在單片機的學(xué)習(xí)中，不光是單片機程序的編寫，還有電路的設(shè)計。有些公司可能會把單片機開發(fā)分成兩塊：電路設(shè)計、程序設(shè)計。然后負責電路設(shè)計的人只負責電路設(shè)計，不用考慮單片機編程;程序設(shè)計的人只管單片機編程，不設(shè)計電路。

不過我個人認為，只搞電路設(shè)計的人可以不用關(guān)心單片機是怎么編程的，但是搞單片機程序設(shè)計的人，卻必須要對電路很熟悉，你可以不用親自設(shè)計電路，但是必須對單片機項目中各種電路的原理足夠了解，這樣才能確保設(shè)計出來的程序穩(wěn)定、健壯。

舉個例子來說吧，假如一個單片機系統(tǒng)中用到了EEPROM存儲芯片，EEPROM芯片的SCL和SDA是開漏輸出的，需要外接上拉電阻，假設(shè)電路板上的EEPROM芯片的SCL和SDA的上拉電阻忘記焊上或者壞掉了，這時候調(diào)試EEPROM是調(diào)不通的，如果這時候電路設(shè)計人員不在，而單片機程序設(shè)計人員又對EEPROM的原理不熟悉，就會陷入到麻煩中：因為對電路不熟悉，就會一遍一遍的查找程序的原因。可是程序明明沒有問題啊，這個程序在別的項目中一直都是正常的，為什么在這個板子上就不行了呢?

還有一點，一般帶有微控制器的電路板，電路功能是否正常，是需要編寫一定的驗證程序來測試電路板的性能的，單靠電路設(shè)計人員使用萬用表、示波器等工具是無法驗證電路的好壞的。

綜上所述，單片機程序設(shè)計人員一定要對電路的原理熟悉，這樣才能設(shè)計出正確的程序。

從本篇文章開始，我們就來簡單學(xué)習(xí)一下單片機開發(fā)中常用的電路。

1. 單片機常用電路

1-晶振電路

早期的單片機(比如經(jīng)典的51單片機)系統(tǒng)，外接晶振是必須的(當然也可以外接時鐘脈沖，但是很少用)，因為單片機的運行必須依賴于穩(wěn)定的時鐘脈沖。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在很多單片機都已經(jīng)集成了內(nèi)部時鐘，所以在一般的應(yīng)用場合，可以不用外接晶振電路了。不過由于內(nèi)部時鐘容易受外界干擾，所以在要求嚴格的場合，晶振電路還是很有必要的。

圖1是典型的單片機外接晶振電路。

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圖1 單片機晶振電路

該電路不只是有一個晶振，還有兩個電容，這兩個電容有什么作用呢?

這兩個電容一般稱為“匹配電容”或者“負載電容”、“諧振電容”。晶振電路中加這兩個電容是為了滿足諧振條件。一般外接電容，是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負載電容。只有連接合適的電容才能滿足晶振的起振要求，晶振才能正常工作。

負載電容的值由如下公式計算：

負載電容無法滿足的話一般會使晶體頻率產(chǎn)生偏差，嚴重的話晶體無法起振。電路設(shè)計中要盡量滿足晶體的負載電容需求，從而使晶體工作在最佳狀態(tài)。負載電容計算公式如下：

CL = C1*C2 / (C1+C2) + CS

CL為晶振的負載電容值，一般通過查詢晶振的數(shù)據(jù)手冊獲得。CS為電路板的寄生電容，一般取 3~5pF，取C1 = C2，那么公式可以簡化成如下：

CL = C1 / 2 + CS

一般情況下，增大負載電容的值會使振蕩頻率下降，減小負載電容的值，會使振蕩頻率上升。

晶振電路2

我們有時候還會看到如圖2所示的晶振電路。

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圖2 不帶并聯(lián)電阻和帶并聯(lián)電阻的晶振電路

該電路中晶振上又并了一個電阻，這是為什么呢?

這個電阻實際上是反饋電阻，是為了方便晶振起振的。對于COMS而言，這個電阻的阻值可以是1M以上，對于TTL則是需要視情況而定。最好的辦法是看看芯片的數(shù)據(jù)手冊，確認芯片晶振電路內(nèi)部是否有電阻，如果沒有，電路設(shè)計時最好加上。

晶振電路3

圖3是有源晶振電路。

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圖3 有源晶振電路

有源晶振通常的用法：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。有源晶振不需要CPU的內(nèi)部振蕩器，連接方式相對簡單(主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可)，不需要復(fù)雜的配置電路。相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。

審核編輯：湯梓紅