1000 и одна микронтроллерная схема. Выпуск 3

С. М. РЮМИК 

1000 И одна
 МИКРоКонтРоллеРная
СхеМа

ВЫПУСК 3

Москва
дМК-Пресс

2023

2-е издание, электронное

УДК 621.316.544.1 + 004.312.46
ББК 31.264
Р97

Р97
Рюмик, Сергей Максимович.

1000 и одна микронтроллерная схема. Вып. 3 / С. М. Рюмик. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 
356 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe 
Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.

ISBN 978-5-89818-442-1

Книга является третьей частью авторского издания под общим титульным названием «1000 и одна 
микроконтроллерная схема». Ранее в издательстве «Додэка-XXI» вышли в свет две книги из данной 
серии: «Выпуск 1» (2010 г.) и «Выпуск 2» (2011 г.). Новая книга «Выпуск 3» служит их логическим 
продолжением и дополнением. В ней содержатся электрические схемы сопряжения микроконтроллеров с внешними устройствами. Основной упор, в отличие от аналогичных по тематике изданий, 
делается на рассмотрение небольших, конструктивно завершённых, схемных узлов.
В книге освещается работа базовых микроконтроллерных подсистем, в частности ввода и вывода 
сигналов, питания, тактирования, сброса, программирования. Уделяется должное внимание популярным интерфейсам: USB, SPI, RS-485, I2C, 1-Wire. Приводятся схемы электрической «обвязки» 
для популярных плат Arduino, которые тоже содержат микроконтроллеры.
Книгу можно считать справочником типовых решений, поскольку все электрические схемы систематизированы по разделам и снабжены краткими пояснениями о назначении элементов. Ссылки 
на дополнительные материалы и литературу даны в конце каждого из разделов. В общей сумме в трёх 
книгах «Выпуск 1..3» насчитывается около 3000 схем.
В книге содержится мини-курс, посвящённый компьютерному моделированию. Приводится методика анализа небольших узлов, подключаемых к выводам микроконтроллеров. С помощью моделирования можно заранее спрогнозировать результат работы устройства без паяльника и без макетирования «в железе».
Книга будет полезна разработчикам электронной аппаратуры, радиолюбителям (в том числе начинающим), студентам, а также всем неспециалистам в области электроники, самостоятельно осваивающим микроконтроллеры.

УДК 621.316.544.1 + 004.312.46 
ББК 31.264

Электронное издание на основе печатного издания: 1000 и одна микронтроллерная схема. Вып. 3 / С. М. Рюмик. — 
Москва : ДМК Пресс, 2016. — 356 с. — ISBN 978-5-97060-348-2. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, 
электронными или механическими, включая фотографирование, ксерокопирование или иные средства копирования или сохранения информации, без письменного разрешения издательства.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, 
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-442-1
© Рюмик, С. М., 2016
© Оформление, Издание, ДМК Пресс, 2016

СодеРжанИе

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Глава 1. Из чего состоит МК
1.1.  Загадки терминологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.2.  Историческая справка .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .16
1.3. Обновлённая классификация МК .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .19
1.4. Микроконтроллерные новости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
 
1.4.1. Мультиядерные МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
 
1.4.2. Гибкие МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
 
1.4.3. МК с сегнетоэлектрической памятью FRAM .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  22
 
1.4.4. Беспроводные МК. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
 
1.4.5. 32-битные МК начального уровня  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
 
1.4.6. Клонирование МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5. Мотивация в изучении МК .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  27
1.6. Какой МК выбрать?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.7. Внутреннее устройство МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
 
1.7.1. Обновлённая структурная схема МК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
 
1.7.2. Центральное вычислительное устройство .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  32
 
1.7.3. Память ОЗУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
 
1.7.4. Память ПЗУ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
 
1.7.5. Подсистема прерываний .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  33
 
1.7.6. Подсистема интерфейсов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
 
1.7.7. Подсистема программирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
 
1.7.8. Подсистема питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
 
1.7.9. Подсистема начального сброса  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
 
