[嵌入式]电路积木（14423字）(10000字文章计划完成）

入门arduino和51单片机和思科模拟器以及DXP和AD22和Clion和proteus

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一款arduino软件
arduino软件
一款单片机软件
单片机软件及注册软件hd5x
一款CH340驱动
CH340驱动下载8z9h
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烧录软件k891
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思科模拟器2742
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DXP9j56
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AD22s492
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Clion871g
一款proteus软件
proteusays3

arduino测试电路的面包板

左右列导通，中间行导通。

安装软件和驱动

驱动是CH341SER.INF文件：CH341驱动

CH340简介

usb的转接芯片实现USB转串口UART，RS232，USB转IrDA红外
SIR。USB转并行打印口。

特点：

1：全速USB，兼容USB V2.0，外围元器件只需要晶体和电容。
2：计算机端与Windows操作系统下的串口应用程序完全兼容。
3：硬件全双工串口内置收发缓冲区，支持通讯波特率
50bps~2Mbps。
4：支持多种常用MODEM联络信号RTS,DTR,DCD,RI,DSR,CTS。
5：可以外接电平转换器件，提供RS232，RS485，RS422接口。
6：支持IrDA规范SIR红外线通讯，支持2400到115200bps波特率
7：通过USB转换的串口，只能做到应用层兼容，而无法绝对相
同。
8：软件兼容CH341，可直接使用CH341的驱动程序。
9：支持5V和3.3V的电源电压。
10：支持SSOP-20无铅封装，兼容RoHS。

CH340的PCB封装

SSOP-20贴片封装。

CH340的引脚

有	
VCC,GND,V3,XI,XO,UD+,UD-,NOS#,TXD,RXD,CTS#,DSR#,RI#,DCD#,DTR#,RTS#,ACT#,R232,NC,IR#,CKO,NC引脚
NC空脚，无功能。
VCC和GND电源。
V3电源为切换口，3.3V时连接VCC，5V时外接0.01uf退耦电容。
XI,XO为晶振输入输出。
UD+和UD-为USB信号,直接连到USB总线到数据线。
输入NOS#禁止USB挂起，低电平有效，内置上拉电阻。
输出TXD串行数据输出，R型号为反相输出。
输入RXD串行数据输入，内部有可控的上拉和下拉电阻。

MODEM联络信号

输入CTS#消除发送，低（高）电平有效
输入DSR#数据装置就绪，低（高）电平有效
输入RI#振铃指示，低（高）电平有效
输入DCD#载波检测，低（高）电平有效
输出DTR#数据终端就绪，低（高）电平有效
输出RTS#请求发送，低（高）电平有效
输出ACT#USB配置完成状态输出，低电平有效
输入R232辅助RS232使能，高电平有效，内置下拉电阻，高电平
有效。
输入IR#串口模式设定，内置上拉电阻，低电平为SIR红外线串
口，高电平为普通串口。
输出CKO时钟输出。

CH340的功能

CH340有USB上拉电阻，由此可以直接接USB总线。
CH340内置了电源上电复位电路。
CH340需要外部晶振12MHZ，时钟信号由内置的反相器通过晶体
稳频振荡产生。还需接振荡电容。
CH340芯片支持3.3V和5V的电源。
CH340 自动支持USB 设备挂起以节约功耗，NOS#（作用：不会
让USB设备挂起）引脚为低电平时将禁止USB 设备挂起。

V3引脚详解

CH340 芯片支持5V 电源电压或者3.3V电源电压。

当使用5V 工作电压时，CH340芯片的VCC引脚
输入外部5V 电源，并且V3 引脚应该外接容量为4700pF 或者
0.01uF 的电源退耦电容。

当使用3.3V工作电压时，CH340芯片的V3引脚应该与VCC引脚相
连接，同时输入外部的3.3V电源，并且与CH340芯片相连接的其
它电路的工作电压不能超过3.3V。

异步串口CH340芯片引脚功能

异步串口方式下CH340 芯片的引脚包括：数据传输引脚、
MODEM 联络信号引脚、辅助引脚。
数据传输引脚包括：TXD引脚和RXD 引脚。
串口输入空闲时，RXD应该为高电平，如果R232引脚
为高电平启用辅助RS232 功能，那么RXD引脚内部自动插入一个
反相器，默认为低电平。
串口输出空闲时，CH340T 芯片的TXD 为高电平，CH340R芯片的
TXD 为低电平。

