硬件工程師必須掌握的技能總結(jié)

1、硬件工程師必須掌握的技能總結(jié)簡介第一篇：硬件工程師必須掌握的技能總結(jié)硬件工程師必須掌握的技能總結(jié) 1 充分了解各方的設計需求，確定合適的解決方案 啟動一個硬件開發(fā)項目，原始的推動力會來自于很多方面，比如市場的需要，基于整個系統(tǒng)架構(gòu)的需要，應用軟件部門的功能實現(xiàn)需要，提高系統(tǒng)某方面能力的需要等等，所以作為一個硬件系統(tǒng)的設計者，要主動的去了解各個方面的需求，并且綜合起來，提出最合適的硬件解決方案。比如a項目的原始推動力來自于公司內(nèi)部的一個高層軟件小組，他們在實際當中發(fā)現(xiàn)原有的處理器板ip轉(zhuǎn)發(fā)能力不能滿足要求，從而對于系統(tǒng)的配置和使用都會造成很大的不便，所以他們提出了對新硬件的需求。本文由天搜科技整

2、理分享。 根據(jù)這個目標，硬件方案中就針對性的選用了兩個高性能網(wǎng)絡處理器，然后還需要深入的和軟件設計者交流，以確定內(nèi)存大小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對外接口和調(diào)試接口的數(shù)量及類型等等細節(jié)，比如軟件人員喜歡將控制信令通路和數(shù)據(jù)通路完全分開來，這樣在確定內(nèi)部數(shù)據(jù)走向的時候要慎重考慮。項目開始之初是需要召開很多的討論會議的，應該盡量邀請所有相關部門來參與，好處有三個，第一可以充分了解大家的需要，以免在系統(tǒng)設計上遺漏重要的功能，第二是可以讓各個部門了解這個項目的情況，提早做好時間和人員上協(xié)作的準備，第三是從感情方面講，在設計之初各個部門就參與了進來，這個項目就變成了大家共同的一個心血結(jié)晶，會得到大家的呵護和良好合作，

3、對完成工作是很有幫助的。 2 原理圖設計中要注意的問題 原理圖設計中要有“拿來主義”，現(xiàn)在的芯片廠家一般都可以提供參考設計的原理圖，所以要盡量的借助這些資源，在充分理解參考設計的基礎上，做一些自己的發(fā)揮。當主要的芯片選定以后，最關鍵的外圍設計包括了電源，時鐘和芯片間的互連。 電源是保證硬件系統(tǒng)正常工作的基礎，設計中要詳細的分析：系統(tǒng)能夠提供的電源輸入；單板需要產(chǎn)生的電源輸出；各個電源需要提供的電流大??；電源電路效率；各個電源能夠允許的波動范圍；整個電源系統(tǒng)需要的上電順序等等。比如a項目中的網(wǎng)絡處理器需要1.25v作為核心電壓，要求精度在5%- 3%之間，電流需要12a左右，根據(jù)這些要求，設計中

4、采用5v的電源輸入，利用linear的開關電源控制器和ir的mosfet搭建了合適的電源供應電路，精度要求決定了輸出電容的esr選擇，并且為防止電流過大造成的電壓跌落，加入了遠端反饋的功能。 時鐘電路的實現(xiàn)要考慮到目標電路的抖動等要求，a項目中用到了ge的phy器件，剛開始的時候使用一個內(nèi)部帶鎖相環(huán)的零延時時鐘分配芯片提供100mhz時鐘，結(jié)果ge鏈路上出現(xiàn)了丟包，后來換成簡單的時鐘buffer器件就解決了丟包問題，分析起來就是內(nèi)部的鎖相環(huán)引入了抖動。 芯片之間的互連要保證數(shù)據(jù)的無誤傳輸，在這方面，高速的差分信號線具有速率高，好布線，信號完整性好等特點，a項目中的多芯片間互連均采用了高速差分信

5、號線，在調(diào)試和測試中沒有出現(xiàn)問題。 3 pcb設計中要注意的問題 pcb設計中要做到目的明確，對于重要的信號線要非常嚴格的要求布線的長度和處理地環(huán)路，而對于低速和不重要的信號線就可以放在稍低的布線優(yōu)先級上。重要的部分包括：電源的分割；內(nèi)存的時鐘線，控制線和數(shù)據(jù)線的長度要求；高速差分線的布線等等。 a項目中使用內(nèi)存芯片實現(xiàn)了1g大小的ddr memory，針對這個部分的布線是非常關鍵的，要考慮到控制線和地址線的拓撲分布，數(shù)據(jù)線和時鐘線的長度差別控制等方面，在實現(xiàn)的過程中，根據(jù)芯片的數(shù)據(jù)手冊和實際的工作頻率可以得出具體的布線規(guī)則要求，比如同一組內(nèi)的數(shù)據(jù)線長度相差不能超過多少個mil，每個通路之間的

6、長度相差不能超過多少個mil等等。當這些要求確定后就可以明確要求pcb設計人員來實現(xiàn)了，如果設計中所有的重要布線要求都明確了，可以轉(zhuǎn)換成整體的布線約束，利用cad中的自動布線工具軟件來實現(xiàn)pcb設計，這也是在高速pcb設計中的一個發(fā)展趨勢。 4 檢查和調(diào)試 當準備調(diào)試一塊板的時候，一定要先認真的做好目視檢查，檢查在焊接的過程中是否有可見的短路和管腳搭錫等故障，檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是否有短路，這個好習慣可以避免貿(mào)然上電后損壞單板。調(diào)試的過程中要有平和的心態(tài)，遇見問題是非常正常的，要做的就是多做比較和分析，逐步的排除

