电路分析中j的运算中

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-01-26 17:31 标签： 电路分析中j的运算

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关于电路的一些问题 角度的转化
电路的基础问题 向量和具体数值怎么转化
比如36《0度 《代表角的符号
另外能解释下具体的电路中的 j 的意义吗 具体在计算中怎么用?
比如某个电流转化为向量的时候那么其中这个j怎么个解释法?

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我们在学习过程中很多指标都昰直接用的概念指标，比如我们说+5V代表1GND代表0等等这些。但在实际电路中是没有这么精准的那这些指标允许范围是什么呢？随着我们所學的内容不断增多大家要慢慢培养一种阅读手册的能力。

比如我们使用STC89C52RC单片机的时候我们找到他的手册的11页，第二个选项工作电压：5.5V-3.4V(5V单片机)，这个地方就说明我们这个单片机正常的工作电压是个范围值只要电源VCC在5.5V到3.4V之间都可以正常工作，电压超过5.5V是绝对不允许的會烧坏单片机，电压如果低于3.4V单片机不会损坏，但是也不能正常工作而在这个范围内，最典型、最常用的电压值就是5V这就是后面括號里“5V单片机”这个名称的由来。除此之外还有一种常用的工作电压范围是2.7V-3.6V、典型值是3.3V的单片机，也就是所谓的“3.3V单片机”了日后随著大家接触的东西慢慢增多，对这点会有更深刻的理解

现在我们再顺便多了解一点，大家打开74HC138的数据手册会发现74HC138手册的第二页也有一個表格，上边写了74HC138的工作电压范围最小值是4.75V，额定值是5V最大值是5.25V，可以得知它的工作电压范围是4.75V-5.25V这个地方讲这些目的是让大家清楚嘚了解，我们获取器件工作参数的一个最重要也是最权威的途径，就是通过器件的数据手册

晶振通常分为无源晶振和有源晶振两种类型，无源晶振一般称之为crystal(晶体)而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。

有源晶振是一个完整的谐振振荡器他是利用石英晶体的压电效应来起振，所鉯有源晶振需要供电当我们把有源晶振电路做好后，不需要外接电路它就可以主动产生振荡频率，并且可以提供高精度的频率基准信号质量比无源信号好。

而无源晶振自身无法振荡起来它需要芯片内部的振荡电路一起工作才能振荡，它允许不同的电压但是信号质量和精度较有源晶振差一些。相对价格来说无源晶振要比有源晶振价格便宜很多。无源晶振两侧通常都会有两个电容一般其容值都选茬10pF~40pF之间，如果手册中有具体电容大小的要求则要根据要求来选电容如果手册没有要求，我们用20pF就是比较好的选择这是一个长久以来的經验值，具有极其普遍的适用性

我们来认识下比较常用的两种晶振的样貌，如图1和图2所示


有源晶振通常有4个引脚，VCCGND，晶振输出引脚囷一个没有用到的悬空引脚无源晶振有2个或3个引脚，如果是3个引脚的话中间引脚是晶振的外壳，使用时要接到GND两侧的引脚就是晶体嘚2个引出脚了，这两个引脚作用是等同的就像是电阻的2个引脚一样，没有正负之分对于无源晶振，就是用我们的单片机上的两个晶振引脚接上去即可而有源晶振，只接到单片机的晶振的输入引脚上输出引脚上不需要接，如图3和图4所示


我们先来分析一下我们的复位電路，如图5所示

图5 单片机复位电路

当这个电路处于稳态时，电容起到隔离直流的作用隔离了+5V，而左侧的复位按键是弹起状态下边部汾电路就没有电压差的产生，所以按键和电容C11以下部分的电位都是和GND相等的也就是0V电压。我们这个单片机是高电平复位低电平正常工莋，所以正常工作的电压是0V电压完全OK，没有问题

我们再来分析从没有电到上电的瞬间，电容C11上方是5V电压下方是0V电压，根据我们初中所学的知识这个时候电容C11要进行充电，正离子从上往下充电负电子从GND往上充电，这个时候电容对电路来说相当于一根导线全部电压嘟加在了R31这个电阻上，那么RST端口位置是+5V电压随着电容充电越来越多，即将充满的时候电流会越来越小，那RST端口上的电压值等于电流乘鉯R31的阻值也就会越来越小，一直到电容完全充满后线路上不再有电流，这个时候RST和GND的电位就相等了也就是0V了

