电子系统设计基本知识ADD1.docx
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电子系统设计基本知识ADD1
电子系统设计基本知识
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写在开头的话：
搞硬件和软件是有所不同的，搞硬件的人，一定要精确------------------------------------------
模拟电路
电阻--------------------------------------------------------------------------------------------------------
电容------------------------------------------------------------------------------------------------------
电感器----------------------------------------------------------------------------------------------------
二极管-----------------------------------------------------------------------------------------------------
三极管---------------------------------------------------------------------------------------------------
电位器---------------------------------------------------------------------------------------------------
驱动继电器的芯片------------------------------------------------------------------------------------
光耦------------------------------------------------------------------------------------------------------
光电管---------------------------------------------------------------------------------------------------
光敏电阻-------------------------------------------------------------------------------------------------
继电器----------------------------------------------------------------------------------------------------
固态继电器---------------------------------------------------------------------------------------------
数字电路
74系列--------------------------------------------------------------------------------------------------
数据锁存------------------------------------------------------------------------------------------------
数据缓冲------------------------------------------------------------------------------------------------
译码器---------------------------------------------------------------------------------------------------
CD4000系列-------------------------------------------------------------------------------------------
单片机电路
单片机-----------------------------------------------------------------------------------------------------
看门狗电路---------------------------------------------------------------------------------------------
晶振------------------------------------------------------------------------------------------------------
排电阻----------------------------------------------------------------------------------------------------
单片机编程
使用Keilc时应做的和应该避免的------------------------------------------
