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从51初学者到电子工程师(初学者请看)

作者：sunshine98　栏目：单片机

从51初学者到电子工程师(初学者请看)
[今天偶然在网上发现的,一直想写点什么,却一直懒与动笔,,汗~
这篇文章感觉是"老树"写的,,不管怎么说,我觉得不错,就"借花献佛"了,感谢原作者]

很多电子工程师在某个方面精深钻研，成为某一个特殊领域的专家，从一开始的养家糊口、慢慢小有收益、最后宝马豪宅，也是有的；这些电子工程师可能没有全面掌握这些知识，因为这些行业用不上，例如，液晶显示器，很多行业就不需要；但是，对于一个初学者，我认为，这个提纲是切合实际的，对于面向控制而言，已经基本够用了；对于初学者，全面地掌握这些知识是很有必要的，因为你不知道今后需要使用什么哪些知识，而这些知识， 80%以上你会在今后的工作中使用上，因为这是都是最基本的。熟练掌握这些知识和应用，根据不同的地区、行业和老板，月薪应该可以在3000元～5000元之间，甚至更高。

其实，可能有些你用不上，但是知道了也没有坏处；所谓书到用时方很少，又有谓艺不压身。知识＝月薪＝年薪＝金钱＝香车宝马＝…….. ，呵呵。

为什么要掌握这些知识？

实际上，电子工程师就是将一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原来的这些器件分离时无法完成的功能，做成一个成品。所需要的技能越高、功能越复杂、成本越低、市场上对相应的东东的需求越大，就越成功。这就是电子工程师的自身的价值。从成本到产品售出，之间的差价就是企业的追求。作为企业的老板，是在市场上去寻找这样的应用；对电子工程师而言，是将老板提出的需求或者应用按照一定的构思原则（成本最低、可靠性最高、电路板最小、功能最强大等）在最短的时间内完成。最短的时间，跟电子工程师的熟练程度、工作效率和工作时间直接有关。这就是电子工程师的价值。

将电子产品抽象成一个硬件的模型，大约有以下组成：

1) 输入
2) 处理核心
3) 输出

输入基本上有以下的可能：

1) 键盘
2) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB）
3) 开关量（TTL，电流环路，干接点）
4) 模拟量（4~20ma、 0~10ma、0~5V（平衡和非平衡信号））

输出基本上有以下组成：

1) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB）
2) 开关量（TTL、电流环路、干接点、功率驱动）
3) 模拟量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信号））
4) LED显示：发光管、八字
5) 液晶显示器
6) 蜂鸣器

处理核心主要有：

1) 8位单片机，主要就是51系列
2) 32位arm单片机，主要有ATMEL和三星系列

51系列单片机现在看来，只能做一些简单的应用，说白了，这个芯片也就是做单一的一件事情，做多了，不如使用arm来做；还可以在arm上加一个操作系统，程序既可靠又容易编写。

最近三星的arm受到追捧，价格便宜，以太网和USB的接口也有，周立功的开发系统也便宜，作为学习ARM的产品来说，应该是最好的；作为工业级的控制，是不是合适，在网友中有不同的看法和争议。本公司使用ATMEL ARM91系列开发的1个室外使用的产品，在北京室外使用，没有任何的通风和加热的措施，从去年的5月份到现在，运行情况良好。已经有个成功应用的案例。

但对于初学者来说，应该从51着手，一方面，51还是入门级的芯片，作为初学者练手还是比较好的，可以将以上的概念走一遍；很多特殊的单片机也是在51的核的基础上增加了一些I/O和A/D、D/A；也为今后学习更高一级的单片机和ARM打下基础。再说了，哪个老板会将ARM级别的开发放在连51也没有学过的新手手中？

在51上面去做复杂的并行扩展是没有必要的，比如，扩展I/O口和A/D、D/A等等，可以直接买带有A/D、D/A的单片机；或者直接使用ARM，它的I/O口线口多。可以使用I2C接口的芯片，扩展I/O口和A/D、D/A，以及SPI接口扩展LED显示，例如：MAX7219等芯片。

