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  • 單片機電路設(shè)計的10個問題難點分析與單片機電路應(yīng)用領(lǐng)域
    • 發(fā)布時間:2019-11-13 16:37:53
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    單片機電路設(shè)計的10個問題難點分析與單片機電路應(yīng)用領(lǐng)域
    單片機概述
    了解單片機電路設(shè)計,先了解單片機是什么。單片機,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、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、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)成的一個小而完善的微型計算機系統(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)時的4位、8位單片機,發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機。
    單片機應(yīng)用分類
    (一)通用型
    這是按單片機(Microcontrollers)適用范圍來區(qū)分的。例如,80C51式通用型單片機,它不是為某種專門用途設(shè)計的;專用型單片機是針對一類產(chǎn)品甚至某一個產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的,例如為了滿足電子體溫計的要求,在片內(nèi)集成ADC接口等功能的溫度測量控制電路。
    (二)總線型
    這是按單片機(Microcontrollers)是否提供并行總線來區(qū)分的??偩€型單片機普遍設(shè)置有并行地址總線、 數(shù)據(jù)總線、控制總線,這些引腳用以擴展并行外圍器件都可通過串行口與單片機連接,另外,許多單片機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展總線,大大減省封裝成本和芯片體積,這類單片機稱為非總線型單片機。
    (三)控制型
    這是按照單片機(Microcontrollers)大致應(yīng)用的領(lǐng)域進行區(qū)分的。一般而言,工控型尋址范圍大,運算能力強;用于家電的單片機多為專用型,通常是小封裝、低價格,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類單片機既是通用型又是總線型,還可以作工控用。
    單片機電路設(shè)計中的10個難點解析
    單片機是嵌入式系統(tǒng)的核心元件,使用單片機的電路要復(fù)雜得多,但在更改和添加新功能時,帶有單片機的電路更加容易實現(xiàn),這也正是電器設(shè)備使用單片機的原因。那么在單片機電路的設(shè)計中需要注意的難點有哪些?
    單片機上拉電阻的選擇
    單片機電路設(shè)計
    可以看到復(fù)位電路中電阻R1=10k時RST是高電平 ,而當(dāng)R1=50時RST為低電平,很明顯R1=10k時是錯誤的,單片機一直處在復(fù)位狀態(tài)時根本無法工作。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)時也會有少量截止電流,當(dāng)R取的非常大時,微弱的截止電流通過就產(chǎn)生了高電平。
    LED串聯(lián)電阻的計算問題
    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以上亮度基本無變化。
    單片機電路設(shè)計
    端口出現(xiàn)不夠用的情況
    這時可以借助擴展芯片來實現(xiàn),比如三八譯碼器74HC138來拓展。
    單片機電路設(shè)計
    濾波電容
    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,步進電機、1602背光顯示。耐壓值至少高于系統(tǒng)最高電壓的2倍。
    三極管的作用
    1、開關(guān)作用:
    單片機電路設(shè)計
    LEDS6為高電平時截止,為低電平時導(dǎo)通。限流電阻的計算: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:
    單片機電路設(shè)計
    當(dāng)基極為高電平時,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,三極管截止,輸出高電平。
    數(shù)碼管的相關(guān)問題
    單片機電路設(shè)計
    數(shù)碼管點亮形成的數(shù)字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小數(shù)點)構(gòu)成,字模及真值表如上圖。
    電流電壓驅(qū)動問題
    由于單片機輸出有限,當(dāng)負(fù)載很多的時候需要另外加驅(qū)動芯片 ,比如74HC245。
    上拉電阻選取原則
    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)動電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠??;電阻小,電流大。
    3、對于高速電路,過大的上拉電阻可能會導(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通過一個電阻嵌位在高電平,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)動能力。
    4、懸空引腳上下拉抗干擾。
    晶振和復(fù)位電路
    晶振電路
    1、晶振選擇:
    根據(jù)實際系統(tǒng)需求選擇,6M,12M,11.0592M,20M等待。
    2、負(fù)載電容:
    對地接2個10到30pF的電容即可,常用20pF。
    3、萬用表測晶振:
    直接用紅表筆對晶振引腳,黑表筆接GND,測量電壓即可。
    復(fù)位電路
    把單片機內(nèi)部電路設(shè)置成為一個確定的狀態(tài),所有的寄存器初始化。51單片機的復(fù)位時間大約在2個機械周期左右,具體需要看芯片數(shù)據(jù)手冊。一般通過復(fù)位芯片或者復(fù)位電路,具體的阻容參數(shù)的計算,通過google查找。
    按鍵抖動及消除
    按鍵也是機械裝置,在按下或放開的一瞬間會產(chǎn)生抖動,如下圖:
    單片機電路設(shè)計
    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)用了電容對高頻信號短路的原理。軟件除抖是檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序,產(chǎn)生5ms~10ms的延時,讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài),如果仍保持閉合狀態(tài)電平,則確認(rèn)為真正有鍵按下。
    單片機的應(yīng)用領(lǐng)域
    (一)智能儀器
    單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于儀器儀表中,結(jié)合不同類型的傳感器,可實現(xiàn)諸如電壓、電流、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。
    采用單片機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)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備(電壓表、功率計,示波器,各種分析儀)。
    (二)工業(yè)控制
    單片機具有體積小、控制功能強、功耗低、環(huán)境適應(yīng)能力強、擴展靈活和使用方便等優(yōu)點,用單片機可以構(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)、信號檢測系統(tǒng)、無線感知系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、機器人等應(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、各種報警系統(tǒng),與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。
    (三)家用電器
    家用電器廣泛采用了單片機控制,從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、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)代的單片機普遍具備通信接口,可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信,為在計算機網(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)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制,從手機,電話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話,集群移動通信,無線電對講機等。
    (五)設(shè)備領(lǐng)域
    單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛,例如醫(yī)用呼吸機,各種分析儀,監(jiān)護儀,超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。
    (六)模塊化系統(tǒng)
    某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能,從而在各種電路中進行模塊化應(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
    單片機在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛,例如汽車中的發(fā)動機控制器,基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、abs防抱死系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、胎壓檢測等。此外,單片機在工商、金融、科研、教育、電力、通信、物流和國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。
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