很全面的讲述了mcu电路设计要注意的要点及经验。
基于单片机的电路常识概念
—— 小贝收集 整理
前言
MCU发展趋势
未来以及相当长的一段时间内，单片机应用技术的发展趋势为：
1 、全盘 CMOS化
CMOS 电路具有众多的优点，如极宽的工作电压范围、极佳的本质低功耗及功耗管理特征，形成了嵌入式系统独特的低功耗及功耗管理应用技术。
2 、最大化的SoC设计
目前单片机已逐渐向片上系统发展，原有的单片机逐渐发展成通用型 SoC 单片机（如 C8051F 系列）或 SoC 的标准 IP 内核（如 DW8051_core ），以及各种专用的 SoC 单片机。
3 、以 串行方式为主的外围扩展
目前单片机外围器件普遍提供了串行扩展方式。串行扩展具有简单、灵活、电路系统简单、占用 I/O资源少等优点，是一种流行的扩展方式。
4 、 8 位机仍有巨大发展空间
电路常识性概念（ 1 ） - - - - 输入、输出阻抗
1 、输入阻抗
输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源 U ，测量输入端的电流 I ，则输入阻抗 Rin=U/I 。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样，它反映了对电流阻碍作用的大小。对于电压驱动的电路，输入阻抗越大，则对电压源的负载就越轻，因而就越容易驱动，也不会对信号源有影响 ； 而对于电流驱动型的电路，输入阻抗越小，则对电流源的负载就越轻 。因此，我们 可以这样认为： 如果是用电压源来驱动的，则输入阻抗越大越好；如果是用电流源来驱动的，则阻抗越 小越好 （注： 只适合于低频电路，在高频电路中，还要考虑阻抗匹配问题。另外如果要获取最大输出功 率时，也要考虑阻抗匹配问题 。）
2 、输出阻抗
无论信号源或放大器还有电源，都有输出阻抗的问题。输出阻抗就是一个信号源的内阻。本来 ，对于 一个理想的 电压源 （包括电源），内阻应该为 0 ，或 理想 电流源 的阻抗应当为无穷大 。输出阻抗在 电路设计最特别需要注意。现实中的电压源，则做不到这一点。我们常用一个理想电压源串联一个电阻 r 的方式来等效一个实际的电压源。这个跟理想电压源串联的电阻 r ，就是（信号源 / 放大器输出 / 电源）的内阻了。 当这 个电压源给负载供电时，就会有电流 I 从这个负载上流过，并在这个电阻上产生 I × r 的电压降。这将导致电源输出电压的下降，从而限制了最大输出功率 （关于为什么会限制最大输出功率，请看后面的 “ 阻抗匹配 ” ）。同样的，一个理想的电流源，输出阻抗应该是无穷大，但实际的电路是不可能的。
3 、阻抗匹配
阻抗匹配是指 信号源或者传输线 跟 负载 之间的一种合适的搭配方式。
阻抗匹配分为 低频和高频两种情况 讨论。
我们先从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源，总是有内阻的，我们可以把一个实际电压源，等效成一个理想的电压源跟一个电阻 r 串联的模型。假设负载电阻为 R ，电源电动势为 U ，内阻为 r ，那么我们可以计算出流过电阻 R 的电流为： I=U/(R+r) ，可以看出， 负载电阻 R 越小，则输 出电流越大 。负载 R 上的电压为： Uo=IR=U/[1+(r/R)] ，可以看出， 负载电阻 R 越大，则输出电压 Uo 越 高 。
再来计算一下电阻 R 消耗的功率为：
在高频电路中，我们还必须考虑反射的问题。当信号的频率很高时，则信号的波长就很短，当波 长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征 阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。为什么阻抗不匹配时会产生反射以及 特征阻抗的求解方法，牵涉到二阶偏微分方程的求解，在这里我们不细说了，有兴趣的可参看电磁场与 微波方面书籍中的传输线理论。传输线的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定 的 ，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关。例如，常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为 75 Ω ，而一些射频设备上则常用特征阻抗为 50 Ω 的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为 300 Ω 的扁平平行线，这在农村使用的电视天线架上比较常见，用来做八木天线的馈线。因为电视机的射频输入端输入阻抗为 75 Ω ，所以 300 Ω 的馈线将与其 不能匹配。实际中是如何解决这个问题的呢？不知道大家有没有留意到，电视机的附件中，有一个 300 Ω到 75 Ω 的阻抗转换器（一个塑料封装的，一端一个圆形的插头的那个东东，大概有两个大拇指那么 大 ）。
它里面其实就是一个传输线变压器，将 300 Ω 的阻抗，变换成 75 Ω 的，这样就可以匹配起来了。这里需 要强调一点的是，特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念，它与传输线的长度无关，也不能通过 使用欧姆表来测量。为了不产生反射，负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等，这就是传输线的阻抗匹 配 ，如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢？如果不匹配，则会形成反射，能量传递不过去，降低效率；会 在传输线上形成驻波（简单的理解，就是有些地方信号 强，有些地方信号弱），导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。
当阻抗不匹配时，有哪些办法让它匹配呢？第一，可以考虑使用变压器来做阻抗转换，就像上面所说的电视机中的那个例子那样。第二，可以考虑使用串联 / 并联电容或电感的办法，这在调试射频电路时常使用。第三，可以考虑使用串联 / 并联电阻的办法。一些驱动器的阻抗比较低，可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配，例如高速信号线，有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗 则比较高，可以使用并联电阻的方法，来跟传输线匹配，例如， 485 总线接收器，常在数据线终端并联 12 0欧的匹配电阻。
为了帮助大家理解阻抗不匹配时的反射问题，我来举两个例子：假设你在练习拳击 —— 打沙包 。如果是一个重量合适的、硬度合适的沙包，你打上去会感觉很舒服。但是，如果哪一天我把沙包做了 手脚，例如，里面换成了铁沙，你还是用以前的力打上去，你的手可能就会受不了了 —— 这就是负载过 重的情况，会产生很大的反弹力。相反，如果我把里面换成了很轻很轻的东西，你一出拳，则可能会扑 空 ，手也可能会受不了 —— 这就是负载过轻的情况。另一个例子，不知道大家有没有过这样的经历：就是 看不清楼梯时上 / 下楼梯，当你以为还有楼梯时，就会出现 “ 负载不匹配 ” 这样的感觉了。当然，也许这样 的例子不太恰当，但我们可以拿它来理解负载不匹配时的反射情况。
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Q ：什么是电流控制器件？
A ：如果这个器件的输出参数大小和输入的电流参数大小有关，就叫该器件是 “ 电流控制器件 ” ，简称 “ 流控器件 ” 。
“ 电流控制器件 ” 输入的是电流信号，是 低阻抗输入，需要较大的驱动功率。例如：双极型晶体管(BJT) 是电流控制器件、 TTL 电路是电流控制器件 。
Q ：什么是电压控制器件？
S ：如果这个器件的输出参数大小和输入的电压参数大小有关，就叫该器件是 “ 电压控制器件 ” ，简称 “ 压
控器件 ” 。“ 电压控制器件 ” 输入的是电压信号，是 高阻抗输入，只需要较小的驱动功率；例如：场效应晶体管 (FET) 是电压控制器件、 MOS 电路是电压控制器件。
Q ：为什么 BJT 是电流控制器件而 FET 和 MOS 是电压控制器件？
S ： BJT 是通过 基极电流 来控制集电极电流而达到放大作用的；而 FET&MOS 是靠控制 栅极电压 来改 变源漏电流，所以说 BJT 是电流控制器件，而 FET 和 MOS 是电压控制器件。
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