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2022-03-15 13:56:13
使用萬用焊板搭建單片機最小系統
2022-03-15 13:56:13 來源: 網絡
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電路，在開始之前，先講解幾個基礎概念。
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，相當于導線;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，在工業化生產的電路板上，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能滿足要求了。而對于一些復雜電路，可能要用到更多層的電路板，在電路板內部還有銅層，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。
批量生產的電子產品，通常都是用PCB實現的。PCB首先由電腦軟件設計好，然后通過一定的工藝，批量生產出來，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，大大提高的生產效率。
PCB設計圖
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則連接在一起(具體使用時要注意這一點)。萬用焊板常用導線或焊錫對元件之間進行連接。
玻纖材質的單面單孔萬用板(有覆銅的反面)
電木材質單面單孔萬用板(有覆銅的反面)
電木材質單面單孔萬用板(無覆銅的正面)
萬用板作品，萬用板正面可以用導線連接電路
萬用板作品，萬用板反面用焊錫或導線進行電路連接，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，或者設計好PCB請工廠幫忙加工制造出來。整體過程相對復雜，尤其設計PCB比較費時間，但是一旦設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的方法是熱轉印法，大家可以在網上找找，我的博客里也有相關的文章。
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，當初設計第一代蘋果電腦的時候，負責電路設計的人是沃茲，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，部分松香會揮發成蒸汽，同時也有少量鉛升華，成為鉛蒸汽;這兩種物質均有微量毒性。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設計來說，最主要的任務就是布線。
布線原本是個很復雜的問題。導線是有電阻的，對于一些大電流電路來說，有電阻就會使得電壓在導線上損耗掉，還可能導致導線過熱燒壞;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現，有時人走近天線就有可能對接收的廣播信號質量產生影響，這就是因為人體相當于一個大的導體，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(作為電源開關，可以省略，而使用插拔導線的方式代替)
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轉接板進行連接
可以看到USB-TTL轉接板上也有排針，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。
最小系統板
下面是一塊焊接好的最小系統板，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板
關鍵詞： 單片機最小系統
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