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第四章 自己制作电路板吧
相信大家通过前面的学习，已经了解了单片机、单片机外围电路以及基本传感器的相关知识。不过，大家有没有觉得，自己学到的东西都是“纸”上谈兵呢？无论单片机、外围电路、传感器它们各自有多厉害，功能有多强大，它们总是不能单独完成我们要求的功能。说到这，你也许会说，“我把这几样东西组成一个电路不就得了？！”，聪明的你正好落入我的圈套：电路是需要载体的，我总不能拿一堆导线把所有的器件管脚绑在一起完成电路吧（小编那会还真这么做过）？要真的是那样，我们人手一部的手机就是一团乱麻了……为了解决这个问题，聪明的人们将电子电路的载体做成规范，大家统一按照标准行事，这样一来，设计方便、交流方便，何乐而不为呢？为了让你的想法付诸现实，快进入电路制作的广阔天空吧！！
这一章我们会学习到如何用面包板和洞洞板制作电路、如何用AltiumDesigner软件画一个更加专业的PCB电路板。诸位看官，我们开始吧！
4.1 面包板的介绍和经典案例使用教程
4.1.1 面包板介绍
先贴几张图，让面包板大哥混个脸儿熟：
然后再让它来段自我介绍：
大家好，我是电路实验中一种常用的具有多孔插座的插件板，在进行电路实验时，可以根据电路连接要求，在相应孔内插入电子元器件的引脚以及导线等，使其与孔内弹性接触簧片接触，由此连接成所需的实验电路。最上面的那张是我的示意图，为4行59列，每条金属簧片上有5个插孔，因此插入这5个孔内的导线就被金属簧片短路连接在一起。簧片之间在电气上彼此绝缘。面包版插孔间及簧片间的距离均与双列直插式（DIP）集成电路管脚的标准间距2.54mm相同，因而适于插入各种数字集成电路。
面包板大哥的自我介绍真是专业啊，你听懂了吗？考你一个，到底哪些插孔之间相互断路、哪些插孔之间相互短路？
上图展示了面包板的重要功能：实线连接的地方是短路的插孔，相当于一条条的导线，将外部的分立器件连接起来。中间部分宽条是由中间一条隔离凹槽和上下各5 行的插孔构成。在同一列中的5 个插孔是互相连通的，列和列之间以及凹槽上下部分则是不连通的。更值得注意的是，为了电源的连接方便，面包板上专门设计有X、Y两排专供电源的插孔（有的面包板有更多排）。每5个插孔为一组，通常的面包板上有10组或11组，下面为大家一一讲述。
对于10组的结构，左边5组内部电气连通，右边5组内部电气连通，但左右两边之间不连通，这种结构通常称为5-5 结构。另外一种3-4-3结构，即左边3组内部电气连通，中间4组内部电气连通，右边3组内部电气连通，但左边3组、中间4组以及右边3组之间是不连通的。对于11组的结构，左边4组内部电气连通，中间3组内部电气连通，右边4组内部电气连通，但左边4组、中间3组以及右边4组之间是不连通的，这种结构称为4-3-4结构。
面包板大哥为了让我们的实验更加方便，自己结识了一大帮好兄弟，他们是……
面包板电路基本实验元器件表
大家可以先按照自己小制作需要的器件进行购买，不过“器件类别”为粗体的大多数实验都要用到的。
4.1.2面包板使用技巧以及注意事项
4.1.2.1 使用技巧
面包板是实验室中用于搭接电路的重要工具，熟练掌握面包板的使用方法是提高实验效率，减少实验故障出现几率的重要基础之一。下面来谈一谈面包板的使用技巧。
首先，元器件引脚或导线头要沿面包板的板面垂直方向插入方孔，应能感觉到有轻微、均匀的摩擦阻力，在面包板倒置时，元器件应能被簧片夹住而不脱落。
在做模拟电路实验的时候，通常在宽条部分搭接电路的主体部分，上面的“窄条”取一排做电源正极，下面的“窄条”取一排做电源负极。