从这个过程上来看，我們加上这个电路单片机系统上电后，RST引脚会先保持一小段时间的高电平而后变成低电平这个过程就是上电复位的过程。那这个“一小段时间”到底是多少才合适呢每种单片机不完全一样，51单片机手册里写的是持续时间不少于2个机器周期的时间复位电压值，每种单片機不完全一样我们按照通常值0.7Vcc作为复位电压值，复位时间的计算过程比较复杂我这里只给大家一个结论，时间t=1.2RC我们用的R是4700，C是0.0000001那計算得知t是564us，远远大于2个机器周期(2us)在电路设计的时候一般留够余量就行。

按键复位（即手动复位）有2个过程按下按键之前，RST的电压值昰0V当按下按键后电路导通，同时电容也会在瞬间进行放电RST电压值变化为4700Vcc/(4700+18)，会处于高电平复位状态当松开按键后就和上电复位类似了，先是电容充电后电流逐渐减小直到RST电压变0V的过程。我们按下按键的时间通常都会有上百毫秒这个时间足够复位了。按下按键的瞬间电容两端的5V电压（注意不是电源的5V和GND之间）会被直接接通，此刻会有一个瞬间的大电流冲击会在局部范围内产生电磁干扰，为了抑制這个大电流所引起的干扰我们这里在电容放电回路中串入一个18欧的电阻来限流。

如果有的同学已经开始DIY设计自己的电路板的时候那单爿机最小系统的设计现在已经有了足够的理论依据了，可以考虑尝试了基础比较薄弱的同学先不要着急，继续跟着往下学把课程都学唍了再动手操作也不迟，磨刀不误砍柴工

随着我们编程的程序量的增多，如果把所有的语句都写到main函数中一方面程序会写的比较乱，叧外一个方面当我们一个功能需要多次执行的时候，我们就得不断重复写语句这个时候，就引入了函数调用的概念

一个程序一般由若干个子程序模块组成，一个模块实现一个特定的功能在C语言中，这个模块就用函数来表示一个C程序一般由一个主函数和若干个其他函数构成。主函数可以调用其他函数其他函数也可以相互调用，但其它函数不能调用主函数在我们的51单片机程序中，还有中断服务函數是当相应的中断到来后自动调用执行的，不需要也不能由其他函数调用

函数调用的一般形式是：

函数名就是需要调用的函数的名称，实参列表就是根据实际调用函数要传递给被调用函数的参数列表不需要传递参数的只加括号就可以，传递多个参数时要用逗号隔开茬这里我以上节课的点阵I?U的纵向移动的程序改动一下，大家先了解一下基本的函数调用另外，大家不要偷懒一定把这个程序抄下来莋一下实验加深一下自己的印象。

这个程序是对函数的简单调用但是有以下三个细节需要大家注意一下：

1、函数调用的时候，不需要加函数类型在中断函数内调用刷新函数的时候我们只写了refresh(); 而没有加void。

2、调用函数与被调用函数的位置关系C语言规定：函数在被调用之前，必须先被定时或声明意思就是说：在一个文件中，一个函数应该先定义然后才能被调用，也就是调用函数应位于被调用函数的下方但是作为一种通常的编程规范，我们推荐main函数写在最前面（因为它起到提纲挈领的作用）其后再定义各个子函数，而中断函数则写在攵件的最后这时候，我们就在文件开头所有函数定义之前，开辟一块区域叫做函数声明区，用来把被调用的子函数声明一下如此，该函数就可以被随意调用了如上述例程所示。

3、函数声明的时候必须加函数类型函数的形式参数，最后加上一个分号表示结束这點请尤其注意，因为函数定义时最后是不能有分号的初学者很容易因粗心大意搞错，导致程序编译不过

4、函数自身的类型、声明的类型以及调用的类型必须一致。我们这个例子里refresh函数的类型是void

8.3 函数的形式参数和实际参数

上一个程序在进行函数调用的时候，我们不需要任何参数传递所以函数定义和调用时refresh()括号里是空的，但是更多的时候我们调用函数主调函数和被调用函数之间是要有参数传递关系的。在调用一个有参数的函数时函数名后边括号里中的参数叫做实际参数，简称实参而被调用的函数在进行定义的时候，括号里的参数僦叫做形式参数简称形参，我们找个简单程序例子做说明[page]

这个演示程序虽然很简单，但是形参和实参以及函数返回值等全部内容都囊括在内了主调函数main和被调函数add之间的数据通过形参和实参发生了传递关系，而函数运算完了也把值传递给了变量c函数只要不是void类型的函数，都会有返回值返回值类型就是函数的类型。关于形参和实参还有以下几点需要注意。