MODEM 联络信号

MODEM 联络信号引脚包括：CTS#引脚、DSR#引脚、RI#引脚、
DCD#引脚、DTR#引脚、RTS#引脚。
计算机应用程序控制并定义其用途。

辅助引脚

辅助引脚包括：IR#引脚、R232 引脚、CKO引脚、ACT#引脚
IR#引脚为低电平将启用红外线串口模式。R232 引脚用于控制辅
助。
RS232 功能，R232 为高电平时RXD引脚输入自动反相。ACT#引
脚为USB设备配置完成状态输出（例如USB 红外适配器就绪）。
IR#和R232 引脚只在上电复位后检查一次。

CH340 内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工
异步串行通讯。

CH340 可以用于升级原串口外围设备，或者通过USB总线为计算
机增加额外串口。

CH340 只需外加红外线收发器，就可以通过USB总线为计算机增
加SIR 红外适配器，实现计算机与符合IrDA 规范的外部设备之间
的红外线通讯。

串行数据

串行数据包括1个低电平起始位、5、6、7或8个数据位、1个或2 
个高电平停止位，支持奇校验/偶校验/标志校验/空白校验。

CH340的串口转换

USB转9线串口，通过电平转换电路U8 将TTL 串口转换为RS232
 串口。如果只需要实现USB 转TTL 串口，信号线可以只连接
 RXD、TXD 以及公共地线，其它信号线根据需要选用，不需要时
 都可以悬空。
 
USB口：USB 总线包括一对5V 电源线和一对数据信号线，通常，
+5V 电源线是红色，接地线是黑色，D+信号线是绿色，D-信号线
是白色。

通过阻值约为1Ω 的电阻连接USB 总线的5V 电源线与USB 产品的
5V常备电源，且两者地相接。连V3和地的电容要在4700pf到
0.02uf之间用来对CH340的内部电源结点退耦。

电容在电源与地之间用于外部电源退耦。

如果仅仅是转RS232,只要RI,TI,GND即可。

RXD脚和TXD脚连外串口时在外串口的2和3脚。

CH340后面接的MAX213/MAX232中,V+接VCC,V-接GND，必须
通过相同的电容。

CH340后面接的PNP9012和其他的元器件来启用了辅助RS232 功
能,V+接VCC,V-接GND，必须通过相同的电容。

CH340也可以直接接到设备，此时CH340前接RC滤波和内部电源
结点退耦电容，会需要可灵活的限流电阻。

晶振电路注意点

适配电容为独石或高频瓷片电容22pf，如果晶体是低端陶瓷那么就
47pf。

设计PCB时注意点

设计印刷线路板PCB 时，需要注意：退耦电容C8 和C9 尽量靠近
CH340 的相连引脚；使D+和D-信号线贴近平行布线，尽量在两侧
提供地线或者覆铜，减少来自外界的信号干扰；尽量缩短XI 和XO 
引脚相关信号线的长度，为了减少高频干扰，可以在相关元器件周
边环绕地线或者覆铜。

准备工作

检查计算机设备管理器有无端口。代码写好要记得编译，然后上传
代码，下载到板子。

出现上述页面，即代表程序成功下载到了arduino板。

寻找元器件参数，匹配最佳电流

例如LED工作电压为1.5-2V，工作电流为10-20ma，反向击穿电压
5V。

控制逻辑电路。

arduino主板

电阻Resistance

定义：我们把导体对电流的阻碍作用称为电阻。

公式：R=ρl/s。G=1/R。

1Ω的物理意义：在导体两端加1V电压，产生1A电流，则该导体的
电阻为1Ω。

电阻的大小与导体的尺寸（比如导线的横截面）和导体的材料是密
切相关的有光和电的特性。

二极管(Diode)