单片机系统可靠性与抗干扰技术---------------------------------------------------------------------
ARM硬件
ARM编程
电源电路
线性电源：
变压器、整流桥、三端稳压器与开关电源----------------------------------------------
通信系统
平衡信号与非平衡信号------------------------------------------------------------
RS-485总线通信系统-------------------------------------------------------------------------------------------
电路设计、调试
如果你的单片机系统没有工作，检查步骤-------------------------------------------------------------
器件选购、芯片批号、封装知识等-----------------------------------------------------------------------
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搞硬件和软件是有所不同的，搞硬件的人，一定要精确
什么是精确呢？
精确，实际上是敬业的精神。
1．对你所要实现的工作的目标理解准确；
2．对你的电路图要清楚每一个器件在其中所起的作用；如果不明白，可以找一个专家问问，得到确认；如果不清楚，可以先试试；
3．对每一个器件的封装要严格把握，该是什么形状、外形一定要完全一致；还有考虑到空间是不是对其它的板卡器件有影响；对边缘连接器件与电路板的边缘之间的距离、ISA和PCI的边缘连接件与挡板之间的关系要完全把握才能去做电路板；否则只是浪费金钱和时间；
对边缘器件与边缘之间的距离要是不能有把握的话，可以找3个人，每个人都计算一遍，取个平均值，基本上就差不多了。
4．对单片机的资源能不能作成这件事情一定要有把握，CPU运算速度和字长、内存够不够大、程序存储器够不够大，需要仔细的规划；
5．原理图经过专家认可无误后，画出来的PCB需要做网络检查，做到与原理图完全一致；
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模拟电路
电阻
电阻的种类
1、按阻值可否调节分：
有固定电阻器、可变电阻器两大类。
2、按制造材料分：
有线绕电阻、非线绕电阻。
3、按用途分：
有通用型、高阻型、高压型、高频无感型
电阻器的主要技术参数
标称阻值、允许误差和额定功率是固定电阻器的主要参数。
电阻器标有的电阻数值，这就是电阻器的阻值标称值。
电阻标称值往往和它的实际值不完全相符，实际值和标称值的差值除以标称值所得的百分数，就是电阻的误差，它反映了电阻器的精密程度。
下表为常用电阻器的误差等级。
允许误差
±0.5% ±1% ±2%
±5% ±10% ±20%
级 别
005 01 02
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
类 型
精密型
普通型
额定功率是指电阻器长时间正常工作下能承受最大功率。
额定功率较大的电阻器，一般都将额定功率直接印在电阻器上。
额定功率较小的电阻器，可以从它的几何尺寸和表面面积上看出，如下表：
电阻种类按照工艺可以分为碳膜电阻和金属膜电阻
外 形 尺 寸
额定功率
碳膜电阻
金属膜电阻
L
D
L
D
0.06W
8
2.5
0.125W（1/8W）
12
2.5
7
2.2
0.25W（1/4W）
15
4.5
8
2.6
0.5W（1/2W）
25
4.5
10.8
4.2
1W
28
6
13
6.6
2W
46
8
18.5
8.6
电阻器主要技术参数的标志方法
1、直标法
直标法是用数字和文字符号在电阻器上直接标出主要参数的标志方法，电阻值为5.1KΩ，误差为±5%。
若电阻器上未标注误差，则均为±20%。
2、文字符号法
文字符号法是用数字和文字符号或两者有规律的组合，在电阻器上标志出主要参数的标志方法。
具体方法为：
阻值的整数部分写在阻值单位标志符号的前面，阻值的小数部分写在阻值单位标志符号的后面，标志符号规定如下：
欧姆（1欧姆）,用Ω表示，例：
0.1Ω标志为Ω1
千欧（103欧姆）,用K表示，例：
1KΩ标志为1K
兆欧（106欧姆）,用M表示，例：
2.2M标志为2M2
千兆欧（109欧姆）,用G表示，例：
5.6×109标志为5G6
兆兆欧（1012欧姆）,用T表示，例：
4.7×1012标志为4T7
3、色标法
色标法是按规定的颜色在电阻器上标志主要参数的标志方法。
具体规定参见下表：
颜色
有效数字
乘数
允许误差%
黑色
0
100
棕色
1
101
±1
红色
2
102
±2
橙色
3
103
黄色
4
104
绿色
5
105
±0.5
蓝色
6
106
±0.25
紫色
7
107
±0.1
灰色
8
108
白色
9
109
金色
10-1
±5
银色
10-2
±10
五色环电阻：
一般第3色环为黑色；K级电阻第4色环（倍率环）为棕色；10K级的电阻第4色环（倍率环）为红色。
4、数码表示法
数码表示法是在电阻器上用三位数码表示标称值的标志方法。
数码从左至右，第一、二位为有效值，第三位为乘数，即零的个数，单位为Ω。
误差通常采用文字符号J（±5%）、K（±10%）表示；
按照功率可以分为小功率电阻和大功率电阻，大功率电阻通常是金属电阻，实际上应该是在金属外面加一个金属（铝材料）散热器，所以可以有10W以上的功率；在电子配套市场上专门卖电阻的市场上可以很容易地看到。