1.7.10. Подсистема тактирования  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
 
1.7.11. Подсистема портов ввода/вывода .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  42
1.8. Условные обозначения на схемах с идеализированным МК  . . . . . . . . . . . . 48
Список использованных источников и литературы к главе 1  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  54

Оглавление 

Глава 2. Типовые схемы узлов ввода МК
2.1. Приём аналоговых и цифровых сигналов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  55
 
2.1.1. Приём сигналов низкого напряжения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  55
 
2.1.2. Приём сигналов высокого напряжения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
 
2.1.3. Внутренний аналоговый компаратор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.2. Входные усилители сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
 
2.2.1. Усилители на транзисторах и микросхемах  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
 
2.2.2. Трансформаторная развязка .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  64
2.3. Механические датчики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  65
 
2.3.1. Энкодеры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  65
 
2.3.2. Кнопки, переключатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
 
2.3.3. Датчики вибрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.4. Акустические датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
 
2.4.1. Микрофоны и громкоговорители. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.5. Оптические датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
 
2.5.1. Дискретные фотодатчики  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
 
2.5.2. Интегральные фотомодули. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
 
2.5.3. Оптопары .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  73
 
2.5.4. Датчики с открытым оптическим каналом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
2.6. Температурные датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
 
2.6.1. Терморезисторы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  75
 
2.6.2. Термопары  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
 
2.6.3. Интегральные термодатчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.7. Погодные датчики. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
 
2.7.1. Датчики атмосферного давления  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  78
2.8. Прочие схемы узлов ввода  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  80
Список использованных источников и литературы к главе 2  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  84

Глава 3. Типовые схемы узлов управления и тактирования
3.1. Формирователи сигнала начального сброса. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.2. Внешние источники опорного напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3. Стабилизация тактовой частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
3.4. Приём тактовых сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.5. Прочие схемы тактирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Список использованных источников и литературы к главе 3  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  94

Глава 4. Типовые схемы подачи питания на МК
4.1. Параметрические стабилизаторы напряжения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  95
4.2. Линейные интегральные стабилизаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.3. Импульсные DC/DC-преобразователи напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.4. «Импульсно-линейные» источники питания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  98
4.5. Электронное включение/выключение питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4.6. Фильтрация питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.7. Прочие схемы организации питания .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 103
Список использованных источников и литературы к главе 4  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 106

Оглавление      5

Глава 5. Типовые схемы узлов вывода МК
5.1. Светодиодные индикаторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
 
5.1.1. Одиночные светодиоды. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
 
5.1.2. Сокращение числа соединительных линий .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 110
 
5.1.3. Одиночные светодиоды с буферными элементами. . . . . . . . . . . . . . 111
 
5.1.4. Цепочки светодиодов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 114
 
5.1.5. Линейки светодиодов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 115
 
5.1.6. Светодиодные матрицы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
 
5.1.7. Двухцветные светодиоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
 
5.1.8. Трёхцветные светодиоды .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 120
 
5.1.9. ИК-светодиоды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
 
5.1.10. Многоразрядные семисегментные индикаторы . . . . . . . . . . . . . . . 122
 
5.1.11. Уплотнение сигналов в семисегментных индикаторах .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 124
 
5.1.12. Буквенно-цифровые индикаторы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 126
 
5.1.13. Алфавитно-цифровые OLED-модули. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
 
5.1.14. Цветные OLED-дисплеи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
 
5.1.15. Лазерные излучатели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
 
5.1.16. Мигающие светодиоды  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
 
5.1.17. Излучатели внутри оптопар. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.2. Накальные и газоразрядные индикаторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
 
5.2.1. Электрические лампы накаливания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
 
5.2.2. Ваккуумные индикаторы семейства Nixie .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 141
 
5.2.3. Низковольтные люминесцентные вакуумные индикаторы . . . . . . . . . 143
 
5.2.4. Прочие газоразрядные индикаторы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.3. Жидкокристаллические индикаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
 
5.3.1. Семисегментные ЖКИ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 146
 
