整理——從數字電路到單片機-邊做邊學

朋友們問好了！我想和朋友們交流的是：在學習數字電路和單片機技術時應該怎樣少走一些彎路，怎樣能夠非常透徹的理解數字電路的原理和怎樣去自己隨心所欲的設計自己的電路，我想這對一個想要學習和掌握單片機硬件電路原理和設計的朋友來說是很重要的，當然我的初衷是想要和初學者交流一些學習的方法，也希望能夠得到對這方面技術非常熟悉的朋友對大老張的不足給予指正，也希望朋友們支持我啊！第一次和大家見面，就先說這些吧，接下來我會把我對數字電路和單片機的學習體會和方法與大家交流，如果喜歡就支持我一下吧！

　　由于工作忙了一些，好幾天沒和大家見面了，今天大老張又來了，看到朋友們對我的關注和留言，很是感動，在這里大老張向各位好朋友問好了！下面就繼續我們要討論的話題，其實，學習數字電路一點也不難，在學習數字電路之前，一定要把數字先搞清楚，那就是０和１在數字電路中代表的意義是什么？在數字電路中，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０和１就是表示數字電路中的低電位和高電位，當然有時低電位也可以用Ｌ表示，高電位也可以用Ｈ表示．所以對于５伏供電的數字電路來說，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，應該注意，那就是在學習數字電路的時候，在對數字０和１理解的同時，一定不要忽略了時間的概念；數字０和１表示的是電路的狀態，結合時間來分析電路，我們就可以清楚的了解數字電路的工作過程，也就是電路工作的時序，我們在做實驗的時候，分析數字電路的工作時序對理解數字電路非常重要，好了，實驗的班車就要起程了，和大老張一起做實驗，一起分享學習數字電路給我們大家帶來的快樂吧，大老張祝福朋友們在快樂中學習，在學習中快樂！

快樂的學習，從現在開始．．．

　　我們先來了解一下數字集成電路，常用的數字集成電路有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，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．

　　我們邊學邊做，當然離不開動手了，實驗之前，準備些什么呢？大老張告訴你：

　　５伏和１２伏的直流電源，數字萬用表，電烙鐵和一些筆備的工具，實驗板或面包板，必須用到的電子元器件．動手之前，先對數字集成電路做一些簡單的介紹：其中門電路有非門（反相器），與門，與非門，或門，或非門，異或門，還有很多的電路如觸發器，計數器，鎖存器，譯碼器等等，朋友們，只要我們肯于動手，這些電路都是不難掌握的，建議朋友們在學習的時候一定要動手去做，我們的學習只有起點，沒有終點，讓我們從門電路開始，邊做邊學．

實驗之前的學習：

１　什么是非門電路：非門又叫做反相器，它的特點是當輸入是０時（低點位Ｌ），輸出端是１（高電位Ｈ）；當輸入端是１時（高電位Ｈ），輸出端是０（低電位Ｌ）．即輸出的狀態和輸入的狀態相反．也就是說在５伏供電的電路中，輸入端是０伏時，輸出端就是５伏，輸入端如果是５伏時，輸出端就是０伏．

２　反相器在電路中的符號：

邏輯表達式：Ｆ＝／Ｆ

３　關于數字集成電路的引腳排列和供電引腳的規律：

　　我們實驗用的數字集成電路是ＤＩＰ封裝的，數字集成電路系列大部分是由８腳，１４腳，１６腳，２０腳，２４腳等構成，不管集成電路有多少個管腳，它們一定要接上電源才能工作，所以它們一定要有兩個腳接電源，其中一個是ＶＤＤ，電源的正極；一個是ＶＳＳ，電源的負極；ＶＳＳ在數字電路中是接地端，也叫數字地．數字集成電路不論有多少個管腳，不管是什么型號，首先要會看哪個是它的電源腳，接電源的兩個引腳是非常好記的，大老張給朋友們畫了個圖，先把這兩個腳記住，然后在去研究其它的引腳．

４　關于數字電路引腳定義的分析

　　下面分析幾個反相器的數字集成電路，ＣＭＯＳ數字集成電路４０６９，它是一個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，它是由六個反相器組成的集成電路，這六個單獨的反相器每個都有兩個引腳，一個輸入，另一個就是輸出．六個反相器共占用１２只引腳，在加上兩個電源腳，所以這個集成電路一共是１４個引腳．使用時，對這些引腳的處理可以分別對待，電源就接５伏，輸入和輸出的引腳可按電路設計的接，至于使用其中的哪一個反相器，可以自己任意選擇．大老張認為，使用集成電路一定要靈活應用，用哪個反相器自己做主．好了，就說這么些吧，下面我們還是一起動手，用反相器做一些電路看一看．通過實驗，了解一下什么是反相器，看看非門電路究竟能干些什么？

