天天热议:使用万用焊板搭建单片机最小系统

来源：互联网　2022-09-19 11:03:26

　　本篇我们讲解使用单片机搭建电路的另外一种方法，使用万用焊板搭建单片机系统电路，在开始之前，先讲解几个基础概念。

(资料图片仅供参考)

　　电路板

　　首先我们了解下电路板。前面介绍了面包板可以搭建电路，但是在实际制作出来的电子设备中，我们用的通常都是电路板。电路板主要用于固定元器件，对元器件之间进行可靠的连接。

　　电路板基板常用不易燃烧的玻璃纤维、酚醛树脂、电木等材料制作。电路连接使用附着在其表面的铜皮实现，相当于导线;元件的管脚通过熔化并凝固的金属与铜皮之间连接。这里用到的金属通常是焊锡，这个连接元件和电路板的过程称为焊接。电路板上与元件管脚进行连接的那部分铜皮称为焊盘，在焊接之前都是暴漏在外面的;而那些不是焊盘的铜皮，在工业化生产的电路板上，通常会提前涂上绝缘漆，以免氧化，同时也方便了焊接(因为焊接的时候，熔化的焊锡很容易黏在铜皮上，涂上绝缘漆就不会黏在上面，这样焊锡就只在焊盘上有)。

　　单层电路板只有一面有覆铜，双面板两面都有，简单电路用单层或者双层就已经能满足要求了。而对于一些复杂电路，可能要用到更多层的电路板，在电路板内部还有铜层，比如电脑和手机的主板通常就有很多层。

　　之前有介绍直插式和贴片式元件封装。直插式封装的器件，需要在电路板上打孔，电路板的一面有铜皮焊盘，而元件管脚从另一面插进去，并通过焊锡和焊盘连接。而贴片式器件，不需要打孔，焊盘在电路板一面，元件也放在这一面，和焊盘对准直接用焊锡连接。

　　图中最上面那几个管脚很密的是贴片元件，其他的是直插元件，图中红色的地方是涂了绝缘漆的覆铜，右侧XIN和XOUT字符左边还有几个没有焊接的焊盘。

　　PCB

　　电路板按照通用性来分，有两种，一种是专用于一种电路的印刷电路板(PCB = Printed circuit board)，另一种是通用的万用焊板。

　　批量生产的电子产品，通常都是用PCB实现的。PCB首先由电脑软件设计好，然后通过一定的工艺，批量生产出来，电路板上的铜皮被加工成特性的形状(就像是打印机打印上去的图案一样)，并且在设计好的地方打好孔。然后这种的PCB直接就行元件的焊接装配就好了，焊接装配也可以用流水线让机器人自动完成，大大提高的生产效率。

　　PCB设计图

　　做好的PCB

　　万用焊板

　　实际上我们自己制作一些简单电路，用的更多的是万用焊板。万用焊板也叫洞洞板，是一种通用电路板，万用焊板也可以算是一种特殊的PCB。和面包板有点像，万用焊板上面有很多孔，可以用来插接元器件，然后根据需要组成各种不同的电路。不同的是，万用焊板是用焊接进行连接的，工作会稳定可靠很多，但是相比起来制作会麻烦一点。万用焊板上通常规则的分布了很多焊盘，并且焊盘之间相互独立没有连接，或者每几个焊盘按规则连接在一起(具体使用时要注意这一点)。万用焊板常用导线或焊锡对元件之间进行连接。

　　玻纤材质的单面单孔万用板(有覆铜的反面)

　　电木材质单面单孔万用板(有覆铜的反面)

　　电木材质单面单孔万用板(无覆铜的正面)

　　万用板作品，万用板正面可以用导线连接电路

　　万用板作品，万用板反面用焊锡或导线进行电路连接，同时可以焊接一些贴片元件。

　　自制PCB

　　因为万用焊板做电路总是要用导线和焊锡自己进行连接，焊接起来会比较麻烦，万用焊板也有局限性(比如一些贴片器件不好焊上去)。有必要我们也可以自制PCB，或者设计好PCB请工厂帮忙加工制造出来。整体过程相对复杂，尤其设计PCB比较费时间，但是一旦设计好了制作一块电路板很快，所以适合批量制作。常用的一种制作PCB的方法是热转印法，大家可以在网上找找，我的博客里也有相关的文章。