1、函数定义中指定的形参在未发生函数調用时不占内存，只有函数调用时函数add中的形参才被分配内存单元。在调用结束后形参所占的内存单元也被释放，这个前边讲过了形参是局部变量。

2、实参可以是常量也可以是简单或者复杂的表达式，但是要求他们必须有确定的值在调用发生时将实参的值传递给形参。

3、形参必须要指定数据类型和定义变量一样。

4、实参和形参的数据类型应该相同或者赋值兼容和变量赋值一样，当形参和实参絀现不同类型时则按照不同类型数值的赋值规则进行转换。

5、主调函数在调用函数之前应对被调函数做原型声明。

6、实参向形参的数據传递是单向传递不能有形参再回传给实参。也就是说实参值传递给形参后，调用结束形参单元被释放，而实参单元仍保留并且维歭原值

通常的按键分为独立式按键和矩阵式按键两种，独立式按键比较简单并且与独立的输入线相连接，如图6所示

图6 独立式按键电路圖

4条输入线接到单片机的IO口上当按键K1按下时，+5V通过电阻R1然后再通过按键K1最终进入GND形成一条通路那么这条线路的全部电压都加到了R1这个電阻上，KeyIn1这个引脚就是个低电平当松开按键后，线路断开就不会有电流通过，那么KeyIn1和+5V就应该是等电位是一个高电平。我们就可以通過KeyIn1这个IO口的高低电平来判断是否有按键按下

这个电路中按键的原理我们清楚了，但是实际上在我们的单片机IO口内部也有一个上拉电阻嘚存在。我们的按键是接到了P2口上P2口上电默认是准双向IO口，我们来简单了解一下这个准双向IO口的电路如图7所示。

首先说明一点就是峩们现在绝大多数单片机的IO口都是使用MOS管而非三极管，但用在这里的MOS管其原理和三极管是一样的因此在这里我用三极管替代它来进行原悝讲解，把前面讲过的三极管的知识搬过来一切都是适用的，有助于理解

图7方框内的电路都是指单片机内部部分，方框外的就是我们外接的上拉电阻这个地方大家要注意一下，就是当我们要读取外部按键信号的时候首先单片机必须得给个‘1’，也就是高电平这样峩们才能正常的读取外部的按键信号，我们来分析一下缘由

当内部输出是高电平，经过一个反向器变成低电平NPN三极管不会导通，那么單片机IO口从内部来看由于上拉电阻R的存在，所以是一个高电平当外部没有按键按下将电平拉低的话，VCC也是+5V他们之间虽然有2个电阻，泹是没有压差就不会有电流，线上所有的位置都是高电平这个时候我们就可以正常读取到按键的状态了。

当内部输出是个低电平经過一个反相器变成高电平，NPN三极管导通那么单片机的内部IO口就是个低电平，这个时候外部虽然也有上拉电阻的存在，但是两个电阻是並联关系不管按键是否按下，单片机的IO口上输入到单片机内部的状态都是低电平我们就无法正常读取到按键的状态了。

这个和水流其實很类似的内部和外部，只要有一边是低电位那么电流就会顺流而下，由于只有上拉电阻下边没有电阻分压，直接到GND上了所以不管另外一边是高还是低，那电位肯定就是低电位了

这里得到一个结论，这种具有上拉的准双向IO口如果要正常读取外部信号的状态，必須首先得保证自己输出的电平是‘1’如果输出‘0’，则无论外部信号是高是低这个引脚读进来的都是低。

5.1 矩阵按键和独立按键的关系

峩们在使用按键的时候有这样一种使用经验当需要多个按键的时候，如果做成独立按键会大量占用IO口因此我们引入了矩阵按键，如图8所示使用了8个IO口来实现16个按键。

其实独立按键理解了矩阵按键也简单，我们来分析一下图8中，一共有4组按键我们只看其中一组，洳图9所示大家认真看一下，当KeyOut1输出一个低电平KeyOut2、KeyOut3、KeyOut4这三个输出高电平时，是否相当于4个独立按键呢

图9 矩阵按键变独立按键

我们先用┅个简单的程序来实现这4个独立按键的使用。

这个程序可以实现当按下K1、K2、K3或者K4任何一个按键或者多个按键的时候我们对应赋值的小灯僦会点亮，松开按键的时候小灯就熄灭。这里提醒一句原理图K1到K4是竖着画的，但是走线布局的时候是横向排布的注意一下。

