单片机小白学步系列（九） 用万用焊板搭建实验电路

这一篇我们继续上篇的话题，讲解自己搭建电路的另一种方法：用万用焊板搭建电路。在此之前，先普及几点基础知识。

首先我们了解下电路板。前面介绍了面包板可以搭建电路，但是在实际制作出来的电子设备中，我们用的通常都是电路板。电路板主要用于固定元器件，对元器件之间进行可靠的连接。

电路板基板常用不易燃烧的玻璃纤维、酚醛树脂、电木等材料制作。电路连接使用附着在其表面的铜皮实现，相当于导线；元件的管脚通过熔化并凝固的金属与铜皮之间连接。这里用到的金属通常是焊锡，这个连接元件和电路板的过程称为焊接。电路板上与元件管脚进行连接的那部分铜皮称为焊盘，在焊接之前都是暴漏在外面的；而那些不是焊盘的铜皮，在工业化生产的电路板上，通常会提前涂上绝缘漆，以免氧化，同时也方便了焊接（因为焊接的时候，熔化的焊锡很容易黏在铜皮上，涂上绝缘漆就不会黏在上面，这样焊锡就只在焊盘上有）。单层电路板只有一面有覆铜，双面板两面都有，简单电路用单层或者双层就已经能满足要求了。而对于一些复杂电路，可能要用到更多层的电路板，在电路板内部还有铜层，比如电脑和手机的主板通常就有很多层。

之前有介绍直插式和贴片式元件封装。直插式封装的器件，需要在电路板上打孔，电路板的一面有铜皮焊盘，而元件管脚从另一面插进去，并通过焊锡和焊盘连接。而贴片式器件，不需要打孔，焊盘在电路板一面，元件也放在这一面，和焊盘对准直接用焊锡连接。

图中最上面那几个管脚很密的是贴片元件，其他的是直插元件，图中红色的地方是涂了绝缘漆的覆铜，右侧XIN和XOUT字符左边还有几个没有焊接的焊盘。

电路板按照通用性来分，有两种，一种是专用于一种电路的印刷电路板（PCB = Printed circuit board），另一种是通用的万用焊板。

我们所使用的批量生产的电子产品，通常都是用PCB实现的。PCB首先由电脑软件设计好，然后通过一定的工艺，批量生产出来，电路板上的铜皮被加工成特性的形状（就像是打印机打印上去的图案一样），并且在设计好的地方打好孔。然后这种的PCB直接就行元件的焊接装配就好了，焊接装配也可以用流水线让机器人自动完成，大大提高的生产效率。

PCB设计图

做好的PCB

实际上我们自己制作一些简单电路，用的更多的是万用焊板。万用焊板也叫洞洞板，是一种通用电路板，万用焊板也可以算是一种特殊的PCB。和面包板有点像，万用焊板上面有很多孔，可以用来插接元器件，然后根据需要组成各种不同的电路。不同的是，万用焊板是用焊接进行连接的，工作会稳定可靠很多，但是相比起来制作会麻烦一点。万用焊板上通常规则的分布了很多焊盘，并且焊盘之间相互独立没有连接，或者每几个焊盘按规则连接在一起（具体使用时要注意这一点）。万用焊板常用导线或焊锡对元件之间进行连接。

玻纤材质的单面单孔万用板（有覆铜的反面）

电木材质单面单孔万用板（有覆铜的反面）

电木材质单面单孔万用板（无覆铜的正面）

万用板作品，万用板正面可以用导线连接电路。

万用板作品，万用板反面用焊锡或导线进行电路连接，同时可以焊接一些贴片元件。

因为万用焊板做电路总是要用导线和焊锡自己进行连接，焊接起来会比较麻烦，万用焊板也有局限性（比如一些贴片器件不好焊上去）。有必要我们也可以自制PCB，或者设计好PCB请工厂帮忙加工制造出来。整体过程相对复杂，尤其设计PCB比较费时间，但是一旦设计好了制作一块电路板很快，所以适合批量制作。常用的一种制作PCB的方法是热转印法，大家可以在网上找找，我的博客里也有相关的文章。