而在搭接数字电路时，有时由于电路的规模较大，需要多个宽条和窄条组成的较大的面包板，同样通常是两窄一宽同时使用，两个窄条的第一行一般和地线连接，第二行和电源相连。由于集成电路电源引脚一般在上面，接地在下面，如此布局有助于将集成电路的电源脚和上面第二行窄条相连，接地脚和下面窄条的第一行相连，减少连线长度和跨接线的数量。中间宽条用于连接电路，由于凹槽上下是不连通的，所以集成块一般跨插在凹槽上。
下面的两个电路就是就是按照上述规则制作的。
4.1.2.2注意事项
既然面包板大哥帮了咱们那么多忙，咱们应该怎样照顾它呢？
1、面包板应该存放在通风、干燥处，特别要避免被电池漏出的电解液所腐蚀。
2、要保持面包板清洁，焊接过的元器件不要插在面包板上。
希望大家真的要注意这些，因为如果你不去爱惜面包板，真正做实验的时候，面包板短路的孔与孔之间变成了断路，大家就得使用万用表的通断进行检测喽……
4.1.3 面包板电路经典案例
这一节我们亲自做几个小案例，好好体会一下面包板的神奇魅力。
例1（热身案例）省电指示灯电路的搭建
我们的电源使用4节5号电池串联而成，开关选用按钮开关，接线用1芯导线，电阻器上面的四条色环为橙色、白色、棕色及金色，标称阻值为390Ω，允许偏差±5％。发光二极管采用直径3mm的红色发光二极管。限流电阻器R为390Ω时，发光二极管中电流约10mA，亮度已经很高了。如用高亮度发光二极管，限流电阻器可以适当加大（1k～3.9kΩ），工作电流仅为1～3mA（大家想一想电流是怎样算出来的），利用以上元器件，一个名副其实的省电指示灯电路就做好了。
省电指示灯电路虽然看起来很简单，在面包板上搭接电路却是新的尝试，需要掌握在面包板上连接电路的方法，了解电阻器和发光二极管的使用方法，迈出面包板电路实验的第一步。建议大家按照上图的示范连接方法进行实验。常见的错误是把电阻器、发光二极管的两条管脚插在同一列的5个方孔内造成短路，或者发光二极管正负极管脚接反。
这么简单的电路，快拿出自己的面包板和元器件，搭建属于自己的第一个电路吧！一定记得和小编分享你成功的喜悦哦……
聪明的你肯定已经把可爱的LED点亮了，接下来，难度上升，接受挑战吧……
例2 电容器的充电及放电作用
电容器是面包板上最常用的储能元件，我们当然要隆重介绍一下啦！
1745年，荷兰莱顿大学P•穆森布罗克发明“莱顿瓶”，这是一种最原始的电容器，在玻璃瓶内外贴上金属箔作为板极，这样就构成了由两个金属板相互靠近并用玻璃介质绝缘的电容器。顾名思义，电容器最主要的特征是能够存储电荷，具有充电和放电作用，并有隔断直流电和允许交流电通过的能力。
下面我们将使用面包板体验电容给我们带来的乐趣。
大家赶紧拿出自己面包板，亲自连接一下，看一看现象吧！
相信聪明的你已经看到现象了，有没有很兴奋？让我们深入的研究一下这个电路的工作原理。
上面的实验电路中有两个功能：
充电功能：电容器C1（220μF）和C2（220μF）并联，总电容量等于两个电容器的电容量之和（440μF）。电路左方由电源GB、按钮开关SB1、电阻器R1和并联的电容器C1、C2组成RC（阻容）充电电路，充电电流由红色发光二极管的发光亮度显示出来。当SB1闭合接通电源瞬间，红色发光二极管闪亮一次。R1的电阻值越大，红色发光二极管瞬间电流（最大电流）越小，向电容器充电的时间越长。
小编考一考大家，你们能用电路基础学到的知识解释一下吗？
