【自学51单片机】3 -- 硬件基础知识（电容、三极管、74HC245、74HC1238三八译码器）介绍和闪烁LED小灯

1、电磁干扰

 电磁干扰简称EMI，包括 ESD（静电放电现象）、EFT（快速瞬间群脉冲效果）、Surge（浪涌效果）等等，ESD、EFT、Surge都是高频信号，对半导体元器件损害较大，在电路设计中要去除电磁干扰影响。

2、电容介绍

 1. 电容分类： 铝电解电容、钽电容、陶瓷电容等。

  三种电容比较：相同容值下铝电解电容便宜，铝电解电容个头大，钽电容和陶瓷电容个头小，性能好，但贵 。

 2. 电容单位：在国际单位制里，电容的单位是法拉，简称法，符号是F，由于法拉这个单位太大，所以常用的电容单位有毫法（mF）、微法（μF）、纳法（nF）和皮法（pF）等，换算关系是：1法拉（F）= 10³毫法（mF）=10⁶微法（μF）=10⁹纳法（nF）=10¹²皮法（pF） 。

 3. 电容的作用：通交流隔直流，电容越小阻高频效果越好，电容越大阻低频效果越好。
 容值较大的电容（低频滤波电容）作用： 1.缓冲作用 2. 稳定作用 3. 去除电源低频滤波，稳定电源。
 容值较小的电容（高频滤波电容）作用： 用于滤除高频信号如ESD、EFT等干扰，通常用于电源附近。

 4. 电容在是数字电路的选取：

• 耐压值上要高于系统电压的1.5到2倍之间。
• 容值上如果系统耗电较大，波动可能比较大，那么容值就要选大 一些，反之可以小一些。
  （注：以后在设计数字电路的时候，电源处要加去耦高频电容，并且尽量靠近vcc极，直接用0.1uf的就可以。）

3、三极管在数字电路中的应用

3.1、三极管介绍

 1. 三极管是一种很常用的控制和驱动器件，常用的三极管材料有硅管和锗管， 硅管用的较普遍，而锗管应用较少，三极管有 2 种类型，分别是 PNP 型和 NPN 型，如图：

 如何区分三极管类型*：箭头朝内PNP型，否则为NPN型。

 2. 三极管有三个极，为基极b(base)、发射极 e(emitter)和集电极 c(collector)，
 如何区分三极：有箭头的为发射极e，横向的为基极b，剩余一极为集电极c。

3.2、三极管的原理

 1、三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。在数电中主要用三极管的开关特性，只用到截止和饱和两种状态，放大特性在模电中运用。

 2、三极管原理：三极管的控制端在 b 和 e 之间，被控制端是 e 和 c 之间。三极管的 b极 和 e极构成的有箭头的方向曲线中，箭头始端的极要比箭头末端的极电压高出0.7V，即可导通三极管的 e极 和 c极，否则 b极 和 e极不导通。 导通后，e极 和 b极 大概有0.7V的压降。e极 和 c极大概有0.2V的压降，但可忽略不计。以下图举例说明三极管的用法。

 当P1.0引脚输出低电平时，b极 和 e极之间产生了0.7V以上的压差，b 和 e，及 e 和 c导通。
 e 和 b之间：因为e 和 b有0.7V的压降，所以还有4.3V电压夹在R47电阻上。
 e 和 c之间：因e 和 c压降不计， LED发亮，LED占2v电压，剩余3v夹在R41上。

 3、三极管三种状态：1. 截止：e和b不导通 　2. 饱和：e和b导通 Ib>Iec/β　 3、放大：e和b导通 Ib=Iec/β
 三极管截止状态用法： 只要 e 和 b 不导通即可。
 三极管的饱和状态用法：e 和 b导通，b 极电流大于 e 和 c 之间电流值除以β（β为三极管放大倍数，每个三极管都有一个放大倍数，常用三极管放大倍数可认为是100）。

3.3、三极管的应用

• 三极管的应用：控制应用 和 驱动应用。
   1.控制应用：前面图3-7 就介绍了通过单片机控制三极管的 b极 来控制LED的亮灭，除此之外，还能控制不同电压的转换，比如用单片机5V系统对接12V系统，直接用IO口对接会烧坏单片机，就可以用三极管来控制12V的电路。 以下图举例说明：
  
    通过控制IO口的电平，当IO为高电平时三极管导通，out口输出为0V的低电平，当IO口为低电平时，三极管截至，out口输出为12V的高电平，这就通过三极管实现了低压控制高压。

 2. 驱动应用：主要指电流的输出能力。
 先来看看下面两电路对比

 图中第一个电路IO口为高电平时LED熄灭，IO口为低电平时LED点亮，但第二个电路，不管IO口为高电平LED小灯会熄灭, 因为单片机主要是个控制器件，它的IO口输出电流有限，只有几十到几百 uA 的电流，即使电压达到了要求，但因为LED小灯是电流驱动原件，电流不能达到要求，也就不能使小灯点亮。但可以通过三极管的帮助驱动LED小灯，如下图：