市面上一些比较古老的书籍中还有一些并行扩展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、D/A等，我觉得已经没有必要去看了，知道历史上有这些一回事就行了；

这些知识，是所有产品都具备的要素。所以要学，再具体应用。

说一个小的故事：野人献曝。

从前，有一个农民，冬天干了活后，休息晒太阳。好舒服呀。
他想，这么舒服的享受，我要献给国王，让他也能得到享受。
于是他兴冲冲地到了王宫，将他的宝贵经验献给了国王。

我现在就象这个农民，把自己认为很宝贵的经验献给大家。希望大家多提宝贵意见；拍板砖也可以，骂我也无所谓，呵呵，随便。

第一课：51单片机最小系统

实际上，51单片机核心外围电路是很简单的，一个单片机＋一个看门狗＋一个晶振＋2个磁片电容；

1. 单片机：ATMEL的89C51系列、WINBOND的78E52系列，还有PHILIPS的系列，都差不多；现在有一些有ISP（在线下载的），就更好用了；

2. 看门狗：种类很多，我常用的有MAX691/ca1161和DS1832等，具体看个人习惯、芯片工作电压、封装等。Max系列和DS系列，还有IMP公司的，种类很多，一般只需要有最基本的功能就可以了；原来我使用MAX691，但是MAX691比较贵，因为它有电池切换功能，后来新设计电路板，就都采用ca1161了。

很早以前的电路设计中，现在可能还有人使用，使用一个电阻和一个电容达成的上电复位电路；但是，这样的复位电路一个是不可靠，为什么不可靠，网络上能找得到专门论述复位电路的文章；更重要的是，51系列的单片机比较容易受到干扰；没有看门狗电路是不行的，当程序跑飞时，回不来了，死在那里。

常规的做法是买一个专门的看门狗电路，完成复位电路和看门狗电路的功能。
这些芯片的资料很容易在网络上找到，通常使用百度搜索就可以了；看见有PDF的字样，就点击下载；使用网际快车flashget下载也是最好的；

这些资料通常是pdf格式的文件，所以，还需要一个pdf的阅读器。

百度网址：http://www.baidu.com/

网际快车下载网址：http://www.skycn.com/soft/879.html

PDF阅读器下载网址：http://www.chinapdf.com/download.htm

实际上，有了百度和其它的搜索引擎，很方便下载到这些芯片的资料，比光盘还方便，不需要去到处找。

单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品是工作在干扰比较大的环境，可以试试选用不同品牌的单片机；原来我在一个光电所，做YAG激光治疗机的控制部分，脉冲激光机的电源放电的时候，能量是很大的，在采取了所有能够想到的光电隔离等措施之后，还是不行；后来，选用了INTEL的8031，就可以了。小声的说：当时的PHILIPS的单片机抗干扰性能是最差的，可能跟PHILIPS主要是用在民用领域有关。现在不知道怎么样了，有人知道的话告诉我。

单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方；在严重干扰的情况下，需要将所有的口线光电隔离。

3. 晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率；也可以使用36.864M，这个频率是1.8432M的20倍，看别人的电路板上用过，我也没有用到。这2种晶振很容易买到，价钱跟12M的一样。书上说，12M的晶振也能得到9600的波特率，但是，实际用的时候，会每隔一段时间就出错一次，好像累积误差一样，比较奇怪。

即使你的单片机系统不使用RS232接口，也可以做一个RS232，留着做测试，或者预留等等，没有坏处。除非你的单片机系统的口线不够用了。

4. 磁片电容：22PF～30PF，可以在有些书上找到什么晶振频率对应什么容量的磁片电容，但是，我都是随便拿来使用，反正在11.0592M下，都没有问题；如果你用到了更高的频率，最好还是找找资料看看。

