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《迷人的8051單片機》----第1章 繽紛電世界 1.1電路中的秘密
本節書摘來自華章出版社《迷人的8051單片機》一書中的第1章，第1.1節，作者高顯生，更多章節內容可以訪問雲棲社區“華章計算機”公眾號查看。
第1章
繽紛電世界
古人從閃電跨越天空和物品相互摩擦而產生吸引等自然現象中開始了對電的懵懂認知。此後，人們對電傾注了無比的熱情。從能存儲電的萊頓瓶、富蘭克林帶電的風箏到伏打電池的問世，在一次次的失敗中不斷地總結關於電的實踐經驗。19世紀前期，奧斯特發現了電流的磁效應。隨後，歐姆發現了電路中電壓、電阻以及通過電阻的電流之間具有簡單數學關係，即歐姆定律。之後，安培和法拉第等人相繼發現了電場和磁場間的關係。19世紀下半葉，麥克斯韋總結了宏觀電磁現象的規律，提出了電磁理論並預言了電磁波的存在。到20世紀初，洛倫茲創立了經典的電子論，用電子的概念來解釋物質的電性質，這些理論都為現代物理學奠定了理論基礎。在眾多的電學理論當中，歐姆定律也許是最重要的基礎理論。好，我們就從歐姆定律說起……
1.1 電路中的秘密
由金屬導線、電源和電子部件組成的導電回路，稱為電路。拆開你的台式計算機，你會看到一塊A4紙大小的板，上麵布滿了大小不一的電子元器件，我們稱之為主板，如圖1-1所示。主板承載著計算機大部分元器件的運行，正是這些形形色色的元器件和電路，實現了計算機中複雜的運算和控製邏輯。
1.1.1 歐姆定律
歐姆定律揭示了電路中電壓、電流和電阻三者之間的關係，即電壓等於電流和電阻的乘積。當電阻恒定時，電壓和電流成正比關係；當電壓恒定時，電流和電阻成反比關係。歐姆定律可以用簡單的數學公式來描述：
U = I×R
在上麵的公式中，字母U代表電壓，I代表電流，而R則用來表示電阻。當你知道了電路中3個量中的兩個，就可以依據歐姆定律求出第三個量。歐姆定律看似簡單，但對於複雜電路的定量分析同樣適用，電路中電壓、電流和電阻的單位與符號詳見表1-1。
1.1.2 電壓、電阻和電流
1. 電壓
我們對電壓的感性認識來源於生活。一節5號電池的電壓是1.5V，牆壁上插座裏的電壓是220V，這些不同的電壓值實際上是告訴我們電源將用多大的壓力去推動電流通過電路。把電壓的概念與水壓相類比，可以幫助我們更加形象地理解電壓：自來水管的壓力越高，水龍頭流出的水就會噴灑得越遠；反之，如果水壓很低，水流就會隨之變小甚至很難從水管中流出。電壓是指靜電場或電路中兩點間的電位之差，電源是提供電壓的裝置，電壓的單位是伏特，單位符號是“V”，比較常用的電壓單位還有毫伏（mV）、千伏（kV）等，它們之間有如下的換算關係。
1kV = 103V
1V = 103mV
2.電流
將一個白熾燈連接到220V的電源上，燈泡會亮，這說明有電流流過鎢絲，並產生了光和熱。我們在前麵說過，電源的電動勢形成了電壓，進而產生了電場力。在電場力的作用下，處於電場中的電荷發生定向移動，形成了電流。因此，電流是由電荷的定向移動形成的，電流的大小稱為電流強度，單位是安培，單位符號是“A”。常用的單位還有毫安（mA）、微安（μA）等，它們之間有如下的換算關係：
1A = 103mA
1mA = 103μA
3. 電阻
將一段導線剖開，就會看到導線內部的銅芯和銅芯外麵包裹的塑料外皮。這兩種不同的材料恰好是導體和絕緣體的代表。有些材料可以讓自由電子順利地從其中通過，這樣的材料稱為導體。而另外一些材料，對電子的束縛能力很強，電子很難通過，這一類材料稱為絕緣體。
基於特殊的原子結構，大多數的金屬都是導體。比如銅，它的導電性能很好，是製作導線的良好材料；而同樣是金屬的鐵，導電性則比銅差。也就是說當同樣的電流從兩種材料中流過時，銅對電子的阻礙作用小，而鐵的阻礙作用則稍大一些。電阻就是用來表示導體對電流阻礙作用的物理量，也就是說：在通常情況下，相同長度、相同橫截麵積的銅的電阻要小於鐵。
不同大小的電阻對電流的阻礙作用不同，電阻大，對電流的阻礙作用就大，所以電阻在電路中承擔的主要作用就是調整電路中的電流。基於這些原理，電阻還可以有分壓、降壓的作用。電阻的單位是歐姆（簡稱歐），單位符號是“Ω”，比較大的電阻單位有千歐（kΩ）、兆歐（MΩ）等，它們之間有如下的換算關係：
1kΩ=103Ω
1MΩ = 106Ω
最後更新：2017-05-23 16:32:38