使用萬(wàn)用焊板搭建單片機最小系統

　　本篇我們講解使用單片機搭建電路的另外一種方法，使用萬(wàn)用焊板搭建單片機系統電路，在開(kāi)始之前，先講解幾個(gè)基礎概念。

　　電路板

　　首先我們了解下電路板。前面介紹了面包板可以搭建電路，但是在實(shí)際制作出來(lái)的電子設備中，我們用的通常都是電路板。電路板主要用于固定元器件，對元器件之間進(jìn)行可靠的連接。

　　電路板基板常用不易燃燒的玻璃纖維、酚醛樹(shù)脂、電木等材料制作。電路連接使用附著(zhù)在其表面的銅皮實(shí)現，相當于導線(xiàn);元件的管腳通過(guò)熔化并凝固的金屬與銅皮之間連接。這里用到的金屬通常是焊錫，這個(gè)連接元件和電路板的過(guò)程稱(chēng)為焊接。電路板上與元件管腳進(jìn)行連接的那部分銅皮稱(chēng)為焊盤(pán)，在焊接之前都是暴漏在外面的;而那些不是焊盤(pán)的銅皮，在工業(yè)化生產(chǎn)的電路板上，通常會(huì )提前涂上絕緣漆，以免氧化，同時(shí)也方便了焊接(因為焊接的時(shí)候，熔化的焊錫很容易黏在銅皮上，涂上絕緣漆就不會(huì )黏在上面，這樣焊錫就只在焊盤(pán)上有)。

　　單層電路板只有一面有覆銅，雙面板兩面都有，簡(jiǎn)單電路用單層或者雙層就已經(jīng)能滿(mǎn)足要求了。而對于一些復雜電路，可能要用到更多層的電路板，在電路板內部還有銅層，比如電腦和手機的主板通常就有很多層。

　　之前有介紹直插式和貼片式元件封裝。直插式封裝的器件，需要在電路板上打孔，電路板的一面有銅皮焊盤(pán)，而元件管腳從另一面插進(jìn)去，并通過(guò)焊錫和焊盤(pán)連接。而貼片式器件，不需要打孔，焊盤(pán)在電路板一面，元件也放在這一面，和焊盤(pán)對準直接用焊錫連接。

　　圖中最上面那幾個(gè)管腳很密的是貼片元件，其他的是直插元件，圖中紅色的地方是涂了絕緣漆的覆銅，右側XIN和XOUT字符左邊還有幾個(gè)沒(méi)有焊接的焊盤(pán)。

　　PCB

　　電路板按照通用性來(lái)分，有兩種，一種是專(zhuān)用于一種電路的印刷電路板(PCB = Printed circuit board)，另一種是通用的萬(wàn)用焊板。

　　批量生產(chǎn)的電子產(chǎn)品，通常都是用PCB實(shí)現的。PCB首先由電腦軟件設計好，然后通過(guò)一定的工藝，批量生產(chǎn)出來(lái)，電路板上的銅皮被加工成特性的形狀(就像是打印機打印上去的圖案一樣)，并且在設計好的地方打好孔。然后這種的PCB直接就行元件的焊接裝配就好了，焊接裝配也可以用流水線(xiàn)讓機器人自動(dòng)完成，大大提高的生產(chǎn)效率。

　　PCB設計圖

　　做好的PCB

　　萬(wàn)用焊板

　　實(shí)際上我們自己制作一些簡(jiǎn)單電路，用的更多的是萬(wàn)用焊板。萬(wàn)用焊板也叫洞洞板，是一種通用電路板，萬(wàn)用焊板也可以算是一種特殊的PCB。和面包板有點(diǎn)像，萬(wàn)用焊板上面有很多孔，可以用來(lái)插接元器件，然后根據需要組成各種不同的電路。不同的是，萬(wàn)用焊板是用焊接進(jìn)行連接的，工作會(huì )穩定可靠很多，但是相比起來(lái)制作會(huì )麻煩一點(diǎn)。萬(wàn)用焊板上通常規則的分布了很多焊盤(pán)，并且焊盤(pán)之間相互獨立沒(méi)有連接，或者每幾個(gè)焊盤(pán)按規則連接在一起(具體使用時(shí)要注意這一點(diǎn))。萬(wàn)用焊板常用導線(xiàn)或焊錫對元件之間進(jìn)行連接。

