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 的通讯接口

第五课 系统设计的硬件构思

第六课 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xx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：《程序设计》

2. 徐涵芳：《MCS-51结构与设计》

3.   何立民：《......》

有了这些就基本够用了；其它的很多都是资料的翻译；如果英文不好，可以看看；

英文好的话，可以不必了，省电钱买开发系统和编程器、开发板什么的，需要什么

资料直接下载PDF文件好了。

要想成为电子工程师，需要宽带，在家里安装包月的adsl或者长宽，{jd1}值得。

实际上，网络上什么都有了，就是一个网络数据库，要好好利用。

网上自有黄金屋，网上自有颜如玉……

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。

2.2 74系列芯片

74系列的芯片的下载地址：

http://www.dainau.com/TTLDATASHEET.htm

http://www.100y.com.tw/asp/class36_40.htm

http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/default.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：

http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=125533

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：

http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=125518

由于集电极开路门可以外接高电压，可以{zg}到DC30V，电流{zd0}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：

http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=129171

74LS573下载地址：

http://www.yddz.net/yddzsourse/pdf/74hc573.pdf

引入几个概念：

1. 真值表

参见74LS373的PDF的第2页：

Dn     LE   OE   On

H   H   L   H

L   H   L   L

X   L   L   Qo

X   X   H   Z

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{dy}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，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，对于在12M下的每个指令周期最小是1us的情况下，xx可以实现；如

果是你自己来实现这个逻辑，类似的指令如下：

mov   P0,A ;将数据输出到并行数据端口

clr   LE

setb   LE

clr   LE   ;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xx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：

http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/74F244.pdf

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

http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/74F245.pdf

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，象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

http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/74F138.pdf

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。

2.3   CD4000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) {wy}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：