LED

led有缺口为正极，或者长正短负。具体以测量为准。此时以数字
万用表为例。

LED是一种给它一些电压，便会发出光亮的半导体。

LED散发出电磁波（一种振动极高的频率），当这些波可以被人眼
识别，成为可见光。

三色LED

N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导
电性。

限流电阻计算式：R=(E-Uled)/Iled。

LED的控制模式有恒流和恒压两种，恒流更保护寿命。

多种调光模式，模拟调光和PWM调光。

三色LED

排针

PCB板和面包板，称为万用连接器。

作用是在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，起到桥梁的功
能，担负起电流或信号传输的任务。

贴片SMT（卧贴/立贴），插件DIP（直插/弯插）

特点：单排和双排,直针和弯针，针脚间距为2.54mm和3.96mm,多
种针脚长度。

导线

也指电线。

由铜或铝制成，也有用银线所制（导电、热性好），用来疏导电流
或者是导热。

导线电阻计算：R=ρl/s

USB数据线

特性阻抗

特性阻抗：瞬时点电阻。电场中的信号急速传输。

特性阻抗(ρ)的连续性基本上就取决于分布参数 L0、C0 比值的稳
定性传输高频信号：需要考虑分布电容，分布电感。

测试特性阻抗：光速为例，波长与频率成反比，高频领域容易信号
重叠，通过阻抗匹配可有效减少、消除高频信号反射，控制差分信
号线的特性阻抗对高速数字信号的完整性是非常重要的，特性阻抗
的值会影响差分信号的眼图、信号带宽、信号抖动和信号线上的干
扰电压等。

USB的特性阻抗是90欧姆，当源内阻小于传输线内阻时将出现过
载，过大的过载往往会损坏器件。源内阻大于传输线阻抗时，便会
出欠压 ，这会引起电路逻辑处于不确定状态，可能导致误判或信
号丢失。

USB信号一般是差分信号，可以抑制共模干扰，可以提升信号幅
度。差分信号还有紧耦合和松耦合两种方式，差分信号主要还是靠
地平面来做返回路径；

采用特性阻抗，传输将射频信号以最大功率传送到另一端。

阻抗不匹配，信号传输时就会发生反射。

计算公式：光速=波长*频率。

USB阻值问题

匹配方式有：串联匹配、并联匹配、戴维南匹配等
USB的高速模式和低速/全速使用不同的驱动器

阻抗匹配：
USB全速驱动器的输出阻抗一般比较小，若输出阻抗<特性阻抗则
可以通过串联电阻来实现匹配。
当阻抗>特性阻抗时则要通过并联电阻来实现匹配。

USB高速模式内置45欧姆电阻，低速和全速模式下是电压驱动
的，驱动电压为3.3V，但在高速模式下是电流驱动的，驱动电流为
17.78mA。

主机和设备的D+和D-都有45ohm的电阻端接到地，

高速模式下的差分幅度为单端电压的双倍。

高速模式下加入匹配电阻会使信号幅度下降，使信号质量变差。

高速信号线上串小电阻，那就应该是终端阻抗匹配。如果是GPIO
口上串了小电阻，很可能是抗小能量电压脉冲的。

一般当PCB走线的长度大于其传输信号的波长的1/10时，我们就
需要考虑阻抗匹配。

信号的传输速率大于信号上升的1/4时 就需要阻抗防止电压脉冲对
芯片的影响。

高速数字信号传输线上会串电阻，目地是解决阻抗匹配问题，阻抗
不匹配会导致信号反射。

人眼识别波长

可见光从深红色的750nm波长，400THz频率，到紫色的400nm波
长，750THz频率。

波长计算式（物理学）

波分为横波和纵波。

两种波的波长：
横波：相邻的波峰、波谷或对应的过零点。
纵波：相邻两个密部或疏部之间的距离。

计算式：
波长=光速/频率
能量=频率*普朗克常数（2.998x108m/s）（适用于电磁波）

信号

信号的上升时间取电平幅度值从10%上升到90%的时间范围。

传输延迟，发送接收处理时间、电信号响应时间、介质中传输时间
三个时间的总和。

判别高速信号

判别是否是高速信号：
从频率角度：凡是大于50MHz的信号。（没有直接关系）
从触发角度：信号上升/下降沿小于50ps。
从传输信号角度：
1：信号所在的传输路径长度?于1/6倍传输信号的波长。或者说6
倍传
输延时时间大于信号边沿时间。
2：信号沿着传输路径传输，发?了严重的趋肤效应和电离损耗。
当无法保证该信号在系统中正常?作，?必须进?特殊处理，必要
时还需要经过仿真以确定布局、布线、匹配和屏蔽等设计约束。

