一、芯片附近0.1uF电容的作用
电容思维导图如下：
电容有四大作用：去耦、耦合（隔直通交）、滤波、储能。今天我们主要谈论去耦作用。
电容封装
相信大家都用过这几种电容，板子上最多的是多层陶瓷电容。
钽电容：主要用在电源电路中，博主被它炸过很多次......
去耦电容
这是 STM32F103 最小系统原理图，STM32F103VET6 需要五路 3.3V 供电，他的 3.3V 一般来源于 LDO（低压差线性稳压器），比如 LM1117。
5V转3.3V的电路：
LDO 比 DC-DC 的方式（TPS5430）更能提供稳定的电压，但对芯片来说依旧不够，我们需要在芯片供电引脚旁边加上 0.1uF 的去耦电容，让电压中的高频交流部分从电容走到地，从而芯片可以获得稳定的直流电压。因此，去耦电容的摆放需要尽量靠近芯片管脚。
为什么是 0.1uF ？
分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示：
ESR 是电容的串联等效电阻，ESL 是电容的串联等效电感，C 才是真正的理想电容。ESR 和 ESL 是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除。ESR 影响电源的纹波，ESL 影响电容的滤波频率特性。
因此，有如下公式：
当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以，高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。
参见上图，我们想要的最好的滤波效果是在“谷”底，就是曲线凹进去的尖尖，在这个尖尖的时候，滤波效果做好，能够滤除这个频段的干扰，但是，当频率很高的时候，这个时候0.1uF电容个
滤波效果就没有0.01uF好了，以此类推，频率再高，选用的滤波电容的量级还要变小。
因此有时候可以采用多阻值电容并联的方式，获得最好的滤波效果。
二、晶振的作用和原理
什么是晶振？晶振是怎么制成的？晶振的内部结构，晶振的工作应用以及影响晶振频率相关的参数。
什么是晶振？
定义：晶振一般指石英晶体振荡器，也叫晶体振荡器。
晶体振荡器是一种使用逆压电效应的电子振荡器电路，即当电场施加在某些材料上时，它会产生机械变形。因此，它利用压电材料的振动晶体的机械共振来产生具有非常精确频率的电信号。
晶体振荡器具有高稳定性、品质因数、小尺寸和低成本，这使得它们优于其他谐振器，如 LC 电路、陶瓷谐振器、转叉等。
电路符号：晶振是电子电路中最常用的电子元件之一，一般用字母“X”、“G”或“Z”表示，单位为Hz，晶振的图形符号如图所示。
晶振是怎么制成的？
--如何从石英毛坯变成晶振？
石英毛坯在振荡电路中用作谐振元件，当受到电压电位的影响时，它将开始以其“基本频率”振动和振荡，这是一种相互关系：电路支持机械共振，反之亦然。晶体用于振荡器的反馈回路中，以限制振荡器的频率。
下图为从原始石英晶体材料到封装为最终晶振图。
晶振内部是怎么样的？
如下图所示，整个晶体被金属外壳覆盖。
拆下这个金属外壳后，我们可以看到一个像毯子一样的网，以保护晶体免受机械损坏。
在下图中，我们可以看到外部金属外壳内的网状外壳和晶振放置在其中。
去除金属覆盖物后，我们可以看到石英晶体板及其与外部电极的连接方式，如下图所示。
晶振的工作原理
石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
压电效应：若在石英晶体的两个电极上加上一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个皮法到几十皮法。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
晶振的等效电路
在晶体振荡器中，晶体被适当地切割并安装在两个金属板之间，如图下图左边图所示。其电气等效如下图右边图所示。
实际上，晶体的行为就像一个串联 RLC 电路，由组件组成：
- 低阻值电阻 R S
- 大值电感 L S
- 小值电容器 C S
然后将与其电极 C p的电容并联。
晶振的等效电路，如上图所示。
石英晶体的等效电路显示了一个串联RLC电路，它表示晶体的机械振动，与一个电容Cp并联，它表示与晶体的电气连接，石英晶体振荡器倾向于朝着它们的“串联谐振”运行。
晶振阻抗频率
晶体的等效阻抗具有串联谐振，其中Cs在晶体工作频率下与电感Ls谐振。该频率称为晶体系列频率，ƒs。除了这个串联频率之外，当Ls和Cs与并联电容器Cp谐振时产生并联谐振，如下图所示，还建立了第二个频率点。
上面晶体阻抗的斜率表明，随着频率在其端子上增加，在特定频率下，串联电容器Cs和电感器Ls之间的相互作用产生了一个串联谐振电路，将晶体阻抗降至最低并等于Rs，这个频率点称为晶体串联谐振频率ƒs，低于ƒs晶体是电容性的。
随着频率增加到该串联谐振点以上，晶体的行为就像一个电感，直到频率达到其并联谐振频率ƒp。