金属电阻通常是作为负载，或者作为小设备的室外加热器，如，在CCTV的一些解码器箱和全天候防护罩中可以看到。
电阻在电路中起到限流、分压、分流、偏置等作用。
通常1/8W电阻已经完全可以满足使用。
但是，在作为7段LED中，要考虑到LED的压降和供电电压之差，再考虑LED的最大电流，通常是20mA（超高亮度的LED），如果是2×6（2排6个串联），则电流是40mA。
不同厂家选用不同材料的，压降有所不同。
所以，需要加上电试一下，但是，不要让Led的电流超出20mA（单只LED），这时加大电流亮度也不会增加，但是LED的寿命会下降，限流电阻的大小就是压降除以电流。
电阻的功率随之可以算出。
电阻器的好坏判别
目测可以看出引线折断或电阻体烧坏等外表故障；用万用表欧姆档或其他专用测试仪器可测试电阻器内部是否良好及阻值是否正常。
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电容
电容有以下几大类：
1）电解电容
2）独石电容
3）瓷片电容
4）胆（左金右旦）电解电容
5）涤纶电容等
电容器的主要技术参数
标称容量、允许误差、额定电压、绝缘电阻、漏电流、损耗因数及时间常数均为电容器的主要技术参数。
1、电容器的标称容量及允许误差的基本含义与电阻器一样。
电容的基本单位为F（法拉），即在1V电压下电容器所能储存的电量为1库伦，其容量即为1F。
用F作单位在应用中往往太大，所以常用毫法（mF）、微法（µF）、纳法（nF）和皮法（pF）。
其关系如下：
1F=103mF
1mF=103µF1F=106µF
1µF=103nF
1nF=103pF1µF=106pF
2、额定电压（耐压）
额定电压通常也称作耐压，是指在允许的环境温度范围内，电容长时间正常工作施加的最大电压有效值。
电容的额定电压通常是指直流工作电压。
3、绝缘电阻及漏电流
电容介质不可能绝对不导电，当电容加上直流电压时，电容器会有漏电流产生。
若漏电流太大，电容器就会发热损坏。
除电解电容外，其他电容器的漏电流是极小的，故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性能（与容量成正比）。
4、损耗因数
电容的损耗因数指有功损耗与无功损耗功率之比。
通常电容在电场作用下，其储存或传递的一部份电能会因介质漏电及极化作用而变为有害的热能，这部分发热消耗的能量就是电容的损耗，显然损耗越大，发热也越严重。
电容器参数的标志方法
电容器的标称容量及允许误差一般标在电容器上，其方法可分为以下几种。
1、直标法
直标法是将电容器的标称容量及允许误差直接标在电容器上的标志方法。
CXJD为型号，2200µF为标称容量，±10%为允许误差，02.5为生产时间。
2、文字符号法
标称容量的整数部分通常写在容量单位标志符号的前面，小数部分写在容量单位标志符号的后面。
如3.3µF标为3µ3，2.2pF标为2p2。
3、数码表示法
电容器的数码表示法与电阻器的相同。
但电容器数码表示法中，其单位为pF。
如0.1µF标为104。
电容器的用途
主要用用交流耦合、隔离直流、滤波、交流或脉冲旁路及选频等。
电容的使用场合
1.电源稳压和滤波
电解电容主要是用来稳压和低频交流滤波的；高频滤波是使用磁片电容和独石电容。
当电解电容作为稳压时，接在整流桥和三端稳压器的输出端，起到稳定电压的作用。
其工作机理相当于一个水库，从上游来的带有波浪的水到了水库，就变的平滑了。
但是，铝电解电容的电解质随着时间的推移会干涸，所以在设计时需要留有余量，保证系统正常工作到它的寿命。
有些远端供电的直流电源，接到电路板的输入端时，需要在电路板的电源输入端加一个大的电解电容，通常可以是220u/25V，这样，这块电路板需要供电时，不是直接从电源处取，而是从电容中取电，可以得到稳定的电流供给；
电解电容只能滤除低频的波动；对于直流电源中的高频波动，可以加一个0.1u或0.01u的独石电容或者磁片电容。
很多教科书都指出，在每一个芯片的电源和地两端接一个0.1u或0.01u的独石电容或者瓷片电容，解决芯片的供电过程中，由于电路板的走线电感产生的电源开关噪声尖峰。
这种作用下的电容叫去耦电容。
这是电路板的常规的设计；
2.定时参数
对于象555这样需要外接电容产生稳定的脉冲的器件，涤纶电容是首选。
可以想象，涤纶一层又一层缠绕，受到温度变化引起的涤纶的面积的变化的相对值要远远小于独石电容的介质石头受到温度变化而引起的变化值。
3.产生其它电压
有些需要从单一电压产生其它的电压的芯片，如：
max232，需要外接电容才能实现。
外接01.u的胆电容。
电容的封装：
电容有直插和表面贴的不同封装。
电解电容表面贴封装的通常耐压值不超出25V，电容值不超出100u。
再大，就只好使用直插的了。
其它的电容，磁片和独石都有表面贴封装的。
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电感器
电感器也叫电感线圈，是利用电磁感应原理制成的，电感器在电路中起着阻流、变压、传送信号等作用。
电感器的分类
电感器的种类很多，而且分类标准也不一样，
通常按电感量变化情况分为固定电感器、可变电感器、微调电感器等；
按电感器线圈芯性质又可分为空芯电感器、磁芯电感器、铜芯电感器等；
按绕制特点可分为单层电感器、多层电感器、蜂房电感器等。
部分电感器外形及图形符号
1、电感器外形
2、电感器图形符号
电感器的主要技术参数
1、电感量L
电感量L 也称为自感系数，是表示电感元件自感应能力的一种物理量。
当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便会产生电势，这是电磁感应现象。