高速信号注意点：当为了获取高频信号时要考虑到此时上升沿和下
降沿时间越?，信号的?频分量会越来越多，信号带宽较?，必须
考虑信号的完整性问题。

信号完整性(integrity):信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。

信号的完整性可以分为狭义和广义。
信号（SI）组成：波形（WI）时序(PI)电源(TI)。

侠义信号主要关注传输线上的信号质量。
广义信号完整性则既包括了侠义信号，也包含电源以及电磁干扰等
相关的内容。
因此在判断一个信号是否会遇到信号是否完整等相关问题的时候，
首先是要确定这个信号算不算高速信号。

追求信号完整性为了：
目的就是用最小的成本，最快的时间使产品达到波形完整性、时序
完整性、电源完整性的要求。

电磁兼容（EMC）

电路板在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产
生无法忍受的电磁干扰的能力。

要求：
1：正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限
值。
2：（电磁敏感性）所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗
扰度。

组成：
EMI（电磁干扰）：机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利
于其它系统的电磁噪声。 
EMS（电磁耐受性）：机器在执行应有功能的过程中不受周围电
磁环境影响的能力。

电磁兼容的两种干扰：
内部干扰是指电子设备内部各元部件之间的相互干扰，包括以下几
种：
工作电源通过线路的分布电容和绝缘电阻产生漏电造成的干
扰；
（与工作频率有关）信号通过地线、电源和传输导线的阻抗互
相耦合，或导线之间的互感造成的干扰；
设备或系统内部某些元件发热，影响元件本身或其它元件的稳定性
造成的干扰；
大功率和高电压部件产生的磁场、电场通过耦合影响其它部件造成
的干扰。

外部干扰是指电子设备或系统以外的因素对线路、设备或系统的干扰，包括以下几种：
外部的高电压、电源通过绝缘漏电而干扰电子线路、设备或系统；
外部大功率的设备在空间产生很强的磁场，通过互感耦合干扰电子
线路、设备或系统；
空间电磁波对电子线路或系统产生的干扰；
工作环境温度不稳定，引起电子线路、设备或系统内部元器件参数
改变造成的干扰；
由工业电网供电的设备和由电网电压通过电源变压器所产生的干
扰。

电磁兼容设计要求：明确指标，寻找被干扰器件，消除或抑制干
扰，验证有无达到指标。

地弹和电源弹

芯片引脚在进行逻辑状态切换时，会有一个大的瞬态电流流过回
路，造成地平面的波动，会造成芯片的地与系统地不一致，称为地
弹；

造成芯片和系统的电源有差压，称为电源弹。

PCB叠层设计时，尽可能增大电源平面叠层之间的垂直距离，减少
电源平面和地平面之间的垂直间距。

电磁干扰(EMI)

电磁干扰三要素：干扰源，干扰受体，干扰路径

以消除作为解决问题。

射频(RF)

无线电频率。

射频—通讯所用的频率范围，大约是300KHz～30GHz。

RF干扰就是射频干扰。

RF干扰产生源：手机、对讲机和医院的X光机和伽玛刀、CT机等
等。

串扰

串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁耦合对相邻的传输线产
生的不期望的电压噪声。	

两类电磁耦合：
容性耦合和感性耦合
容性耦合：干扰电压变化作用在电路中，造成感应电流的电磁干
扰。
感性耦合：干扰电流变化产生的磁场中，引起感应电压的电磁干
扰。

互容耦合和互感耦合：
通过产生感应电流分析：
容性耦合又称正向串扰，远端产生对应感应电流。
感性耦合又称反向串扰，近端产生对应感应电流。

信号通过导体时会在相邻的导体上引起两类不同的噪声信号：容性
耦合信号和感性耦合信号。

抖动（波形随机变化）

信号的某特定时刻相对于其理想时间位置上的短期偏离为抖动。

抖动可以降低数字电路的传输性能。

抖动分系统性抖动和随机性抖动：	
系统性抖动是由于信号再生装置中定时恢复电路调整不当，或者码
间干扰以及由于电缆均衡有缺陷而产生幅度到相位变换而引起的，
系统性抖动与码型相关；