参见以下电路图：

如果你的单片机系统没有工作，检查步骤如下：

1. 查看门狗的复位输出，可能的话在电路板上加一个LED，下拉，这样看起来就更方便；要是看门狗复位信号有，往下；

2. 查单片机，看看管脚有没有问题；一般编程器能够将程序写入，说明单片机是好的；最好手头上准备一个验证过的单片机，内部有一个简单的程序，比如，在某个口线上输出1个1秒占空比的方波等，可以使用万用表测量。

加一句：设计产品时，要在关键的地方：电源、串口、看门狗的输出和输入、I/O口等加不同颜色的LED指示，便于调试；作为批量大的产品，可以去掉部分LED，一方面是降低成本、一方面是流程保密；

3. 再查磁片电容，有些瓷片电容质量不行，干脆换了；顺便说一下，换器件最好使用吸锡带，将焊盘内的锡吸干净，再将器件拔出，这样不会损伤焊盘内的过孔；再将新的瓷片电容焊接上去的时候，用万用表量量是好的再焊；

4. 最后只有换晶振了；切记要买好的晶振，有些品牌质量比较好。

5. 以上按照以上步骤检测时，将无关的外围芯片去掉；因为有一些是外围器件的故障导致单片机最小系统没有工作。

我准备写的有以下几课：

第二课基本的芯片和分立器件
2.1 简述
2.2 74系列
2.3 CD4000系列
2.4 光耦与光电管
2.5 三极管
2.6 电容电阻
2.7 固态继电器
2.8 继电器
2.9 变压器和三端稳压器
2.10 开关电源芯片
2.11 封装知识、芯片批号等
2.12 接插件
2.13 器件选购的知识
第三课数字量的输入输出
第四课单片机的通讯接口
第五课单片机系统设计的硬件构思
第六课单片机程序的框架（汇编版本）
第七课模拟量的输入输出
……
各位多提宝贵意见。
保证实用。如果程序里面有一些例程，也是已经经过测试可以拿来就用的；实际上是我早年的一些产品的程序的一部分；不好意思，都是汇编的。
写的时间只有周末会多一些，可以保证做到一周一课；尽量能够提前，但是这要看看工作忙不忙了。
坊间有一些参考书，准备今天上午到北京中发市场转了一圈，我记得以下参考书目较好：
1. 周航慈：《单片机程序设计》
2. 徐涵芳：《MCS-51单片机结构与设计》
3.

2楼：

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作者： sunshine98 于 2005/7/14 11:06:00 发布：

第二部分::

2.8 继电鳌⒐烫痰缙?br>
2.8.1 继电器

继电器，就是利用继电器的线包在加电后产生的磁力，将2个电极吸合在一起；初中还是高中的物理有它的原理。有兴趣可以打开一支看看，很好玩的。

继电器有：
1）公共端：COM
2）常开：normal open，NO
3）常闭：normal CLOSE，NC

继电器主要指标：

工作电压：

工作电压有直流和交流的2种；

在PCB上，通常是直流的；交流的继电器通常是AC24V的居多，当然，还有AC220V的。交流的继电器国产的比进口的，比如，idec，OMRON，FUJITSU便宜很多，当然，质量也差一些。

可以在百度上专门搜索一下继电器，上面有一些厂家产品的介绍。

常用的小功率的继电器是NATIONAL 的居多，OMRON也有，便宜一些，一盒50只。

常用的电压有：

DC5V/DC9V/DC12V/DC24V等；

根据触点数量，可以分为：

单刀单掷/SPST

单刀双掷/SPDT

双刀双掷/DPDT

四刀双掷等/?