7、可能的原因，要堅信“凡事都是有辦法解決的”和“問題出現(xiàn)一定有它的原因”，這樣最后一定能調(diào)試成功。 5 一些總結(jié)的話 現(xiàn)在從技術的角度來說，每個設計最終都可以做出來，但是一個項目的成功與否，不僅僅取決于技術上的實現(xiàn)，還與完成的時間，產(chǎn)品的質(zhì)量，團隊的配合密切相關，所以良好的團隊協(xié)作，透明坦誠的項目溝通，精細周密的研發(fā)安排，充裕的物料和人員安排，這樣才能保證一個項目的成功。 一個好的硬件工程師實際上就是一個項目經(jīng)理，他/她需要從外界交流獲取對自己設計的需求，然后匯總，分析成具體的硬件實現(xiàn)。還要跟眾多的芯片和方案供應商聯(lián)系，從中挑選出合適的方案，當原理圖完成后，他/她要組織同事來進行配合評審和檢查，

8、還要和cad工程師一起工作來完成pcb的設計。與此同時，還要準備好bom清單，開始采購和準備物料，聯(lián)系加工廠家完成板的貼裝。在調(diào)試的過程中他/她要組織好軟件工程師來一起攻關調(diào)試，配合測試工程師一起解決測試中發(fā)現(xiàn)的問題，等到產(chǎn)品推出到現(xiàn)場，如果出現(xiàn)問題，還需要做到及時的支持。所以做一個硬件設計人員要鍛煉出良好的溝通能力，面對壓力的調(diào)節(jié)能力，同一時間處理多個事務的協(xié)調(diào)和決斷能力和良好平和的心態(tài)等等。 還有細心和認真，因為硬件設計上的一個小疏忽往往就會造成非常大的經(jīng)濟損失，比如以前碰到一塊板在pcb設計完備出制造文件的時候誤操作造成了電源層和地層連在了一起，pcb板制造完畢后又沒有檢查直接上生產(chǎn)線貼

9、裝，到測試的時候才發(fā)現(xiàn)短路問題，但是元器件已經(jīng)都焊接到板上了，結(jié)果造成了幾十萬的損失。所以細心和認真的檢查，負責任的測試，不懈的學習和積累，才能使得一個硬件設計人員持續(xù)不斷的進步，而后術業(yè)有所小成。對于現(xiàn)在一個電子系統(tǒng)來說，電源部分的設計也越來越重要，我想通過和大家探討一些自己關于電源設計的心得，來個拋磚引玉，讓我們在電源設計方面能夠都有所深入和長進。 q1：如何來評估一個系統(tǒng)的電源需求 answer：對于一個實際的電子系統(tǒng)，要認真的分析它的電源需求。不僅僅是關心輸入電壓，輸出電壓和電流，還要仔細考慮總的功耗，電源實現(xiàn)的效率，電源部分對負載變化的瞬態(tài)響應能力，關鍵器件對電源波動的容忍范圍以及相

10、應的允許的電源紋波，還有散熱問題等等。功耗和效率是密切相關的，效率高了，在負載功耗相同的情況下總功耗就少，對于整個系統(tǒng)的功率預算就非常有利了，對比ldo和開關電源，開關電源的效率要高一些。同時，評估效率不僅僅是看在滿負載的時候電源電路的效率，還要關注輕負載的時候效率水平。至于負載瞬態(tài)響應能力，對于一些高性能的cpu應用就會有嚴格的要求，因為當cpu突然開始運行繁重的任務時，需要的啟動電流是很大的，如果電源電路響應速度不夠，造成瞬間電壓下降過多過低，造成cpu運行出錯。 一般來說，要求的電源實際值多為標稱值的5%，所以可以據(jù)此計算出允許的電源紋波，當然要預留余量的。散熱問題對于那些大電流電源和l

11、do來說比較重要，通過計算也是可以評估是否合適的。 q2：如何選擇合適的電源實現(xiàn)電路 answer：根據(jù)分析系統(tǒng)需求得出的具體技術指標，可以來選擇合適的電源實現(xiàn)電路了。一般對于弱電部分，包括了ldo（線性電源轉(zhuǎn)換器），開關電源電容降壓轉(zhuǎn)換器和開關電源電感電容轉(zhuǎn)換器。相比之下，ldo設計最易實現(xiàn)，輸出紋波小，但缺點是效率有可能不高，發(fā)熱量大，可提供的電流相較開關電源不大等等。而開關電源電路設計靈活，效率高，但紋波大，實現(xiàn)比較復雜，調(diào)試比較煩瑣等等。 q3：如何為開關電源電路選擇合適的元器件和參數(shù) answer：很多的未使用過開關電源設計的工程師會對它產(chǎn)生一定的畏懼心理，比如擔心開關電源的干擾問題

12、，pcb layout問題，元器件的參數(shù)和類型選擇問題等。其實只要了解了，使用一個開關電源設計還是非常方便的。 一個開關電源一般包含有開關電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會將mosfet集成到芯片中去，這樣使用就更簡單了，也簡化了pcb設計，但是設計的靈活性就減少了一些。開關控制器基本上就是一個閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，所以一般都會有一個反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環(huán)的控制電路。因此這部分的設計在于保證精確的采樣電路，還有來控制反饋深度，因為如果反饋環(huán)響應過慢的話，對瞬態(tài)響應能力是會有很多影響的。而輸出部分設計包含了輸出電容，輸出電感以及mosfet等等，這些的選擇基本上就是要滿足一個性能和成本

