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单片机电路的设计中需要注意的难点有哪些

发布时间:2021/6/1 14:06:00  来源:http://www.jointwel.com.cn/news623873.html

单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲:一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。

单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。

单片机是嵌入式系统的核心元件,使用单片机的电路要复杂得多,但在更改和添加新功能时,带有单片机的电路更加容易实现,这也正是电器设备使用单片机的原因。那么在单片机电路的设计中需要注意的难点有哪些?

一、单片机上拉电阻的选择



大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ,而当R1=50时RST为低电平,很明显R1=10k时是错误的,单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管,即便在截止状态时也会有少量截止电流,当R取的非常大时,微弱的截止电流通过就产生了高电平。


二、LED串联电阻的计算问题

通常红色贴片LED:电压1.6V-2.4V,电流2-20mA,在2-5mA亮度有所变化,5mA以上亮度基本无变化。



三、端口出现不够用的情况

这时可以借助扩展芯片来实现,比如三八译码器74HC138来拓展。




四、滤波电容

滤波电容分为高频滤波电容和低频滤波电容。

1、高频滤波电容一般用104容(0.1uF),目的是短路高频分量,保护器件免受高频干扰。普通的IC(集成)器件的电源与地之间都要加,去除高频干扰(空气静电)。

2、低频滤波电容一般用电解电容(100uF),目的是去除低频纹波,存储一部分能量,稳定电源。大多接在电源接口处,大功率元器件旁边,如:USB借口,步进电机、1602背光显示。耐压值至少高于系统最高电压的2倍。


五、三极管的作用

1、开关作用:


LEds6为高电平时截止,为低电平时导通。

限流电阻的计算:集电极电流为I,则基极电流为I/100(这里涉及到放大作用,集电极电流是基极的100倍),PN结电压0.7V,R=(5-0.7)/(I/100)

2、放大作用:集电极电流是基极电流的100倍

3、电平转换:

当基极为高电平时,三极管导通,右侧的导线接地为低电平,当基极为低电平时,三极管截止,输出高电平。


六、数码管的相关问题


数码管点亮形成的数字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小数点)构成,字模及真值表如上图。


七、电流电压驱动问题

由于单片机输出有限,当负载很多的时候需要另外加驱动芯片 ,比如74HC245。


八、上拉电阻

上拉电阻选取原则

1、从节约功耗及芯片灌电流能力考虑应当足够大;电阻大,电流小。

2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小,电流大。

3、对于高速电路,过大的上拉电阻可能会导致边沿变平缓。

综合考虑:上拉电阻常用值在1K到10K之间选取,下拉同理。

上下拉电阻,上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,下拉同理。

1、电平转换,提高输出电平参数值。

2、OC门必须加上拉电阻才能使用。

3、加大普通IO引脚驱动能力。

4、悬空引脚上下拉抗干扰。


九、晶振和复位电路

晶振电路

1、晶振选择:

根据实际系统需求选择,6M,12M,11.0592M,20M等待。

2、负载电容:

对地接2个10到30pF的电容即可,常用20pF。

3、万用表测晶振:

直接用红表笔对晶振引脚,黑表笔接GND,测量电压即可。复位电路

把单片机内部电路设置成为一个确定的状态,所有的寄存器初始化。

51单片机的复位时间大约在2个机械周期左右,具体需要看芯片数据手册。

一般通过复位芯片或者复位电路,具体的阻容参数的计算,通过google查找。


十、按键抖动及消除

按键也是机械装置,在按下或放开的一瞬间会产生抖动,如下图:


消除方法有两种:软件除抖和硬件除抖,其中硬件除抖是应用了电容对高频信号短路的原理。

软件除抖是检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms~10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。

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