还要根据触点容量来分。

一般的都是DC30V/1A或者DC30V/2A，AC110V/0.2A，再大，就不能使用继电器了，因为在触点切换，电流通过的瞬间，会产生拉弧，烧毁触点，使得切换不可靠；这是，可以使用固态继电器。

实际上，在PCB上的继电器的任务就是给出一个干接点信号，作为控制信号使用，传递的是一个信号，而不是能量。或者控制一个大功率的开关等，让大功率的开关去控制功率的传递；但是，后者也不如固态继电器来得方便。

继电器的封装通常是DIP16或者以上；也有更小的继电器，但是，价钱跟DIP16的差不多。

注意：DIP16的继电器只有8个管脚；所以设计封装时，不要图省事直接使用DIP16，这样容易在焊接的时候焊反了，导致出错。要专门设计继电器的封装，该有几个脚就使用几个脚。

2.8.2 固态继电器

固态继电器，说白了，就是使用发光管触发的过零触发的可控硅。
可以说，跟光耦很相似，也是4个管脚，只是区别在：

4）直接使用直流电压控制；可以认为内部已经有了一个限流电阻；
5）接收光信号的一端是过零触发的可控硅；

可以说是一个电子开关，无触点的继电器。

因为无触点，所以可以通过大电流而不产生拉弧，工作寿命与开关次数无关。

触点作为信号使用的继电器的时间的工作寿命是100万次到300万次，可以查看技术手册；

固态继电器可以认为是无限次的，所以在大电流和频繁开关的场合，使用固态继电器。

固态继电器触点通过的信号通常是交流电压，但是也有直流电压的。

固态继电器可以通过AC220V或者AC380V以下的交流电；它的2个指标：

1）工作电压，通常为DC5V和DC12V，也有DC24V的；
2）工作电流：AC220V/1A/2A/4A不等。

国产的固态继电器质量不错，跟进口的没有区别，就是封装的质量太差，一批买回来，个个都不一样，焊在电路板上东倒西歪，不美观；至于小功率的国产的继电器市场上比较少见，有也不敢使。

进口的固态继电器有美国的和日本的，4A以上的比较贵，日本的OMRON的固态继电器2A的才卖8元，侃侃价估计还能便宜，体积小，封装绝对的准确，可以很整齐地在电路板上排列，不占地方；

什么时候国货也能象日本的那样好？

什么时候所有的中国人都能象日本人那样的敬业？

这个论坛不是骂日本人的地方，所以不往下说了；老树愿意将自己的一点微薄的经验献给大家。在电子产品应用的中端低端市场将外国产品赶出中国市场我想中国人还是可以做到吧。

2.9 线性电源：变压器、整流桥与三端稳压器

什么是线性电源？为什么叫线性？老树查了网络上的资料，也没有答案，只好等待高明教我。

PCB上需要供电，就需要电源。电源分2种，一种是线性电源，象7805，就是线性电源；

一种是开关电源，是将AC220V直接整流滤波成高压，推动功率管工作在100KHZ以上，再整流滤波成低压。

开关电源的工作原理可以通过百度查到。

线型电源需要工频变压器，将AC220V变换成低压，经过全桥的整流，和大电容的滤波，成为脉动的直流，再经过三端稳压器，输出直流电压。

输出端还需要大的电解电容滤波。注意这时要选用足够大的电容容量和耐压值的电解电容。耐压值不够，你就等着听响吧。电容容量不够，整流输出的电压和输出的电压的压差不够，输出电压会有纹波，单片机系统工作不正常。

通常电路板上需要的是DC5V，一般来说，现在的电路板，一片7805，再加散热片也基本够用了。功率越大，散热片也越大。

变压器有多种规格：

1、普通E型矽钢片绕制的变压器，现在最大量的是广西普宁雄英出的变压器，通过了长城认证，质量是不错的，最大的好处是便宜，现货量大；通常的规格是单9V、12V，双9V、12V等；可能这个地方出矽钢片，有这样的矿藏。