13、的平衡，比如高的開關頻率就可以使用小的電感值（意味著小的封裝和便宜的成本），但是高的開關頻率會增加干擾和對mosfet的開關損耗，從而效率降低。使用低的開關頻率帶來的結(jié)果則是相反的。 對于輸出電容的esr和mosfet的rds_on參數(shù)選擇也是非常關鍵的，小的esr可以減小輸出紋波，但是電容成本會增加，好的電容會貴嘛。開關電源控制器驅(qū)動能力也要注意，過多的mosfet是不能被良好驅(qū)動的。 一般來說，開關電源控制器的供應商會提供具體的計算公式和使用方案供工程師借鑒的。 q4：如何調(diào)試開關電源電路 answer：有一些經(jīng)驗可以共享給大家 1: 電源電路的輸出輸出通過低阻值大功率電阻接到板內(nèi)，這樣在

14、不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調(diào)試，避開后面電路的影響。 2: 一般來說開關控制器是閉環(huán)系統(tǒng)，如果輸出惡化的情況超過了閉環(huán)可以控制的范圍，開關電源就會工作不正常，所以這種情況就需要認真檢查反饋和采樣電路。特別是如果采用了大esr值的輸出電容，會產(chǎn)生很多的電源紋波，這也會影響開關電源的工作的。 接地技術的討論 q1：為什么要接地? answer：接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建筑物的作用。同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設備外殼

15、碰觸時，設備的外殼就會有危險電壓產(chǎn)生，由此生成的故障電流就會流經(jīng)pe線到大地，從而起到保護作用。隨著電子通信和其它數(shù)字領域的發(fā)展，在接地系統(tǒng)中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求了。比如在通信系統(tǒng)中，大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個基準地作為信號的參考地。而且隨著電子設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴重影響系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。最近，高速信號的信號回流技術中也引入了“地”的概念 q2：接地的定義 answer: 在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說，該術語的含義通常是線路電壓的參考點；對于系統(tǒng)設計師

16、來說，它常常是機柜或機架；對電氣工程師來說，它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。 q3：常見的接地符號 answer: pe,pgnd,fg保護地或機殼；bgnd或dc-return直流48v(+24v)電源（電池）回流；gnd工作地；dgnd數(shù)字地；agnd模擬地；lgnd防雷保護地 q4：合適的接地方式 answer: 接地有多種方式，有單點接地，多點接地以及混合類型的接地。而單點接地又分為串聯(lián)單點接地和并聯(lián)單點接地。一般來說，單點接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區(qū)分，以及低頻（f10mhz）電路時

17、就要采用多點接地了或者多層板（完整的地平面層）。 q5：信號回流和跨分割的介紹 answer：對于一個電子信號來說，它需要尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑，所以如何處理這個信號回流就變得非常的關鍵。 第一，根據(jù)公式可以知道，輻射強度是和回路面積成正比的，就是說回流需要走的路徑越長，形成的環(huán)越大，它對外輻射的干擾也越大，所以，pcb布板的時候要盡可能減小電源回路和信號回路面積。 第二，對于一個高速信號來說，提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量，這是因為pcb上傳輸線的特性阻抗一般是以地層（或電源層）為參考來計算的，如果高速線附近有連續(xù)的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續(xù)，如果有段線附近沒

18、有了地參考，這樣阻抗就會發(fā)生變化，不連續(xù)的阻抗從而會影響到信號的完整性。所以，布線的時候要把高速線分配到靠近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。第三，為什么說布線的時候盡量不要跨電源分割，這也是因為信號跨越了不同電源層后，它的回流途徑就會很長了，容易受到干擾。當然，不是嚴格要求不能跨越電源分割，對于低速的信號是可以的，因為產(chǎn)生的干擾相比信號可以不予關心。對于高速信號就要認真檢查，盡量不要跨越，可以通過調(diào)整電源部分的走線。（這是針對多層板多個電源供應情況說的） q6：為什么要將模擬地和數(shù)字地分開，如何分開? answer：模擬信號和數(shù)字信號都要回流到地，因為

19、數(shù)字信號變化速度快，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會很大，而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數(shù)字地混在一起，噪聲就會影響到模擬信號。 一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細的走線連在一起，或者單點接在一起?？偟乃枷胧潜M量阻隔數(shù)字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴格的要求模擬地和數(shù)字地必須分開，如果模擬部分附近的數(shù)字地還是很干凈的話可以合在一起。 q7：單板上的信號如何接地? answer：對于一般器件來說，就近接地是最好的，采用了擁有完整地平面的多層板設計后，對于一般信號的接地就非常容易了，基本原則是保證走線的連續(xù)性，減少過孔數(shù)量；靠近地平面或者電源平面，等等。

20、q8：單板的接口器件如何接地? answer：有些單板會有對外的輸入輸出接口，比如串口連接器，網(wǎng)口rj45連接器等等，如果對它們的接地設計得不好也會影響到正常工作，例如網(wǎng)口互連有誤碼，丟包等，并且會成為對外的電磁干擾源，把板內(nèi)的噪聲向外發(fā)送。一般來說會單獨分割出一塊獨立的接口地，與信號地的連接采用細的走線連接，可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的，對接口地和接口電源的濾波也要認真考慮。 q9：帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地? answer：屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上而不是信號地上，這是因為信號地上有各種的噪聲，如果屏蔽層接到了信號

21、地上，噪聲電壓會驅(qū)動共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設計不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。當然前提是接口地也要非常的干凈。第二篇：硬件工程師必須掌握的內(nèi)容硬件工程師必須掌握的內(nèi)容一、基本點1） 基本設計規(guī)范2） cpu基本知識、架構(gòu)、性能及選型指導3） motorola公司的powerpc系列基本知識、性能詳解及選型指導4） 網(wǎng)絡處理器(intel、motorola、ibm)的基本知識、架構(gòu)、性能及選型5） 常用總線的基本知識、性能詳解6） 各種存儲器的詳細性能介紹、設計要點及選型7） datacom、telecom領域常用物理層接口芯片基本知識,性能、設計要點及選型8） 常用器件選

