整理——從數(shù)字電路到單片機(jī)-邊做邊學(xué)

朋友們問(wèn)好了！我想和朋友們交流的是：在學(xué)習(xí)數(shù)字電路和單片機(jī)技術(shù)時(shí)應(yīng)該怎樣少走一些彎路，怎樣能夠非常透徹的理解數(shù)字電路的原理和怎樣去自己隨心所欲的設(shè)計(jì)自己的電路，我想這對(duì)一個(gè)想要學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)硬件電路原理和設(shè)計(jì)的朋友來(lái)說(shuō)是很重要的，當(dāng)然我的初衷是想要和初學(xué)者交流一些學(xué)習(xí)的方法，也希望能夠得到對(duì)這方面技術(shù)非常熟悉的朋友對(duì)大老張的不足給予指正，也希望朋友們支持我??！第一次和大家見(jiàn)面，就先說(shuō)這些吧，接下來(lái)我會(huì)把我對(duì)數(shù)字電路和單片機(jī)的學(xué)習(xí)體會(huì)和方法與大家交流，如果喜歡就支持我一下吧！

　　由于工作忙了一些，好幾天沒(méi)和大家見(jiàn)面了，今天大老張又來(lái)了，看到朋友們對(duì)我的關(guān)注和留言，很是感動(dòng)，在這里大老張向各位好朋友問(wèn)好了！下面就繼續(xù)我們要討論的話(huà)題，其實(shí)，學(xué)習(xí)數(shù)字電路一點(diǎn)也不難，在學(xué)習(xí)數(shù)字電路之前，一定要把數(shù)字先搞清楚，那就是０和１在數(shù)字電路中代表的意義是什么？在數(shù)字電路中，低電位就是０，高電位就是１，例如在５伏供電的數(shù)字電路中，地就是低電位，就是０，５伏就是高電位，就是１；其實(shí)０和１就是表示數(shù)字電路中的低電位和高電位，當(dāng)然有時(shí)低電位也可以用Ｌ表示，高電位也可以用Ｈ表示．所以對(duì)于５伏供電的數(shù)字電路來(lái)說(shuō)，低電位就是０伏，高電位就是５伏；０伏就是０，５伏就是１.還有一點(diǎn)，應(yīng)該注意，那就是在學(xué)習(xí)數(shù)字電路的時(shí)候，在對(duì)數(shù)字０和１理解的同時(shí)，一定不要忽略了時(shí)間的概念；數(shù)字０和１表示的是電路的狀態(tài)，結(jié)合時(shí)間來(lái)分析電路，我們就可以清楚的了解數(shù)字電路的工作過(guò)程，也就是電路工作的時(shí)序，我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)的時(shí)候，分析數(shù)字電路的工作時(shí)序?qū)斫鈹?shù)字電路非常重要，好了，實(shí)驗(yàn)的班車(chē)就要起程了，和大老張一起做實(shí)驗(yàn)，一起分享學(xué)習(xí)數(shù)字電路給我們大家?guī)?lái)的快樂(lè)吧，大老張祝福朋友們?cè)诳鞓?lè)中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中快樂(lè)！

快樂(lè)的學(xué)習(xí)，從現(xiàn)在開(kāi)始．．．

　　我們先來(lái)了解一下數(shù)字集成電路，常用的數(shù)字集成電路有ＣＭＯＳ和ＴＴＬ兩種，其中ＣＭＯＳ電路具有消耗功率低，工作電壓范圍廣和噪聲容限大等特點(diǎn)，ＣＭＯＳ電路有４０００／４５００系列，還有７４ＨＣ系列，它完全可以替代ＴＴＬ電路的７４ＬＳ系列．