2、环型变压器，象个椭圆型；

3、最近好像圆形的变压器也多起来了，后2种变压器应该是漏磁小、发热少、效率高，大功率的整流时使用，当然单位瓦数也贵啊，按照1元/W计算预算应该差不多了。

这2种变压器都需要定制，可以定制各种规格的。

4、焊在电路板上的变压器，比较有名的是兵字品牌。在《电子技术应用》和《电子产品世界》上常年做广告。秦皇岛也有一家，好像叫耀华。

怎么计算变压器需要多大的功率？

首先，计算功耗。比如：DC5V/0.25A，也就是1.25W的功耗。

7805效率50％，变压器效率50%，就是说，需要6W的变压器。

DC5V/0.25A的输入压差大概在3V，6V的变压器整流出来的电压是大约6×1.4＝8.4V，也差不多了。所有选用AC6V/6W的变压器。再到市场上找一个差不多的变压器用上就行了。

注意：电流越大，压差越大；在电路工作的时候，可以拿示波器看看电源的波形是不是平稳。

78系列的芯片做的比较多而好的是美国国家半导体公司（NATIONAL SEMICONDUCTOR）的LM780X和摩托罗拉公司MC780X 等2大系列。

78系列是高压差的稳压芯片，现在有低压差的稳压芯片，其机理参见沙占友老师的书籍。有LM2930、LM2937、LM2940C、LM2990等4个系列。

如果需要更大的电源供给，或者使用开关电源，或者去买成品的线性电源，象辽宁朝阳4NIC的电源，质量不错，价格也不错。

附：在网络上找到的一篇文章：

开关电源和线性电源的区别

线性电源的调整管工作在放大状态，因而发热量大，效率低（35%左右），需要加体积庞大的散热片，而且还需要同样也是大体积的工频变压器，当要制作多组电压输出时变压器会更哟蟆？氐缭吹牡髡芄ぷ髟诒ズ秃徒刂磷刺蚨⑷攘啃。矢撸?5％以上）而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波（50mV at 5V OUTPUT typical），在输出端并接稳压二极管可以改善，另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰，也需要在电路中串连磁珠加以改善。相对而言线性电源就没有以上缺陷，它的纹波可以做的很小（5mV以下）。对于电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳，对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方（例如电容漏电检测）多选用线性电源。另外当电路中需要作隔离的时候现在多数用DC－DC来做对隔离部分供电（DC-DC从其工作原理上来说就是开关电源）。还有，开关电源中用到的高频变压器可能绕制起来比较麻

2.10 开关电源芯片

相对于线性稳压器来说，开关电源在计算机主板上、工控机主板和各种各样的电路板上起着电压变换的作用。例如：将低电压，比如：电池转换成稳定的3.3V或者5V，或者将高电压转化成DC5V、DC3.3V，或者将DC5V转换成3.3V和1.8V，例如，ARM的电路板就需要这样的芯片，3.3V给ARM供电，1.8V给arm的core供电。以上
由于采用了开关电路，电源芯片的工作频率高，发热小，效率高。

同样的，还是芯片的巨头，MAXIM、LINEAR和TI等公司在电源转换芯片上是最为卓越，无论从产品的种类，还是质量都是上佳的；

经常看电子产品世界和电子技术应用的网友一定对MAXIM的电源芯片印象巨深。五花八门的电源芯片，让你无法选择到底选用那种是自己的所需要的。

在MAXIM的产品树中，对电源是这样分类的：

POWER Supplies and BATTERY Management
tchmode DC-DC POWER Supplies 408
Isolated POWER Supplies 22
Low-Dropout LINEAR REGULATORs 75
WHITE LED Drivers 13
Low-Side MOSFET Drivers 14
High-Side MOSFET Drivers 6
ORing MOSFET Controllers 2
BATTERY Chargers 36
BATTERY Protectors, Selectors and Monitors 17
REGULATOR + Reset Circuits 4
Current Sense Amplifiers 22
LCD/ECB/CCFL DISPLAY Bias Supply 87
ALSO SEE: Hot-Swap and POWERtching
ALSO SEE: Voltage References