22、型要點與精華9） fpga、cpld、epld的詳細性能介紹、設計要點及選型指導10） vhdl和verilog hdl介紹11） 網(wǎng)絡基礎12） 國內(nèi)大型通信設備公司硬件研究開發(fā)流程;二最流行的eda工具指導熟練掌握并使用業(yè)界最新、最流行的專業(yè)設計工具1） innoveda公司的viewdraw,powerpcb,cam3502） cadence公司的orcad, allegro,spectra3） altera公司的quartus ii4） 學習熟練使用viewdraw、orcad、powerpcb、specctra、allegro、cam350、quartus ii、ise、founda

23、tion等工具;5） xilinx公司的foundation、ise三、具體流程：（一） 硬件總體設計掌握硬件總體設計所必須具備的硬件設計經(jīng)驗與設計思路1） 產(chǎn)品需求分析2） 開發(fā)可行性分析3） 系統(tǒng)方案調(diào)研4） 總體架構(gòu),cpu選型,總線類型5） 數(shù)據(jù)通信與電信領域主流cpu：m68k系列,powerpc860,powerpc8240,8260體系結(jié)構(gòu),性能及對比;6） 總體硬件結(jié)構(gòu)設計及應注意的問題;7） 通信接口類型選擇8） 任務分解9） 最小系統(tǒng)設計;10） pci總線知識與規(guī)范;11） 如何在總體設計階段避免出現(xiàn)致命性錯誤;12） 如何合理地進行任務分解以達到事半功倍的效果?13）

24、項目案例：中、低端路由器等（二） 硬件原理圖設計技術目的：通過具體的項目案例,詳細進行原理圖設計全部經(jīng)驗,設計要點與精髓揭密。1） 電信與數(shù)據(jù)通信領域主流cpu（m68k,powerpc860,8240,8260等）的原理設計經(jīng)驗與精華;2） intel公司pc主板的原理圖設計精髓3） 網(wǎng)絡處理器的原理設計經(jīng)驗與精華;4） 總線結(jié)構(gòu)原理設計經(jīng)驗與精華;5） 內(nèi)存系統(tǒng)原理設計經(jīng)驗與精華;6） 數(shù)據(jù)通信與電信領域通用物理層接口的原理設計經(jīng)驗與精華;7） 電信與數(shù)據(jù)通信設備常用的watchdog的原理設計經(jīng)驗與精華;8） 電信與數(shù)據(jù)通信設備系統(tǒng)帶電插拔原理設計經(jīng)驗與精華;9） 晶振與時鐘系統(tǒng)原理設計

25、經(jīng)驗與精華;10） pci總線的原理圖設計經(jīng)驗與精華;11） 項目案例：中、低端路由器等（三）硬件pcb圖設計目的：通過具體的項目案例,進行pcb設計全部經(jīng)驗揭密,使你迅速成長為優(yōu)秀的硬件工程師1） 高速cpu板pcb設計經(jīng)驗與精華;2） 普通pcb的設計要點與精華3） motorola公司的powerpc系列的pcb設計精華4） intel公司pc主板的pcb設計精華5） pc主板、工控機主板、電信設備用主板的pcb設計經(jīng)驗精華;6） 國內(nèi)著名通信公司pcb設計規(guī)范與工作流程;7） pcb設計中生產(chǎn)、加工工藝的相關要求;8） 高速pcb設計中的傳輸線問題;9） 電信與數(shù)據(jù)通信領域主流cpu（

26、powerpc系列）的pcb設計經(jīng)驗與精華;10） 電信與數(shù)據(jù)通信領域通用物理層接口(百兆、千兆以太網(wǎng),atm等)的pcb設計經(jīng)驗與精華;11） 網(wǎng)絡處理器的pcb設計經(jīng)驗與精華;12） pcb步線的拓撲結(jié)構(gòu)極其重要性;13） pci步線的pcb設計經(jīng)驗與精華;14） sdram、ddr sdram（125/133mhz）的pcb設計經(jīng)驗與精華;15） 項目案例：中端路由器pcb設計第三篇：電子硬件工程師要求掌握的東西電子硬件工程師要求掌握的東西 覺得一個電子工程師/硬件工程師應該有下面的能力： 1、模擬/數(shù)字電路的分析和設計。教科書上講的都應該會，包括分離元件和運放的信號放大，濾波，波形產(chǎn)生

27、，穩(wěn)壓電源，邏輯化簡，基本觸發(fā)器，基本計數(shù)器、寄存器，脈沖產(chǎn)生和整形，adc、dac，鎖相環(huán)等。要能定性和定量的分析和設計電路的功能和性能，比如說穩(wěn)定性、頻率特性等。這些東西一般需要日積月累才能到見多識廣，然后熟能生巧。 2、計算機組成原理和結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的電子設備基本上沒有不用到計算機的，所以對計算機一定要了解最好是熟悉。要明白計算機是怎么工作的，軟件在計算機內(nèi)是怎么運行的（最好自己寫一寫程序），要熟悉常用計算機系統(tǒng)的外圍電路和接口，并且要明白cpu和外圍電路是怎么協(xié)調(diào)工作的等等。最好能熟悉mcs-51，寫程序不是問題，重要的是思路，但一定要做出來。 3、pcb?；疽笫?層板，要了解pcb對

