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使用萬用焊板搭建單片機最小系統(tǒng)
時間:2022-02-01 18:21:59

本篇我們講解使用單片機搭建電路的另外一種方法,使用萬用焊板搭建單片機系統(tǒng)電路,在開始之前,先講解幾個基礎(chǔ)概念。

電路板

首先我們了解下電路板。前面介紹了面包板可以搭建電路,但是在實際制作出來的電子設(shè)備中,我們用的通常都是電路板。電路板主要用于固定元器件,對元器件之間進行可靠的連接。

電路板基板常用不易燃燒的玻璃纖維、酚醛樹脂、電木等材料制作。電路連接使用附著在其表面的銅皮實現(xiàn),相當于導(dǎo)線;元件的管腳通過熔化并凝固的金屬與銅皮之間連接。這里用到的金屬通常是焊錫,這個連接元件和電路板的過程稱為焊接。電路板上與元件管腳進行連接的那部分銅皮稱為焊盤,在焊接之前都是暴漏在外面的;而那些不是焊盤的銅皮,在工業(yè)化生產(chǎn)的電路板上,通常會提前涂上絕緣漆,以免氧化,同時也方便了焊接(因為焊接的時候,熔化的焊錫很容易黏在銅皮上,涂上絕緣漆就不會黏在上面,這樣焊錫就只在焊盤上有)。

單層電路板只有一面有覆銅,雙面板兩面都有,簡單電路用單層或者雙層就已經(jīng)能滿足要求了。而對于一些復(fù)雜電路,可能要用到更多層的電路板,在電路板內(nèi)部還有銅層,比如電腦和手機的主板通常就有很多層。

之前有介紹直插式和貼片式元件封裝。直插式封裝的器件,需要在電路板上打孔,電路板的一面有銅皮焊盤,而元件管腳從另一面插進去,并通過焊錫和焊盤連接。而貼片式器件,不需要打孔,焊盤在電路板一面,元件也放在這一面,和焊盤對準直接用焊錫連接。

圖中最上面那幾個管腳很密的是貼片元件,其他的是直插元件,圖中紅色的地方是涂了絕緣漆的覆銅,右側(cè)XIN和XOUT字符左邊還有幾個沒有焊接的焊盤。

PCB

電路板按照通用性來分,有兩種,一種是專用于一種電路的印刷電路板(PCB = Printed circuit board),另一種是通用的萬用焊板。

批量生產(chǎn)的電子產(chǎn)品,通常都是用PCB實現(xiàn)的。PCB首先由電腦軟件設(shè)計好,然后通過一定的工藝,批量生產(chǎn)出來,電路板上的銅皮被加工成特性的形狀(就像是打印機打印上去的圖案一樣),并且在設(shè)計好的地方打好孔。然后這種的PCB直接就行元件的焊接裝配就好了,焊接裝配也可以用流水線讓機器人自動完成,大大提高的生產(chǎn)效率。

PCB設(shè)計圖

做好的PCB

萬用焊板

實際上我們自己制作一些簡單電路,用的更多的是萬用焊板。萬用焊板也叫洞洞板,是一種通用電路板,萬用焊板也可以算是一種特殊的PCB。和面包板有點像,萬用焊板上面有很多孔,可以用來插接元器件,然后根據(jù)需要組成各種不同的電路。不同的是,萬用焊板是用焊接進行連接的,工作會穩(wěn)定可靠很多,但是相比起來制作會麻煩一點。萬用焊板上通常規(guī)則的分布了很多焊盤,并且焊盤之間相互獨立沒有連接,或者每幾個焊盤按規(guī)則連接在一起(具體使用時要注意這一點)。萬用焊板常用導(dǎo)線或焊錫對元件之間進行連接。

玻纖材質(zhì)的單面單孔萬用板(有覆銅的反面)

電木材質(zhì)單面單孔萬用板(有覆銅的反面)

電木材質(zhì)單面單孔萬用板(無覆銅的正面)

萬用板作品,萬用板正面可以用導(dǎo)線連接電路

萬用板作品,萬用板反面用焊錫或?qū)Ь€進行電路連接,同時可以焊接一些貼片元件。

自制PCB

因為萬用焊板做電路總是要用導(dǎo)線和焊錫自己進行連接,焊接起來會比較麻煩,萬用焊板也有局限性(比如一些貼片器件不好焊上去)。有必要我們也可以自制PCB,或者設(shè)計好PCB請工廠幫忙加工制造出來。整體過程相對復(fù)雜,尤其設(shè)計PCB比較費時間,但是一旦設(shè)計好了制作一塊電路板很快,所以適合批量制作。常用的一種制作PCB的方法是熱轉(zhuǎn)印法,大家可以在網(wǎng)上找找,我的博客里也有相關(guān)的文章。

自制PCB做的USB聲卡,正面是直插元件

自制PCB做的USB聲卡,反面是覆銅和貼片元件

面包板和電路板

通常面包板用于進行電路的實驗,實驗完成確定電路可以工作了,然后用電路板做成成品。如果大家看過喬布斯傳,就可以了解到,當初設(shè)計第一代蘋果電腦的時候,負責電路設(shè)計的人是沃茲,而喬布斯就是負責幫助沃茲組裝面包板的。面包板搭建的電路驗證通過后,就可以實際制作電路板了。