放电功能：右方为电容器的放电电路，由SB2、R2、绿色发光二极管和并联的电容器C1、C2组成。当C1、C2充足电后，断开SB1，电容器C1、C2与电源GB脱离，这时再按下SB2，绿色发光二极管发生闪亮现象，这是由于电容器C1、C2存储的电荷放电造成的，说明电容器能够存储电荷。电容器放电时，随着电容器中存储的电荷不断减少，其两端电压急剧减小，放电电流也随之按指数规律急剧减小（大家可以用电路的知识推导一下，可能要用到解微分方程的知识）。显然，电阻器R的电阻值与充电电容器C的电容量两者的乘积R•C越大，充放电所需要的时间也越长，因此把R•C叫做阻容充放电电路的时间常数，用希腊字母τ来表示，即
τ=R•C
当电阻的单位为欧姆，电容的电容量为法拉时，τ的单位为秒。R=1kΩ，C=440μF时，τ=1×103×440×10-6=0.44（秒）。在实验时，发光二极管为什么只能瞬间闪亮，通过计算时间常数τ就可以得到证明。
小编提醒一下，电容器一定选用工作电压10～16V的小型电解电容器，由于其体积较大，在面包板上要留有一定的空间，并需要一条导线将两个电容器的正极并联在一起。电解电容器在使用时要注意极性，长引脚为正极，短引脚为负极，通常电容器壳体负极引脚一侧有“-”的标志。
怎么样，用面包板做实验是不是很有趣呢？不过小编在这里要给大家打个预防针：用面包板进行电路实验时一定要好好布局，否则又会出现五花大绑的现象，检查电路的工作将会十分困难。
例3 分立器件搭建的流水灯
这个例子的展示效果可是非同一般的漂亮，大家是不是很期待呢？赶紧动手做一做吧！
这个例子中用到了三极管，面包板电路搭接中常用的NPN型三极管是9013，PNP型三极管为9012。这个例子中，每当电源接通时，总有一个LED会先亮起来，LED亮起证明原理图中与相应LED相连的三极管导通，导致其集电极电压下降，而电容两端的电压是不能突变的，所以，后一个三极管的基极电压接近0V，与其相连的LED则熄灭；同时，再后一个三极管的基极电压升高，与其相连的LED点亮。也就是说，同时亮的LED有两个。随着原理图中电容器的充电，上述的截止的三极管的基极电压不断升高，到达0.7V后导通，LED点亮；而后一个LED又被熄灭，由此循环往复进行。
下面的例子我们将使用常用的IC进行面包板电路设计。
例4 基于NE555的光控频闪警示灯
大家试一试按照原理图搭接电路吧……或者找个小伙伴比比赛，看谁设计的既清晰、又美观。
需要说明的是，照片中的红色小LED代替了原理图中的VD14148，发光二极管实质也是二极管。另外，因为我们手头上没有光敏电阻，所以照片中用蓝色的可调电位器代替光敏电阻。
IN4148是常用的一种二极管，具有单向导通特性；而光敏电阻是一种电阻随光的强弱变化而变化的传感器，一般来说，光强越强，电阻越小；反之，电阻越大。
这个实验中用到了NE555芯片，它的内部结构中(如上图所示)含有两个电压比较器A1和A2、一个RS触发器、一个反向驱动和一个放电三极管。而两个比较器分别被3个5K的电阻设定在2/3和1/3VCC的工作点上，当电压比较器A1同相输入端6脚的电压高于反向端5脚的电压时，3脚输出低电平；当比较器A2反向输入端2脚电压低于同相输入端（1/3VCC）时，3脚输出高电平。NE555的常用功能为多谐振荡器和单稳态触发器，本例中就是利用NE555搭建了一个多谐振荡器，原理图中的R1、R2、C1、VD1就是电容充放电电路的组成部分。关于555更多更详细的介绍，我们可以翻回头看看第二章的内容。
VD1在本例中的作用就是改变充、放电使用的电路参数（电阻大小），从而改变时间常数，导致亮、灭时间长度不一致，形成频闪的效果。而光敏电阻RG则与R4分压，改变NE555中的强制复位管脚的电压变化，从而控制NE555是否工作。试着调一调看看效果吧。
未完待续。。。