　　玻纖材質(zhì)的單面單孔萬(wàn)用板(有覆銅的反面)

　　電木材質(zhì)單面單孔萬(wàn)用板(有覆銅的反面)

　　電木材質(zhì)單面單孔萬(wàn)用板(無(wú)覆銅的正面)

　　萬(wàn)用板作品，萬(wàn)用板正面可以用導線(xiàn)連接電路

　　萬(wàn)用板作品，萬(wàn)用板反面用焊錫或導線(xiàn)進(jìn)行電路連接，同時(shí)可以焊接一些貼片元件。

　　自制PCB

　　因為萬(wàn)用焊板做電路總是要用導線(xiàn)和焊錫自己進(jìn)行連接，焊接起來(lái)會(huì )比較麻煩，萬(wàn)用焊板也有局限性(比如一些貼片器件不好焊上去)。有必要我們也可以自制PCB，或者設計好PCB請工廠(chǎng)幫忙加工制造出來(lái)。整體過(guò)程相對復雜，尤其設計PCB比較費時(shí)間，但是一旦設計好了制作一塊電路板很快，所以適合批量制作。常用的一種制作PCB的方法是熱轉印法，大家可以在網(wǎng)上找找，我的博客里也有相關(guān)的文章。

　　自制PCB做的USB聲卡，正面是直插元件

　　自制PCB做的USB聲卡，反面是覆銅和貼片元件

　　面包板和電路板

　　通常面包板用于進(jìn)行電路的實(shí)驗，實(shí)驗完成確定電路可以工作了，然后用電路板做成成品。如果大家看過(guò)喬布斯傳，就可以了解到，當初設計第一代蘋(píng)果電腦的時(shí)候，負責電路設計的人是沃茲，而喬布斯就是負責幫助沃茲組裝面包板的。面包板搭建的電路驗證通過(guò)后，就可以實(shí)際制作電路板了。

　　焊接

　　焊接是通過(guò)高溫等方式，熔化并連接金屬或塑料等熱塑性材料的過(guò)程。焊接有很多種，這里我們說(shuō)到的是鉛焊。鉛焊通過(guò)熔化導電的焊錫，將電路元件與電路板進(jìn)行連接。

　　手工焊接通常使用的是含鉛焊錫，主要成分為鉛和錫，錫是一種熔點(diǎn)較低的金屬，而摻入鉛形成合金之后，熔點(diǎn)變得更低，且熔化后容易與銅等金屬緊密結合。一般含有約40%的重金屬鉛，另外焊錫絲中間一般灌有松香等助焊劑(可以讓焊錫附著(zhù)性更強，同時(shí)讓焊點(diǎn)表面光滑)。雖然也有無(wú)鉛焊錫，但是通常無(wú)鉛焊錫中含有銀等貴重金屬，價(jià)格昂貴，且手工焊接效果不太好。

　　焊錫中的工業(yè)松香主要是用于油漆、造紙、橡膠制造等。本身對人體毒性不大，但是因為常常含有鉛等重金屬和有毒化合物，以及氧化后產(chǎn)生的過(guò)氧化物會(huì )影響人體健康。

　　含鉛焊錫在加熱的時(shí)候，部分松香會(huì )揮發(fā)成蒸汽，同時(shí)也有少量鉛升華，成為鉛蒸汽;這兩種物質(zhì)均有微量毒性。因此，焊接的時(shí)候注意盡量減少吸入這些氣體，加強通風(fēng)。焊接完應及時(shí)洗手。

　　不過(guò)也不用太擔心，微毒且微量，不會(huì )有很大危害。但是為了身體健康，還是要注意通風(fēng)，盡量減少吸入。

　　具體的焊接操作技巧可參考網(wǎng)上的資料，這里不做介紹。

　　布線(xiàn)

　　畫(huà)好的電路圖和實(shí)際搭建的電路，在電路連接上來(lái)看是一致的，但是在具體器件排列等方面卻是不一樣的。

　　電路圖的繪制原則就是盡可能簡(jiǎn)潔易讀，所以接地都用接地符號，而電源都用VCC符號，并標注電壓或另作說(shuō)明，并不一定全部畫(huà)的連到一起。集成電路管腳順序有時(shí)候也是亂的，比如下圖電子表電路用的就是AT89C52單片機，但管腳并沒(méi)有按照實(shí)際單片機管腳順序排列。