實驗一：非門電路

實驗目的：通過實驗了解什么是（反相器）非門電路，認識并掌握數字集成電路的基本使用方法．

實驗材料：ＣＭＯＳ數字集成電路４０６９一塊，發光二極管，１０Ｋ電阻，按鍵開關，５伏直流電源．

實驗電路：

電路的工作原理：

１：開關斷開時，反相器的輸入是高電平（Ｈ），也就是數字＂１＂，在這種狀態下，反相器的輸出

是＂０＂．

２：開關接通時，反相器的輸入是底電平（Ｌ），也就是數字＂０＂，在這種狀態下，反相器的輸出

是＂１＂．

３：在這個電路中，我用了一個發光二極管ＬＥＤ做指示，在開關斷開的時候，ＬＥＤ點亮．在開關

接通時ＬＥＤ熄滅．

說明：

　　其實這是一個很簡單的電路，目的就是讓我們通過這樣的實驗在了解反相器的同時去理解什么是

數字電路的０和１．輸出端的變化為什么能使ＬＥＤ亮滅狀態的變化呢，很簡單，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和地相通，ＬＥＤ當然會亮了．可是，當反相器輸出為高電平時，ＬＥＤ由于沒有電流的回路，所以ＬＥＤ是不會亮的．

　　另外這個實驗還可以用其他的反相器電路，常用的數字集成電路反相器的型號有：

　　４０系列的４０６９，７４系列的７４０４．注意，實驗用的電源為直流穩壓電源，電壓５Ｖ．

實驗總結：

　　反相器的輸出狀態一定是和輸入狀態相反的，就是輸入是＂０＂，輸出一定是＂１＂；

好了，這個實驗就做到這里，接下來的實驗，大老張會告訴朋友們，反相器都有那些用途，我們可以

用反相器來設計一些比較實用的電路嗎，答案馬上揭曉！

　　實驗二：用數字集成電路４０６９（反相器）讓電燈閃閃發光。

　　我們在節日里，或商家的裝飾廣告上，經常會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。

　　實驗目的：學習反相器的應用，以及電路的設計方法。

　　實驗前幾句要說的話：在做這個實驗的時候，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實驗的時候，我們會遇到哪些需要解決的問題，大老張認為，這是在電路設計之前必須清楚的，我建議大家學習的時候，每做的一個實驗或設計一個電路，必須應該想清楚我們在干什么？我們每做的一步，是要解決什么問題？我們要達到什么樣的目的？其實做什么事情都應該這樣，每走一步，回過頭來都應該看到自己留下的腳印，這個腳印就是我們在生活中經歷過而留下的印記，這個腳印就是留給我們未來的回憶。

　　所以，我們學習的思路是：

　　１：我們會遇到什么問題，需要我們設計什么樣的電路才能夠解決這個問題。

　　２：邊實驗，邊修改我們的設計，直到實現我們的目的。  

　　大老張建議：先把問題想清楚，在設計電路，哪怕就是電路非常簡單，也應該清楚我們最終

的目的。那么，在我們要做的實驗，有哪些需要解決的問題可以用我們的設計來解決？電路有什么樣

的具體要求？我們大家一起來想．．．．．．

　　問題１：我們要控制的負載是電燈，電燈的功率是６０瓦，電壓是交流２２０伏的，我們設

計一個什么樣的電路，才能夠驅動這個負載（電燈）？

　　問題２：我們采用的數字集成電路型號是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行隔離，使電路更加的安全？

　　問題３：設計一個什么樣的電路，才能控制電燈閃閃發光呢？

　　接下來就讓我們針對以上想到的這三個問題，一個一個的解決，用我們的設計，實現我們的

目的吧。

　　關于三個問題的思考：

　　問題一：關于電燈的驅動．

　　讓電燈亮起來．．．

　　方法１：簡單，讓電燈亮起來，安裝一個開關不就行了嗎？可是，我們要用我們設計的電路來

控制電燈的亮滅啊，其實想一想這個問題也很好解決，我給朋友們畫了一個圖，看看就明白了．

　　其實要想讓電燈亮起來一點也不難，如圖１所示．接一個開關，通過開關就可以控制電燈亮起來，可是現在的問題是，我們總不能人為的去不停的板動開關，使電燈一亮一滅的閃閃發光吧，我們要用一個電路來自動的控制電燈的亮與滅的狀態，怎樣解決呢？朋友們看看圖２所示的電路，用一個繼電器就可以解決了，所以我們可以設計一個這樣的電路通過控制繼電器線圈ＪＬ，就可以帶動觸點ＪＫ，并通過ＪＫ控制電燈一亮一滅的狀態．而且，繼電器線圈的供電和電燈的供電是兩個供電的回路，也很好的解決了電源隔離的問題．當然我們也可以不采用繼電器，用一個雙相可控硅也可以對電燈進行控制，它的電路也很簡單，如圖３所示：

　　朋友們可能看出來了，這個用可控硅來控制電燈的電路還不完整，是啊，大老張有兩個簡

單的問題，（問題非常簡單）請朋友們思考一下好嗎？

　　１：怎樣控制可控硅的導通？

　　２：怎樣與電源很好的隔離？