深度剖析單片機 3 種主控芯片外圍電路設計

出處：網絡整理發(fā)布于：2025-08-04 15:30:42 | 423 次閱讀

在單片機系統(tǒng)中，主控芯片的外圍電路起著至關重要的作用，它們就像是芯片的 “助手”，幫助芯片與外界進行有效的交互和控制。下面將詳細介紹三種常見的單片機主控芯片外圍電路。

單片機作為電子產品的主控芯片，為了執(zhí)行用戶指令，鍵控指令輸入電路是必不可少的。該電路除了按鍵之外，還需要供電及保護元件。

按鍵（SW1）：它是用戶與單片機交互的直接接口，用戶通過按下按鍵來發(fā)送指令。
上拉電阻（R1）：上接電源 +3.3V（不同電路電壓不同），其作用是將鍵控電路鉗位在高電平。在芯片不觸發(fā)狀態(tài)下，維持高電平狀態(tài)；在觸發(fā)后，幫助電路回到原狀態(tài)。
無極性濾波電容（C1）：它可以除去高頻干擾信號，同時還能防止按鍵抖動。按鍵抖動可能會導致單片機誤判輸入信號，而 C1 的存在可以有效避免這種情況。
防靜電二極管（ESD，D）：其主要作用是釋放靜電，防止靜電損壞 CPU 內的 I/O 接口電路。在實際應用中，靜電可能會通過人體或其他物體傳導到電路中，對芯片造成損害，ESD 二極管可以及時將靜電釋放掉。
限流電阻（R2）：它可以防止過大的電流損壞 CPU 內 I/O 接口電路。當電路中出現異常大的電流時，R2 可以限制電流的大小，保護芯片的安全。

很多設備的主控芯片除了處理按鍵指令信號外，還需要根據用戶需要處理其他輸入信號，因此外部信號輸入電路就顯得尤為重要。這里以 USB 信號輸入電路為例，USB 應用廣泛，在電腦、電視、游戲機、影音設備等都有應用。

供電引腳（①腳）：+5V 輸出給 USB 供電，為 USB 設備提供必要的電能。
接地引腳（④⑤⑥腳）：將 USB 內電路地與設備地相通，確保電路的電位參考一致，減少干擾。
數據傳輸引腳（②③腳）：為數據傳輸 D+、D - 輸出端，輸出的是差分信號給 CPU 處理。差分信號具有抗干擾能力強的特點，可以保證數據傳輸的準確性。
防靜電保護二極管（ESD，D5、D6）：作用是釋放靜電荷，防止靜電損壞 CPU 內的 Ⅰ/O 接口電路。與鍵控指令輸入電路中的 ESD 二極管類似，它們可以保護芯片免受靜電的影響。
旁路電容（C45、C75）：濾除高頻干擾信號，保證輸入信號的純凈度。高頻干擾可能會導致數據傳輸錯誤或芯片誤操作，旁路電容可以有效地將這些干擾信號濾除。

單片機得到用戶指令后，需要輸出相應的工作狀態(tài)，因此就有了輸出控制電路。這里以設備主控芯片輸出繼電器驅動電路為例。

光耦（U1）：作用是高低壓分離，防止高壓干擾，實現電氣分離，同時輸送 CPU 驅動信號給下一級電路。在一些應用中，電路中可能存在高壓和低壓部分，光耦可以將它們隔離開來，避免高壓對低壓電路造成干擾。
繼電器驅動管（Q1）：工作原理如下：主控芯片（CPU）得到人工輸入指令后，輸出低電平信號，光耦內發(fā)光二極管導通發(fā)光，光敏三極管導通，+12V 電壓沿光耦光敏三極管 Ce 結下行，通過 R5 限流分壓給 Q1 基極供電，Q1 導通繼電器線圈電流形成通路，K4 閉合，220 交流電沿 k4 送到設備，設備動作。
續(xù)流保護二極管（D5）：繼電器線圈為感性元件，當 CPU 輸出高電平時光耦截止，Q1 關閉，線圈電流由于不能突變，會產生反向電動勢。通過續(xù)流管 D5 回流到 +12V 電源，如果沒有 D5，該反相電動勢會加在控制管 Q1 上，損壞 Q1 及后級元器件。續(xù)流保護二極管可以保護電路中的元件免受反向電動勢的損害。

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