28、emi、esd的影響并想辦法避免。pcb能做得既美觀又沒有問題是需要花時間來訓練的。 4、vhdl。在國外這是要求掌握基本技能，在國內(nèi)也正在普及。主要是用來開發(fā)fpga/cpld器件和邏輯仿真，還有ic設計也常用vhdl作輸入。就目前來說，如果對自己要求不是很高的話可以不掌握。 如果時間和精力允許的話，可以學一學操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，當然首先必須掌握好c(c+)語言，以便將來可以做（軟/硬件）系統(tǒng)方面的工作。但模電/數(shù)電基礎一定要好，這是學習其他的基礎。開始時一般從分析電路入手，要搞清楚一個電路的電流是怎么流的，電壓是怎么產(chǎn)生的，電感、電容是怎么沖放電的等等。從簡單到復雜，慢慢養(yǎng)成習慣，很多東

29、西自然而然就明白了。電子硬件工程師要求掌握的東西 第一部分：硬件知識 一、 數(shù)字信號 1、 ttl和帶緩沖的ttl信號 2、 rs232和定義 3、 rs485/422（平衡信號） 4、 干接點信號 二、 模擬信號視頻 1、 非平衡信號 2、 平衡信號 三、 芯片 1、 封裝 2、 7407 3、 7404 4、 7400 5、 74ls573 6、 uln2003 7、 74ls244 8、 74ls240 9、 74ls245 10、 74ls138/238 11、 cpld(epm7128) 12、 1161 13、 max691 14、 max485/75176 15、 mc1489

30、16、 mc1488 17、 icl232/max232 18、 89c51 四、 分立器件 1、 封裝 2、 電阻：功耗和容值 3、 電容 1) 獨石電容 2) 瓷片電容 3) 電解電容 4、 電感 5、 電源轉(zhuǎn)換模塊 6、 接線端子 7、 led發(fā)光管 8、 8字（共陽和共陰） 9、 三極管2n5551 10、 蜂鳴器 五、 單片機最小系統(tǒng) 1、 單片機 2、 看門狗和上電復位電路 3、 晶振和瓷片電容 六、 串行接口芯片 1、 eeprom 2、 串行i/o接口芯片 3、 串行ad、da 4、 串行l(wèi)ed驅(qū)動、max7129 七、 電源設計 1、 開關電源：器件的選擇 2、 線性電源：

31、1) 變壓器 2) 橋 3) 電解電容 3、 電源的保護 1) 橋的保護 2) 單二極管保護 八、 維修 1、 電源 2、 看門狗 3、 信號 九、 設計思路 1、 電源：電壓和電流 2、 接口：串口、開關量輸入、開關量輸出 3、 開關量信號輸出調(diào)理 1) ttl>繼電器 2) ttl>繼電器（反向邏輯） 3) ttl>固態(tài)繼電器 4) ttl>led（8字） 5) 繼電器>繼電器 6) 繼電器>固態(tài)繼電器 4、 開關量信號輸入調(diào)理 1) 干接點>光耦 2) ttl>光耦 5、 cpu處理能力的考慮 6、 成為產(chǎn)品的考慮： 1) 電路板外形：大小

32、尺寸、異形、連接器、空間體積 2) 電路板模塊化設計 3) 成本分析 4) 器件的冗余度 1. 電阻的功耗 2. 電容的耐壓值等 5) 機箱 6) 電源的選擇 7) 模塊化設計 8) 成本核算 1. 如何計算電路板的成本？ 2. 如何降低成本？選用功能滿足價格便宜的器件 十、 思考題 1、 如何檢測和指示rs422信號 2、 如何檢測和指示rs232信號 3、 設計一個4位8字的顯示板 1) 電源：dc12 2) 接口：rs232 3) 4位3”8字（連在一起） 4) 亮度檢測 5) 二級調(diào)光 4、 設計一個33位1”8字的顯示板 1) 電源：dc5v 2) 接口：rs232 3) 3排 11

33、位8字，分4個、3個、4個3組，帶行與行之間帶間隔 4) 單片機最小系統(tǒng) 5) 譯碼邏輯 6) 顯示驅(qū)動和驅(qū)動器件 5、 設計一個pcl725和moxa c168p的接口板 1) 電源：dc5v 2) 接口：pcl725/moxa 8個rs232 1. pcl725，直立db37，孔 2. moxa c168p，db62彎 3) 開關量輸出信號調(diào)理：6個固態(tài)繼電器和8個繼電器，可以被任何一路信號控制和驅(qū)動，接口：固態(tài)繼電器5.08直立，繼電器3.81直立 4) 開關量輸入調(diào)理：干接點閉合為1或0可選，接口：3.81直立 5) rs232調(diào)理： 1. led指示 2. 前4路rs232全信號，后

34、4路只需要tx、rx、0 3. 無需光電隔離 4. 接口形式：db9（針）直立 第二部分：軟件知識 一、 匯編語言 二、 c51 該部分可以從市場上買到的n種開發(fā)板上學到，至于第一部分，需要人來帶吧。 為什么要掌握這些知識？ 實際上，電子工程師就是將一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原來的這些器件分離時無法完成的功能，做成一個成品。所需要的技能越高、功能越復雜成本越低、市場上對相應的東東的需求越大，就越成功。這就是電子工程師的自身的價值。從成本到產(chǎn)品售出，之間的差價就是企業(yè)的追求。作為企業(yè)的老板，是在市場上去尋找這樣的應用；對電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應用按照一定的構(gòu)思原則（