随机抖动来源于内部干扰信号，如中继器的噪声、串话或反射，随
机抖动与传输码型无关，在大部分现有低速数字系统中系统性抖动
是主要的，在一个多接力段系统中，对所有数字波道都应该确定无
输入抖动时输出抖动的累计平方根值和总的抖动转移函数。

最大容许输入抖动通常与无线段的数目无关，因此应该分别测量所
有数字波道中的每接力段的最大容许输入抖动。

电路划分

判别集中常数和分布常数电路：
集中常数：具有实际尺寸的元器件和传输线，低频电路。
分布常数：将所有元件视为有尺寸，高频电路。 

注意：集中常数电路是分布常数电路的特殊电路。当传输线中信号
的振幅和相位近似不变的场合用集中常数电路。

也就是说集中常数电路包含于分布常数电路。

电阻（Resistance）

导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。

导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。

电阻计算公式

串联：R总=R1+R2+R3

并联：1/R总=1/R1+1/R2+1/R3或用电导相加。

定义式：R=U/I

决定式：R=ρl/s

电阻率随温度变化：ρ=ρ0（1+αt）（非线性变化）

超导

一定温度下，电阻就变成了零。

作用：
采用超导材料，就可以大大降低由于电阻引起的电能消耗。也不用
考虑散热的问题，元器件尺寸可以大大的缩小，更好推动元器件微
型化。

光敏电阻

在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。

光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光
的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；
入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光
弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。

光敏电阻的光谱特性

只要人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。

由此可将光敏电阻划分为：紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器、可
见光光敏电阻器。

灵敏度：光电阻与暗电阻之间的相对变化。

光谱响应：光敏电阻在不同波长下的电阻敏感度。

电位器(Potentiometer)

组成：电阻体和转动或滑动系统组成。

参数：阻值、额定功率、阻值允许偏差、最大工作电压、额定工作
电压、绝缘电压、温度参数、噪声电动势及高频特性等参数。

作用：获得与输入电压（外加电压）成一定关系的输出电压，因此
称之为电位器。

应用中的角色：分压器，变阻器，电流控制器。

压敏电阻

压敏电阻：电路承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护
敏感器件。

压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后
级电路的保护。

用法：压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用。

超声波模块

利用时间差和声音传播速度。

TRIG引脚拉高10微秒以上再拉低产生一个脉冲起始信号。

ECHO检测到反射回来的信号时就会被拉低。

超声波模块计算公式

(ECHO引脚高电平持续的时间*340m/s)/2。（340m/s为声速）除
二是为计算单程距离。

温湿度模块

将外界大量信号中采集温度或湿度信号，经过稳压滤波、运算放
大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换
成与温度和湿度成线性关系的电流信号或电压信号输出，也可以直
接通过主控芯片进行485或232等接口输出。

WIFI模块(串口WIFI模块)

工作在物联网传输层。

WIFI模块是物联网应用和智能硬件组成部分。

功能是串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模
块，内置无线网络协议IEEE802.11b.g.n协议栈以及TCP/IP协议
栈。

WIFI模块分为：
通用Wi-Fi模块(CPU)，路由器方案Wi-Fi模块(Flash,芯片加Linux操
作系统)，嵌入式Wi-Fi模块内置Wi-Fi驱动和协议，接口为一般的
MCU接口如UART等)

LCD1602

一种字符型液晶显示模块。(共两行，一行16个字符)
以LCD1602A为例。

LCD1602A引脚功能（16引脚）

V0(液晶显示偏压)(VL)(Vee)为液晶显示器对比度调整端，接正电
源时对比度最弱，接地电源时对比度最高(对比度过高时会 产生“鬼
影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。

RS(数据/命令选择)为寄存器选择脚，高电平时选择数据寄存器、
低电平时选择指令寄存器(命令选择)。
R/W为读/写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操
作。
E（或EN）端为使能（enable）端，下降沿执行指令。