http://www.100y.com.tw/asp/class36_40.htm

http://www.100y.com.tw/pdf_file/CD4060.PDF

2.4 ULN2003/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xx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

2003xx兼容。

ULN2003可以驱动7个继电器；ULN2008驱动8个继电器。

ULN2003下载地址：

http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=148212

ULN2008下载地址：

没有找到。奇怪啊。

2.5 光耦

光耦是做什么用的？光耦是用来隔离输入输出的，主要是隔离输入的信号。

在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器，如果直接将这

些信号接到的I/O上，有以下的问题：

1) 信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；

2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过隔离不可靠

所以，需要光耦进行隔离，接入系统。

常见的光耦有：

1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4，分别是1个光耦、2个光耦和4个光耦，HP公司

和日本的东芝公司生产。

下载地址：

http://www.100y.com.tw/pdf_file/TLP521-1-2,4.PDF

发光管的工作电流要在10mA时，具有较高的转换速率；

在5V工作时，上拉电阻不小于5K，一般是10K；太小容易损坏光耦；

2) 4N25/4N35，motorola公司生产

下载地址：

http://www.100y.com.tw/pdf_file/4N25-8,35-7,H11A1-5.PDF

隔离电压高达5000V；

3) 6N136，HP公司生产

下载地址：

http://www.100y.com.tw/pdf_file/6N135-6.PDF

要想打开6N136，需要比较大的电流，大概在15~20mA左右，才能发挥高速传输数据

的作用。

如果对速率要求不高，其实TLP521－1也可以用，实际传输速率可以到19200波特率

。

选择光耦看使用场合，tlp521-1是最常用的，也便宜，大概0.7~1元；

要求隔离电压高的，选用4N25/4N35，大概在3元左右；

要求在通讯中高速传输数据的，选用6N136，大概在4元左右。

光耦应用的原理框图如下所示：

1. 输入干接点隔离

2. 输入TTL电平隔离

3. 输入交流信号隔离

4. 输出RS232信号隔离

5. 输出RS422信号隔离

光耦除了隔离数字量外，还可以用来隔离模拟量。将在今后的章节中描述。

2.6 三极管

2.7 光电管

2.8 电容

2.9 电阻

2.10 固态继电器

2.11 继电器

2.12 变压器与整流桥

2.13 三端稳压器

2.14 开关电源芯片

2.15 封装知识、芯片批号等

2.16 接插件

2.17 器件选购的知识

2.6 三极管

2.6.1 三极管的4种工作状态

1) 饱和导通状态

饱和导通=0

2) 截止状态

饱和导通=1

3) 线性放大状态

作为低频放大器时使用，具体的可参见有关电子线路的书籍；

4) 非线性工作状态

在无线电通信系统中，作为混频器等使用。具体的可参见有关电子线路的书籍；

愚记得南京工学院也就是现在的东南大学在80年代初期有一套《电子线路》5本，

是电子专业的书籍，比较难懂；现在，即使是在电子专业的学生中，也应该降低了

对三极管的哪些复杂的参数的要求了吧；在实际使用时，即使是模拟电路、非线性

电路，也都是集成电路了，谁还使用三极管自己做呢？如果万一需要，现学也来得

及。这套书很强的。编写人在那个年代肯定都是牛人。

学三极管这些参数很繁琐的，要是现在的非电子类的大学生或者大专生们还学这些

玩意，我只能说是学校在误人子弟了。

好多学校都在扩招，很多学生念了4年下来，学了一堆过时的理论，跟实际的东西

一点没有接轨，不知道7407是干什么用得，不知道三极管的几个状态；我只能无话

可说。

所以，念了4年下来，跟企业的需求还有一段距离，还需要从头来过；聪明的学生

赶紧抓住机会去学习，去实习，这样，还可以赶紧补上实际应用的这一课。

言归正传。

参见下图：

当的口线输出电平为1时，三极管的be结导通，ce结导通，输出的电压值为

0V；

当的口线输出电平为0时，三极管的be结不导通，ce结截止，输出的电压值

