單片機(jī)電路設(shè)計(jì)的10個(gè)問題難點(diǎn)解析及單片機(jī)電路應(yīng)用領(lǐng)域-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2019-06-18
了解單片機(jī)電路設(shè)計(jì),先了解單片機(jī)是什么。單片機(jī),是一種集成電路芯片,是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代,由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī),發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。
(一)通用型
這是按單片機(jī)(Microcontrollers)適用范圍來(lái)區(qū)分的。例如,80C51式通用型單片機(jī),它不是為某種專門用途設(shè)計(jì)的;專用型單片機(jī)是針對(duì)一類產(chǎn)品甚至某一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)的,例如為了滿足電子體溫計(jì)的要求,在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測(cè)量控制電路。
(二)總線型
這是按單片機(jī)(Microcontrollers)是否提供并行總線來(lái)區(qū)分的??偩€型單片機(jī)普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線,這些引腳用以擴(kuò)展并行外圍器件都可通過串行口與單片機(jī)連接,另外,許多單片機(jī)已把所需要的外圍器件及外設(shè)接口集成一片內(nèi),因此在許多情況下可以不要并行擴(kuò)展總線,大大減省封裝成本和芯片體積,這類單片機(jī)稱為非總線型單片機(jī)。
(三)控制型
這是按照單片機(jī)(Microcontrollers)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進(jìn)行區(qū)分的。一般而言,工控型尋址范圍大,運(yùn)算能力強(qiáng);用于家電的單片機(jī)多為專用型,通常是小封裝、低價(jià)格,外圍器件和外設(shè)接口集成度高。 顯然,上述分類并不是惟一的和嚴(yán)格的。例如,80C51類單片機(jī)既是通用型又是總線型,還可以作工控用。
單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的核心元件,使用單片機(jī)的電路要復(fù)雜得多,但在更改和添加新功能時(shí),帶有單片機(jī)的電路更加容易實(shí)現(xiàn),這也正是電器設(shè)備使用單片機(jī)的原因。那么在單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)中需要注意的難點(diǎn)有哪些?
可以看到復(fù)位電路中電阻R1=10k時(shí)RST是高電平 ,而當(dāng)R1=50時(shí)RST為低電平,很明顯R1=10k時(shí)是錯(cuò)誤的,單片機(jī)一直處在復(fù)位狀態(tài)時(shí)根本無(wú)法工作。出現(xiàn)這樣的原因是由于RST引腳內(nèi)含三極管,即便在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)也會(huì)有少量截止電流,當(dāng)R取的非常大時(shí),微弱的截止電流通過就產(chǎn)生了高電平。
通常紅色貼片LED:電壓1.6V-2.4V,電流2-20mA,在2-5mA亮度有所變化,5mA以上亮度基本無(wú)變化。
這時(shí)可以借助擴(kuò)展芯片來(lái)實(shí)現(xiàn),比如三八譯碼器74HC138來(lái)拓展。
濾波電容分為高頻濾波電容和低頻濾波電容。
1、高頻濾波電容一般用104容(0.1uF),目的是短路高頻分量,保護(hù)器件免受高頻干擾。普通的IC(集成)器件的電源與地之間都要加,去除高頻干擾(空氣靜電)。
2、低頻濾波電容一般用電解電容(100uF),目的是去除低頻紋波,存儲(chǔ)一部分能量,穩(wěn)定電源。大多接在電源接口處,大功率元器件旁邊,如:USB借口,步進(jìn)電機(jī)、1602背光顯示。耐壓值至少高于系統(tǒng)最高電壓的2倍。
1、開關(guān)作用:
LEDS6為高電平時(shí)截止,為低電平時(shí)導(dǎo)通。限流電阻的計(jì)算:集電極電流為I,則基極電流為I/100(這里涉及到放大作用,集電極電流是基極的100倍),PN結(jié)電壓0.7V,R=(5-0.7)/(I/100)
2、放大作用:集電極電流是基極電流的100倍
3、電平轉(zhuǎn)換:
當(dāng)基極為高電平時(shí),三極管導(dǎo)通,右側(cè)的導(dǎo)線接地為低電平,當(dāng)基極為低電平時(shí),三極管截止,輸出高電平。
數(shù)碼管點(diǎn)亮形成的數(shù)字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小數(shù)點(diǎn))構(gòu)成,字模及真值表如上圖。
由于單片機(jī)輸出有限,當(dāng)負(fù)載很多的時(shí)候需要另外加驅(qū)動(dòng)芯片 ,比如74HC245。
1、從節(jié)約功耗及芯片灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大;電阻大,電流小。
2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小;電阻小,電流大。
3、對(duì)于高速電路,過大的上拉電阻可能會(huì)導(dǎo)致邊沿變平緩。
綜合考慮:上拉電阻常用值在1K到10K之間選取,下拉同理。
上下拉電阻,上拉就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻嵌位在高電平,下拉同理。
1、電平轉(zhuǎn)換,提高輸出電平參數(shù)值。
2、OC門必須加上拉電阻才能使用。
3、加大普通IO引腳驅(qū)動(dòng)能力。
4、懸空引腳上下拉抗干擾。