D0～D7为8位双向数据端。无论是传输地址的指令还是
传输字符的指令都是通过D0-D7这八根线进行传输，由
RS引脚确定。

A(BLA)背光源正极。
K(BLK)背光源负极。

显示单元个数为分辨率。
LCD1602应用步骤：
先初始化，init函数。检测是否在读，然后再写入。
写操作：两个函数，方位函数和数据函数都是如下：(先
检测读操作，由于操作时序，加空函数延时，先写指
令，后使能。)
读操作：由于操作时序，加空函数延时。
初始化函数：写操作+指令集。
显示函数：初始化+一个方位+数据传入。（保证d7高电
平，加0x80，然后每多一行加0x40（一行64个显示单
元）。）

LCD1602指令集

LCD1602连接操作

直接控制：LCD1602的8根数据线和3根控制线E，RS和R/W与单
片机相连后即可正常工作。

间接控制：四线制工作方式(只采用引脚DB4~DB7与单片机进行通
信，先传数据或命令的高4位，再传低4位。)，利用

HD44780所具有的4位数据总线的功能。
区别只是所用的数据线的数量不同。

8乘8点阵（行共阳，行共阴）

8*8点阵等效原理图

遥控器

一种无线发射装置。

流程：将按键信息进行编码，通过接收装置解析为电信号，由处理
器进行解码。

功能：远程操控设备。

按键

硅胶按键。

优点：硅胶按键具有优良的耐热性、耐寒性、耐环境性、电气绝缘
性、耐疲劳性等特点。

按键选取需考虑的因素：直径、长宽高、按键行程距离、按力要
求、硬度、颜色、导电要求等。

薄膜键盘

按键较多且排列整齐有序的薄膜开关。

组成：面板、上电路、隔离层、下电路。

制作材料：基材应采用聚酯（聚邻苯二甲酸乙二醇酯）薄膜（Polyester简称
PET）：良好的绝缘性和耐热性，较高的机械强度、透明性和气密性，抗折性和
高弹性。

电池（Battery）直流电压

起源：伏特电堆。

参数：电动势E，额定容量（电池的实际容量往往低于理论容
量），额定电压（只与电极活性物质的种类有关，而与活性物质的
数量无关。），开路电压，内阻，阻抗，充放速率，自放电率。

噪声：某些特殊条件下，电极反应所引起的金属晶体或某些成相膜
的相变会造成电压的微小波动。波动的幅度很小但频率范围很宽，
故可与电路中自激噪声相区别。

内阻：电流通过电池内部时受到的阻力。
分为：欧姆内阻和极化内阻。
极化内阻：电化学极化内阻和浓差极化内阻。
电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化（逐渐变
大）。欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密度增加而增大，
但不是线性关系。常随电流密度增大而增加。
内阻是决定电池性能，直接影响电池的工作电压，工作电流，输出
的能量和功率，对于电池来说，其内阻越小越好。

阻抗：电池等效为一大电容与小电阻、电感的串联回路。电池的阻
抗随时间和直流电平而变化，所测得的阻抗只对具体的测量状态有
效。

充放速率：时率和倍率。
时率是以充放电时间表示的充放电速率。而倍率就是时率的倒数。

自放电率：电池在存放过程中电容量自行损失的速率。

电池极化

极化现象：
电流流过电极时，电极电势都要偏离热力学平衡的电极电势，这种
现象。
电流密度越大，极化越严重，能量损失也越大。

分类：
各部分电阻造成的极化称为欧姆极化。
电极－电解质界面层中电荷传递过程的阻滞造成的极化称为活化极
化；
电极－电解质界面层中传质过程迟缓而造成的极化称为浓差极化。

减小极化：增大电极反应面积、减小电流密度、提高反应温度以及
改善电极表面的催化活性。

电机(Electric machinery)

电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。

作用:产生驱动转矩以成为动力源。

定子：产生磁场。

转子：定子旋转磁场产生感应电动势及电流，形成电磁转矩促使电动机旋转。

发电机：

发电机在电路中为G，它的主要作用是利用机械能转化为电能。

转子：产生发电机的磁场。

定子：被磁场中的磁力线切割。

电机分类

工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。

直流电机

工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷
端引出时变为直流电动势。

电磁电机

电磁式直流电动机由定子磁极、转子（电枢）、换向器（俗称整流子）、电刷、机壳、轴承等构成。

电机励磁

提供定子或者转子电源或提供工作磁场的机器。

他励：由其他直流电源对励磁绕组供电(起动转矩与电枢电流成正比)。(消弱磁场恒功率来提高转速或通过
降低转子绕组的电压来使转速降低。)