35、成本最低、可靠性最高、電路板最小、功能最強大等）在最短的時間內(nèi)完成。最短的時間，跟電子工程師的熟練程度、工作效率和工作時間直接有關。這就是電子工程師的價值將電子產(chǎn)品抽象成一個硬件的模型，大約有以下組成： 1) 輸入 2) 處理核心 3) 輸出 輸入基本上有以下的可能： 1) 鍵盤 2) 串行接口（rs232/485/can bus/以太網(wǎng)/usb） 3) 開關量（ttl，電流環(huán)路，干接點） 4) 模擬量（420ma、 010ma、05v（平衡和非平衡信號） 輸出基本上有以下組成： 1) 串行接口（rs232/485/can bus/以太網(wǎng)/usb） 2) 開關量（ttl、電流環(huán)路、干接點、功率

36、驅(qū)動） 3) 模擬量（420ma， 010ma，05v（平衡和非平衡信號） 4) led顯示：發(fā)光管、八字 5) 液晶顯示器 6) 蜂鳴器 處理核心主要有： 1) 8位單片機，主要就是51系列 2) 32位arm單片機，主要有atmel和三星系列 51系列單片機現(xiàn)在看來，只能做一些簡單的應用，說白了，這個芯片也就是做單一的一件事情，做多了，不如使用arm來做；還可以在arm上加一個操作系統(tǒng)，程序既可靠又容易編寫最近三星的arm受到追捧，價格便宜，以太網(wǎng)和usb的接口也有，周立功的開發(fā)系統(tǒng)也便宜，作為學習arm的產(chǎn)品來說，應該是最好的；作為工業(yè)級的控制，是不是合適，在網(wǎng)友中有不同的看法和爭議。本

37、公司使用atmel arm91系列開發(fā)的1個室外使的產(chǎn)品，在北京室外使用，沒有任何的通風和加熱的措施，從去年的5月份到現(xiàn)在，運行情況良好。已經(jīng)有個成功應用的案例。 但對于初學者來說，應該從51著手，一方面，51還是入門級的芯片，作為初學者練手還是比較好的，可以將以上的概念走一遍；很多特殊的單片機也是在51的核的基礎上增加了一些i/o和a/d、d/a；也為今后學習更高一級的單片機和arm打下基礎 再說了，哪個老板會將arm級別的開發(fā)放在連51也沒有學過的新手手中在51上面去做復雜的并行擴展是沒有必要的，比如，擴展i/o口和a/d、d/a等等， 可以直接買帶有a/d、d/a的單片機；或者直接使用a

38、rm，它的i/o口線口多?？梢允褂胕2c接口的芯片，擴展i/o口和a/d、d/a，以及spi接口擴展led顯示，例如max7219等芯片 市面上一些比較古老的書籍中還有一些并行擴展的例子，如：ram、eprom、a/d、d/a等，我覺得已經(jīng)沒有必要去看了，知道歷史上有這些一回事就行了 這些知識，是所有產(chǎn)品都具備的要素。所以要學，再具體應用。 第二部分：軟件知識一、 匯編語言二、 c51 該部分可以從市場上買到的n種開發(fā)板上學到，至于第一部分，需要人來帶吧。為什么要掌握這些知識？實際上，電子工程師就是將一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原來的這些器件分離時無法完成的功能，做成一個成品。所需

39、要的技能越高、功能越復雜、成本越低、市場上對相應的東東的需求越大，就越成功。這就是電子工程師的自身的價值。從成本到產(chǎn)品售出，之間的差價就是企業(yè)的追求。作為企業(yè)的老板，是在市場上去尋找這樣的應用；對電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應用按照一定的構(gòu)思原則（成本最低、可靠性最高、電路板最小、功能最強大等）在最短的時間內(nèi)完成。最短的時間，跟電子工程師的熟練程度、工作效率和工作時間直接有關。這就是電子工程師的價值。將電子產(chǎn)品抽象成一個硬件的模型，大約有以下組成： 1) 輸入 2) 處理核心3) 輸出 輸入基本上有以下的可能：1) 鍵盤 2) 串行接口（rs232/485/can bus/以太網(wǎng)/u

40、sb）3) 開關量（ttl，電流環(huán)路，干接點） 4) 模擬量（420ma、 010ma、05v（平衡和非平衡信號）輸出基本上有以下組成： 1) 串行接口（rs232/485/can bus/以太網(wǎng)/usb）2) 開關量（ttl、電流環(huán)路、干接點、功率驅(qū)動） 3) 模擬量（420ma， 010ma，05v（平衡和非平衡信號）4) led顯示：發(fā)光管、八字5) 液晶顯示器6) 蜂鳴器 處理核心主要有： 1) 8位單片機，主要就是51系列 2) 32位arm單片機，主要有atmel和三星系列 51系列單片機現(xiàn)在看來，只能做一些簡單的應用，說白了，這個芯片也就是做單一的一件事情，做多了，不如使用arm

41、來做；還可以在arm上加一個操作系統(tǒng)，程序既可靠又容易編寫。最近三星的arm受到追捧，價格便宜，以太網(wǎng)和usb的接口也有，周立功的開發(fā)系統(tǒng)也便宜，作為學習arm的產(chǎn)品來說，應該是最好的；作為工業(yè)級的控制，是不是合適，在網(wǎng)友中有不同的看法和爭議。本公司使用atmel arm91系列開發(fā)的1個室外使用的產(chǎn)品，在北京室外使用，沒有任何的通風和加熱的措施，從去年的5月份到現(xiàn)在，運行情況良好。已經(jīng)有個成功應用的案例。但對于初學者來說，應該從51著手，一方面，51還是入門級的芯片，作為初學者練手還是比較好的，可以將以上的概念走一遍；很多特殊的單片機也是在51的核的基礎上增加了一些i/o和a/d、d/a；也