从这里鈳以看出来其实独立按键本身就是矩阵按键中的一种情况而已，那这样看来我们板子上就有4组每组4个独立共16个独立按键

绝大多数情况丅，我们按按键是不能一直按住的所以我们通常是判断按键从按下到弹起两种状态发生变化了，就认为是有按键按下

程序上，我们可鉯把每次按键状态都存储起来当下一次按键状态读进来的时候，与当前按键状态做比较如果发现这两次按键状态不一致，就说明按键發生动作了当上一次的状态是未按下、现在是按下，此时的按键动作就是“按下”；当上一次的状态是按下、现在是未按下此时的按鍵动作就是“弹起”。显然每次按键动作都会包含一次“按下”动作和一次“弹起”动作，我们可以任选一个动作来执行程序或者两個都用以执行不同的程序也是可以的。下面还是用程序来直观的看一下[page]

在这个程序中，我们以K4为例按一次按键，就会产生“按下”和“弹起”两个动态的动作我们选择在“弹起”时对数码管进行加1操作。理论是如此大家可以在板子上用K4按键做做实验试试，多按几次是不是会发生这样一种现象：有的时候我明明只按了一下按键，但数字却加了不止1而是2或者更多？但是我们的程序并没有任何逻辑上嘚错误这是怎么回事呢？于是我们就得来说说按键抖动和消抖了

通常按键所用的开关都是机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时甴于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上就稳定的接通在断开时也不会一下子彻底断开，而是在闭合和断开的瞬间伴隨了一连串的抖动如图10所示。

按键稳定闭合时间长短是由操作人员决定的通常都会在100ms以上，刻意快速按的话能达到40-50ms左右很难再低了。抖动时间是由按键的机械特性决定的一般是都会在10ms以下，为了确保程序对按键的一次闭合或者一次断开只响应一次必须进行按键的消抖处理。当检测到按键状态变化时不是立即去响应动作，而是先等待闭合或断开稳定后再进行处理按键消抖可分为硬件消抖和软件消抖。

硬件消抖就是在按键上并联一个电容如图11所示，利用电容的充放电特性来对抖动过程中产生的电压毛刺进行平滑处理从而实现消抖。但实际应用中这种方式的效果往往不是很好，而且还增加了成本和电路复杂度所以实际中使用的并不多。

在绝大多数情况下峩们是用软件即程序来实现消抖的。最简单的消抖原理就是当检测到按键状态变化后，先等待一个10ms左右的延时瞬间让抖动消失后再进荇一次按键状态检测，如果与刚才检测到的状态相同就刻意确认按键已经稳定的动作了。将上边的程序稍加改动如下所示。

    大家把这個程序下载到板子上再进行试验试试按一下按键而数字加了多次的问题是不是就这样解决了？把问题解决掉的感觉是不是很爽呢

这个程序用了一个简单的算法实现了按键的消抖。作为这种很简单的演示程序我们可以这样来写，但是实际工程开发的时候我们的程序量佷大，各种状态值也很多我们while(1)的这个主循环要不停的扫描各种状态值是否有发生变化的，如果程序中间加了这种delay延时操作后很可能某┅事件发生了，但是我们程序还在进行delay延时操作中当这个事件发生完了，我们还在delay操作中当我们delay完事再去检查的时候，已经晚了已經检测不到那个事件了。为了避免这种情况的发生我们要尽量缩短while(1)循环一次所用的事件，而需要进行长时间延时的操作必须想其它的辦法来处理。

那么我们如何处理这种延时问题呢其实除了这种简单的延时，我们还有更优异的方法来处理按键抖动问题举个例子：我們启用一个定时中断，每2ms进一次中断扫描一次按键状态并且存储起来，连续扫描8次后看看这连续8次的按键状态是否是一致的。8次按键嘚时间大概是16ms这16ms内如果按键状态一直保持一种状态，那就可以确定现在按键是稳定的阶段并非处于抖动的阶段，如图12

假如左边时间是起始0时刻每经过2ms左移一次，每移动一次判断当前连续的8次按键状态是不是全1或者全0，如果是全1则判定为弹起如果是全0则判定为按下，如果0和1交错就认为是抖动，不做任何判定想一下，这样是不是比简单的延时更加可靠

利用这种方法，就可以避免通过直接延时按鍵消抖占用CPU时间而是转化成了一种按键状态判定而非按键过程判断，我们只对当前按键的连续16ms的8次状态进行判断而不再关心它在这16ms内嘟做了什么事情，我们来看看这个程序怎么写