在这个频率点，串联电感Ls和并联电容器Cp之间的相互作用产生了一个并联调谐的 LC 谐振电路，因此晶体两端的阻抗达到了最大值。
因此，根据电路特性，石英晶体可以用作电容、电感、串联谐振电路或并联谐振电路，为了更清楚地说明这一点，我们可以·看下图晶体电抗与频率的关系。
晶振电抗频率
如下图所示，电抗与上述频率的斜率表明，频率ƒs处的串联电抗与Cs成反比，因为低于ƒs和高于ƒp晶体呈现电容性。
在频率ƒs和ƒp之间，由于两个并联电容抵消，晶体呈现电感性。
串联谐振频率
根据下图的等效电路图可以得出串联谐振频率：
串联谐振频率公式:
并联谐振频率
当串联 LC 支路的电抗等于并联电容器的电抗Cp时，会出现并联谐振频率ƒp ，并给出如下：
石英晶体振荡器示例
石英晶体具有以下值：Rs = 6.4Ω，Cs = 0.09972pF，Ls = 2.546mH。如果其两端的电容，Cp测量为28.68pF，计算晶体的基本振荡频率及其次级谐振频率。
晶振串联谐振频率，ƒ S：
可以看到，晶振的基频 ƒs 和ƒp之间的差异很小，约为 18kHz (10.005MHz – 9.987MHz)。然而，在这个频率范围内，晶体的 Q 因子（品质因数）非常高，因为晶体的电感远高于其电容或电阻值。
晶体振荡器 Q 因子：
晶振在串联谐振频率下的 Q 因子为：
晶体示例的 Q 因子约为 25,000，是因为这种高X L / R比率。
大多数晶体的 Q 因子在 20,000 到 200,000 之间，良好的 LC 调谐槽路电路将远小于 1,000。
这种高 Q 因子值还有助于晶体在其工作频率下的更高频率稳定性，使其成为构建晶体振荡器电路的理想选择。
已经看到石英晶体的谐振频率与电调谐 LC 谐振电路的谐振频率相似，但Q因子要高得多，这主要是由于其低串联电阻Rs。因此，石英晶体是振荡器特别是高频振荡器的绝佳组件选择。
典型的晶体振荡器的振荡频率范围可以从大约 40kHz 到远高于 100MHz，具体取决于它们的电路配置和使用的放大设备。晶体的切割也决定了它的行为方式，因为一些晶体会以一种以上的频率振动，从而产生称为泛音的额外振荡。
此外，如果晶体的厚度不平行或不均匀，它可能具有两个或多个谐振频率，都具有产生所谓的谐波的基频和谐波，例如二次或三次谐波。
影响晶振振荡频率的主要因素
- 工作点变化
我们之前已经了解过晶体管，并且知道了工作点的重要性，对于晶振来说，这个工作点的稳定性需要更高的考虑。
使用的有源器件的操作被调整到其特性的线性部分，该点由于温度变化而移动，因此稳定性受到影响。
- 温度变化
振荡电路中的振荡电路包含各种元件，例如电阻、电容和电感。它们的所有参数都取决于温度，由于温度的变化，它们的值会受到影响，这就会影响到振动电路频率的变化。
- 电源影响
供电功率的变化会影响频率，电源变化导致V cc变化，从而影响所产生的振荡频率。
为了避免这种情况的发生，实施了稳压电源系统，简称为 RPS。
- 输出负载变化
输出电阻或输出负载的变化会影响振荡器的频率。当连接负载时，储能电路的有效电阻会发生变化。
LC调谐电路的Q因数发生了变化，这就会导致振荡器的输出频率发生变化。
- 元件间电容的变化
元件间电容是在二极管和晶体管等 PN 结材料中产生的电容，这些是由于它们在操作过程中存在的电荷而产生的。
由于温度、电压等各种原因，元件间电容会发生变化。不过这个问题可以通过跨过有问题的元件间电容连接 电容来解决。
- Q值
振荡器中的 Q（品质因数）值必须很高。调谐振荡器中的 Q 值决定了选择性。由于该 Q 与调谐电路的频率稳定性成正比，因此 Q 值应保持较高。
如果Q值的变化，将会影响到频率稳定性。
三、单片机如何工作
单片机内部结构分析
我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（READ ONLY MEMORY）。为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？
原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM，称为FLASH ROM，刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我们还是把它称为ROM。
几个基本概念
1、数的本质和物理现象
我们知道，计算机可以进行数学运算，这令我们非常难以理解，计算机吗，我们虽不了解它的组成，但它们只是一些电子元器件，怎么可以进行数学运算呢？我们做数学题如37+45是这样做的，先在纸上写37，然后在下面写45，然后大脑运算，最后写出结果，运算的原材料：37、45和结果：82都是写在纸上的，计算机中又是放在什么地方呢？
为了解决这个问题，先让我们做一个实验：这里有一盏灯，我们知道灯要么亮，要么不亮，就有两种状态，我们可以用’0’和’1’来代替这两种状态，规定亮为’1’，不亮为’0’。现在放上两盏灯，一共有几种状态呢？我们列表来看一下：
