電磁干擾

去耦電容的應用背景，這個背景就是電磁干擾，也就是傳說中的EMI

1. “靜電放電”現象，也稱之為ESD
2. 在看電視或者是收聽收音機的時候，收音機或者電視會出現雜音，這就是“快速瞬間群脈沖”的效果，也稱之為EFT
3. 以前的老計算機，有的性能不是很好，帶電熱插拔優盤、移動硬盤等外圍設備的時候，內部會產生一個百萬分之一秒電源切換，直接導致計算機出現藍屏或者重啟現象，就是熱插拔的”浪涌“效果，稱之為Surge
   以上都是電磁干擾

一個靜電放電，用手能感覺到到的靜電，可能就已經達到3kV以上了，如果用眼睛能看得到的，至少是5kV了，只是因為這個電壓雖然很高，能量卻非常小，持續的時間非常短，因此不會對人體造成傷害。但是應用這些半導體元器件就不一樣了，一旦瞬間電壓過高，就有可能造成元器件的損壞。即使不損壞，在EFT以及Surge現象下，也已經嚴重干擾到設備的正常使用了

電磁干擾的對立面是電磁兼容EMC

去耦電容的應用

在左圖中，過了保險絲以后，接了一個470uF的電容C16
在右圖中，經過開關后，接了一個100uF的電容C19，并且并聯了一個0.1uF的電容C10
其中C16和C19作用一樣，C10作用與前者不一樣

穩壓電容

容值比較大的電容，可以理解為一個容器，起到以下作用

1. 緩沖作用。當上電瞬間，電流從電源處流下來的時候，不穩定，容易沖擊電子元器件，加一個電容可以起到緩沖作用。
2. 穩定作用。電路中后級電子元器件的功率大小都不一樣，而元器件正常工作的時候，所需的電流的大小也不是一成不變的。例如：后級有一個器件還沒有工作的時候，電流消耗是100mA，突然它參與工作了，電流猛的增大到了150mA，這個時候如果沒有一個容器，電路中的電壓就會直接突然下降，比如5V電壓突然降低到3V了，而這個系統中有些電子元器件，必須高于一定的電壓才能正常工作，電壓低就直接不工作了，這個時候容器就必不可少了。電容會在這個時候把存儲在里邊的電量釋放一下，穩定電壓，當然，隨后前級的電流會及時把容器充滿的。
   有了這個電容，可以說電壓和電流就會很穩定了，不會產生大的波動，例如：鋁電解電容、鉭電容以及陶瓷電容
   

電容的選取

第一個參數是耐壓值的考慮。我們用的是5V系統，電容的耐壓值要高于5V，一般推薦1.5倍到2倍即可，有些場合稍微再高點也可以。
第二個參數是電容容值，這個就需要根據經驗來選取了，選取的時候，要看這個電容起作用的整套系統的功率消耗情況，如果系統耗電較大，波動可能比較大，那么容值就要選大一些的，反之可以小一些。

去耦高頻電容

容值較小的電容，是用來濾除高頻信號干擾的，比如ESD、EFT等。電容的特性：通交流隔直流，但是電容的參數對不同頻率段的干擾的作用是不一樣的。
這個100nF的電容，是前輩們根據干擾的頻率段、板子參數、電容本身的參數所總結出來的一個值。
也就是說，以后在設計數字電路的時候，在電源處的去耦高頻電容，直接用0.1uF就可以了，無需計較和考量太多。

一般我們在布板的時候，在電路中需要較大電流供給的元器件附近，會加上一個大電容，用來穩壓或者穩流；在IC器件附近會加上一個0.1uF的去耦高頻電容

三極管在數字電路中的應用

三極管在數字電路和模擬電路中都有大量的應用

上圖中 Q16 就是一個 PNP 型的三極管

三極管的初步認識

三極管是一種很常用的控制和驅動器件，常用的三極管根據材料分為硅管和鍺管兩種，原理相同，壓降略有不同，硅管用的比較普遍，而鍺管應用較少。三極管有兩種類型，分別是 PNP 型和 NPN 型。

三極管一共有三個極，從上圖看，橫向左側的引腳叫做基極(base)，中間有一個箭頭，一頭連接基極，另外一頭連接的是發射極e(emitter)，那剩下的一個引腳技術集電極c(collector)

三極管原理

三極管有截止、放大和飽和三種工作狀態。
放大狀態主要用于模擬電路中，而數字電路主要用的是三極管的開關特性，只用到了截止和飽和兩種狀態。

三極管的類型和用法：
箭頭朝內PNP，導通電壓順箭頭過，電壓導通，電流控制

三極管有兩種類型，箭頭朝內就是 PNP ，那箭頭朝外的自然就是 NPN 了

三極管的用法特點，關鍵點在于 b極(基極)和e極(發射極)之間的電壓情況，對于 PNP 而言，e極電壓只要高于 b極電壓0.7V以上，這個三極管 e極和 c極之間就可以順利導通。也就是說，控制端在 b極和 e極之間，被控制端是 e極和 c極之間。同理， NPN 型三極管，的導通電壓是 b極比 e極高0.7V，總之就是箭頭的始端比末端高0.7V就可以導通三極管的 e極和 c極。

電流控制。三極管有放大、截止和飽和三個狀態，截止就是 e極和 b極不導通。要讓三極管處于飽和狀態，就是所謂的開關特性，必須滿足一個條件。三極管都有一個放大倍數 β，想要處于飽和狀態， b極電流就必須大于 e極和 c極之間電流值除以 β。這個 β對于常用的三極管大概可以認為是100。

