從51初學(xué)者到電子工程師3
第二課 基本的芯片和分立器件
2.1 簡述
2.2 74系列
2.3 CD4000系列
2.4 光耦與光電管
2.5 三極管
2.6 電容電阻
2.7 固態(tài)繼電器
2.8 繼電器
2.9 變壓器和三端穩(wěn)壓器
2.10 開關(guān)電源芯片
2.11 封裝知識、芯片批號等
2.12 接插件
2.13 器件選購的知識
第三課 數(shù)字量的輸入輸出
第四課 單片機(jī)的通訊接口
第五課 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的硬件構(gòu)思
第六課 單片機(jī)程序的框架（匯編版本）
第七課 模擬量的輸入輸出
……
各位多提寶貴意見。
保證實用。如果程序里面有一些例程,也是已經(jīng)經(jīng)過測試可以拿來就用的;實際上
是我早年的一些產(chǎn)品的程序的一部分;不好意思,都是匯編的。
寫的時間只有周末會多一些,可以保證做到一周一課;盡量能夠提前,但是這要看
看工作忙不忙了。
坊間有一些參考書,準(zhǔn)備今天上午到北京中發(fā)市場轉(zhuǎn)了一圈,我記得以下參考書目
較好：
1. 周航慈：《單片機(jī)程序設(shè)計》
2. 徐涵芳：《MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計》
3. 何立民：《......》
有了這些就基本夠用了;其它的很多都是資料的翻譯;如果英文不好,可以看看;
英文好的話,可以不必了,省電錢買開發(fā)系統(tǒng)和編程器、開發(fā)板什么的,需要什么
資料直接下載PDF文件好了。
要想成為電子工程師,需要寬帶,在家里安裝包月的adsl或者長寬,絕對值得。
實際上,網(wǎng)絡(luò)上什么都有了,就是一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫,要好好利用。
網(wǎng)上自有黃金屋,網(wǎng)上自有顏如玉……
第二課 基本的芯片和分立器件
2.1 簡述
有必要對以下系列的芯片和分立器件進(jìn)行介紹。
除了單片機(jī)作為控制器的核心外,作為一個產(chǎn)品,由很多東西構(gòu)成;所以,在講系
統(tǒng)之前,先將這些零零碎碎的東西一并交待。就好像一棟房子,有各種各樣的構(gòu)件
組成,下面的這些東東就像磚瓦一樣,沒有不行。
2.2 74系列芯片
74系列的芯片的下載地址：
http://www.dainau.com/TTLDATASHEET.htm
http://www.100y.com.tw/asp/class36_40.htm
http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/default.htm
74系列的芯片是古老的一族,大部分的芯片現(xiàn)在均已不用了,但是,實際上,在目
前的系統(tǒng)中,還能看到一些芯片,有些芯片現(xiàn)在還在系統(tǒng)中使用,例如：
1、 7404 – 6個反相門
下載地址：
http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=125533
將輸入的TTL邏輯反相,如：0->1,1->0
2、 7407 – 6個集電極開路門
下載地址：
http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=125518
由于集電極開路門可以外接高電壓,可以最高到DC30V,電流最大到39mA,通常我
用它驅(qū)動8字?jǐn)?shù)碼管和繼電器等大電流的負(fù)載;開路門內(nèi)部結(jié)構(gòu)是達(dá)林頓管的,輸
出的邏輯是正的;
與其類似的芯片是7406,只不過是反相開路門。
3、 74LS573與74LS373 – 8 數(shù)據(jù)鎖存器
74LS373下載地址：
http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=129171
74LS573下載地址：
http://www.yddz.net/yddzsourse/pdf/74hc573.pdf
引入幾個概念：
1. 真值表
參見74LS373的PDF的第2頁：
Dn LE OE On
H H L H
L H L L
X L L Qo
X X H Z
這個就是真值表,表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。
每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（datasheet）中都有真值表。
布爾邏輯比較簡單,在此不贅述;
2. 高阻態(tài)
就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài);在這種狀態(tài)下,可以
多個芯片并聯(lián)輸出;但是,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯
片燒毀;
高阻態(tài)的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。
3. 數(shù)據(jù)鎖存
當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持;
這個概念在并行數(shù)據(jù)擴(kuò)展中經(jīng)常使用到。
4. 數(shù)據(jù)緩沖
加強(qiáng)驅(qū)動能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。
OE：output_enable,輸出使能;
LE：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思;
Dn：第n路輸入數(shù)據(jù);
On：第n路輸出數(shù)據(jù);
再看這個真值表,意思如下：
第四行：當(dāng)OE＝1是,無論Dn、LE為何,輸出端為高阻態(tài);
第三行：當(dāng)OE＝0、LE＝0時,輸出端保持不變;
第二行第一行：當(dāng)OE＝0、LE＝1時,輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù);
結(jié)合下面的波形圖,在實際應(yīng)用的時候是這樣做的：
a． OE＝0;
b． 先將數(shù)據(jù)從單片機(jī)的口線上輸出到Dn;
c． 再將LE從0->1->0
d． 這時,你所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在On上了,輸入的數(shù)據(jù)在變化也影響不到輸
出的數(shù)據(jù)了;實際上,單片機(jī)現(xiàn)在在忙著干別的事情,串行通信、掃描鍵盤……單
片機(jī)的資源有限啊。