所产生的电势称感应电势，电势大小正比于磁通变化的速度和线圈匝数。
电感量的基本单位为H（亨），实际应有中还有毫亨（mH），微亨（µH），其换算关系如下：
1H=103mh=106µH。
2、感抗XL
感抗在电感元件参数表上一般查不到，但它与电感量、品质因数Q等参数密切相关，由于电感线圈的自感电势总是阻止线圈中电流变化，故线圈对交流电有阻力作用，阻力大小就用感抗XL表示。
XL与线圈电感量L和交流电频率ƒ成正比，计算公式为：
XL=2πƒL。
（式中XL单位为Ω，ƒ单位为HZ，L单位为H）阻抗（ohm）=2*3.14159*F（工作频率）*电感量（mH），设定需用360ohm阻抗，因此：
电感量（mH）=阻抗（ohm）÷（2*3.14159）÷F（工作频率）=360÷（2*3.14159）÷7.06=8.116mH据此可以算出绕线圈数：
圈数=[电感量*{（18*圈直径（吋））+（40*圈长（吋））}]÷圈直径（吋）
圈数=[8.116*{（18*2.047）+（40*3.74）}]÷2.047=19圈
不难看出，线圈通过低频电流时XL小，通过直流电时XL为零，此时仅线圈的直流电阻起阻力作用（电感线圈的直流电阻很小，可近似短路）。
通过高频电流时XL很大，若L也大，则可看作开路。
3、品质因素
品质因素也称作Q值或优值，即线圈在一定频率的交流电压下工作时感抗和等效损耗电阻之比。
4、直流电阻
即电感受线圈自身的直流电阻，可用万用表直接测得。
5、额定电流
指电感器长时间正常工作允许通过电感元件的最大直流电流值。
电感器的标志方法
电感器的标志方法与电阻器、电容器的标志方法相同，有直标法、文字符号法和色标法。
常用的固定电感器过去多彩色码标志法，统称为色码电感器。
目前我国生产的固定电感器有的采用色码标志法，有的在电感器上直接标出数值，即直标法。
在一些电子机器中，如电视机，广泛使用的是固定电感器。
它是将铜线绕在磁芯上。
然后再用环氧树脂或塑料封装起来，这种电感器的特点是体积小，重量轻、结构牢固、使用方便。
二极管
二极管是由一个PN结，加上引线、接触电极和管壳而构成
二极管的分类
1、按用途分
有整流二极管、稳压二极管、检波二极管、发光二极管、开关二极管、光电二极管等。
2、按制造材料分
有锗二极管、硅二极管、砷化镓二极管等。
3、按制造工艺分
有点接触二极管和面接触二极管两种。
4、按工作原理分
有变容二极管、雪崩二极管、齐纳二极管等。
主要参数
最大整流电流IOM
最大整流电流是指二极管能够允许通过的最大正向平均电流值。
当电流超过这个允许值时，二极管会因过热而烧坏。
反向击穿电压URB与最高反向工作电压URM
URB是指二极管反向击穿时的电压值，击穿后其反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏。
通常手册上给出的最高反向工作URM电压约为反向击穿电压的一半或三分之二，以确保二极管安全运行。
最大反向电流IRM
IRM指在二极管上加最高反向工作电压时的反向电流值。
IRM愈小，则管子的单向导电性能愈好。
整流二极管的应用（如1N4004）
利用二极管的单向导电性将交流电转换为单向脉动直流电的电路，称为整流电路，此时的二极管可看成开关元件，即所谓理想二极管。
稳压二极管
稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，由于它在电路中能起稳定电压的作用，故称稳压管，其外形与普通二极管类似，但其伏安特性不同于普通二极管就在于它的反向特性很陡
稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：
ZD5表示编号为5的稳压管。
常用稳压二极管的型号及稳压值如下表：
型号1N47281N47291N47301N47321N47331N47341N47351N47441N47501N47511N4761
稳压值3.3V3.6V3.9V4.7V5.1V5.6V6.2V15V27V30V75V
我用的稳压管功率有1/2W
发光二极管
目前较常用的是圆形、方形等发光管，发光颜色以红、绿、黄等单色为主，也有一些能发出两、三种色光的发光管
瞬态电压抑制二极管（TVS管）
瞬态电压抑制二极管常称为防雷管，是一种安全保护器件。
这种器件在电路系统中起到分流、箝位作用，可以有效降低由于雷电、电路中开关通断时产生的高压脉冲，避免雷电、高压脉冲损坏其它器件。
瞬态电压抑制二极管有单向、双向两种。
单向的图形符号与稳压管相似。
当输入端有高压浪涌脉冲引入时，不论脉冲方向如何，TVS管能快速进入击穿状态，对输入电压进行箝位。
下表为常用的双向TVS管参数：
型号
截止电压
（V）
击穿电压
（Vmin）
击穿电压（Vmax）
测试电流（mA）
最大箝位电压（V）
最高脉冲电流（A）
反向漏电流（uA）
P6KE6.8CA
5.8
6.45
7.14
10
10.5
58.1
1000
P6KE12CA
10.2
11.40
12.6
1
16.7
35.3
5
P6KE22CA
18.8
20.90
23.10
1
30.6
19.9
5
肖特基二极管（如BAT85）
肖特基二极管是由金属和半导体采用平面工艺制造形成的，它仅用一种载流子（电子）输送电荷，因而没有少数载流子的存储效应。
所以它具有反向恢复时间短（7ns）和正向压降低（0.4V）的突出优点，它主要用于开关稳压电源做整流和逆变器中作续流二极管。
快恢复二极管
快恢复二极管工作原理与普通二极管相似，亦是利用PN结单导性，但制造工艺与普通二极管不同。
它的扩散深度及处延层可以精确
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