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从数字电路到单片机-边做边学
来源:电子设计应用 作者: 2007/4/1 0:00:00 人气:174
内容导读:

很高兴能够和好朋友们在这里共同探讨技术问题,我想和朋友们交流的是:在学习数字电路和单片机技术时应该怎样少走一些弯路,怎样能够非常透彻的理解数字电路的原理和怎样去自己随心所欲的设计自己的电路,我想这对一个想要学习和掌握单片机硬件电路原理和设计的朋友来说是很重要的,当然我的初衷是想要和初学者交流一些学习的方法,也希望能够得到对这方面技术非常熟悉的朋友对不足给予指正,也希望朋友们支持我啊!接下来我会把我对数字电路和单片机的学习体会和方法与大家交流,如果喜欢就支持我一下吧!

  其实,学习数字电路一点也不难,在学习数字电路之前,一定要把数字先搞清楚,那就是0和1在数字电路中代表的意义是什么?在数字电路中,低电位就是0,高电位就是1,例如在5伏供电的数字电路中,地就是低电位,就是0,5伏就是高电位,就是1;其实0和1就是表示数字电路中的低电位和高电位,当然有时低电位也可以用L表示,高电位也可以用H表示.所以对于5伏供电的数字电路来说,低电位就是0伏,高电位就是5伏;0伏就是0,5伏就是1.

还有一点,应该注意,那就是在学习数字电路的时候,在对数字0和1理解的同时,一定不要忽略了时间的概念;数字0和1表示的是电路的状态,结合时间来分析电路,我们就可以清楚的了解数字电路的工作过程,也就是电路工作的时序,我们在做实验的时候,分析数字电路的工作时序对理解数字电路非常重要,好了,实验的班车就要起程了,和大老张一起做实验,一起分享学习数字电路给我们大家带来的快乐吧,大老张祝福朋友们在快乐中学习,在学习中快乐!

快乐的学习,从现在开始...

  我们先来了解一下数字集成电路,常用的数字集成电路有CMOS和TTL两种,其中CMOS电路具有消耗功率低,工作电压范围广和噪声容限大等特点,CMOS电路有4000/4500系列,还有74HC系列,它完全可以替代TTL电路的74LS系列.

  我们边学边做,当然离不开动手了,实验之前,准备些什么呢?大老张告诉你:5伏和12伏的直流电源,数字万用表,电烙铁和一些笔备的工具,实验板或面包板,必须用到的电子元器件.

  动手之前,先对数字集成电路做一些简单的介绍:其中门电路有非门(反相器),与门,与非门,或门,或非门,异或门,还有很多的电路如触发器,计数器,锁存器,译码器等等,朋友们,只要我们肯于动手,这些电路都是不难掌握的,建议朋友们在学习的时候一定要动手去做,我们的学习只有起点,没有终点,让我们从门电路开始,边做边学.

实验之前的学习:

1 什么是非门电路:

非门又叫做反相器,它的特点是当输入是0时(低点位L),输出端是1(高电位H);当输入端是1时(高电位H),输出端是0(低电位L).即输出的状态和输入的状态相反.也就是说在5伏供电的电路中,输入端是0伏时,输出端就是5伏,输入端如果是5伏时,输出端就是0伏.

2 反相器在电路中的符号:

逻辑表达式:F=/F

3 关于数字集成电路的引脚排列和供电引脚的规律:

  我们实验用的数字集成电路是DIP封装的,数字集成电路系列大部分是由8脚,14脚,16脚,20脚,24脚等构成,不管集成电路有多少个管脚,它们一定要接上电源才能工作,所以它们一定要有两个脚接电源,其中一个是VDD,电源的正极;一个是VSS,电源的负极;VSS在数字电路中是接地端,也叫数字地.数字集成电路不论有多少个管脚,不管是什么型号,首先要会看哪个是它的电源脚,接电源的两个引脚是非常好记的,大老张给朋友们画了个图,先把这两个脚记住,然后在去研究其它的引脚.


4 关于数字电路引脚定义的分析

  下面分析几个反相器的数字集成电路,CMOS数字集成电路4069,它是一个14脚的集成电路,首先看它的电源脚,一定是7脚接地,14脚接电源的正极;记住这两个脚,其它的引脚就是反相器的输入和输出的引出脚了,它是由六个反相器组成的集成电路,这六个单独的反相器每个都有两个引脚,一个输入,另一个就是输出.六个反相器共占用12只引脚,在加上两个电源脚,所以这个集成电路一共是14个引脚.



  使用时,对这些引脚的处理可以分别对待,电源就接5伏,输入和输出的引脚可按电路设计的接,至于使用其中的哪一个反相器,可以自己任意选择.大老张认为,使用集成电路一定要灵活应用,用哪个反相器自己做主.好了,就说这么些吧,下面我们还是一起动手,用反相器做一些电路看一看.通过实验,了解一下什么是反相器,看看非门电路究竟能干些什么?

实验一:非门电路

实验目的:通过实验了解什么是(反相器)非门电路,认识并掌握数字集成电路的基本使用方法.

实验材料:CMOS数字集成电路4069一块,发光二极管,10K电阻,按键开关,5伏直流电源.