并励：并励直流电机(起动转矩与电枢电流成正比)的励磁绕组与电枢绕组相并联。(消弱磁场的恒功率来调
速。)

串励：串励直流电机(励磁电流与电枢电流成正比)的励磁绕组与电枢绕组相串联。(外用电阻器与串励绕组
串联（或并联）、或将串励绕组并联换接来实现调速。)

复励：复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组。(转速可通过消弱磁场强度来调整。)

电刷与换向器滑动接触，为转子绕组提供电枢电流。
调速方式并不绝对。

右手定则（感应电动势方向）

感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指
的指向就是导体中感应电动势的方向）。

左手定则（安培力和洛伦兹力）

使用准备：左手的食指，中指和拇指伸直，使其在空间内相互垂直。

关联量：安培力 F (或运动)的方向、磁感应强度B的方向 以及通电导体内的电流I。

食指方向代表磁场的方向（从N级到S级），中指代表电流的方向（从正极到负极），那拇
指所指的方向就是受力的方向。

判定安培力：
导线在磁场中力的方向。
伸开左手，使拇指与其他四指垂直且在一个平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流方向，大拇指指
向的就是安培力方向（即导体受力方向）。

判断洛伦兹力：
将左手掌摊平，让磁感线穿过手掌心，四指表示电流方向，则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力
的方向。注意，运动电荷是正的，大拇指的指向即为洛伦兹力的方向。反之，如果运动电荷是负的，仍用
四指表示电荷运动方向，那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。

两者关系：安培力是导体内定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力（多个力的矢量和）。
电流方向与磁场平行时，电荷的定向移动方向也与磁场方向平行，所受洛伦兹力为零，其合力安培力也为
零。
功的公式W=FScosθ，θ=90°时，W=0。

安培定则(右手螺旋定则)

通电直导线中的安培定则一：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁
感线的环绕方向；（找磁感线）

通电螺线管中的安培定则二：用右手握住通电螺线管，让四指指向电流的方向，那么大拇指所指的那一端
是通电螺线管的N极。（找磁极）

电机转速公式

无刷直流电动机：n=120*f / p。p是磁极对数，f是电源频率，n是电机转速。
交流异步电动机：s=(ns-n)/ns。s为转差率，ns为磁场转速，n为转子转速。
同步电机：n=ns=60f/p。ns为同步转速。

步进电机(脉冲电动机)

将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。

每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正
比，转速与脉冲频率成正比。

舵机(位置可控伺服的电机)

自动驾驶仪中操纵飞机舵面（操纵面）转动的一种执行部件。

组成：外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件。

分类：
电动舵机：电动机、传动部件和离合器组成。
液压舵机，由液压作动器和旁通活门组成。
电动液压舵机，简称“电液舵机”。

水泵(输送液体或使液体增压的机械)

水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等。

分类：
容积式泵：利用工作腔容积周期变化来输送液体。
叶片泵：利用叶片和液体相互作用来输送液体。
离心泵：高速旋转所产生的离心力。
轴流泵：物质推力。
混流泵：离心+轴流。

数码管(辉光管)(LED数码管)

显示数字和其他信息的电子设备。大部分为氖加上一些汞和/或氩。

显示颜色相关：数码管产生什么的颜色光，视乎管内的气体而定。

分类：共阳极数码管和共阴极数码管。

led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成。

数码管驱动方式：

静态显示：每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，优点是编程简单，显
示亮度高，缺点是占用I/O端口多。

动态显示：动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连
在一起，每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O
线控制，打开对应位选通来开启数码管显示。
由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，因此数码管点亮时间1～2ms为
佳。扫描的速度足够快，就可以欺骗眼睛。节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

蜂鸣器

一种一体化结构的电子讯响器。采用直流电压供电。

工作原理：蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成。

蜂鸣器分类

蜂鸣器按结构分类

压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。

压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组
成。

电磁式蜂鸣器主要由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。
电磁式蜂鸣器工作原理：振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈
产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。