为5V；

在这种数字电路的应用中，相当于三极管是一个反相开路门。

计算是否导通，公式如下：

I＝B（放大倍数，希腊字母的贝塔）×Ibe

当Ice

相差越大，饱和程度越深，Vce越小，三极管的输出内阻越小；

这个概念要用到光电管中。

设计使用时大概算算，心里有个数；在电路板上试试，行的通，那就是它了。可以

测量Vce值，至少要小于0.1V就可以了。

常用的PNP三极管是2N5551，驱动40mA的LED（电压在24V）、蜂鸣器等均没有问题

。

2.6.2 三极管的具体应用

实际上，已经有象7407、ULN2003可以取代三极管在数字电路中的作用；但是，有

时是受到PCB面积的制约，有时是为了降低成本，有时是因为布局方便，在1~2个输

出点时，还是可以使用三极管来做驱动的。

例如：驱动一个蜂鸣器；往往系统中的蜂鸣器跟其它驱动设备，继电器等，距离较

远；这时，没有必要使用一片7407，或者ULN2003来驱动；驱动的接口如下：

Re:从51初学者到电子工程师（转帖）  

2.7 光电管

我这里所谓的光电管有2种：

1) 反射型光电管

2) 对射型光电管

这2种产品在市场上又可分为调理好的和没有调理好的；

这2种光电管在电子产品世界和电子技术应用杂志上都有大量的广告。随便找一本

都有。

我所说的调理好的指的是内部已经加了限流电阻和输出的放大驱动电路了。它的特

点是只有3根线，电源2根，输出信号一根，TTL电平的；但是，有时受到某种限制

，需要使用没有调理好的，怎么办呢？

参见下图：光电管原理框图

这种没有调理好的光电管在使用时，需要做一块小的电路板，在发光管加限流电阻

，在光电三极管的集电极加上拉电阻到5V，如下图所示：光电管工作框图1。

但是，在使用中我发现，输出的信号不稳定，尤其是在使用比较长的电缆传输到单

片机的时候；究其原因，我认为是由于反射或者对射的红外光落在光电三极管的靶

面上，光强未能导致光电三极管深度饱和，使得输出的内阻偏大，环境的噪声和电

缆的干扰信号容易在线路上叠加的缘故；

为了可靠工作，仿照达林顿管的结构，在光电三极管的输出端加一个限流电阻接到

NPN的B结，当无光的时候，2N5551饱和导通，输出电压为0V；实际测量小于0.1V；

当有光，甚至是弱光时，2N5551截至，输出电压为5V。将3K电阻换成更大或更小的

电阻，可以调整光电三极管的输出的灵敏度。

具体工作过程可以自行分析，做个实验。

2.8 电容

2.8.1 电容的主要种类

电容有以下几大类：

1) 电解电容

2) 独石电容

3) 磁片电容

4) 胆（左金右旦）电解电容

5) 涤纶电容等

电容的指标是：耐压值和电容容量。例如：220u/50V，就是说，这个电解电容耐压

值为50V，容量为220u。

电容的容量跟电容的介质有关。

顾名思义：

电解电容为电解质作为介质的，铝作为电极；

独石电容是使用石头作为介质的；

磁片电容是磁片作为介质的；

胆（左金右旦）电解电容使用电解质作为介质，但是，电极采用胆（左金右旦）金

属。

涤纶电容采用涤纶作为介质。

有兴趣的网友可以拆一个电容看看。

2.8.2 电容的使用场合

1. 电源稳压和滤波

电解电容主要是用来稳压和低频交流滤波的；高频滤波是使用磁片电容和独石电容

。

当电解电容作为稳压时，接在整流桥和三端稳压器的输出端，起到稳定电压的作用

。其工作机理相当于一个水库，从上游来的带有波浪的水到了水库，就变的平滑了

。

但是，铝电解电容的电解质随着时间的推移会干涸，所以在设计时需要留有余量，

保证系统正常工作到它的寿命。

有些远端供电的直流电源，接到电路板的输入端时，需要在电路板的电源输入端加

一个大的电解电容，通常可以是220u/25V，这样，这块电路板需要供电时，不是直

接从电源处取，而是从电容中取电，可以得到稳定的电流供给；

但是，电解电容只能滤除低频的波动；对于直流电源中的高频波动，可以加一个

0.1u或0.01u的独石电容或者磁片电容。

很多教科书都指出，在每一个芯片的电源和地两端接一个0.1u或0.01u的独石电容

或者瓷片电容，解决芯片的供电过程中，由于电路板的走线电感产生的电源开关噪

声尖峰。这种作用下的电容叫去耦电容。这是电路板的常规的设计；

2. 定时参数

对于象555这样需要外接电容产生稳定的脉冲的器件，涤纶电容是{sx}。可以想象

，涤纶一层又一层缠绕，受到温度变化引起的涤纶的面积的变化的相对值要远远小

于独石电容的介质石头受到温度变化而引起的变化值。

3. 产生其它电压

有些需要从单一电压产生其它的电压的芯片，如：max232，需要外接电容才能实现

。

参见max232技术资料。

外接01.u的胆电容。

2.8.3 电容的封装

电容有直插和表面贴的不同封装。

电解电容表面贴封装的通常耐压值不超出25V，电容值不超出100u。再大，就只好