晶振電路
1、晶振選擇:
根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需求選擇,6M,12M,11.0592M,20M等待。
2、負(fù)載電容:
對(duì)地接2個(gè)10到30pF的電容即可,常用20pF。
3、萬(wàn)用表測(cè)晶振:
直接用紅表筆對(duì)晶振引腳,黑表筆接GND,測(cè)量電壓即可。
復(fù)位電路
把單片機(jī)內(nèi)部電路設(shè)置成為一個(gè)確定的狀態(tài),所有的寄存器初始化。51單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間大約在2個(gè)機(jī)械周期左右,具體需要看芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)。一般通過復(fù)位芯片或者復(fù)位電路,具體的阻容參數(shù)的計(jì)算,通過google查找。
按鍵抖動(dòng)及消除
按鍵也是機(jī)械裝置,在按下或放開的一瞬間會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng),如下圖:
消除方法有兩種:軟件除抖和硬件除抖,其中硬件除抖是應(yīng)用了電容對(duì)高頻信號(hào)短路的原理。軟件除抖是檢測(cè)出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序,產(chǎn)生5ms~10ms的延時(shí),讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測(cè)鍵的狀態(tài),如果仍保持閉合狀態(tài)電平,則確認(rèn)為真正有鍵按下。
(一)智能儀器
單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于儀器儀表中,結(jié)合不同類型的傳感器,可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長(zhǎng)度、硬度、元素、壓力等物理量的測(cè)量。
采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化,且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測(cè)量設(shè)備(電壓表、功率計(jì),示波器,各種分析儀)。
(二)工業(yè)控制
單片機(jī)具有體積小、控制功能強(qiáng)、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、擴(kuò)展靈活和使用方便等優(yōu)點(diǎn),用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線感知系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、機(jī)器人等應(yīng)用控制系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理,電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng),與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等。
(三)家用電器
家用電器廣泛采用了單片機(jī)控制,從電飯煲、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備和白色家電等。
(四)網(wǎng)絡(luò)和通信
現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口,可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件,通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制,從手機(jī),電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動(dòng)通信呼叫系統(tǒng)、列車無(wú)線通信、再到日常工作中隨處可見的移動(dòng)電話,集群移動(dòng)通信,無(wú)線電對(duì)講機(jī)等。
(五)設(shè)備領(lǐng)域
單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛,例如醫(yī)用呼吸機(jī),各種分析儀,監(jiān)護(hù)儀,超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。
(六)模塊化系統(tǒng)
某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能,從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用,而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
(七)汽車電子
單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛,例如汽車中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,基于CAN總線的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)智能電子控制器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、abs防抱死系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、胎壓檢測(cè)等。此外,單片機(jī)在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國(guó)防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。
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