单片机硬件电路的设计方案和心得

单片机硬件电路的设计方案和心得

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/lvyiwuhen/article/details/140112983

单片机硬件电路设计是电子工程领域的重要组成部分，涉及按键电路、信号输入输出、继电器控制等多个方面。本文将详细介绍这些关键组件的设计方案和注意事项，帮助读者更好地理解和掌握单片机硬件电路设计的核心要点。

一、按键电路

• R1上拉电阻：将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态。建议在设计中添加。
• C1电容：减小按键抖动及高频信号干扰。建议在设计中添加。
• R2限流电阻：保护IO口，防止过流过高电压烧坏IO口，对静电或者一些高压脉冲有吸收作用。建议在设计中添加。R2的取值范围为100欧至10k，如果有设置内部上拉，该值不能太大，否则电流不足以拉低IO口。
• D1 ESD二极管：静电保护二极管，防止静电干扰或者损坏IO口。是否添加取决于PCB的成本及防护级别要求。

二、外接信号输入

• R3上拉电阻：将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态。如果外接的连接线比较长，芯片内部上拉能力比较弱，则建议加上。平时通信距离不长，有内部上拉则可以省略。
• C2电容：防止高频信号干扰。需要注意的是，如果输入频率信号比较大，C2容值要对应减少，或者直接省略C2。
• R4限流电阻：保护IO口，防止过流过高电压烧坏IO口，对静电或者一些高压脉冲有吸收作用。建议在设计中添加。
• D2 ESD二极管：静电保护二极管，防止静电干扰或者损坏IO口。是否添加取决于PCB的成本及防护级别要求。

三、输出电路继电器

• U1光耦：分离高低压，防止高压干扰，实现电气隔离。
• D5 1N4148：续流二极管，保护元件不被感应电压击穿或烧坏，以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端，并与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。

四、达林顿晶体管

达林顿晶体管常用于步进电机驱动，也可用于电机调速、大功率开关电路、驱动继电器、驱动功率比较大的LED光源等场景。利用PWM可以调节亮度。

• R6、R7、R8电阻：用于限流，防止ULN2001损坏，导致高压直接输入到MCU的IO。由于ULN2001D本身自带2.7K电阻，这里的R6、R7、R8可以省略；如果某些驱动芯片没带电阻最好自己加上，具体情况可以查看选用芯片的数据手册作决定。
• COM端接电源：当输出端接感性负载的时候，负载不需要加续流二极管，芯片内部设计有二极管，只需 COM口接负载电源即可，当接其他负载时，COM口可以不接。
• 在使用阻容降压电路为 ULN2001D 供电时，由于阻容降压电压无法阻止电网上的瞬态高 压波动，必须在 ULN2001D 的 COM 端与地端就近接一个 104 电容，其余应用场合下， 该电容可以不添加。

五、运算放大器

利用运放巧妙采集负载的当前电流，可以准确知道当前负载运行情况，有没有正常工作。

• GND2是负载的地端，通过R16电阻(根据负载电流的大小R16要选功率大一点的)接公共地，会有微小的电压差。
• 该电路是同相比例运算电路，所以采样端的电压=输入端电压*(1+R9/R11)=69倍的输入电压。可以根据测量范围修改R9调节放大倍数。

六、MOS管

MOS管可用于控制电源输出通断。

七、输入电源

如果电路成本比较紧张，可根据需要适当删减元件。

• F1自恢复保险丝：过流保护，可根据实际负载电流调整阀值大小。
• D10 肖基特二极管：减少后级电源对前级的影响，防止电源正负接反烧坏后级电路，防止电源关电时电流倒灌，但经过二极管有0.4V左右压降，需要考虑经过0.4V降压后会不会低于后级电路的正常工作电压。
• TVS管：输入电压过高保护，一般取正常输入电压的1.4倍。