自制PCB做的USB声卡，正面是直插元件

自制PCB做的USB声卡，反面是覆铜和贴片元件

通常面包板用于进行电路的实验，实验完成确定电路可以工作了，然后用电路板做成成品。如果大家看过乔布斯传，就可以了解到，当初设计第一代苹果电脑的时候，负责电路设计的人是沃兹，而乔布斯就是负责帮助沃兹组装面包板的。面包板搭建的电路验证通过后，就可以实际制作电路板了。

焊接是通过高温等方式，熔化并连接金属或塑料等热塑性材料的过程。焊接有很多种，这里我们说到的是铅焊。铅焊通过熔化导电的焊锡，将电路元件与电路板进行连接。

手工焊接通常使用的是含铅焊锡，主要成分为铅和锡，锡是一种熔点较低的金属，而掺入铅形成合金之后，熔点变得更低，且熔化后容易与铜等金属紧密结合。一般含有约40%的重金属铅，另外焊锡丝中间一般灌有松香等助焊剂（可以让焊锡附着性更强，同时让焊点表面光滑）。虽然也有无铅焊锡，但是通常无铅焊锡中含有银等贵重金属，价格昂贵，且手工焊接效果不太好。

焊锡中的工业松香主要是用于油漆、造纸、橡胶制造等。本身对人体毒性不大，但是因为常常含有铅等重金属和有毒化合物，以及氧化后产生的过氧化物会影响人体健康。

含铅焊锡在加热的时候，部分松香会挥发成蒸汽，同时也有少量铅升华，成为铅蒸汽；这两种物质均有微量毒性。因此，焊接的时候注意尽量减少吸入这些气体，加强通风。焊接完应及时洗手。

不过也不用太担心，微毒且微量，不会有很大危害。但是为了身体健康，还是要注意通风，尽量减少吸入。

具体的焊接操作技巧可参考网上的资料，这里不做介绍。

我们实际搭建的电路和电路图上画的，在电路连接上来看是一致到，但是在具体器件排列等方面却是不一样的。

电路图的绘制原则就是尽可能简洁易读，所以接地都用接地符号，而电源都用VCC符号并标注电压或另作说明，并不一定全部画的连到一起。集成电路管脚顺序有时候也是乱的，比如下图电子表电路用的就是AT89C52单片机，但管脚并没有按照实际单片机管脚顺序排列。

于是对照电路图进行实际电路的制作时，我们就需要给电路布线。对于PCB设计来说，最主要的任务就是布线。

布线原本是个很复杂的问题。导线是有电阻的，对于一些大电流电路来说，有电阻就会使得电压在导线上损耗掉，还可能导致导线过热烧坏；对于微弱电流的电路（比如心电图采集）来说，外面很小的干扰就会对电路造成影响；而对于高频率的电路来说，元器件上还会有电磁场产生，可能会互相干扰。用过收音机或者老式天线电视机的同学可以发现，有时人走近天线就有可能对接收的广播信号质量产生影响，这就是因为人体相当于一个大的导体，对电磁波的传输有干扰。

但是大家不必担心这个问题。对于51单片机电路来说，我们布线基本上只要考虑几点：首先电路的连接正确，没有短路和断路；然后焊接可靠，没有虚焊（看上去焊上了实际上没有连接起来）；然后尽可能减少电路交叉连接，并且尽可能保持电路整体美观就可以了。

大小合适的万用焊板，导线、排针若干

DIP40封装的STC89C52RC单片机（STC89C5x均可）、配套DIP40封装的IC座

11.0592MHz晶振、30pF电容两个（用于时钟电路）

10uF电容、10k电阻（用于复位电路）

USB-TTL下载线（用于程序烧写，后面文章会详细介绍）

六脚自锁开关（作为电源开关，可以省略，而使用插拔导线的方式代替）

焊接工具：电烙铁（或焊台）、焊锡丝、助焊剂（松香等）

排针焊在电路板上，母头杜邦线可以直接插上去，然后和USB-TTL转接板进行连接

可以看到USB-TTL转接板上也有排针，用上一篇介绍的杜邦线就可以方便的进行连接了

这里还要说明的是IC座（集成电路，IC=Integrated Circuit）。原本单片机可以直接焊接在电路板上，但是我们自己焊接时，常会用到IC插座。我们把IC座焊在原先单片机所在的位置（IC座上也有个缺口，最好和单片机的缺口对准），焊完后再把单片机插在IC座上。