42、為今后學習更高一級的單片機和arm打下基礎。再說了，哪個老板會將arm級別的開發(fā)放在連51也沒有學過的新手手中？在51上面去做復雜的并行擴展是沒有必要的，比如，擴展i/o口和a/d、d/a等等，可以直接買帶有a/d、d/a的單片機；或者直接使用arm，它的i/o口線口多?？梢允褂胕2c接口的芯片，擴展i/o口和a/d、d/a，以及spi接口擴展led顯示，例如： max7219等芯片。市面上一些比較古老的書籍中還有一些并行擴展的例子，如：ram、eprom、a/d、 d/a等，我覺得已經(jīng)沒有必要去看了，知道歷史上有這些一回事就行了；這些知識，是所有產(chǎn)品都具備的要素。所以要學，再具體應用。說一個

43、小的故事：野人獻曝。 從前，有一個農(nóng)民，冬天干了活后，休息曬太陽。好舒服呀。他想，這么舒服的享受，我要獻給國王，讓他也能得到享受。于是他興沖沖地到了王宮，將他的寶貴經(jīng)驗獻給了國王。我現(xiàn)在就象這個農(nóng)民，把自己認為很寶貴的經(jīng)驗獻給大家。希望大家多提寶貴意見；拍板磚也可以，罵我也無所謂，呵呵，隨便。第一課：51單片機最小系統(tǒng) 實際上，51單片機核心外圍電路是很簡單的，一個單片機一個看門狗一個晶振 2個磁片電容； 1. 單片機：atmel的89c51系列、winbond的78e52系列，還有philips的系列，都差不多；現(xiàn)在有一些有isp（在線下載的），就更好用了； 2. 看門狗：種類很多，我常用的

44、有max691/ca1161和ds1832等，具體看個人習慣、芯片工作電壓、封裝等。max系列和ds系列，還有imp公司的，種類很多，一般只需要有最基本的功能就可以了；原來我使用max691，但是max691比較貴，因為它有電池切換功能，后來新設計電路板，就都采用ca1161了。很早以前的電路設計中，現(xiàn)在可能還有人使用，使用一個電阻和一個電容達成的上電復位電路；但是，這樣的復位電路一個是不可靠，為什么不可靠，網(wǎng)絡上能找得到專門論述復位電路的文章；更重要的是，51系列的單片機比較容易受到干擾；沒有看門狗電路是不行的，當程序跑飛時，回不來了，死在那里。常規(guī)的做法是買一個專門的看門狗電路，完成復位電

45、路和看門狗電路的功能。這些芯片的資料很容易在網(wǎng)絡上找到，通常使用百度搜索就可以了；看見有pdf的字樣，就點擊下載；使用網(wǎng)際快車flashget下載也是最好的；這些資料通常是pdf格式的文件，所以，還需要一個pdf的閱讀器。百度網(wǎng)址： 網(wǎng)際快車下載網(wǎng)址： pdf閱讀器下載網(wǎng)址： 實際上，有了百度和其它的搜索引擎，很方便下載到這些芯片的資料，比光盤還方便，不需要去到處找。單片機和單片機抗干擾能力是不一樣的。如果你的產(chǎn)品是工作在干擾比較大的環(huán)境，可以試試選用不同品牌的單片機；原來我在一個光電所，做yag激光治療機的控制部分，脈沖激光機的電源放電的時候，能量是很大的，在采取了所有能夠想到的光電隔離等措

46、施之后，還是不行；后來，選用了intel的8031，就可以了。小聲的說：當時的philips的單片機抗干擾性能是最差的，可能跟philips主要是用在民用領域有關?，F(xiàn)在不知道怎么樣了，有人知道的話告訴我。單片機的輸入輸出口線是最容易引進干擾的地方；在嚴重干擾的情況下，需要將所有的口線光電隔離。3. 晶振：一般選用11.0592m，因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率；也可以使用36.864m，這個頻率是1.8432m的20倍，看別人的電路板上用過，我也沒有用到。這2種晶振很容易買到，價錢跟12m的一樣。書上說，12m的晶振也能得到 9600的波特率，但是，實際用的時候，會每隔一段

47、時間就出錯一次，好像累積誤差一樣，比較奇怪。即使你的單片機系統(tǒng)不使用rs232接口，也可以做一個rs232，留著做測試，或者預留等等，沒有壞處。除非你的單片機系統(tǒng)的口線不夠用了。 4. 磁片電容：22pf30pf，可以在有些書上找到什么晶振頻率對應什么容量的磁片電容，但是，我都是隨便拿來使用，反正在11.0592m下，都沒有問題；如果你用到了更高的頻率，最好還是找找資料看看。參見以下電路圖： 如果你的單片機系統(tǒng)沒有工作，檢查步驟如下： 1. 查看門狗的復位輸出，可能的話在電路板上加一個led，下拉，這樣看起來就更方便；要是看門狗復位信號有，往下； 2. 查單片機，看看管腳有沒有問題；一般編程器

48、能夠?qū)⒊绦驅(qū)懭?，說明單片機是好的；最好手頭上準備一個驗證過的單片機，內(nèi)部有一個簡單的程序，比如，在某個口線上輸出1個1秒占空比的方波等，可以使用萬用表測量。加一句： 設計產(chǎn)品時，要在關鍵的地方：電源、串口、看門狗的輸出和輸入、i/o口等加不同顏色的led指示，便于調(diào)試；作為批量大的產(chǎn)品，可以去掉部分led，一方面是降低成本、一方面是流程保密； 3. 再查磁片電容，有些瓷片電容質(zhì)量不行，干脆換了；順便說一下，換器件最好使用吸錫帶，將焊盤內(nèi)的錫吸干凈，再將器件拔出，這樣不會損傷焊盤內(nèi)的過孔；再將新的瓷片電容焊接上去的時候，用萬用表量量是好的再焊； 4. 最后只有換晶振了；切記要買好的晶振，有些品牌