多谐振荡器

多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。	

阻抗匹配器

传输线上达至所有高频的微波信号皆能传至负载点，不会有信号反射回来源点。

要求：负载阻抗要和传输线的特征阻抗相等。

阻抗匹配：有两种，一种是透过改变阻抗力（lumped-circuit matching），另一种
则是调整传输线的波长。

纯电阻电路中使输出功率最大：负载电阻等于激励源内阻时，此时匹配。
当两者含有电抗，满足共轭(相互关系上具有某些共同特点,但个别方面又有相反的
特点的属性)的关系（电阻相等，电抗相反），为共扼匹配。

匹配方式：
串联终端匹配：(抑制反射)，信号源端阻抗低于传输线特征阻抗。
并联终端匹配：(抑制反射)，信号源端阻抗很小。

戴维南终端匹配(双电阻形式的并联匹配)：缺点：带来直流功耗。
AC终端匹配(AC并联端接)：消除直流功耗。
以上二者：达到匹配要求，终端的电阻并联值要和传输线的特征阻抗Z0相等。

天线阻抗(电抗与电阻)

将一个复杂负载连到一个纯阻性源上，最常见的情形是在负载与纯阻性源之间构
造一个匹配网络。

匹配网络的阻抗必须等于负载的复阻抗的共轭。

蜂鸣器按发声原理分类(有无震荡源)

蜂鸣器又分为无源他激型与有源自激型。

无源他激型：方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出。(直接转)
有源自激型：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生
声音信号。(反馈取样)

火焰传感器(flame transducer)

火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。

功能范围：搜寻火源，检测光线的亮度。

工作过程：红外线接收管接收外部特定信号，并用该传感器转化为电平信号，输
入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。A/D转换器
反映为0～255范围内数值的变化。

分类依据：波长范围
有红外和紫外之分。

霍尔传感器(外加电源才能工作)

霍尔效应制作的一种磁场传感器。

参数：
霍尔系数：判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等。

霍尔电势大小：Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；I为霍尔元件的偏置电流；
B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。

霍尔电压由来：半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应
强度为B的匀强磁场，此时电子流发生偏移，则在垂直于电流和磁场的方向上，将
产生电势差为UH的霍尔电压。

霍尔传感器分类

线型霍尔传感器：输出电压与外加磁场强度呈线性关系。

开关型霍尔传感器：磁场可控电压，磁场高电压低，磁场低电压高，有缓冲区
域。

锁键型霍尔传感器：磁场输入到达临界，则输出电压低。必须输入反向磁场，才
有动作。(磁场撤销时，可保输出状态不变)

晶振(压电效应)(机械心脏)

石英晶体：高度稳定的信号。提供较稳定的脉冲。

串联谐振fs和并联谐振fp
当f=fs时，石英晶体呈阻性，相当于阻值小的电阻。
在两频率之间为石英晶体呈感性。
否则为容性。

晶片加上适当的交变电压，会谐振。
共振状态为最优。

使用时需注意：
判断反馈电路的类型。
推出电路的振荡过程

参数：参数有标称频率、负载电容、频率精度、频率稳定度等。

咪头(传声器)(microphone)

一种声转电的传感器。

工作原理：声音使震膜振动，传声器内部发生电磁感应产生电流，信号传输到扩
音器时，进行电转声。

分类：动圈式、电容式、驻极体和硅微传声器和液体传声器和激光传声器。

参数：灵敏度，频率响应，阻抗，信号噪声比，动态范围，等效噪声级，总谐波
失真(THD)。

咪头接头

4个方向：
接地
立体声时为右声道；平衡单声道时为反相讯号；或做为单声道的电源输入端
立体声时为左声道；平衡单声道时为正相讯号；非平衡单声道时的信号输出端
绝缘环

倾斜开关

倾斜开关探头在受到外力作用且偏离垂直位置17度以上时，内部的金属球触点动
作。

继电器(relay)

一种电控制器件。

小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、功率、阻抗、频率、温
度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；

在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和
对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。

作用：扩大控制范围，放大，综合信号，自动、遥控、监测。

万用表测导通

打到蜂鸣档，红+黑-来测正向导通。

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