5.3.2. Алфавитно-цифровые ЖК-модули (АЦЖК)  . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
 
5.3.3. ЖК-дисплеи  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.4. Звуковая система. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
 
5.4.1. Ультразвуковые излучатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
 
5.4.2. Транзисторные усилители звука. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
 
5.4.3. Интегральные усилители звука  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
 
5.4.4. Генерация звука через ШИМ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
 
5.4.5. Генерация звука через ЦАП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
 
5.4.6. Формирование огибающей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.5. Ключевые узлы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
 
5.5.1. Транзисторные ключи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
 
5.5.2. Узлы управления параметрами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.6. Электродвигатели  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 163
 
5.6.1. Транзисторное управление двигателями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
 
5.6.2. Управление двигателями через мостовые схемы  . . . . . . . . . . . . . . . 166
 
5.6.3. Микросхемы управления двигателями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
 
5.6.4. Шаговые двигатели  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 170
 
5.6.5. Серводвигатели  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Оглавление 

5.7. Генерация, модуляция, переключение сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
 
5.7.1. Формирование телевизионных сигналов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
 
5.7.2. Коммутация сигналов с участием МК  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 176
 
5.7.3. Подключение ЭРИ к внешнему тракту. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
 
5.7.4. Генерация сигналов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 178
5.8. Силовая электроника .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 180
 
5.8.1. Элементы Пельтье . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
 
5.8.2. Механические реле общего применения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.9. Прочие схемы узлов вывода  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 182
Список использованных источников и литературы к главе 5  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 187

Глава 6. Типовые схемы комбинированных узлов ввода/вывода
6.1. Информационно-измерительные узлы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
6.2. Схемы с программной обратной связью .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 197
6.3. Подключение внешних АЦП  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.4. Опрос состояния кнопок и переключателей  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.5. Опрос тастатуры .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 202
6.6. Сокращение числа линий при опросе кнопок  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
6.7. Измерение частоты  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.8. Светоизлучатели и фотоприёмники  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.9. Датчики со знакопеременным напряжением .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 209
6.10. Прочие схемы узлов ввода/вывода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Список использованных источников и литературы к главе 6  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 216

Глава 7. Типовые схемы интерфейсных узлов
7.1. COM-порт  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
7.2. Интерфейс USB  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
7.3. Интерфейс CAN .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 222
7.4. Интерфейс «1-Wire» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 223
7.5. Интерфейс «K-Line». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
7.6. Интерфейс I2C  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 226
7.7. Интерфейсы UART/USART .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 230
7.8. Интерфейс RS-485. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
7.9. Интерфейс «Токовая петля»  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 235
7.10. Часы реального времени RTC  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
7.11. Интерфейс SPI  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
7.12. Интерфейс карт памяти MMC/SD  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.13. Работа с навигационными модулями GPS .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 246
7.14. Интерфейс MIDI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
7.15. Интерфейс S/PDIF. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
7.16. Прочие интерфейсы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 252
Список использованных источников и литературы к главе 7  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 256

Глава 8. Типовые схемы автономных устройств
8.1. Микроконтроллерные модули питания  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
8.2. Встраиваемые микроконтроллерные узлы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
8.3. Измерительные устройства. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Оглавление      7 

8.4. Самостоятельно значимые устройства .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 267
8.5. Вблизи от терменвокса  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 271
8.6. Устройства автоматики .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 274
8.7. Дорабатываемые устройства .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 275
Список использованных источников и литературы к главе 8  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 277

Глава 9. Схемы для Arduino
9.1. Кратко про Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
 
9.1.1. Постановка задачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
 
9.1.2. На кого рассчитан проект Arduino? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
 
9.1.3. Платформа «Open»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
 
9.1.4. Историческая справка  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
 
9.1.5. Особенности Arduino  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 283
 
9.1.6. Тестовая проверка Arduino .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 285
 
9.1.7. Философия Arduino .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 291
9.2. Схемы подключения Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
 
9.2.1. Схемы с цифровыми входами  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 292
 
9.2.2. Схемы с аналоговыми входами  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
 