　　于是對照電路圖進(jìn)行實(shí)際電路的制作時(shí)，我們就需要給電路布線(xiàn)。對于PCB設計來(lái)說(shuō)，最主要的任務(wù)就是布線(xiàn)。

　　布線(xiàn)原本是個(gè)很復雜的問(wèn)題。導線(xiàn)是有電阻的，對于一些大電流電路來(lái)說(shuō)，有電阻就會(huì )使得電壓在導線(xiàn)上損耗掉，還可能導致導線(xiàn)過(guò)熱燒壞;對于微弱電流的電路(比如心電圖采集)來(lái)說(shuō)，外面很小的干擾就會(huì )對電路造成影響;而對于高頻率的電路來(lái)說(shuō)，元器件上還會(huì )有電磁場(chǎng)產(chǎn)生，可能會(huì )互相干擾。用過(guò)收音機或者老式天線(xiàn)電視機的同學(xué)可以發(fā)現，有時(shí)人走近天線(xiàn)就有可能對接收的廣播信號質(zhì)量產(chǎn)生影響，這就是因為人體相當于一個(gè)大的導體，對電磁波的傳輸有干擾。

　　但是大家不必擔心這個(gè)問(wèn)題。對于51單片機電路來(lái)說(shuō)，我們布線(xiàn)基本上只要考慮幾點(diǎn)：首先電路的連接正確，沒(méi)有短路和斷路;然后焊接可靠，沒(méi)有虛焊(看上去焊上了實(shí)際上沒(méi)有連接起來(lái));盡可能減少電路交叉連接，并保持電路整體美觀(guān)就可以了。

　　要準備的材料和工具

　　大小合適的萬(wàn)用焊板，導線(xiàn)、排針若干

　　DIP40封裝的STC89C52RC單片機(STC89C5x均可)、配套DIP40封裝的IC座

　　11.0592MHz晶振、30pF電容兩個(gè)(用于時(shí)鐘電路)

　　10uF電容、10k電阻(用于復位電路)

　　USB-TTL下載線(xiàn)(用于程序燒寫(xiě)，后面文章會(huì )詳細介紹)

　　六腳自鎖開(kāi)關(guān)(作為電源開(kāi)關(guān)，可以省略，而使用插拔導線(xiàn)的方式代替)

　　焊接工具：電烙鐵(或焊臺)、焊錫絲、助焊劑(松香等)

　　排針焊在電路板上，母頭杜邦線(xiàn)可以直接插上去，然后和USB-TTL轉接板進(jìn)行連接

　　可以看到USB-TTL轉接板上也有排針，用上一篇介紹的杜邦線(xiàn)就可以方便的進(jìn)行連接了

　　這里還要說(shuō)明的是IC座(IC=Integrated Circuit，集成電路)。原本單片機可以直接焊接在電路板上，但是手工焊接時(shí)，常會(huì )用到IC插座。把IC座焊在原先單片機所在的位置(IC座上也有個(gè)缺口，最好和單片機的缺口對準)，焊完后再把單片機插在IC座上。

　　多種IC座

　　使用IC座有幾個(gè)好處：

　　焊接時(shí)如果不熟練，焊接時(shí)間過(guò)長(cháng)，會(huì )導致元器件過(guò)熱，可能損壞集成電路;而焊接IC座而不是集成電路，就會(huì )好很多，IC座只是金屬和塑料組成，不容易損壞，焊完了再把單片機插上去。

　　如果單片機壞了，可以直接把單片機從插座上取下來(lái)更換。

　　單片機相對而言畢竟還是比較貴，如果做完一個(gè)電路就不用了，有點(diǎn)浪費。使用插座，可以在做完這個(gè)電路之后把單片機取下來(lái)，放在別的電路上重新利用。

　　最小系統板

　　下面是一塊焊接好的最小系統板，供大家參考(由于時(shí)間原因我沒(méi)有親自焊好拍照，這張是從網(wǎng)上找到的，用的是雙面萬(wàn)用板，兩面都有焊盤(pán)，一般建議用單面板，元件在沒(méi)有焊盤(pán)的一面插進(jìn)去，再另一面焊接)。

　　萬(wàn)用板焊接的最小系統板