使用直插的了。其它的电容，磁片和独石都有表面贴封装的。

2.9 电阻和电位器

2.9.1电阻的种类

2.9.1.1 普通电阻

电阻种类按照工艺可以分为碳膜电阻和金属膜电阻；

按照功率可以分为小功率电阻和大功率电阻，大功率电阻通常是金属电阻，实际上

应该是在金属外面加一个金属（铝材料）散热器，所以可以有10W以上的功率；在

电子配套市场上专门卖电阻的市场上可以很容易地看到。

金属电阻通常是作为负载，或者作为小设备的室外加热器，如，在CCTV的一些解码

器箱和全天候防护罩中可以看到。

电阻在电路中起到限流、分压等作为。通常1/8W电阻已经xx可以满足使用。但是

，在作为7段LED中，要考虑到LED的压降和供电电压之差，再考虑LED的{zd0}电流，

通常是20mA（超高亮度的LED），如果是2×6（2排6个串联），则电流是40mA。

不同厂家选用不同材料的，压降有所不同。所以，需要加上电试一下，但是，不要

让Led的电流超出20mA（单只LED），这时加大电流亮度也不会增加，但是LED的寿

命会下降，限流电阻的大小就是压降除以电流。电阻的功率随之可以算出。

这个使用初中的知识就够用了。

2.9.1.2 电位器

电位器就是可调电阻。在初中学物理时，中学老师拿一个很大的圆筒状的东东，上

面有一个滑杆，跟这个东西很类似。

它的阻值在1～n之间变化。

N=102、502、103……

102=10*10的2次方，也就是1000欧姆，1K

同理，502=5K。

这种表示的方法跟电容是一样的。

电容104=10*10的4次方pf，电容的基本单位是pf，1u=1000000pf，所以，

104=100000pf=0.1u；

电位器又分单圈和多圈电位器。

单圈的电位器通常为灰白色，面上有一个十字可调的旋纽，出厂前放在一个固定的

位置上，不在2头；

多圈电位器通常为蓝色，调节的旋纽为一字，一字小改锥可调；

多圈电位器又分成顶调和侧调2种，主要是电路板调试起来方便。

有些是仪器仪表设备，通常是模拟电路，有一些不确定的因素，需要调节才能达到

最理想的效果；有些是设备本身就需要输出一个可变的东东，如电压和电流，也需

要一个电位器。

2.9.1.3 排电阻

是sip n的封装，比较常用的就是阻值502和103的9脚的电阻排；象sip9就是8个电

阻封装在一起，8个电阻有一端连在一起，就是公共端，在排电阻上用一个小白点

表示。排电阻通常为黑色，也有黄色；51系统的P0需要一个排电阻上拉，否则，作

为输入的时候，不能正常读入数据；作为输出的时候，接7407是可以的，不需要上

拉电阻；但是，接其它的芯片，还是不行。有兴趣可以看看51的P0的结构；没有兴

趣，依葫芦画瓢，照做没错。

2.9.1.4 光敏电阻

当照在光敏电阻上的光强变化时，电阻值也在变化。显然这是半导体材料的特性。

使用光敏电阻可以检测光强的变化。

思考题1：

有一个LED显示设备，要求，当光强变化的时候，LED的亮度随着光强变化；光线越

强，LED越亮；反之亦然。怎么使用实现此项功能？可以是多级调光，如8级

调光；也可以做成无级调光。

2.9.2 电阻的封装

电阻的封装有表面贴和轴向的封装。

轴向封装有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；axial在英语中就是轴的意思

；

表面贴电阻的封装最常用的就是0805；当然还有更大的；但是更大的电阻我想就不

是很常用了。

电位器的封装在protel的书种可以很方便地找到。但是如果直接使用，可能会有一

些偏差。老树早期就犯过这种错误，导致电位器旁边的器件安装费劲。

搞硬件和软件是有所不同的，搞硬件的人，一定要xx。

在硬件上的一个小的错误，都会造成这块板的推倒重来；因为产品是不能有飞线的

；而这个小小的错误相当于软件上的一条语句，在软件调试阶段悄悄改掉，可以神

不知鬼不觉；在PCB上，特别恶心。而且谁都知道-老板最知道。

什么是xx呢？

1． 对你所要实现的工作的目标理解准确；

2． 对你的电路图要清楚每一个器件在其中所起的作用；如果不明白，可以找一个

专家问问，得到确认；如果不清楚，可以先试试；

3． 对每一个器件的封装要严格把握，该是什么形状、外形一定要xx一致；还有

考虑到空间是不是对其它的板卡器件有影响；对边缘连接器件与电路板的边缘之间

的距离、ISA和PCI的边缘连接件与挡板之间的关系要xx把握才能去做电路板；否

则只是浪费金钱和时间；

对边缘器件与边缘之间的距离要是不能有把握的话，可以找3个人，每个人都计算

一遍，取个平均值，基本上就差不多了。

4． 对的资源能不能作成这件事情一定要有把握，CPU运算速度和字长、内

存够不够大、程序存储器够不够大，需要仔细的规划；

5． 原理图经过专家认可无误后，画出来的PCB需要做网络检查，做到与原理图完

全一致；