请大家自己写上3盏灯的情况000 001 010 011 100 101 110 111我们来看，这个000，001，101 不就是我们学过的的二进制数吗？本来，灯的亮和灭只是一种物理现象，可当我们把它们按一定的顺序排好后，灯的亮和灭就代表了数字了。让我们再抽象一步，灯为什么会亮呢？是因为输出电路输出高电平，给灯通了电。因此，灯亮和灭就可以用电路的输出是高电平还是低电平来替代了。这样，数字就和电平的高、低联系上了。（请想一下，我们还看到过什么样的类似的例子呢？（海军之）灯语、旗语，电报，甚至红、绿灯）。
2、位的含义
通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，可以代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。
3、字节的含义
一根线可以表示0和1，两根线可以表达00，01，10，11四种状态，也就是可以表达0到3，而三根可以表达0~7，计算机中通常用8根线放在一起，同时计数，就可以表示0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE）。
存储器的工作原理
1、存储器构造
存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。
如上图左所示：一个存储器就象一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉，至于电荷在小格子里是怎样存的，就不用我们操心了，你可以把电线想象成水管，小格子里的电荷就象是水，那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方，我们称之为一个“单元”。
有了这么一个构造，我们就可以开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了（看上图右）。可是问题出来了，看上图右，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个单元中的电荷都放掉，这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的，因此，要在结构上稍作变化，看上图右，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就把一个信号给这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就可以自由流动了，而其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不同单元的控制线，就可以向各单元写入不同的数据了，同样，如果要从某个单元中取数据，也只要打开相应的控制开关就行了。
2、存储器译码
那么，我们怎样来控制各个单元的控制线呢？这个还不简单，把每个单元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗？事情可没那么简单，一片27512存储器中有65536个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有6万多个脚？不行，怎么办？要想法减少线的数量。我们有一种方法称这为译码，简单介绍一下：一根线可以代表2种状态，2根线可以代表4种状态，3根线可以代表几种，256种状态又需要几根线代表？8种，8根线，所以65536种状态我们只需要16根线就可以代表了。
3、存储器的选片及总线的概念
至此，译码的问题解决了，让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢？它就是从计算机上接过来的，一般地，这八根线除了接一个存储器之外，还要接其它的器件。这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如果总是将某个单元接在这八根线上，就不好了，比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H，那么这根线到底是处于高电平，还是低电平？岂非要打架看谁历害了？所以我们要让它们分离。办法当然很简单，当外面的线接到集成电路的引脚进来后，不直接接到各单元去，中间再加一组开关就行了。平时我们让开关打开着，如果确实是要向这个存储器中写入数据，或要从存储器中读出数据，再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择：读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中，先选中该片，然后发出写信号，开关就合上了，并将传过来的数据（电荷）写入片中。如果要读，先选中该片，然后发出读信号，开关合上，数据就被送出去了。读和写信号同时还接入到另一个存储器，但是由于片选端不同，所以虽有读或写信号，但没有片选信号，所以另一个存储器不会“误会”而开门，造成冲突。那么会不同时选中两片芯片呢？只要是设计好的系统就不会，因为它是由计算控制的，而不是我们人来控制的，如果真的出现同时出现选中两片的情况，那就是电路出了故障了，这不在我们的讨论之列。
