通过第二章的学习，貌似成功地点亮了一个LED小灯，但是有一些知识点还需要深入学习。单片机是根据硬件电路图的设计来编写代码的，所以学习单片机不仅仅要学习编程知识，还要学习基本的硬件知识，本章就来穿插介绍电路硬件知识。

3.1 电磁干扰EMI

第一介绍一下去耦电容的应用背景，这个背景就是电磁干扰，也就是传说中的EMI（Electromagnetic Interference）。

1、冬天的时候，尤其是空气比较干燥的内陆城市，许多朋友都有这样的经历，手触碰到计算机外壳、铁柜子等物品的时候会被电击，这就是“静电放电”现象，也称之为ESD。

2、不知道你有没有这样的经历，早期使用电钻这种电机设备，并且同时在看电视的时候，电视会出现杂音，这就是“快速瞬间群脉冲”的效果，也称之为EFT。

3、以前的老电脑，有的性能不是很好，带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候，内部会产生一个百万分之一秒的电源切换，直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象，就是热插拔的“浪涌”效果，称之为Surge。

……

电磁干扰的内容有许多，这里不能一一列举，但是有些内容超级重大，后边要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题，列如一个简单的静电放电，用手能感觉到的静电，可能已经达到3KV以上了，如果用眼睛能看得到的，至少是5KV了，只是由于这个电压虽然很高，能量却超级小，持续的时间超级短，因此不会对人体造成伤害。但是这些半导体元器件就不一样了，一旦瞬间电压过高，就有可能造成器件的损坏。即使不损坏，在2、3里边介绍的两种现象，也已经严重干扰到设备的正常使用了。

基于以上的这些问题，就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课讲一下去耦电容的应用，电磁兼容的处理在今后设计电路，对PCB画板布局中应用尤为重大。

3.2 去耦电容的应用

第一来看图3-1，前面已经见过的USB接口和供电电路。

图3-1 USB接口和供电电路

右边这张图，在+5IN处接了一个22uF的电容C16，这个电容值相对开发板上其他的电容比较大，理论上可以理解成水缸或者水池子，同时，可以直接将电流理解成水流，大自然万物的原理都是类似的。

（1）缓冲作用。当上电的瞬间，电流从电源处流下来的时候，容易冲击电子器件，加个电容可以起到缓冲作用。就如同直接用水龙头的水浇地，容易冲坏花花草草。只需要在水龙头处加个水池，让水经过水池后再缓慢流进草地，就不会冲坏花草，起到有效的保护作用。

（2）稳定作用。电路中后级诸多电子器件的功率大小都不一样，而器件正常工作的时候，所需电流的大小也不是一成不变的。列如后级有个器件还没有工作的时候，电流消耗是100mA，突然它参与工作了，电流猛的增大到了150mA，这个时候如果没有一个水缸，电路中的电压（水位）就会直接突然下降，列如5V电压突然降低到3V了。而系统中有些电子元器件必须高于必定的电压才能正常工作，电压太低就直接不工作了，这个时候水缸就必不可少了。电容会在这个时候把存储在里边的电量释放一下，稳定电压，当然，随后前级的电流会及时把水缸充满的。

有了这个电容，可以说电压和电流就会很稳定了，不会产生大的波动。这种电容常用的有如图3-2和图3-3所示三种：

图3-2 铝电解电容

图3-3 钽电容和陶瓷电容

其中第一种个头大，占空间大，单位容量价格最便宜，第二种和第三种个头小，占空间小，性能一般也略好于第一种，但是价格也贵不少。当然，除了价格，还有一些特殊参数，在通信要求高的场合也要思考许多，这里暂且不说。

电容的选取，第一个参数是耐压值的思考。Kingst51开发板用的是5V系统，电容的耐压值要高于5V，一般推荐1.5倍到2倍即可，有些场合稍微再高点也可以。C16选用的是25V耐压的。第二个参数是电容容值，这个就需要根据经验来选取了，选取的时候，要看这个电容起作用的整套系统的功率消耗情况，如果系统耗电较大，波动可能比较大，那么容值就要选大一些，反之可以小一些。

刚开始设计电路也是要模仿别人，别人用多大自己也用多大，慢慢积累。列如上边讲电容作用二的时候，电流从100mA突然增大到150mA，实则即使加上这个电容，电压也会轻微波动，列如从5V波动到4.9V，但是只要板子上的器件在电压4.9V以上也可以正常工作的话，这点波动是被容许的，如果不加或者加的很小，电压波动比较大，有些器件的工作就会不正常。如果加的太大，占空间并且价格也高，所以电容的选取多参考经验。

在开发板的每一个芯片的VCC和GND之间，都有一个0.1uF的电容，也就是100nF，它是用来滤除高频信号干扰的，以CH340N为例，如图3-4的C4所示。

图3-4 USB转串口电路电容示意图

初中学过电容的特性——可以通交流隔直流，但是电容的参数对不同频率段信号的作用是不一样的。这个100nF的电容，是前辈根据干扰的频率段，根据板子的参数，根据电容本身的参数所总结出来的一个值。也就是说，后来在设计数字电路的时候，在电源处的去耦高频电容，直接用这个0.1uF就可以了，不需要再去计算和考量太多。

还有一点，可以仔细观察Kingst51开发板，在所有的IC器件的VCC和GND之间的这个0.1uF的高频去耦电容，特别在布板的时候，这个0.1uF电容要尽可能的靠近IC，尽量很顺利的与这个IC的VCC和GND连到一起（尽量不通过过孔连接），确保抗干扰的效果。