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硬件知識1--原理圖和接口類型(基於百問網硬件操作大全視頻教程)

2022-07-23 12:14:48山、

一、 原理圖

原理圖,是錶示電路板上各器件之間連接原理的圖錶 。通過對原理圖的分析,可以了解一個模塊的輸入輸出,看出每個電子元器件的具體參數及各個元器件之間的連接關系等。通過原理圖用戶可以迅速熟悉系統的某些結構及關系。

1.1 常見器件

在電路板上,由於空間有限,不可能把每個元件的名稱全寫出來,所以把各種器件實物抽象為一個個的符號來錶示。用特定的編號錶示元器件的類型。比如用R代錶電阻,後邊加數字錶示某一具體電阻,如R1、R2、R3分別代錶三個電阻。

在這裏插入圖片描述

通過以上的元件編號,用戶就可以知道電路板上的元件具體是什麼。

1.2 器件連接的錶示方式

1、用連線錶示兩個器件有鏈接。

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2、用網絡標號錶示兩個器件之間有鏈接。

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如上面所示,將兩條線上面添加相同的網絡標號,錶示他們彼此相連接。三個LED分別與單片機的46、47、135引脚相連。

二、接口類型

接口就是芯片之間的連接方式。單片機通過GPIO與各種模塊相連接,傳輸數據、信號。接口類型可分為以下幾種:

1、普通GPIO接口

通常只有一個引脚,只負責輸出、輸入高低電平。

比如輸出高低電平控制LED、蜂鳴器;作為按鍵輸入引脚判斷按鍵是否被按下。

2、協議類GPIO接口

一條或多條數據線根據某種協議傳輸數據,引脚仍是輸出輸入高低電平,但是輸出輸入是根據協議决定的,比如IIC協議,只有在時鐘線低電平的時候,數據線才能進行高低電平轉換,時鐘線為高電平的時候,數據線必須保持電平不變(起始信號、結束信號除外)。

這種情况一般是用來傳輸比較複雜的數據,比如與各種傳感器、LCD等連接。

常見的協議有IIC、SPI、CAN、FSMC等。

3、內存接口

比如與Nor Flash、SDRAM、DDR、網卡DM9000等連接。

這類接口有地址總線、數據總線、讀數據、寫數據和片選信號。

4、模擬接口

之前三種接口GPIO的輸入輸出的都是高低電平,電平信號不是0就是1。

模擬接口GPIO輸入輸出是不確定的。簡單理解就是輸入輸出的是模擬信號,是可以連續變化的,能輸出0-Vmax之間的任意值。

GPIO操作過程

對於不同的芯片,GPIO內部結構可能各不相同,但是都會有以下三種功能。

1、功能選擇
一個引脚,可以接到模塊A,也可以接到模塊B,比如可以作為普通GPIO使用,也可以作為串口的TXD使用。

所以要設置某些寄存器,選擇引脚使用的功能。

比如STM32F103的GPIO功能配置,配置GPIOx_CRL可以配置GPIO的複用模式。
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2、設置引脚方向

選擇引脚是輸入還是輸出模式。

STM32F103中,也是在GPIOx_CRL中配置GPIO的輸入輸出模式。
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3、讀取、設置引脚電平

在GPIO內部,肯定會有數據寄存器,保存每個引脚的電平數據。

比如STM32F103中,也是在GPIOx_ODR中配置GPIO的輸出,對哪個bit寫1,對應的引脚就輸出高電平。
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三、二極管與三極管

在電路中二極管與三極管使用的非常頻繁,下面簡單介紹一下。

1、二極管

對於二極管只需要知道二極管具有單向導通性,他只能在一個方向導通。

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電流只能從正(+)流向到負(-)。V正 - V負 > VAL則導通。VAL一般為0.7v,材質不同VAL也會不同。

利用二極管的單項導通性可以做保護電路,比如防止電源反接。如果電源接反了,那麼二極管不導通,無法形成電流。

2、三極管

三極管也是只有在某些條件下才會導通。常用做開關電路。

三極管分為PNP和NPN兩種,但是原理是類似的。

對於三極管,只需記住通過基極b和發射機e的導通控制集電極c和發射機e的導通。

NPN:

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根據圖中箭頭判斷電流流向。若基極電壓Vb大於發射極電壓Ve,則be之間導通,從而導致ce之間導通。那麼V2就與低相連,V2=0。

通常Vb-Ve > 0.7v就認為be之間導通,根據材質這個電壓可能會變化。

Vcon = 1,be導通,ce導通,V2 =0為低電平。

Vcon = 0,be截止,ce截止,V2 = V為高電平。

可以看到,V2電壓與Vcon電壓相反,所以一個三極管可以做反向電路。

PNP:

PNP型三極管與NPN的類似。
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根據圖中箭頭判斷電流流向。若發射極電壓Ve大於基極電壓Vb,則eb之間導通,從而導致ec之間導通。那麼V2就與V相連,V2=V,為高電平。

Vcon = 1,eb截止,ec截止,V2 =0為低電平。

Vcon = 0,eb導通,ec導通,V2 = V為高電平。

四、常見的GPIO電路

以LED為例,使用GPIO控制LED,一般有一下幾種連接方式:

1、直接連接LED,芯片點亮

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這種連接方法直觀,易懂。但是芯片引脚的驅動能力可能不够,LED可能達不到最大發光强度。

2、直接連接LED,外部電源點亮

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這種連接方法GPIO輸出低電平,LED由外接的電源點亮。但是電流進入芯片過大時,可能燒毀芯片。

3、使用1個三極管連接,高電平點亮

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GPIO輸出高電平,LED被Vcc點亮,電流不會流向芯片,所以不會燒毀芯片。

此時GPIO高電平才能點亮LED。

4、使用2個三極管連接,低電平點亮

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GPIO輸出低電平,Q2截止,Q1導通,LED被Vcc點亮,電流不會流向芯片,不會燒毀芯片。

此時GPIO低電平點亮LED。
上面四種連接方式,通常使用後面兩種。對於其他的元器件比如蜂鳴器、按鍵等都與上述LED連接方式類似。

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