9.2.3. Схемы цифровых выходов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 297
 
9.2.4. Схемы аналоговых выходов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
 
9.2.5. Комбинированные схемы со входами и выходами .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 303
 
9.2.6. Конструкции на базе Arduino  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Список использованных источников и литературы к главе 9  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 309

Глава 10. Схемы, не рекомендуемые к применению
10.1. О достижении цели. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
10.2. Примеры анализа электрических схем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
 
10.2.1. Разноцветный «светодинамик»  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
 
10.2.2. Помехи в канале АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
 
10.2.3. Внешняя нагрузка на выходе Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
 
10.2.4. Arduino в качестве конвертора USB-UART. . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
Список использованных источников и литературы к главе 10  . . . . . . . . . . . . . 318

Глава 11. Среда моделирования Micro-Cap
11.1. Компьютерное моделирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
11.2. Micro-Cap: ограничения, версии, установка .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 323
11.3. Технология рисования схем в Micro-Cap .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 326
11.4. Базовые логические элементы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 329
 
11.4.1. Схема замещения КМОП-инвертора .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 329
 
11.4.2. Компоненты замещения из библиотеки Micro-Cap  . . . . . . . . . . . . 330
 
11.4.3. Схема замещения КМОП-триггера Шмитта. . . . . . . . . . . . . . . . . 331
 
11.4.4. Схема замещения КМОП-инвертора с регулируемыми фронтами. . . . 332
 
11.4.5. Моделирование аналоговых входов/выходов МК. . . . . . . . . . . . . . 334
 
11.4.6. Модели в формате IBIS  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 335
 
11.4.7. Текстовая макромодель инвертора для МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
 
11.4.8. Экспериментальное уточнение параметров макромодели. . . . . . . . . 338

Оглавление 

11.5. Моделирование подсистем МК  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
 
11.5.1. Моделирование подсистемы питания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
 
11.5.2. Моделирование подсистемы начального сброса  . . . . . . . . . . . . . . 342
 
11.5.3. Моделирование подсистемы тактирования  . . . . . . . . . . . . . . . . . 343
 
11.5.4. Моделирование подсистемы портов ввода/вывода .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 344
Список использованных источников и литературы к главе 11  . . . . . . . . . . . . . 346

Послесловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

Приложения

        Приложение 1. Ссылки и адреса в Интернете  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 349

        Приложение 2. Список аббревиатур. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

 ВВеденИе

Человек вырастает по мере того, как растут его цели  
(Фридрих Шиллер)

Эта книга предназначена в первую очередь для электронщиков, а каждый 
электронщик в душе немного «Художник», немного «Трудяга», немного «Прагматик» и немного «Альтруист».
«Художник» подталкивает человека к поиску нестандартных способов решения сложных проблем, к изобретению новых электрических схем, к изучению новых языков программирования. Он даёт творческие силы, вдохновение и желание 
создавать то, чего раньше никто не делал, а также придумывать то, до чего раньше 
никто не смог додуматься.
К сожалению, гениальные идеи и озарение иногда уводят в сторону от простых 
и ясных решений, а отсутствие похвалы может отбить охоту к творчеству. Тем не 
менее художественная жилка заставляет электронщика ювелирно подстраивать 
электрические параметры с точностью до милливольта, красиво рисовать электрические схемы, симметрировать проводники на печатной плате, оптимизировать «до байта» программный код и писать подробные комментарии в листингах. 
Награда за лишнюю трату времени — глубокое моральное удовлетворение от проделанной работы.
«Трудяга» просыпается в человеке тогда, когда приходится действовать в единой команде под общим началом. Здесь не столь важно, какую именно часть изделия предстоит спроектировать. Главное, успеть в срок, не подвести товарищей. 
А для этого можно допоздна посидеть с паяльником в руках над макетной платой, 
ещё раз дотошно перепроверить результаты измерений, протестировать программу на устойчивость к воздействию граничных условий. Оригинальные решения и 
блестящие идеи, само собой, отходят на второй план. Лучше пойти по проторенной дороге и гарантированно получить результат без всяких неожиданностей.
«Прагматик» в человеке больше всего обеспокоен личными интересами и 
финансовым благополучием. Это под его тихое «нашёптывание» электронщик 
штампует безликие, но очень прибыльные проекты, думая о хлебе насущном и 
предстоящих покупках в магазине. Личные и семейные проблемы берут верх над 
мечтой о великом, а текучка съедает все мысли о необходимости дальнейшей учёбы и самосовершенствования. Домашние поделки «прагматик» мастерит не спеша, пытаясь найти любые оправдания задержкам. А если и делает, то с чьей-либо 
помощью, перекладывая часть забот на чужие плечи. Для изготовления, как правило, выбираются эффектные приборы с броским внешним видом, чтобы набрать 
баллы значимости в глазах у окружающих.

