常用外围电路设计指南：硬件电路设计的实用参考

在嵌入式行业摸爬滚打七八年，积累了一些硬件电路设计的经验与心得，在此分享给刚踏入嵌入式领域的朋友，希望能起到一定的参考作用，还望经验丰富的大神和老鸟们多多包涵。由于我并非专业的电路设计人员，知识有限，若内容存在错误或遗漏之处，恳请大家批评指正。

一、按键电路的常用设计参考

1.R1 上拉电阻：在按键电路中，R1 上拉电阻起着至关重要的作用。它能够将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，确保按键在未被触发时处于稳定状态，或者在触发后能够顺利回到原状态。从电路稳定性的角度出发，建议添加该上拉电阻。在实际应用中，上拉电阻可以有效避免信号的漂移和干扰，提高按键电路的可靠性。

2.C1 电容：按键在按下和释放的瞬间，会产生抖动现象，这可能会导致电路误触发。C1 电容的作用就是减小按键抖动以及高频信号干扰。通过对电荷的存储和释放，C1 电容可以平滑按键信号，使电路更加稳定。因此，个人建议加上该电容。

3.R2 限流电阻：其取值范围通常在 100 欧至 10k 之间。如果芯片设置了内部上拉，该值不能太大，否则电流不足以拉低 IO 口。R2 限流电阻的主要作用是保护 IO 口，防止过流、过高电压烧坏 IO 口，同时对静电或者一些高压脉冲有吸收作用。所以，建议加上该限流电阻。

4.D1 ESD 二极管：这是一种静电保护二极管，能够有效防止静电干扰或者损坏 IO 口。是否添加该二极管需要根据 PCB 的成本及防护级别要求来决定。在对静电防护要求较高的场合，添加 ESD 二极管可以提高电路的抗干扰能力。

二、外接信号输入设计参考

1.R3 上拉电阻：当外接的连接线比较长，芯片内部上拉能力比较弱时，建议加上 R3 上拉电阻。它可以将不确定的信号钳位在高电平，维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态。如果平时通信距离不长，且芯片有内部上拉，则可以省略该电阻。

2.C2 电容：其作用是防止高频信号干扰。需要注意的是，如果输入频率信号比较大，C2 容值要对应减少，或者直接省略 C2。因为在高频信号下，电容的容抗会减小，可能会影响信号的传输。

3.R4 限流电阻：同样是为了保护 IO 口，防止过流过高电压烧坏 IO 口，对静电或者一些高压脉冲有吸收作用。建议加上该限流电阻。

4.D2 ESD 二极管：静电保护二极管，防止静电干扰或者损坏 IO 口。是否添加根据 PCB 的成本及防护级别要求来决定。

三、输出电路继电器设计参考

1.U1 光耦：在输出电路继电器设计中，U1 光耦的作用是分离高低压，防止高压干扰，实现电气隔离。通过光耦的隔离作用，可以有效避免高压对低压电路的影响，提高电路的安全性和稳定性。

2.D5 1N4148 续流二极管：当继电器的线圈断电时，会产生感应电动势，可能会对其他元件造成损坏。D5 续流二极管以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端，并与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。

四、达林顿晶体管设计参考应用

达林顿晶体管通常用于步进电机驱动，但实际上它还有更广泛的应用，如电机调速、大功率开关电路、驱动继电器以及驱动功率比较大的 LED 光源，并利用 PWM 来调节亮度。

1.R6、R7、R8 电阻：用于限流，防止 ULN2001 损坏，导致高压直接输入到 MCU 的 IO。由于 ULN2001D 本身自带 2.7K 电阻，这里的 R6、R7、R8 可以省略。如果某些驱动芯片没带电阻，最好自己加上，具体情况可以查看选用芯片的数据手册作决定。

2.COM 端接电源：当输出端接感性负载的时候，负载不需要加续流二极管，芯片内部设计有二极管，只需 COM 口接负载电源即可。当接其他负载时，COM 口可以不接。

3.电容应用：在使用阻容降压电路为 ULN2001D 供电时，由于阻容降压电压无法阻止电网上的瞬态高压波动，必须在 ULN2001D 的 COM 端与地端就近接一个 104 电容。其余应用场合下，该电容可以不添加。

五、运算放大器设计参考应用

利用运放巧妙采集负载的当前电流，可以准确知道当前负载运行情况，判断其是否正常工作，非常实用。运算放大器还有很多精妙实用的电路，以后会一一跟大家分享，大家有空也可以网上搜一搜运放的一些经典电路，有很多可以参考的地方。

1.负载地端连接：GND2 是负载的地端，通过 R16 电阻（根据负载电流的大小 R16 要选功率大一点的）接公共地，会有微小的电压差。

2.放大倍数调节：该电路是同相比例运算电路，所以采样端的电压 = 输入端电压 * (1 + R9/R11) = 69 倍的输入电压。大家可以根据测量范围修改 R9 调节放大倍数。

六、MOS 管设计参考应用（控制电源输出通断）

MOS 管在电路中常用于控制电源输出的通断。通过对 MOS 管栅极电压的控制，可以实现对电源输出的精确控制。在实际应用中，需要根据具体的电路要求选择合适的 MOS 管型号和参数。

七、输入电源设计参考应用

如果电路成本比较紧张，可根据需要适当删减元件。

1.F1 自恢复保险丝：起到过流保护的作用，可根据实际负载电流调整阀值大小。当电路中的电流超过设定的阀值时，保险丝会自动断开，保护电路安全。当故障排除后，保险丝会自动恢复导通状态。

2.D10 肖基特二极管：能够减少后级电源对前级的影响，防止电源正负接反烧坏后级电路，防止电源关电时电流倒灌。但经过二极管有 0.4V 左右压降，需要考虑经过 0.4V 降压后会不会低于后级电路的正常工作电压。

3.TVS 管：用于输入电压过高保护，一般取正常输入电压的 1.4 倍。当输入电压超过 TVS 管的击穿电压时，TVS 管会迅速导通，将多余的电压泄放掉，保护电路不受过高电压的损害。