多种IC座

使用IC座有几个好处。一是焊接时如果不熟练，焊接时间过长，会导致元器件过热，可能损坏集成电路；而焊接IC座而不是集成电路，就会好很多，IC座只是金属和塑料组成，不容易损坏，焊完了再把单片机插上去。二是如果单片机坏了，我们可以直接把单片机从插座上取下来更换。三是单片机相对而言毕竟还是比较贵，如果做完一个电路就不用了，有点浪费，使用插座，我们可以在做完这个电路之后把单片机取下来，放在别的电路上重新利用。

下面是一块焊接好的最小系统板，供大家参考（由于时间原因我没有亲自焊好拍照，这张是从网上找到的，用的是双面万用板，两面都有焊盘，一般建议用单面板，元件在没有焊盘的一面插进去，再另一面焊接）。

万用板焊接的最小系统板

后面将会继续介绍准备实验板的另外两种方式。

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《单片机小白学步》系列教程（原名《单片机入门指南》）介绍

本系列教程从最基本的入门知识开始，逐步深入介绍单片机系统设计，内容包括：
1、入门篇：单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
2、思想篇：单片机/计算机系统设计的工程思想
3、学习篇：单片机学习过程、方法和技巧，以51单片机为例介绍，并推广到其他单片机
4、应用篇：遵循规范的工程方法，设计单片机系统实例（计划设计的系统有：计算器、电子表、密码锁、简易手机，具体看有没有时间再确定）
5、原理篇：从模拟电路、数字电路开始，逐步深入介绍单片机/计算机系统原理，并自行设计简易的CPU（由于个人水平有限，这部分没有把握写好，具体内容视情况而定）

教程特点

1、技术知识点全面，从入门到精通

包含了各种基本知识，尤其是对单片机基本概念的介绍、为什么要用单片机等，在很多同类书籍教程中都被忽略了。同时也包含了一些深入的知识，包括原理篇考虑对单片机的基本原理进行介绍，有助于深入理解单片机。

本系列教程以51单片机为例进行介绍。通过51介绍完单片机的基本知识，我会再把430进行简要介绍，尤其是对比两者之间的优缺点，让大家很快感受到430的巨大优势，而学习51正好为快速了解430打下了坚实的基础。

2、除了单片机知识，还有思想、方法、技巧的介绍

本系列教程中，介绍单片机各种模块编程知识的主要是学习篇，而学习篇只是整个教程的一部分。在学习篇中我会贯穿各种方法技巧，如何理解一些模块功能，怎么看时序图，严格遵守工程思想进行编程，程序发生了错误怎么调试等等。而在思想篇中会总体介绍很多重要的思想，为后面的学习做好准备工作。

3、知识先后顺序的设计

单片机学习过程中，涉及大量的知识，而且很多知识之间相互依赖，关联很强。

本系列教程对知识的先后顺序进行比较明确的规划，尽最大可能符合人的认知过程。但是实际规划时发现，无论怎么调整知识的顺序，总有一些知识之间相互依赖，关系复杂。例如开始讲IO口的时候肯定会提到寄存器，而寄存器这个词的理解，需要深厚的背景知识。但是这些背景知识在没有进行实践的时候也很难理解。

初学者常常就会在这样的地方感觉疑惑不解，不知所措。而每次遇到类似这样的知识，我会向初学者指出，应该如何对待。这个知识是应该自己去学习补充，还是等到学完原理篇再做理解，而现在又应该怎么去看待这个名词。

另外，在整个教程的学习前，需要掌握一定的C语言等基础知识，具体可参考教程第〇篇《序》中的相关说明 hainter.com/mcu-primer-0

4、语言通俗易懂

本系列教程力求语言通俗易懂，而不会用一堆新手不懂的词语去解释另一个不懂的词语。但是受限于个人语言表达能力，可能有些地方表述的比较繁琐，或者不清楚，希望大家能够帮忙指出。

其他问题

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