  通过单片机控制IO输出位高电平，就能将c极电流达到mA以上，点亮小灯。

4、74HC245介绍

4.1、74HC245引入

  因为整个单片机的工作电流，不能超过 50mA，单个 IO 口总电流不要超过 6mA。下面来看8个LED小灯的电路图：

  当8个小灯全亮的时候，根据三极管特性计算出每个支路输出电流约8mA左右，总输出电流64mA，已经超出单片机承受范围，长时间工作极易损坏单片机，如果增大限流电阻阻值虽然能降低输出电流大小，但却会影响数码管等外设的工作状态，此方法并不可取，可以使用驱动IC作为单片机的电流缓冲器，起电流驱动缓存作用，比如74HC245。

4.2、74HC245的原理及作用

  　　　　　　74HC245原理图

• 74HC245的用法：74HC245是单片机的双向缓冲器，起电流驱动缓冲，VCC 和 GND为电源电路，1 引脚 DIR 是方向引脚，当方向引脚接高电平的时，右侧所有的 B 编号的电压都等于左侧 A 编号对应的电压。 比如 A1 是高电平，那么 B1 就是高电平，A2 是低电平，B2 就是低电平。如果 DIR 引脚接低电平，则左侧 A 编号的电压都会等于右侧 B 编号对应的电压。19 脚 OE是使能引脚，叫做输出使能，这个引脚上边有一横，表明是低电平有效，当接了低电平后，74HC245 就会按照刚才上边说的起到双向缓冲器的作用，如果 OE接了高电平，74HC245不起任何功能作用，相当于失效，使能引脚没有一横，则表明高电平有效。
• 74HC245的原理：上面引入中说明单片机不能同时承受64mA的电流输入，但74HC245的承受电流为70mA比单片机的大很多，当DIR接高电平时，A编号引脚为低电平时，B侧也为低电平，此时B侧所有的输出电流通过74HC245的GND流出，输出总电流在74HC245的输出电流承受范围内，74HC245也就转移了输出电流的承受对象，让单片机不正常工作，还能通过单片机控制小灯，在此过程仅仅是电流驱动缓冲，不起到任何逻辑控制的效果。

5、74HC138三八译码器的介绍

5.1、74HC138引入

  单片机IO口有限，为控制更多器件，就要使用一些外围的数字芯片，这种数字芯片由简单的输入逻辑来控制输出逻辑，比如74HC138，又称三八译码器。原理图如下图：
 　　　74HC138原理图

5.2、74HC138用法及原理

  三八译码器，就是把 3 种输入状态翻译成 8 种输出状态。74HC138 有 1～6 一共是 6 个输入引脚，但是其中 4、5、6 这三个引脚是使能引脚，前面介绍74HC245的时候已经介绍了使能引脚，这里就不在介绍，这三个引脚其中一个不按规定输入，Y0到Y7这八个输出引脚都输出高电平，每个输入引脚有0 和 1两种状态，0代表低电平，1代表高电平。那么1、2、3引脚对应有8中状态，这八种状态对应8种输出状态，对应情况见如下图真值表：
 　　　　74HC138真值表

  使用的时候查看芯片手册即可。

6、控制点亮LED灯原理步骤

 　　　　　LED小灯整体电路图

  以点亮LED9小灯为例：

  1.导通三极管。原理：让LEDS6输出低电平，LEDS6的输出由三八译码器控制， 让ENLED（该IO口直接由单片机控制）输出低电平，ADDR3输出高电平来启动三八译码器，查看三八译码器手册要让LEDS6输出低电平，则应让ADDR2和ADDR1输出高电平，ADDR0输出低电平。这也就是上节点亮小灯程序中要让ENLED = 0; ADDR3 = 1; ADDR2 = 1; ADDR1 = 1; ADDR0 = 0;的原因了　
  因ADDR口都通过跳线（通过跳线帽与两个针相连，起导线作用）与P1的IO口相连，如下图，让ADDR3、ADDR2和ADDR1输出高电平，ADDR0输出低电平，则应让对应连接P1的IO口输出相应电平。
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　跳线

  2. 要让LED7点亮，就要让DB7输出低电平，通过整体电路图分析，只需控制P0.7口输出低电平即可让DB7输出低电平.（同理点亮其他LED小灯只需改变相应小灯的 集电极c 的输出电平即可）

7、LED闪烁程序

  通过上面的LED点亮步骤，我们已经知道了上节点亮LED程序的原理，现在来编写控制LED小灯闪烁程序。

#include


sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
sbit LED   = P0^1;//闪烁LED3

void main()//void即函数类型
{
	//以下为声明语句部分
	unsigned int i = 0;//定义一个无符号整型变量i，并赋初值为0

	//以下为执行语句部分
	ENLED = 0;	
	ADDR3 = 1;//使三八译码器工作
	ADDR2 = 1;	  
	ADDR1 = 1;
	ADDR0 = 0;//导通三极管
	
	while(1)
	{
		LED = 0;// 点亮LED3小灯
		for(i = 0; i <= 30000; i++); //设置点亮时间
		LED = 1;//熄灭LED3小灯
		for(i = 0; i <= 30000; i++); //设置熄灭时间
	}
		
}

（注：C语言中程序声明语句部分必须在程序执行语句部分前。）
  上面代码为闪烁LED3程序，同理只要改变sibt LED = P0^x；（ P0^x代表相应LED小灯对应的IO口）即能控制其他LED小灯闪烁。

8、收获

  寒假学习这章一直没搞懂74HC245作为单片机电流缓冲器的原理，重温这节内容让我终于知道了它的原理，这也是最主要的收获，发现学习内容没花我多少时间，写博客却写了我两天，学习5分钟，博客两小时。奥里给！！！