　　我們邊學(xué)邊做，當(dāng)然離不開(kāi)動(dòng)手了，實(shí)驗(yàn)之前，準(zhǔn)備些什么呢？大老張告訴你：

　?。捣停保卜闹绷麟娫矗瑪?shù)字萬(wàn)用表，電烙鐵和一些筆備的工具，實(shí)驗(yàn)板或面包板，必須用到的電子元器件．動(dòng)手之前，先對(duì)數(shù)字集成電路做一些簡(jiǎn)單的介紹：其中門(mén)電路有非門(mén)（反相器），與門(mén)，與非門(mén)，或門(mén)，或非門(mén)，異或門(mén)，還有很多的電路如觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器，鎖存器，譯碼器等等，朋友們，只要我們肯于動(dòng)手，這些電路都是不難掌握的，建議朋友們?cè)趯W(xué)習(xí)的時(shí)候一定要?jiǎng)邮秩プ?，我們的學(xué)習(xí)只有起點(diǎn)，沒(méi)有終點(diǎn)，讓我們從門(mén)電路開(kāi)始，邊做邊學(xué)．

實(shí)驗(yàn)之前的學(xué)習(xí)：

１　什么是非門(mén)電路：非門(mén)又叫做反相器，它的特點(diǎn)是當(dāng)輸入是０時(shí)（低點(diǎn)位Ｌ），輸出端是１（高電位Ｈ）；當(dāng)輸入端是１時(shí)（高電位Ｈ），輸出端是０（低電位Ｌ）．即輸出的狀態(tài)和輸入的狀態(tài)相反．也就是說(shuō)在５伏供電的電路中，輸入端是０伏時(shí)，輸出端就是５伏，輸入端如果是５伏時(shí)，輸出端就是０伏．

２　反相器在電路中的符號(hào)：

邏輯表達(dá)式：Ｆ＝／Ｆ

３　關(guān)于數(shù)字集成電路的引腳排列和供電引腳的規(guī)律：

　　我們實(shí)驗(yàn)用的數(shù)字集成電路是ＤＩＰ封裝的，數(shù)字集成電路系列大部分是由８腳，１４腳，１６腳，２０腳，２４腳等構(gòu)成，不管集成電路有多少個(gè)管腳，它們一定要接上電源才能工作，所以它們一定要有兩個(gè)腳接電源，其中一個(gè)是ＶＤＤ，電源的正極；一個(gè)是ＶＳＳ，電源的負(fù)極；ＶＳＳ在數(shù)字電路中是接地端，也叫數(shù)字地．?dāng)?shù)字集成電路不論有多少個(gè)管腳，不管是什么型號(hào)，首先要會(huì)看哪個(gè)是它的電源腳，接電源的兩個(gè)引腳是非常好記的，大老張給朋友們畫(huà)了個(gè)圖，先把這兩個(gè)腳記住，然后在去研究其它的引腳．

４　關(guān)于數(shù)字電路引腳定義的分析

　　下面分析幾個(gè)反相器的數(shù)字集成電路，ＣＭＯＳ數(shù)字集成電路４０６９，它是一個(gè)１４腳的集成電路，首先看它的電源腳，一定是７腳接地，１４腳接電源的正極；記住這兩個(gè)腳，其它的引腳就是反相器的輸入和輸出的引出腳了，它是由六個(gè)反相器組成的集成電路，這六個(gè)單獨(dú)的反相器每個(gè)都有兩個(gè)引腳，一個(gè)輸入，另一個(gè)就是輸出．六個(gè)反相器共占用１２只引腳，在加上兩個(gè)電源腳，所以這個(gè)集成電路一共是１４個(gè)引腳．使用時(shí)，對(duì)這些引腳的處理可以分別對(duì)待，電源就接５伏，輸入和輸出的引腳可按電路設(shè)計(jì)的接，至于使用其中的哪一個(gè)反相器，可以自己任意選擇．大老張認(rèn)為，使用集成電路一定要靈活應(yīng)用，用哪個(gè)反相器自己做主．好了，就說(shuō)這么些吧，下面我們還是一起動(dòng)手，用反相器做一些電路看一看．通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解一下什么是反相器，看看非門(mén)電路究竟能干些什么？