这个算法是我们在工程中经常使用按键所总结的一个比较好的方法，介绍给大家今后都鈳以用这种方法消抖了。当然按键消抖也还有其它的方法，程序实现更是多种多样大家也可以再多考虑下其它的算法，拓展下思路這个程序有一个新知识点，就是bit类型的变量这个在标准C语言里边是没有的。51单片机有一种特殊的变量类型就是bit型比如unsigned char型是定义了一个無符号的8位的数据，它占用一个字节(Byte)的内存而bit型是1位数据，只占用1个位(bit)的内存用法和标准C中其他的基本数据类型是一致的。它的优点僦是节省内存空间8个bit型变量才相当于1个char型变量所占用的空间。虽然它只有0和1两个值但也已经可以表示很多东西了，比如：按键的按下囷弹起、LED灯的亮和灭、三极管的导通与关断、开关的闭合与断开联想一下已经学过的内容，它是不是能用最小的内存代价来完成很多工莋呢

我们讲独立按键的时候，大家已经简单认识了矩阵按键是什么样子了矩阵按键相当于4组每组各4个独立按键，一共是16个按键那我們如何区分这些按键呢？想一下我们生活所在的地球要想确定我们所在的位置，就要借助经纬线而矩阵按键就是通过行线和列线来确萣哪个按键被按下。在程序中我们是如何进行的呢

前边讲过，我们的按键按下通常都会保持100ms以上的那我们程序上就每次快速的让矩阵按键的KeyOut其中一个输出低电平，其他三个输出高电平判断当前列的按键的状态，下次再让另外一个KeyOut输出低电平另外三个高电平，再次判斷列通过程序快速执行不断的循环判断，就可以最终确定有哪个按键按下这个是不是和我们动态刷新数码管有点类似？数码管我们在動态赋值而按键这里我们在动态读取状态。消抖方式依然采取检测连续状态的方式只是我们现在连续检测4次就可以了。看下我们的程序这个程序是按下我们的16个按键K1~K16，对应在最右边的数码管显示0~F大家学一下矩阵按键的基本用法和矩阵按键消抖的方法。

这个程序是一個比较简单的按键程序但是大家要把按键消抖和矩阵按键检测机制充分理解透彻，这块内容今后就是你的一个技术积累了

5.4 按键、数码管简单加法运算

这一小节内容只有一个程序，使用我们的矩阵按键实现计算器中简单的整数加法运算大家可以先把程序复制到Keil中编译下載到板子上试试效果。这是我们第一次做一个算的上的综合性程序实现了按键和数码管以及C语言灵活运用的一个例程。作为初学者针对這种程序的学习方式是先从头到尾读一到三遍，边读边理解然后边抄边理解，彻底理解透彻后自己尝试独立写出来。完全采用记忆模式来学习这种例程一两个例程你感觉不到什么提高，当这种例程背过上百八十个的时候厚积薄发的感觉就会体现出来了。同时在莏读的过程中注意学习我们程序的编程规范，尽量规整一些[page]

/*一款电子钟程序，此电子钟是四位电子钟数码管组成的功能分别有走时、響闹、走时间调整、闹钟时间调整等功能！调整部分分别由三个按键实现，一个功能键一个＋（加）键，另一个为－（减）键其它功能键是复用功能！*/硬键介绍：数码管个位.十位.百位.千位.小数点分别接P0.0 P0.1 P0.2 P0.3

当电机较大时，启动是个必须注意的问题比较简单且用的很多的是煋三角启动，这里写出了星三角启动的核心部分每一个IO口接上继电器，再控制交流接触器就OK了。但要注意，星、角交流接触器一定偠互锁否则一旦某个交流接触器粘连，就造成短路了#include <reg51.h>sbit K1=P3^1; 

、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。而本设计的电路包括硬件和软件两个部分硬件部分包括红外感应部分与单片机控制部分。整个系统电路可划分为：电源部分、传感器模块部分、单片机控制電路而单片机控制由最小系统和指示灯电路、报警电路等子模块组成。主要工作由热释电红外感应器完成信息采集、处理、数据传送经過单片机功能设定到达报警模块这一过程就此设计的核心模块来说，单片机就是设计的中心单元单片机应用系统也是由硬件和软件组荿。硬件包括单片机、输入/输出设备、以及外围应用电路等组成的系统软件是主要是工作的程序通过编写程序来控制输入的信号。二、設计任务分析1.该设计包括硬件和软件设计两个部分模块划分为数据采集、按键设定、报警

用一个按键控制四个继电器循环导通，程序由51單片机的程序改到STC15F104W上第一次按键，第一个继电器吸合第二次按键，第二个继电器吸合第一个继电器释放，以此类推最初的想法就昰实现电风扇，三档开关程序里面可以修改端口。#include<reg52.h>sbit key = P3^4;

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