从51初学者到电子工程师.docx

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从51初学者到电子工程师

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前言

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，因为这些都是最基本的。

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，又有谓技不压身。

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、可行性最高、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。

将电子产品抽像成一个硬件的模型，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/canbus/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/canbus/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，程序既可行又容易编写。

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atmelARM91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：

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。

我现在就像这个农民，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。

第二课基本的芯片和分立器件

2.1简述

有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。

除了单片机作为控制器的核心外，作为一个产品，由很多东西构成；所以，在讲系统之前，先将这些零零碎碎的东西一并交待。

就好像一栋房子，有各种各样的构件组成，下面的这些东东就像砖瓦一样，没有不行。

2.274系列芯片

74系列的芯片的下载地址：

.tw/asp/class36_40.htm

74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片现在均已不用了，但是，实际上，在目前的系统中，还能看到一些芯片，有些芯片现在还在系统中使用，例如：

1、7404–6个反相门

下载地址：

将输入的TTL逻辑反相，如：

0->1，1->0

2、7407–6个集电极开路门

下载地址：

由于集电极开路门可以外接高电压，可以最高到DC30V，电流最大到39mA，通常我用它驱动8字数码管和继电器等大电流的负载；开路门内部结构是达林顿管的，输出的逻辑是正的；与其类似的芯片是7406，只不过是反相开路门。

3、74LS573与74LS373–8数据锁存器

74LS373下载地址：

74LS573下载地址：

引入几个概念：

1.真值表

参见74LS373的PDF的第2页：

DnLEOEOn

HHLH

LHLL

XLLQo

XXHZ

这个就是真值表，表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。

每个芯片的数据手册（datasheet）中都有真值表。

布尔逻辑比较简单，在此不赘述；

2.高阻态

就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯片烧毁；高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。

3.数据锁存

当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；这个概念在并行数据扩展中经常使用到。

4.数据缓冲

加强驱动能力。

74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。

OE：

output_enable，输出使能；

LE：

latch_enable，数据锁存使能，latch是锁存的意思；

Dn：

第n路输入数据；

On：

第n路输出数据；

再看这个真值表，意思如下：

第四行：

当OE＝1是，无论Dn、LE为何，输出端为高阻态；

第三行：

当OE＝0、LE＝0时，输出端保持不变

第二行第一行：

当OE＝0、LE＝1时，输出端数据等于输入端数据；

结合下面的波形图，在实际应用的时候是这样做的：

a．OE＝0；

b．先将数据从单片机的口线上输出到Dn；

c．再将LE从0->1->0

d．这时，你所需要输出的数据就锁存在On上了，输入的数据在变化也影响不到输出的数据了；实际上，单片机现在在忙着干别的事情，串行通信、扫描键盘……单片机的资源有限啊。

在单片机按照RAM方式进行并行数据的扩展时，使用movx@dptr，A这条指令时，这些时序是由单片机来实现的。

后面的表格中还有需要时间的参数，你不需要去管它，因为这些参数都是几十ns级别的，对于单片机在12M下的每个指令周期最小是1us的情况下，完全可以实现；如果是你自己来实现这个逻辑，类似的指令如下：

movP0，A；将数据输出到并行数据端口

clrLE

setbLE

clrLE；上面三条指令完成LE的波形从0->1->0的变化

74ls573跟74LS373逻辑上完全一样，只不过是管脚定义不一样，数据输入和输出端各在一侧，PCB容易走线；所以大家都喜欢使用这个芯片。

4、74LS244–数据缓冲器

下载地址：

数据输出能力比较强，输出电流可以到40mA以上；

4个缓冲器分成2组，具有高阻态控制端口

5、74LS245–总线缓冲器

双向数据接口，通常在ISA板卡上可以看到；早期的51系统中，为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等经常可以看到这个片子；为了增强驱动能力，有时是为了隔离输入和输出，主要是布线方便，像74LS573一样，输入、输出在一侧，经常用到这个片子

6、74LS138–三－八译码器

在早期的51系统的扩展中，作为地址选通的片子，可以经常看到。

另外一个类似的芯片是74LS154，是4-16译码器，现在更是少见了。

有兴趣的可以研究一下何立民的经典著作中的有关章节。

知道有这么一个芯片就可以了。

2.3CD4000系列

CD4000系列的芯片，除了跟74系列的电气特性有所区别外，例如：

1）电压范围宽，应该可以工作在3V～15V，输入阻抗高，驱动能力差外，跟74系列的功能基本没有区别；

2）输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；

3）输出时，1=工作电压；0=0V

4）驱动能力奇差，在设计时最多只能带1个TTL负载；

5）如果加上拉电阻的话，至少要100K电阻；

6）唯一现在使用的可能就是计数器，CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数/分频器，这个74系列的做不到这么高；

下载地址：

.tw/asp/class36_40.htm

.tw/pdf_file/CD4060.PDF

2.4ULN2003/ULN2008

它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。

ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。

用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。

采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器（SSR）等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。

经常在工控的板卡中见到这个芯片。

有个完全一样的型号：

MC1413，不过现在好像不怎么见到这个型号了，但是管脚与2003完全兼容。

ULN2003可以驱动7个继电器；ULN2008驱动8个继电器。

ULN2003下