　　自制PCB做的USB声卡，正面是直插元件

　　自制PCB做的USB声卡，反面是覆铜和贴片元件

　　面包板和电路板

　　通常面包板用于进行电路的实验，实验完成确定电路可以工作了，然后用电路板做成成品。如果大家看过乔布斯传，就可以了解到，当初设计第一代苹果电脑的时候，负责电路设计的人是沃兹，而乔布斯就是负责帮助沃兹组装面包板的。面包板搭建的电路验证通过后，就可以实际制作电路板了。

　　焊接

　　焊接是通过高温等方式，熔化并连接金属或塑料等热塑性材料的过程。焊接有很多种，这里我们说到的是铅焊。铅焊通过熔化导电的焊锡，将电路元件与电路板进行连接。

　　手工焊接通常使用的是含铅焊锡，主要成分为铅和锡，锡是一种熔点较低的金属，而掺入铅形成合金之后，熔点变得更低，且熔化后容易与铜等金属紧密结合。一般含有约40%的重金属铅，另外焊锡丝中间一般灌有松香等助焊剂(可以让焊锡附着性更强，同时让焊点表面光滑)。虽然也有无铅焊锡，但是通常无铅焊锡中含有银等贵重金属，价格昂贵，且手工焊接效果不太好。

　　焊锡中的工业松香主要是用于油漆、造纸、橡胶制造等。本身对人体毒性不大，但是因为常常含有铅等重金属和有毒化合物，以及氧化后产生的过氧化物会影响人体健康。

　　含铅焊锡在加热的时候，部分松香会挥发成蒸汽，同时也有少量铅升华，成为铅蒸汽;这两种物质均有微量毒性。因此，焊接的时候注意尽量减少吸入这些气体，加强通风。焊接完应及时洗手。

　　不过也不用太担心，微毒且微量，不会有很大危害。但是为了身体健康，还是要注意通风，尽量减少吸入。

　　具体的焊接操作技巧可参考网上的资料，这里不做介绍。

　　布线

　　画好的电路图和实际搭建的电路，在电路连接上来看是一致的，但是在具体器件排列等方面却是不一样的。

　　电路图的绘制原则就是尽可能简洁易读，所以接地都用接地符号，而电源都用VCC符号，并标注电压或另作说明，并不一定全部画的连到一起。集成电路管脚顺序有时候也是乱的，比如下图电子表电路用的就是AT89C52单片机，但管脚并没有按照实际单片机管脚顺序排列。

　　于是对照电路图进行实际电路的制作时，我们就需要给电路布线。对于PCB设计来说，最主要的任务就是布线。

　　布线原本是个很复杂的问题。导线是有电阻的，对于一些大电流电路来说，有电阻就会使得电压在导线上损耗掉，还可能导致导线过热烧坏;对于微弱电流的电路(比如心电图采集)来说，外面很小的干扰就会对电路造成影响;而对于高频率的电路来说，元器件上还会有电磁场产生，可能会互相干扰。用过收音机或者老式天线电视机的同学可以发现，有时人走近天线就有可能对接收的广播信号质量产生影响，这就是因为人体相当于一个大的导体，对电磁波的传输有干扰。

　　但是大家不必担心这个问题。对于51单片机电路来说，我们布线基本上只要考虑几点：首先电路的连接正确，没有短路和断路;然后焊接可靠，没有虚焊(看上去焊上了实际上没有连接起来);尽可能减少电路交叉连接，并保持电路整体美观就可以了。

　　要准备的材料和工具

　　大小合适的万用焊板，导线、排针若干

　　DIP40封装的STC89C52RC单片机(STC89C5x均可)、配套DIP40封装的IC座

　　11.0592MHz晶振、30pF电容两个(用于时钟电路)

　　10uF电容、10k电阻(用于复位电路)

　　USB-TTL下载线(用于程序烧写，后面文章会详细介绍)

　　六脚自锁开关(作为电源开关，可以省略，而使用插拔导线的方式代替)

　　焊接工具：电烙铁(或焊台)、焊锡丝、助焊剂(松香等)

　　排针焊在电路板上，母头杜邦线可以直接插上去，然后和USB-TTL转接板进行连接

　　可以看到USB-TTL转接板上也有排针，用上一篇介绍的杜邦线就可以方便的进行连接了

　　这里还要说明的是IC座(IC=Integrated Circuit，集成电路)。原本单片机可以直接焊接在电路板上，但是手工焊接时，常会用到IC插座。把IC座焊在原先单片机所在的位置(IC座上也有个缺口，最好和单片机的缺口对准)，焊完后再把单片机插在IC座上。