以使用为主的基础知识

基础电路知识

1.1 电平的概念——高电平是1，低电平是0

在电子电路中，通常用到的电压是5V电压，比如小号蓝牙音响、51单片机开发板、早期安卓手机充电电压，而在这些电路中，通常有俩种状态，那就是 有电 和 没电举个例子，一个简单的电路如下：

对于LED灯来说，有俩种状态：
开关接通，LED灯 两端的电压为5V，可以工作
开关断开，LED灯 两端的电压为0V，停止工作

那么我们就可以定义如下：
5V是电路的高电平，可以用 数字1 来表示
0V是电路的低电平，可以用 数字0 来表示

举个例子：非门 ，在数字电路中的角色是反相器
输入电压是高电平时，输出电压就是低电平，所以叫“反相

1.2 “电平”的 应用场景 – 高电平使能/低电平使能/失能

单片机中的使能通常指的是控制某个器件或模块的开关信号。
例如，单片机中的 IO 口可以用来控制LED灯的亮灭，其中需要用到一个使能信号，即一个控制LED灯开关的信号。
在程序中，通过设置 IO 口的状态（高电平或低电平）来控制LED灯的亮灭，从而实现使能的功能。

例：LED1是低电平使能，LED2是高电平使能

当PB3引脚输出低电平时，LED1导通，发光
当PB3引脚输出高电平时，LED1截至，不能发光

当PA15引脚输出高电平时，LED2导通，发光
当PA15引脚输出低电平时，LED2截至，不能发光

例：
L298N电机驱动模块
需要3个使能信号
通道A使能
通道B使能
板载5V使能

会看电路图—网络标签是什么

网络标签是为了减少电路图中的连线数量，具有相同 网络名字 的导线都是连接在一起的
使得电路图看起来更整洁，方便快速了解电路的逻辑关系

下面的电路图使用网络标签前： 很乱

使用网络标签后： 很整洁

要注意网络标签必须放置在走线上 ！

正确

错误

PWM是什么

参考博客

引子：以点灯为例
任务要求：设计一个智能台灯，可以自动控制 LED 灯 的亮度由 暗 慢慢变到 最亮 ，有什么方法吗？

补充知识：LED灯的亮度与流过LED灯的电流有关，流过电流越大，LED越亮，LED正常工作的电流范围大约为0 ~ 20mA，不同LED的电流都不同

供电电压为5V时：
取电流为10mA，压降为1.8V时，算得 R =（5-1.8）/0.01 = 320 欧姆
取电流为1mA，压降为1.7V时，算的 R = 3300 欧姆 = 3.3K
而实际使用时，即使串联的电阻为10K欧，LED也能亮！常用值为1K欧姆（5V供电）
LED的限流电阻计算公式：
R=电源电压−LED压降/LED电流
个人常用值： 5V时1K
12V时10K

方案一： 改变串联电阻的阻值
优点：原理简单，直接手动调节滑动变阻器即可
缺点：需要人来参与，不方便

方案二： 改变电源电压
缺点：一般来说，电源电压都是固定的，
如果非要改变LED的供电电压，需要额外的增加一个升压或降压电路，增加了电路复杂程度，同时增加了生产成本

这俩种方法都不行唉，那有没有既便宜又简单的方法呢？

方案三：使用PWM ！

给LED灯再串联一个开关（实际电路中是电子开关）：

闭合开关，LED亮，断开开关，LED灭
快速的闭合-断开-闭合-断开。。。。。
会发生什么？

人眼能识别的最快闪烁频率为24HZ，如果有人能每秒闭合断开开关25下或者跟高频率。。。
那么此时去看这个LED，就会发现LED不再闪烁了，保持常量状态，只是亮度比以前暗了一些！神奇！
此时你兴奋的发现这种方法可以改变LED灯亮度，但是LED灯的具体亮度和什么有关呢？
如果把LED灯的电压随时间变化的波形绘制出来就是这样：

再具体点，把高电平持续时间叫做脉宽时间（Ton）
一个周期里脉宽时间占周期总共时间的比例，叫做占空比（D）

占空比为50%：
T是周期
T1是开通时间
T2是关断时间

重要参数：
频率：1/T
周期：T
占空比：T1/T
现在可以给出定义：PWM是脉冲宽度调制，简称脉宽调制

原来，此时LED灯仍然在闪烁，只是闪烁灯频率太快了，人眼反应不过来，
看起来就像一直在常亮；而LED灯的亮度就是由PWM的占空比来决定的
如果我们控制开关闭合的时间和断开的时间相同，
那么LED灯的亮度就是原来的一半！
占空比是多少，亮度就是原来的百分之多少！

产生PWM的方法：

1.通过单片机产生，编写单片机程序，控制单片机定时器，输出PWM
2.使用波形发生芯片，直接产生PWM信号
常用芯片：NE555，TL494，SG3525等
这里仅介绍一下NE555 ：

直流电和交流电

直流电：电流方向不变的电流，直流电也可以有周期的说法

交流电：方向变化的电流，通常所的交流电默认指的是正弦波交流电

正弦波参数：
频率 ：1/T
有效值：Um/1.414
最大值：波峰和横轴之间的电压差值 = Um
最小值：波谷和横轴之间的电压差值 = -Um
峰峰值：波峰和波谷之间的电压差值 = 2Um

恒定直流电的纹波

实际的直流电源，其输出的直流电压波形虽然是一条直线，
但都多多少少有一些波动存在，这些波动就叫做纹波，如下图所示：

一般的开关电源，
正常的纹波范围都在几十mV
到几百mV之间，

线性电源的纹波比开关电源低很多
可以做到几十、十几、甚至几mV

测量电源的纹波需要使用示波器
挡位选择交流档
示波器探头需要使用接地弹簧
并且待测电源需要接负载

辑电路（控制电路）、驱动电路、功率电路

经常用到的电路可以按照 功能 和 功率 大致可以分为以上3类
为了能更好的说明，举一个例子：一个由单片机控制的电机驱动电路

不同功能的电路的使用注意事项

控制电路：多为单片机和一些其他元器件，比如光耦隔离器，按键，LED屏幕等
特点：工作电压低，工作电流小，实际连接电路以及设计PCB时就可以用比较细的杜邦线连接
供电电压：一般为3.3V和5V，具体要看模块使用说明，需要电流几百mA，使用上节介绍过的7805稳压器即可
也可使用成品的供电模块：这些模块已经商业化，比较可靠



驱动电路和功率电路：一般这俩个电路都是做到一起的，例如电机驱动器
特点：电压高，电流大，甚至比较危险，需要与控制电路分开，并做好隔离保护等
供电电压：一般由电池直接供电，常用电压7.2V到36V，电流几A到十几A，要用粗导线，并注意散热