实验电路:


电路的工作原理:

1:开关断开时,反相器的输入是高电平(H),也就是数字"1",在这种状态下,反相器的输出是"0".

2:开关接通时,反相器的输入是底电平(L),也就是数字"0",在这种状态下,反相器的输出是"1".

3:在这个电路中,我用了一个发光二极管LED做指示,在开关断开的时候,LED点亮.在开关接通时LED熄灭.

说明:

  其实这是一个很简单的电路,目的就是让我们通过这样的实验在了解反相器的同时去理解什么是数字电路的0和1.

  输出端的变化为什么能使LED亮灭状态的变化呢,很简单,反相器输出为"0",也就是和接地的电位相等了吗,也可以理解反相器此时和地相通,LED当然会亮了.可是,当反相器输出为高电平时,LED由于没有电流的回路,所以LED是不会亮的.

  另外这个实验还可以用其他的反相器电路,常用的数字集成电路反相器的型号有:

  40系列的4069,74系列的7404.注意,实验用的电源为直流稳压电源,电压5V.

实验总结:

  反相器的输出状态一定是和输入状态相反的,就是输入是"0",输出一定是"1";好了,这个实验就做到这里,接下来的实验,大老张会告诉朋友们,反相器都有那些用途,我们可以用反相器来设计一些比较实用的电路吗,答案马上揭晓!

  实验二:用数字集成电路4069(反相器)让电灯闪闪发光。

  我们在节日里,或商家的装饰广告上,经常会看到一闪一闪装饰的彩灯,我们马上要做的就是让电灯一闪一闪的亮起来。

  实验目的:学习反相器的应用,以及电路的设计方法。

  实验前几句要说的话:在做这个实验的时候,我不想马上给出具体的电路,而是希望朋友们首先想一想做这个实验的时候,我们会遇到哪些需要解决的问题,大老张认为,这是在电路设计之前必须清楚的,我建议大家学习的时候,每做的一个实验或设计一个电路,必须应该想清楚我们在干什么?我们每做的一步,是要解决什么问题?我们要达到什么样的目的?其实做什么事情都应该这样,每走一步,回过头来都应该看到自己留下的脚印,这个脚印就是我们在生活中经历过而留下的印记,这个脚印就是留给我们未来的回忆。

  所以,我们学习的思路是:

  1:我们会遇到什么问题,需要我们设计什么样的电路才能够解决这个问题。

  2:边实验,边修改我们的设计,直到实现我们的目的。

  大老张建议:先把问题想清楚,在设计电路,哪怕就是电路非常简单,也应该清楚我们最终的目的。

  那么,在我们要做的实验,有哪些需要解决的问题可以用我们的设计来解决?电路有什么样的具体要求?我们大家一起来想......

  问题1:我们要控制的负载是电灯,电灯的功率是60瓦,电压是交流220伏的,我们设计一个什么样的电路,才能够驱动这个负载(电灯)?

  问题2:我们采用的数字集成电路型号是4069,它的工作电压是直流5伏,直流的5伏电压和220伏的交流电压怎样进行隔离,使电路更加的安全?

  问题3:设计一个什么样的电路,才能控制电灯闪闪发光呢?

  接下来就让我们针对以上想到的这三个问题,一个一个的解决,用我们的设计,实现我们的目的吧。

  关于三个问题的思考:

  问题一:关于电灯的驱动.

  让电灯亮起来...

  方法1:简单,让电灯亮起来,安装一个开关不就行了吗?可是,我们要用我们设计的电路来控制电灯的亮灭啊,其实想一想这个问题也很好解决,我给朋友们画了一个图,看看就明白了.


  其实要想让电灯亮起来一点也不难,如图1所示.接一个开关,通过开关就可以控制电灯亮起来,可是现在的问题是,我们总不能人为的去不停的板动开关,使电灯一亮一灭的闪闪发光吧,我们要用一个电路来自动的控制电灯的亮与灭的状态,怎样解决呢?朋友们看看图2所示的电路,用一个继电器就可以解决了,所以我们可以设计一个这样的电路通过控制继电器线圈JL,就可以带动触点JK,并通过JK控制电灯一亮一灭的状态.而且,继电器线圈的供电和电灯的供电是两个供电的回路,也很好的解决了电源隔离的问题.

  当然我们也可以不采用继电器,用一个双相可控硅也可以对电灯进行控制,它的电路也很简单,如图3所示:


  朋友们可能看出来了,这个用可控硅来控制电灯的电路还不完整,是啊,大老张有两个简单的问题,(问题非常简单)请朋友们思考一下好吗?

  1:怎样控制可控硅的导通?

2:怎样与电源很好的隔离?

  好了,先到这里吧...

  朋友们:想好了吗?

  问题二:关于电源的隔离问题:

  首先,让我们先看看用可控硅控制电灯的电路,看看是怎么样才能控制可控硅的导通和截止,在这里一定要告诉朋友们的是,可控硅有单相的和双相的,尽管朋友们可能都知道,我还是要告诉大家,在这里我们用的是双相可控硅,在这里多说上几句,主要是考虑也许有刚刚初学的朋友们,希望这些朋友能够清楚这一点啊.

想参与该话题的讨论请去 http://www.edires.net/bbs/

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