三極管的應用

三極管在數字電路里的開關特性，最常見的應用有兩個：

1. 控制應用
2. 驅動應用

所謂的控制就是通過單片機控制三極管的基極來間接控制后邊小燈的亮滅，如上圖的使用。還有一個控制就是進行不同電壓之間的轉換控制，比如單片機是5V系統，它現在要跟一個12V的系統對接，如果I/O直接接12V電壓就會燒壞單片機，所以加一個三極管，三極管的工作電壓高于單片機的I/O口電壓，用5V來控制12V電路，如下圖

當I/O輸出高電平5V時，三極管導通，OUT輸出低電平0V
當I/O口輸出低電平時，三極管截止，OUT則由于上拉電阻R2的作用而輸出12V的高電平，這樣子就實現了低電壓控制高電壓的工作原理

上圖中上邊的LED燈，和前面講過的LED燈是一樣的，當I/O口是高電平時，小燈熄滅，當I/O口是低電平時，小燈點亮。
下邊的電路和上邊電路看似相同，實則不同。
單片機主要是個控制器件，具備四兩撥千斤的特點，就如同杠桿必須有一個支點一樣，想要撐起整個地球必須有力量承受的支點。
單片機的I/O口可以輸出一個高電平，但是它的輸出電流卻很有限，普通的I/O口輸出高電平的時候，大概只有幾十到幾百uA的電流，達不到1mA，也就點不亮這個LED小燈或者是亮度非常低。
這時如果用高電平來點亮LED，就可以用上述三極管來處理了，板上的這種三極管型號，可以通過500mA的電流，有的三極管通過的電流還更大一些

如上圖，當I/O口是高電平時，三極管導通，因為三極管有電流的放大作用，此時集電極c極電流就可以達到mA以上，就可以成功點亮小燈。
雖然I/O口的低電平可以直接點亮LED小燈，但是單片機的I/O口作為低電平，輸入電流就可以很大嗎？當然是不可以。
單片機的I/O口電流承受能力，不同的型號不完全一樣，就STC89C52來說，官方介紹，整個單片機的工作電流，不要超過50mA，單個I/O口總電流不要超過6mA。即使一些增強型51的I/O口承受電流要大一點，可以到25mA，但是還是要受到總電流50mA的限制。

看電路圖的知識點：
電路圖右側所有的LED下側的線的最終都連接到一根黑色的粗線上去了，這個地方不是實際的完全連接到一起，而是一種總線的畫法，畫了這種線以后，表示這是個總線結構。而所有名字一樣的節點是一一對應地連接到一起，其他名字不一樣的，是不連在一起的。比如左側的DB0和右側的最右邊的LED2小燈下邊的DB0是連在一起的，而和DB1等其他線不是連在一起的。

每個LED燈自身的導通壓降是2V
三極管導通后，自身e,c間的壓降為0.2V

這是一路的電流為8mA，如果8路全部算上，則是64mA。這樣子如果直接接到單片機的I/O口上，單片機肯定是受不了的，即使短時間可以承受，長時間工作就會不穩定，導致單片機被燒壞。

74HC245芯片--雙向總線發送器/接收器

除了三極管外，還有一些驅動的IC，這些驅動的IC可以作為單片機的緩沖器，僅僅是電流驅動緩沖，不起到任何邏輯控制的效果，74HC245穩定工作在70mA電流是沒有問題的，比單片機的8個I/O口大多了，所以可以把它接在小燈和I/O口之間作為緩沖

上圖VCC和GND之間接了一個0.1uF的電容，是[[硬件基礎知識#^Decoupling-of-high-frequency-capacitors|去耦電容]]
74HC245是一個雙向緩沖器
1腳DIR方向引腳，其為高電平時，B編號引腳電壓等于A編號引腳電壓，其為低電平時，A編號的引腳電壓等于B編號的引腳電壓
此處因為芯片的A編號腳接單片機的I/O口，故要B編號腳電壓等于A編號腳電壓，所以DIR需要為高電平，即1腳需要是高電平
圖中R10到R17是上拉電阻
還有一個19號腳，是使能腳OE，叫作輸出使能，這個引腳上有一橫，是低電平有效，當接了低電平后，74HC245就會按照剛才上邊說的起到雙向緩沖器的作用，如果OE接了高電平，則無論DIR怎么接，A和B引腳都是沒有關系的，也就是74HC245功能無法使用

在上圖中可以看出，單片機的I/O口和74HC245是直接連接的，那為什么在VCC處有三極管驅動了，還要在此處加上一個245芯片呢？電路上從正極經過器件到地，首先必須有電流才能正常工作，電路中任何一個位置斷開，都不會有電流，器件也就不會參與工作了。其次，和水流一個道理，從電源正極到負極的電流水管的粗細都要滿足要求，任何一個位置的管子過細，都會出現瓶頸效應，電流在整個通路中細管處會受到限制而降低，所以在電路通路的每個位置上，都要保證通道足夠暢通，這個74HC245芯片的作用就是消除掉單片機I/O口這一環節的瓶頸

74HC138芯片--三八譯碼器

在設計單片機電路的時候，單片機的I/O口數量是有限的，有時滿足不了設計需求，比如STM89C52一共有32個I/O口，但是為了控制更多的器件，就要使用一些外圍的數字芯片，這種芯片由簡單的輸入邏輯控制輸出邏輯，比如74HC138這個三八譯碼器。

三八譯碼器就是把三種輸入狀態翻譯成八種輸出狀態
從上圖中可以看出，74HC138有1~6一共有6個輸入引腳
其中的4,5,6三個引腳是使能引腳，4號腳E1是低電平有效，5號腳E2是低電平有效，6號腳是高電平有效，使能引腳有效該芯片才可正常使用，若使能引腳無效，則不管輸入引腳即1,2,3號腳的狀態如何，輸出引腳即Y0到Y7號腳都是高電平

真值表