Введение   

«Альтруист» скрыт в электронщике как «чёртик в табакерке». Никогда заранее 
не знаешь, что он задумал и когда проявит себя во всей красе. Примеры — неожиданный творческий порыв раздачи умных технических советов, генерация оригинальных схемных решений и дельных подсказок на форумах в Интернете, когда 
можно было бы и промолчать, написание бесплатных компьютерных программ, 
дарение радиодеталей малознакомым людям, безвозмездный ремонт радиоаппаратуры — да мало ли что ещё!
У каждого из четырёх перечисленных типажей характера есть плюсы и минусы. «Художник» заведует творческими способностями, но склонен к чрезмерному усердию и самовосхвалению. «Трудяга» воспитывает в человеке дисциплину и 
стимулирует достижение конечной цели, но он панически опасается перемен и 
изменения правил. «Прагматик» может далеко наперёд просчитать развитие ситуации, но делать работу любит за чужой счёт. «Альтруистом» быть хорошо, но 
постоянно им быть весьма накладно.
Возвращаясь от лирического отступления к трудовым будням, можно сказать, 
что настоящая книга предназначена для всех электронщиков безотносительно 
того, какой характер в них преобладает. Если внимательно присмотреться, то и в 
данной книге можно найти аналогичные психологические моменты. Например, 
придумать классификацию и рассортировать по порядку микроконтроллерные 
схемы — это творчество; собрать информацию из разных журналов, книг, Интернета — это большой труд; выбрать из массы технических решений только практически значимые — это прагматизм; решиться написать третью книгу после «хождения по мукам» с двумя первыми — это альтруизм по отношению к читателям.
В 2010 и 2011 г. в издательстве «Додэка-XXI» были выпущены две авторские 
книги «1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 1» и «1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2» (далее — «Выпуск 1» и «Выпуск 2»). В них представлены 
сведения об архитектуре микроконтроллеров (МК), дана классификация микроконтроллерных семейств, сделан подробный анализ так называемого «идеализированного» МК на структурном, функциональном и логическом уровнях. В отдельных главах проанализированы типовые схемы узлов различных подсистем: 
ввода/вывода сигналов, питания, начального сброса, тактирования, программирования.
Настоящая книга является логическим продолжением первых двух выпусков. 
Стиль, подача материала, оформление первоисточников остаются прежними. К 
каждой схеме даются краткие пояснения. Иногда их больше, иногда их меньше, 
что зависит от объёма графики на странице. Главное, что схемы и пояснения физически находятся в одном и том же месте, перелистывать книгу не требуется.
Схемы надо изучать внимательно, «торопясь, не спеша». Краткость изложения 
приводит к тому, что осмысление логики работы устройства заставляет человека 
тренировать свой мозг и строить разные гипотезы о том, как же всё-таки эта схема 
работает. Процесс похож на разгадывание ребуса или участие в квесте. Ответы на 
возникающие вопросы могут находиться в пояснениях к другим схемам, имеющим аналогичное построение.
На основе существующих схем можно разрабатывать свои собственные. Недаром в любом деле ценятся специалисты, проявляющие креативность — т.е. умение 
создавать новое знание. А новое знание лучше всего создаётся на базе старого.