實(shí)驗(yàn)一：非門(mén)電路

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)了解什么是（反相器）非門(mén)電路，認(rèn)識(shí)并掌握數(shù)字集成電路的基本使用方法．

實(shí)驗(yàn)材料：ＣＭＯＳ數(shù)字集成電路４０６９一塊，發(fā)光二極管，１０Ｋ電阻，按鍵開(kāi)關(guān)，５伏直流電源．

實(shí)驗(yàn)電路：

電路的工作原理：

１：開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，反相器的輸入是高電平（Ｈ），也就是數(shù)字＂１＂，在這種狀態(tài)下，反相器的輸出

是＂０＂．

２：開(kāi)關(guān)接通時(shí)，反相器的輸入是底電平（Ｌ），也就是數(shù)字＂０＂，在這種狀態(tài)下，反相器的輸出

是＂１＂．

３：在這個(gè)電路中，我用了一個(gè)發(fā)光二極管ＬＥＤ做指示，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)候，ＬＥＤ點(diǎn)亮．在開(kāi)關(guān)

接通時(shí)ＬＥＤ熄滅．

說(shuō)明：

　　其實(shí)這是一個(gè)很簡(jiǎn)單的電路，目的就是讓我們通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)在了解反相器的同時(shí)去理解什么是

數(shù)字電路的０和１．輸出端的變化為什么能使ＬＥＤ亮滅狀態(tài)的變化呢，很簡(jiǎn)單，反相器輸出為＂０＂，也就是和接地的電位相等了嗎，也可以理解反相器此時(shí)和地相通，ＬＥＤ當(dāng)然會(huì)亮了．可是，當(dāng)反相器輸出為高電平時(shí)，ＬＥＤ由于沒(méi)有電流的回路，所以ＬＥＤ是不會(huì)亮的．

　　另外這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以用其他的反相器電路，常用的數(shù)字集成電路反相器的型號(hào)有：

　?。矗跋盗械模矗埃叮梗罚聪盗械模罚矗埃矗⒁?，實(shí)驗(yàn)用的電源為直流穩(wěn)壓電源，電壓５Ｖ．

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：

　　反相器的輸出狀態(tài)一定是和輸入狀態(tài)相反的，就是輸入是＂０＂，輸出一定是＂１＂；

好了，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就做到這里，接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)，大老張會(huì)告訴朋友們，反相器都有那些用途，我們可以

用反相器來(lái)設(shè)計(jì)一些比較實(shí)用的電路嗎，答案馬上揭曉！

　　實(shí)驗(yàn)二：用數(shù)字集成電路４０６９（反相器）讓電燈閃閃發(fā)光。

　　我們?cè)诠?jié)日里，或商家的裝飾廣告上，經(jīng)常會(huì)看到一閃一閃裝飾的彩燈，我們馬上要做的就

是讓電燈一閃一閃的亮起來(lái)。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)反相器的應(yīng)用，以及電路的設(shè)計(jì)方法。

　　實(shí)驗(yàn)前幾句要說(shuō)的話(huà)：在做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我不想馬上給出具體的電路，而是希望朋友們首先想一想做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們會(huì)遇到哪些需要解決的問(wèn)題，大老張認(rèn)為，這是在電路設(shè)計(jì)之前必須清楚的，我建議大家學(xué)習(xí)的時(shí)候，每做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)一個(gè)電路，必須應(yīng)該想清楚我們?cè)诟墒裁矗课覀兠孔龅囊徊?，是要解決什么問(wèn)題？我們要達(dá)到什么樣的目的？其實(shí)做什么事情都應(yīng)該這樣，每走一步，回過(guò)頭來(lái)都應(yīng)該看到自己留下的腳印，這個(gè)腳印就是我們?cè)谏钪薪?jīng)歷過(guò)而留下的印記，這個(gè)腳印就是留給我們未來(lái)的回憶。