在單片機(jī)按照RAM方式進(jìn)行并行數(shù)據(jù)的擴(kuò)展時,使用movx @dptr, A這條指令時,這
些時序是由單片機(jī)來實現(xiàn)的。
后面的表格中還有需要時間的參數(shù),你不需要去管它,因為這些參數(shù)都是幾十ns級
別的,對于單片機(jī)在12M下的每個指令周期最小是1us的情況下,完全可以實現(xiàn);如
果是你自己來實現(xiàn)這個邏輯,類似的指令如下：
mov P0,A ;將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù)端口
clr LE
setb LE
clr LE ;上面三條指令完成LE的波形從0->1->0的變化
74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣,只不過是管腳定義不一樣,數(shù)據(jù)輸入和輸出端
各在一側(cè),PCB容易走線;所以大家都喜歡使用這個芯片。
4、 74LS244 – 數(shù)據(jù)緩沖器
下載地址：
http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/74F244.pdf
數(shù)據(jù)輸出能力比較強(qiáng),輸出電流可以到40mA以上;
4個緩沖器分成2組,具有高阻態(tài)控制端口
5、 74LS245 – 總線緩沖器
http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/74F245.pdf
雙向數(shù)據(jù)接口,通常在ISA板卡上可以看到;
早期的51系統(tǒng)中,為了擴(kuò)展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等經(jīng)常可以看到這個片子
;
為了增強(qiáng)驅(qū)動能力,有時是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)常用到這個片子
6、 74LS138 – 三－八譯碼器
http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/74F138.pdf
在早期的51系統(tǒng)的擴(kuò)展中,作為地址選通的片子,可以經(jīng)�？吹�。
另外一個類似的芯片是74LS154,是4-16譯碼器,現(xiàn)在更是少見了。
有興趣的可以研究一下何立民的經(jīng)典著作中的有關(guān)章節(jié)。
知道有這么一個芯片就可以了。
2.3 CD4000系列
CD4000系列的芯片,除了跟74系列的電氣特性有所區(qū)別外,例如：
1) 電壓范圍寬,應(yīng)該可以工作在3V～15V,輸入阻抗高,驅(qū)動能力差外,跟74系列
的功能基本沒有區(qū)別;
2) 輸入時,1/2工作電壓以下為0,1/2工作電壓以上為1;
3) 輸出時,1=工作電壓;0=0V
4) 驅(qū)動能力奇差,在設(shè)計時最多只能帶1個TTL負(fù)載;
5) 如果加上拉電阻的話,至少要100K電阻;
6) 唯一現(xiàn)在使用的可能就是計數(shù)器,CD4060的計數(shù)器可以到14級二進(jìn)制串行計數(shù)/
分頻器,這個74系列的做不到這么高;
下載地址：
http://www.100y.com.tw/asp/class36_40.htm
http://www.100y.com.tw/pdf_file/CD4060.PDF
2.4 ULN2003/ULN2008
它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是達(dá)林頓的,專門用來驅(qū)動繼電器的芯片,甚至在芯片內(nèi)部做了一
個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過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
。采用集電極開路輸出,輸出電流大,故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器(SSR)
等外接控制器件,也可直接驅(qū)動低壓燈泡。
經(jīng)常在工控的板卡中見到這個芯片。
有個完全一樣的型號：MC1413,不過現(xiàn)在好像不怎么見到這個型號了,但是管腳與
2003完全兼容。
ULN2003可以驅(qū)動7個繼電器;ULN2008驅(qū)動8個繼電器。
ULN2003下載地址：
http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=148212
ULN2008下載地址：
沒有找到。奇怪啊。
2.5 光耦
光耦是做什么用的？光耦是用來隔離輸入輸出的,主要是隔離輸入的信號。
在各種應(yīng)用中,往往有一些遠(yuǎn)距離的開關(guān)量信號需要傳送到控制器,如果直接將這
些信號接到單片機(jī)的I/O上,有以下的問題：
1) 信號不匹配,輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點信號;
2) 比較長的連接線路容易引進(jìn)干擾、雷擊、感應(yīng)電等,不經(jīng)過隔離不可*
所以,需要光耦進(jìn)行隔離,接入單片機(jī)系統(tǒng)。
常見的光耦有：
1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4,分別是1個光耦、2個光耦和4個光耦,HP公司
和***的東芝公司生產(chǎn)。
下載地址：
http://www.100y.com.tw/pdf_file/TLP521-1-2,4.PDF
發(fā)光管的工作電流要在10mA時,具有較高的轉(zhuǎn)換速率;
在5V工作時,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)
下載地址：
http://www.100y.com.tw/pdf_file/4N25-8,35-7,H11A1-5.PDF
隔離電壓高達(dá)5000V;
3) 6N136,HP公司生產(chǎn)
下載地址：
http://www.100y.com.tw/pdf_file/6N135-6.PDF
要想打開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。
如果對速率要求不高,其實TLP521－1也可以用,實際傳輸速率可以到19200波特率
。
選擇光耦看使用場合,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. 輸入干接點隔離
2. 輸入TTL電平隔離
3. 輸入交流信號隔離
4. 輸出RS232信號隔離
5. 輸出RS422信號隔離
光耦除了隔離數(shù)字量外,還可以用來隔離模擬量。將在今后的章節(jié)中描述。
66821730(技術(shù)支持)
