硬件知识1--原理图和接口类型（基于百问网硬件操作大全视频教程）

一、 原理图

原理图，是表示电路板上各器件之间连接原理的图表 。通过对原理图的分析，可以了解一个模块的输入输出，看出每个电子元器件的具体参数及各个元器件之间的连接关系等。通过原理图用户可以迅速熟悉系统的某些结构及关系。

1.1 常见器件

在电路板上，由于空间有限，不可能把每个元件的名称全写出来，所以把各种器件实物抽象为一个个的符号来表示。用特定的编号表示元器件的类型。比如用R代表电阻，后边加数字表示某一具体电阻，如R1、R2、R3分别代表三个电阻。

通过以上的元件编号，用户就可以知道电路板上的元件具体是什么。

1.2 器件连接的表示方式

1、用连线表示两个器件有链接。

2、用网络标号表示两个器件之间有链接。

如上面所示，将两条线上面添加相同的网络标号，表示他们彼此相连接。三个LED分别与单片机的46、47、135引脚相连。

二、接口类型

接口就是芯片之间的连接方式。单片机通过GPIO与各种模块相连接，传输数据、信号。接口类型可分为以下几种：

1、普通GPIO接口

通常只有一个引脚，只负责输出、输入高低电平。

比如输出高低电平控制LED、蜂鸣器；作为按键输入引脚判断按键是否被按下。

２、协议类GPIO接口

一条或多条数据线根据某种协议传输数据，引脚仍是输出输入高低电平，但是输出输入是根据协议决定的，比如IIC协议，只有在时钟线低电平的时候，数据线才能进行高低电平转换，时钟线为高电平的时候，数据线必须保持电平不变（起始信号、结束信号除外）。

这种情况一般是用来传输比较复杂的数据，比如与各种传感器、LCD等连接。

常见的协议有IIC、SPI、CAN、FSMC等。

３、内存接口

比如与Nor Flash、SDRAM、DDR、网卡DM9000等连接。

这类接口有地址总线、数据总线、读数据、写数据和片选信号。

４、模拟接口

之前三种接口GPIO的输入输出的都是高低电平，电平信号不是０就是1。

模拟接口GPIO输入输出是不确定的。简单理解就是输入输出的是模拟信号，是可以连续变化的，能输出0-Vmax之间的任意值。

GPIO操作过程

对于不同的芯片，GPIO内部结构可能各不相同，但是都会有以下三种功能。

1、功能选择
一个引脚，可以接到模块A，也可以接到模块B，比如可以作为普通GPIO使用，也可以作为串口的TXD使用。

所以要设置某些寄存器，选择引脚使用的功能。

比如STM32F103的GPIO功能配置，配置GPIOx_CRL可以配置GPIO的复用模式。

2、设置引脚方向

选择引脚是输入还是输出模式。

STM32F103中，也是在GPIOx_CRL中配置GPIO的输入输出模式。

3、读取、设置引脚电平

在GPIO内部，肯定会有数据寄存器，保存每个引脚的电平数据。

比如STM32F103中，也是在GPIOx_ODR中配置GPIO的输出，对哪个bit写1，对应的引脚就输出高电平。

三、二极管与三极管

在电路中二极管与三极管使用的非常频繁，下面简单介绍一下。

1、二极管

对于二极管只需要知道二极管具有单向导通性，他只能在一个方向导通。

电流只能从正（+）流向到负（-）。V正 - V负 > VAL则导通。VAL一般为0.7v，材质不同VAL也会不同。

利用二极管的单项导通性可以做保护电路，比如防止电源反接。如果电源接反了，那么二极管不导通，无法形成电流。

2、三极管

三极管也是只有在某些条件下才会导通。常用做开关电路。

三极管分为PNP和NPN两种，但是原理是类似的。

对于三极管，只需记住通过基极b和发射机e的导通控制集电极c和发射机e的导通。

NPN：

根据图中箭头判断电流流向。若基极电压Vb大于发射极电压Ve，则be之间导通，从而导致ce之间导通。那么V2就与低相连，V2=0。

通常Vb-Ve > 0.7v就认为be之间导通，根据材质这个电压可能会变化。

Vcon = 1，be导通，ce导通，V2 =0为低电平。

Vcon = 0，be截止，ce截止，V2 = V为高电平。

可以看到，V2电压与Vcon电压相反，所以一个三极管可以做反向电路。

PNP：

PNP型三极管与NPN的类似。

根据图中箭头判断电流流向。若发射极电压Ve大于基极电压Vb，则eb之间导通，从而导致ec之间导通。那么V2就与V相连，V2=V，为高电平。

Vcon = 1，eb截止，ec截止，V2 =0为低电平。

Vcon = 0，eb导通，ec导通，V2 = V为高电平。

四、常见的GPIO电路

以LED为例，使用GPIO控制LED，一般有一下几种连接方式：

１、直接连接LED，芯片点亮

这种连接方法直观，易懂。但是芯片引脚的驱动能力可能不够，LED可能达不到最大发光强度。

２、直接连接LED，外部电源点亮

这种连接方法GPIO输出低电平，LED由外接的电源点亮。但是电流进入芯片过大时，可能烧毁芯片。

３、使用１个三极管连接，高电平点亮

GPIO输出高电平，LED被Vcc点亮，电流不会流向芯片，所以不会烧毁芯片。

此时GPIO高电平才能点亮LED。

４、使用2个三极管连接，低电平点亮

GPIO输出低电平，Q2截止，Q1导通，LED被Vcc点亮，电流不会流向芯片，不会烧毁芯片。

此时GPIO低电平点亮LED。
上面四种连接方式，通常使用后面两种。对于其他的元器件比如蜂鸣器、按键等都与上述LED连接方式类似。