　　所以，我們學(xué)習(xí)的思路是：

　　１：我們會(huì)遇到什么問(wèn)題，需要我們?cè)O(shè)計(jì)什么樣的電路才能夠解決這個(gè)問(wèn)題。

　?。玻哼厡?shí)驗(yàn)，邊修改我們的設(shè)計(jì)，直到實(shí)現(xiàn)我們的目的。  

　　大老張建議：先把問(wèn)題想清楚，在設(shè)計(jì)電路，哪怕就是電路非常簡(jiǎn)單，也應(yīng)該清楚我們最終

的目的。那么，在我們要做的實(shí)驗(yàn)，有哪些需要解決的問(wèn)題可以用我們的設(shè)計(jì)來(lái)解決？電路有什么樣

的具體要求？我們大家一起來(lái)想．．．．．．

　　問(wèn)題１：我們要控制的負(fù)載是電燈，電燈的功率是６０瓦，電壓是交流２２０伏的，我們?cè)O(shè)

計(jì)一個(gè)什么樣的電路，才能夠驅(qū)動(dòng)這個(gè)負(fù)載（電燈）？

　　問(wèn)題２：我們采用的數(shù)字集成電路型號(hào)是４０６９，它的工作電壓是直流５伏，直流的５伏

電壓和２２０伏的交流電壓怎樣進(jìn)行隔離，使電路更加的安全？

　　問(wèn)題３：設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的電路，才能控制電燈閃閃發(fā)光呢？

　　接下來(lái)就讓我們針對(duì)以上想到的這三個(gè)問(wèn)題，一個(gè)一個(gè)的解決，用我們的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)我們的

目的吧。

　　關(guān)于三個(gè)問(wèn)題的思考：

　　問(wèn)題一：關(guān)于電燈的驅(qū)動(dòng)．

　　讓電燈亮起來(lái)．．．

　　方法１：簡(jiǎn)單，讓電燈亮起來(lái)，安裝一個(gè)開(kāi)關(guān)不就行了嗎？可是，我們要用我們?cè)O(shè)計(jì)的電路來(lái)

控制電燈的亮滅啊，其實(shí)想一想這個(gè)問(wèn)題也很好解決，我給朋友們畫(huà)了一個(gè)圖，看看就明白了．

　　其實(shí)要想讓電燈亮起來(lái)一點(diǎn)也不難，如圖１所示．接一個(gè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)就可以控制電燈亮起來(lái)，可是現(xiàn)在的問(wèn)題是，我們總不能人為的去不停的板動(dòng)開(kāi)關(guān)，使電燈一亮一滅的閃閃發(fā)光吧，我們要用一個(gè)電路來(lái)自動(dòng)的控制電燈的亮與滅的狀態(tài)，怎樣解決呢？朋友們看看圖２所示的電路，用一個(gè)繼電器就可以解決了，所以我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的電路通過(guò)控制繼電器線(xiàn)圈ＪＬ，就可以帶動(dòng)觸點(diǎn)ＪＫ，并通過(guò)ＪＫ控制電燈一亮一滅的狀態(tài)．而且，繼電器線(xiàn)圈的供電和電燈的供電是兩個(gè)供電的回路，也很好的解決了電源隔離的問(wèn)題．當(dāng)然我們也可以不采用繼電器，用一個(gè)雙相可控硅也可以對(duì)電燈進(jìn)行控制，它的電路也很簡(jiǎn)單，如圖３所示：

　　朋友們可能看出來(lái)了，這個(gè)用可控硅來(lái)控制電燈的電路還不完整，是啊，大老張有兩個(gè)簡(jiǎn)

單的問(wèn)題，（問(wèn)題非常簡(jiǎn)單）請(qǐng)朋友們思考一下好嗎？

　?。保涸鯓涌刂瓶煽毓璧膶?dǎo)通？

　?。玻涸鯓优c電源很好的隔離？