焊接

焊接是通過高溫等方式,熔化并連接金屬或塑料等熱塑性材料的過程。焊接有很多種,這里我們說到的是鉛焊。鉛焊通過熔化導(dǎo)電的焊錫,將電路元件與電路板進行連接。

手工焊接通常使用的是含鉛焊錫,主要成分為鉛和錫,錫是一種熔點較低的金屬,而摻入鉛形成合金之后,熔點變得更低,且熔化后容易與銅等金屬緊密結(jié)合。一般含有約40%的重金屬鉛,另外焊錫絲中間一般灌有松香等助焊劑(可以讓焊錫附著性更強,同時讓焊點表面光滑)。雖然也有無鉛焊錫,但是通常無鉛焊錫中含有銀等貴重金屬,價格昂貴,且手工焊接效果不太好。

焊錫中的工業(yè)松香主要是用于油漆、造紙、橡膠制造等。本身對人體毒性不大,但是因為常常含有鉛等重金屬和有毒化合物,以及氧化后產(chǎn)生的過氧化物會影響人體健康。

含鉛焊錫在加熱的時候,部分松香會揮發(fā)成蒸汽,同時也有少量鉛升華,成為鉛蒸汽;這兩種物質(zhì)均有微量毒性。因此,焊接的時候注意盡量減少吸入這些氣體,加強通風。焊接完應(yīng)及時洗手。

不過也不用太擔心,微毒且微量,不會有很大危害。但是為了身體健康,還是要注意通風,盡量減少吸入。

具體的焊接操作技巧可參考網(wǎng)上的資料,這里不做介紹。

布線

畫好的電路圖和實際搭建的電路,在電路連接上來看是一致的,但是在具體器件排列等方面卻是不一樣的。

電路圖的繪制原則就是盡可能簡潔易讀,所以接地都用接地符號,而電源都用VCC符號,并標注電壓或另作說明,并不一定全部畫的連到一起。集成電路管腳順序有時候也是亂的,比如下圖電子表電路用的就是AT89C52單片機,但管腳并沒有按照實際單片機管腳順序排列。

于是對照電路圖進行實際電路的制作時,我們就需要給電路布線。對于PCB設(shè)計來說,最主要的任務(wù)就是布線。

布線原本是個很復(fù)雜的問題。導(dǎo)線是有電阻的,對于一些大電流電路來說,有電阻就會使得電壓在導(dǎo)線上損耗掉,還可能導(dǎo)致導(dǎo)線過熱燒壞;對于微弱電流的電路(比如心電圖采集)來說,外面很小的干擾就會對電路造成影響;而對于高頻率的電路來說,元器件上還會有電磁場產(chǎn)生,可能會互相干擾。用過收音機或者老式天線電視機的同學可以發(fā)現(xiàn),有時人走近天線就有可能對接收的廣播信號質(zhì)量產(chǎn)生影響,這就是因為人體相當于一個大的導(dǎo)體,對電磁波的傳輸有干擾。

但是大家不必擔心這個問題。對于51單片機電路來說,我們布線基本上只要考慮幾點:首先電路的連接正確,沒有短路和斷路;然后焊接可靠,沒有虛焊(看上去焊上了實際上沒有連接起來);盡可能減少電路交叉連接,并保持電路整體美觀就可以了。

要準備的材料和工具

大小合適的萬用焊板,導(dǎo)線、排針若干

DIP40封裝的STC89C52RC單片機(STC89C5x均可)、配套DIP40封裝的IC座

11.0592MHz晶振、30pF電容兩個(用于時鐘電路)

10uF電容、10k電阻(用于復(fù)位電路)

USB-TTL下載線(用于程序燒寫,后面文章會詳細介紹)

六腳自鎖開關(guān)(作為電源開關(guān),可以省略,而使用插拔導(dǎo)線的方式代替)

焊接工具:電烙鐵(或焊臺)、焊錫絲、助焊劑(松香等)

排針焊在電路板上,母頭杜邦線可以直接插上去,然后和USB-TTL轉(zhuǎn)接板進行連接

可以看到USB-TTL轉(zhuǎn)接板上也有排針,用上一篇介紹的杜邦線就可以方便的進行連接了

這里還要說明的是IC座(IC=Integrated Circuit,集成電路)。原本單片機可以直接焊接在電路板上,但是手工焊接時,常會用到IC插座。把IC座焊在原先單片機所在的位置(IC座上也有個缺口,最好和單片機的缺口對準),焊完后再把單片機插在IC座上。

多種IC座

使用IC座有幾個好處:

焊接時如果不熟練,焊接時間過長,會導(dǎo)致元器件過熱,可能損壞集成電路;而焊接IC座而不是集成電路,就會好很多,IC座只是金屬和塑料組成,不容易損壞,焊完了再把單片機插上去。

如果單片機壞了,可以直接把單片機從插座上取下來更換。

單片機相對而言畢竟還是比較貴,如果做完一個電路就不用了,有點浪費。使用插座,可以在做完這個電路之后把單片機取下來,放在別的電路上重新利用。

最小系統(tǒng)板

下面是一塊焊接好的最小系統(tǒng)板,供大家參考(由于時間原因我沒有親自焊好拍照,這張是從網(wǎng)上找到的,用的是雙面萬用板,兩面都有焊盤,一般建議用單面板,元件在沒有焊盤的一面插進去,再另一面焊接)。

萬用板焊接的最小系統(tǒng)板

關(guān)鍵詞: 焊板 單片機最小系統(tǒng)

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