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单片机学习：如何利用单片机设计一个简单产品

前期几天的一篇推文为《如何利用单片机设计产品》(详情点击这里)，文中以设计一款密码锁为例讲了单片机的开发流程，那今天就要实践一下，具体讲解设计过程，希望对初学者起到入门帮助作用，同时也希望大神能给多多指正。

因为本设计只用了12个IO口，所以我又重新选了一款STC的51单片机：STC15W404AS，该单片机总共16个引脚，其中有14个IO，所以完全够用。

0 最小系统

先看单片机的最小系统电路：

1. 单片机最小系统

1 晶振电路

该款单片机有内部晶振，所以在该设计中使用内部晶振。

2 复位电路

该款单片机虽然有复位引脚但是不需要复位电路，在其手册上有说明，可以把复位引脚当做IO口来用。

晶振情况和复位引脚情况见下图：

2. 使用内部晶振

在现在程序时勾选“使用内部IRC时钟”就可以选择内部时钟了，并且时钟频率从5.5296M-33.1776M可选；勾选“复位脚用作I/O口”可以把复位引脚当做IO口来用。

3 电源电路

电源电路选择5V供电，使用DC三脚插座，再加一个开关控制电源的通断。

3. 电源电路

4 下载电路

使用ISP下载方式，USB/TTL的电平转换芯片选择CH340G。

4. 单片机串口下载电路

由于STC单片机在下载程序时需要给单片机断电再重新上电，所以在单片机的供电引脚加了一个跳线，以实现单片机的断电功能。所以就不用买下载器了。

5 蜂鸣器电路

5. 单片机驱动蜂鸣器

采用NPN三极管驱动蜂鸣器，三极管作为开关来用时要将负载接在集电极上，即所谓的射极跟随，这样可以提高驱动能力（三极管用作开关详情点这里）。图中的10K电阻起到下拉的作用，即将基极电位拉倒低电平防止误动作（上下拉电阻详情点这里）。

6 继电器电路

6. 单片机驱动继电器

继电器也采用NPN三极管来驱动，一定要注意的是，线圈上的续流二极管一定不要忘记(三极管驱动继电器详情点这里)。

7 按键检测电路

7. 按键检测电路

按键采用四腿机械式按键，图中的电阻是上拉电阻，在无按键发生时该电阻可以将单片机的IO口上拉倒高电平，当按键按下时单片机的IO口为低电平。

8 LED电路

用了5个IO口驱动了5个LED，采用的是灌电流的方式，单片机有拉电流和灌电流之分，通常灌电流要大于拉电流(单片机的灌电流和拉电流详情点这里)。

9 数码管电路

本设计中要使用4位数码管，为了节省IO口，使用了两片74HC595，74HC595是8位的移位寄存器带锁存功能，只需要三个IO口即可。改天专门介绍一下这款芯片。

以上就是单片机密码锁的硬件设计，讲的不太清楚的地方欢迎大家关注公众号：玩转嵌入式，一起讨论。

本设计内容虽然简单，但都是基础的内容，希望能帮到刚入门的朋友，也希望大神门一起讨论交流。

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单片机的应用

由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面：

(1)单片机在智能仪表中的应用单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

(2)单片机在机电一体化中的应用机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。

(3)单片机在实时控制中的应用单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。

(4)单片机在分布式多机系统中的应用在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。

(5)单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

1.在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计，示波器，各种分析仪)。

2.在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。