì)爆炸。電容值不夠鎮(zhèn)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(lái)說(shuō)哦現(xiàn)在的電路板，一片7805再加散熱片也基板夠用了。功率越大散熱片也越大。變壓器有多種規(guī)格：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(guò)了長(zhǎng)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。環(huán)型變壓器，像個(gè)橢圓形；最近圓形的變壓器也多了起來(lái)，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。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。如：Dc5V/0.25A,也就是1.25W的功耗。7805效率50%，變壓器效率50%，也就是說(shuō)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(lái)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(chǎng)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(guó)國(guó)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(jiàn)沙占友老師的書(shū)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(kāi)關(guān)電源，或者去買(mǎi)成品的線性電源，象遼寧朝陽(yáng)4NIC的電源，質(zhì)量不錯(cuò)，價(jià)格也不錯(cuò)。開(kāi)關(guān)電源盒線性電源的區(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(kāi)關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和和截止?fàn)顟B(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(kāi)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(kāi)關(guān)管工作是會(huì)產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串聯(lián)磁珠加以改善。相對(duì)而言線性電源就沒(méi)有以上缺陷，丫的紋波可以做的很?。?mv以下）。對(duì)于電源效率和安裝體積有要求的地方用開(kāi)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(cè)）多選用線性電源。另外點(diǎn)電路中需要做隔離的時(shí)候現(xiàn)在多數(shù)用DC-DC來(lái)做對(duì)隔離部分供電（DC-DC從其工作原理上來(lái)說(shuō)就是開(kāi)關(guān)電源）。還有開(kāi)關(guān)電源中用到的高頻變壓器可能繞制起來(lái)比較麻煩。2.12開(kāi)關(guān)電源芯片相對(duì)于線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)，開(kāi)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(kāi)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)換芯片上是最卓越，無(wú)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(mén)的電源芯片，讓你無(wú)法選擇到底選用那種是自己的所需要的。

在maxim的產(chǎn)品樹(shù)中，對(duì)電源是這樣分類的：PowerSuppliesandBatteryManagementSwitchmodeDC-DCPowersupplies22Low-SideMOSFETDrivers14High-SideMOSFETDrivers6ORingMOSFETControllers6BatteryProtectors,SelectorsandMonitors17Regulator+SenseAmplifiers22LCD/ECB/CCFLDisplayBiasSupply87

ALSOSEE:Hot-SwapandPowerSwitching

ALSOSEE:VoltageReferences

我們經(jīng)常使用到的是SwitchmodeDC-DCpowersupplies，這里有分成n中。老樹(shù)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電壓的芯片；從低到高當(dāng)然是step-down電源芯片。象philips的電動(dòng)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，咋干電池內(nèi)的最后一點(diǎn)電能，能夠舒適地使用很長(zhǎng)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)壓器顯然不適合，如果使用DC/DC模塊，成本太高，體積也比較大，所以選用一款芯片完成這個(gè)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(huì)給出一個(gè)清單，然后在其中選出你最合適的芯片。老樹(shù)原來(lái)使用過(guò)的完成此項(xiàng)功能的芯片是：MAX724、LT1076;這2款芯片需要1個(gè)50uH的電感才能輸出DC5V電源；但是，這種開(kāi)關(guān)電源芯片有個(gè)好處，就是輸入只要在他的允許的范圍內(nèi)波動(dòng)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：

/document/detail.asp?pdid=153160

LT1076下載鏈接地址：

/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：

/document/detail.asp?pdid=122122在沙老師的書(shū)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，去自己去做隔離電路就有點(diǎn)劃不來(lái)，不如去買(mǎi)現(xiàn)成的DC/DC模塊。這點(diǎn)國(guó)產(chǎn)的模塊做的不錯(cuò)，象老樹(shù)常用的DC12V/DC5V500MA的模塊，大約30元質(zhì)量還是不錯(cuò)的。2.13器件選購(gòu)、芯片批號(hào)、封裝知識(shí)等在市場(chǎng)上買(mǎi)芯片千萬(wàn)注意不要買(mǎi)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，壽命有限；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；而且往往芯片的表面發(fā)白，那是因?yàn)楸淮蚰ミ^(guò)了，然后重新絲網(wǎng)上廠家、批號(hào)等；所以最好是買(mǎi)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(méi)有使用過(guò)而且買(mǎi)的時(shí)候需要注意，器件的批號(hào)最好是最近當(dāng)年的或者是最近幾個(gè)星期的產(chǎn)品；總而言之，別花冤枉錢(qián)，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(guó)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：MAXIMMAX7219CNG0323PYMAXIM就是芯片廠家；MAX7219CN是廠家的型號(hào)，CNG跟封裝和7219這個(gè)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52周，所以這個(gè)數(shù)字不會(huì)超出52；激光打標(biāo)是在芯片上形成一個(gè)暗色的與芯片表面有一個(gè)明顯對(duì)比的標(biāo)志；中關(guān)村的大恒公司就有激光打印機(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(huì)產(chǎn)生類似暗黃