从上面的介绍中我们已经看到，用来传递数据的八根线并不是专用的，而是很多器件大家共用的，所以我们称之为数据总线，总线英文名为BUS，总即公交车道，谁也可以走。而十六根地址线也是连在一起的，称之为地址总线。
四、变压器为什么要一点接地
■ 变压器铁芯为什么需要接地？
变压器在运行中，铁芯及固定铁芯、绕组的金属结构、零件、部件等均处在强电场中，在电场的作用下，它们具有较高的对地电位。如果铁芯不接地，它与接地的夹件及油箱等之间就会产生电位差，在电位差的作用下，可能会产生断续的放电现象。
除此之外，变压器在运行中，绕组的周围具有较强的磁场，铁芯、金属结构、零件、部件等都处在非均匀的磁场中，它们与绕组的距离各不相等，所以，各金属结构、零件、部件等受磁场感应产生的电动势大小也各不相等，彼此之间也存在着电位差。电位差虽然不大，但也能击穿很小的绝缘间隙，因而也可能会引起持续性的微量放电现象。
无论是由于电位差的作用可能产生的断续放电现象，还是可能击穿很小的绝缘间隙引起的持续性微量放电现象，都是不能允许的，而且要检查这些断续放电的部位是非常困难的。
解决的有效办法是，将铁芯及固定铁芯、绕组的金属结构、零件、部件等可靠接地，使它们与油箱等同处于大地电位。变压器的铁芯接地是一点接地，而且只能是一点接地。因为铁芯的硅钢片相互之间是绝缘的，这是为了防止产生较大的涡流，因此，切不可将所有的硅钢片都接地或多点接地，否则，将造成较大的涡流而使铁芯严重发热。
变压器的铁芯接地，通常是将铁芯的任意一片硅钢片接地。因为硅钢片之间虽然绝缘，但其绝缘电阻数值是很小的，不均匀的强电场和强磁场，可以使硅钢片中感应的高压电荷通过硅钢片从接地处流向大地，但却能阻止涡流从一片流向另一片。所以，只要将铁芯的任意一片硅钢片接地，那么，就等于将整个铁芯都接地了。
需要注意的是：变压器的铁芯必须是一点接地，不能是两点接地，更不能多点接地，因为多点接地是变压器的常见故障之一。
■ 变压器铁芯为什么不能多点接地。
因为变压器铁芯叠片之所以只能一点接地，是因为假如有两点以上接地，这样接地点之间就可能形成回路。当主磁道穿过此闭和回路的时候，就会在其中产生了循环电流，造成内部过热引发事故。烧熔的局部铁芯会形成铁芯片间的短路故障，使得铁损变大，严重会影响变压器的性能和正常工作，只能更换铁芯硅钢片加以修复，因此变压器不允许多点接地只能有且只有一点接地。
■ 多点接地容易形成环流，易发热。
变压器在运行过程中，其铁芯以及夹件等金属部件均处在强电场之中，因为静电感应会在铁芯及金属部件上产生悬浮电位，而这一电位会对地放电，这当然是不行的，所以，铁芯以及其夹件等都必须正确和可靠地接地（只有穿心螺栓的除外）。而铁芯只允许一点接地，如果有两点或者多点接地，铁芯就会与接地点和大地构成了闭合的回路。变压器运行的时候，有磁通就会穿过此闭合回路，就会产生所谓的环流，引起铁芯的局部过热，甚至烧毁金属部件以及绝缘层。
综上所述：变压器的铁芯只能一点接地，不能两点或者多点接地。
五、用二极管实现不同电压的输出
利用二极管的单向导电性可以设计出好玩、实用的电路。
分享本文，分析限幅电路和钳位电路，是如何用二极管来实现的。
限幅电路
如下图所示，当在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二极管正向导通。此时，
VOUT会被钳位在0.7V上。
而当VIN小于0.7V时二极管是截止状态，在负半周期时相当于电流反向，二极管也是截至状态，此时VOUT=VIN，VOUT波形跟随VIN变化。
根据上面限辐电路的原理，可以设计如下双向限辐电路。
然而有时候0.7V电压不能满足要求，那么，怎么产生不同大小的限幅电压？
在电路中加入偏置电压VBIAS，只有当VIN大于等于VBIAS时二极管才能导通。此时VOUT被钳位，其值是0.7V+VBIAS，如下图所示。
钳位电路
下面是二极管结合电容实现的钳位电路。分析中不考虑二极管的导通压降，假设RC时间常数足够大，从而使输出波形不会失真。
钳位电路原理
当输入Vin在负半周期为负时，电流如下图中红色箭头所示。二极管导通，电容逐渐充电至V，在此过程中Vout=0。
当输入Vin在正半周为正时，电流如蓝色箭头所示。二极管截止，Vout等于电容上电压加上正半周电压V，此时Vout=2V。
钳位电路原理
偏压钳位电路
跟限幅电路类似的，为了获得所需要的钳位值，要在电路中加入偏置电压，如下图所示。
偏压钳位电路
当所加的偏压与二极管导通方向一致，钳位值会提高V1，Vout=2V+V1。
双向二极管钳位电路应用举例
在某些电路中会利用两个二极管的钳位作用进行保护，如下图所示，假设0.7V为D1和D2的导通电压。
- Vin大于等于Vmax，D1导通，Vout会被钳位在Vmax
- Vin小于等于Vmin时，Vout被钳位在Vmin