我们经常使用到的tchmode DC-DC POWER Supplies ，这里有分成n种。老树比较熟悉的是step-down电源芯片，也就是所谓的从高电压下降到低的电压的芯片；从低到高，当然是step-up电源芯片。

象PHILIPS的电动剃须刀，里面肯定有电源管理芯片，当电池电压下降，但是，电池又有电的时候，能够输出恒定的电压，榨干电池内的最后一点电能，能够舒适地使用一段很长的时间。

比如，你的电路板上只有DC24V电压，但是，还需要DC5V/2A的电源，这么高的压降，使用线性稳压器显然不合适，如果使用DC/DC模块，成本太高，体积也比较大，所以，得选用一款芯片完成这个功能。

按照MAXIM给出的复杂的选择，根据你的要求，多选择几项，MAXIM会给出一个清单，在清单中去选择你最适合你的需求的芯片。

老树原来使用过的完成此项功能的芯片是：MAX724、LT1076；这2款芯片需要1个50uH的电感才能输出DC5V电源；但是，这种开关电源芯片有个好处，就是输入只要在它的允许的范围内波动，或

3楼：	>>参与讨论
作者： jinzhao 于 2005/7/14 13:35:00 发布： sunshine98，想你致敬！

4楼：	>>参与讨论
作者： stintair 于 2005/7/14 13:46:00 发布：顶一下

5楼：	>>参与讨论
作者：渴望无限于 2005/7/14 15:49:00 发布：嘿嘿~还是初级的汇编者还没学51C

6楼：	>>参与讨论
作者：阿土伯于 2005/7/14 18:16:00 发布：虽然写的不怎么华丽但是很实用应该是用心写的特别合适初级的工程师不知道还有没有下文

7楼：	>>参与讨论
作者： zjbdb 于 2005/7/14 18:24:00 发布：我顶

8楼：	>>参与讨论
作者： joy晴天于 2005/7/14 19:30:00 发布：怎么收藏怎么收藏不了？

9楼：	>>参与讨论
作者： cyly84 于 2005/7/14 21:25:00 发布：经典佩服！！佩服！顶！！

10楼：	>>参与讨论
作者：南方的老树于 2005/7/15 2:27:00 发布：属于看了脸红的少作...盼望尽快沉下去

11楼：	>>参与讨论
作者： wj414 于 2005/7/15 6:41:00 发布：为什么要他沉下去啊这么好的东西为什么要他沉下去啊？我先顶一下，就不让他这么早沉。向楼主致敬！！！

12楼：	>>参与讨论
作者： lrzxc 于 2005/7/15 7:35:00 发布： re 沉不沉下去，要看“市场”反应

13楼：	>>参与讨论
作者： sunshine98 于 2005/7/15 11:33:00 发布：老树,你的书,已经出来了吧 ??? 告诉我一声啊,,:D

14楼：	>>参与讨论
作者： sunshine98 于 2005/7/16 9:01:00 发布： up,,别沉下去.PUSH

15楼：	>>参与讨论
作者：阿土伯于 2005/7/16 9:21:00 发布：噢作者老树就是南方的老树向你致敬

16楼：	>>参与讨论
作者： jeremyzhao 于 2005/7/16 10:04:00 发布：不错，收藏了！！！对于我这样的人，一个字，顶！！！

17楼：	>>参与讨论
作者： xzliu 于 2005/7/16 13:58:00 发布：好，别沉，顶！

18楼：	>>参与讨论
作者： dragontop 于 2005/7/16 16:40:00 发布： GOOD!!!! GOOD!!!! thanks!!!!

19楼：	>>参与讨论
作者：力量于 2007/8/3 9:55:17 发布：很好啊，很好啊，很好啊，很好啊，

20楼：	>>参与讨论
作者： YEXIAOFENG 于 2008/1/8 14:17:10 发布：对于初学者来说，看后真是受益匪浅啊，我也顶一下，并说一声“THANK YOU"

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