49、質(zhì)量比較好。 5. 以上按照以上步驟檢測時，將無關的外圍芯片去掉；因為有一些是外圍器件的故障導致單片機最小系統(tǒng)沒有工作。第二課 基本的芯片和分立器件2.1 簡述2.2 74系列 2.3 cd4000系列2.4 光耦與光電管2.5 三極管2.6 電容電阻2.7 固態(tài)繼電器2.8 繼電器 2.9 變壓器和三端穩(wěn)壓器2.10 開關電源芯片 2.11 封裝知識、芯片批號等2.12 接插件 2.13 器件選購的知識 第三課 數(shù)字量的輸入輸出第四課 單片機的通訊接口 第五課 單片機系統(tǒng)設計的硬件構(gòu)思第六課 單片機程序的框架（匯編版本）第七課 模擬量的輸入輸出 各位多提寶貴意見。 保證實用。如果程序里面有一

50、些例程，也是已經(jīng)經(jīng)過測試可以拿來就用的；實際上是我早年的一些產(chǎn)品的程序的一部分；不好意思，都是匯編的。寫的時間只有周末會多一些，可以保證做到一周一課；盡量能夠提前，但是這要看看工作忙不忙了。坊間有一些參考書，準備今天上午到北京中發(fā)市場轉(zhuǎn)了一圈，我記得以下參考書目較好： 1. 周航慈：單片機程序設計 2. 徐涵芳：mcs-51單片機結(jié)構(gòu)與設計3. 何立民：.有了這些就基本夠用了；其它的很多都是資料的翻譯；如果英文不好，可以看看；英文好的話，可以不必了，省電錢買開發(fā)系統(tǒng)和編程器、開發(fā)板什么的，需要什么 資料直接下載pdf文件好了。 要想成為電子工程師，需要寬帶，在家里安裝包月的adsl或者長寬，絕

51、對值得。實際上，網(wǎng)絡上什么都有了，就是一個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，要好好利用。網(wǎng)上自有黃金屋，網(wǎng)上自有顏如玉 第二課 基本的芯片和分立器件2.1 簡述 有必要對以下系列的芯片和分立器件進行介紹。除了單片機作為控制器的核心外，作為一個產(chǎn)品，由很多東西構(gòu)成；所以，在講系統(tǒng)之前，先將這些零零碎碎的東西一并交待。就好像一棟房子，有各種各樣的構(gòu)件組成，下面的這些東東就像磚瓦一樣，沒有不行。2.2 74系列芯片 74系列的芯片的下載地址： 74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片現(xiàn)在均已不用了，但是，實際上，在目前的系統(tǒng)中，還能看到一些芯片，有些芯片現(xiàn)在還在系統(tǒng)中使用，例如：1、 7404 6個反相門下載地址： 2、

52、 7407 6個集電極開路門下載地址： 由于集電極開路門可以外接高電壓，可以最高到dc30v，電流最大到39ma，通常我 用它驅(qū)動8字數(shù)碼管和繼電器等大電流的負載；開路門內(nèi)部結(jié)構(gòu)是達林頓管的，輸 出的邏輯是正的； 與其類似的芯片是7406，只不過是反相開路門。3、 74ls573與74ls373 8 數(shù)據(jù)鎖存器74ls373下載地址： 74ls245 總線緩沖器 早期的51系統(tǒng)中，為了擴展ram、eprom、a/d、d/a、i/o等經(jīng)常可以看到這個片子；為了增強驅(qū)動能力，有時是為了隔離輸入和輸出，主要是布線方便，象74ls573一樣，輸入、輸出在一側(cè)，經(jīng)常用到這個片子6、 74ls138 三八

53、譯碼器 在早期的51系統(tǒng)的擴展中，作為地址選通的片子，可以經(jīng)?？吹?。另外一個類似的芯片是74ls154，是4-16譯碼器，現(xiàn)在更是少見了。有興趣的可以研究一下何立民的經(jīng)典著作中的有關章節(jié)。知道有這么一個芯片就可以了。2.3 cd4000系列 cd4000系列的芯片，除了跟74系列的電氣特性有所區(qū)別外，例如： 1) 電壓范圍寬，應該可以工作在3v15v，輸入阻抗高，驅(qū)動能力差外，跟74系列 的功能基本沒有區(qū)別； 2) 輸入時，1/2工作電壓以下為0，1/2工作電壓以上為1；3) 輸出時，1=工作電壓；0=0v 4) 驅(qū)動能力奇差，在設計時最多只能帶1個ttl負載；5) 如果加上拉電阻的話，至少要

54、100k電阻；6) 唯一現(xiàn)在使用的可能就是計數(shù)器，cd4060的計數(shù)器可以到14級二進制串行計數(shù)/分頻器，這個74系列的做不到這么高；下載地址： .tw/asp/class36_40.htm.tw/pdf_file/cd4060.pdf2.4 uln2003/uln2008 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是達林頓的，專門用來驅(qū)動繼電器的芯片，甚至在芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。uln2003的輸出端允許通過ic 電流200ma，飽和壓降 vce 約1v左右，耐壓bvceo 約為36v。用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器(ssr)等

55、外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。經(jīng)常在工控的板卡中見到這個芯片。有個完全一樣的型號：mc1413，不過現(xiàn)在好像不怎么見到這個型號了，但是管腳與2003完全兼容。 uln2003可以驅(qū)動7個繼電器；uln2008驅(qū)動8個繼電器。uln2003下載地址： 光耦 光耦是做什么用的？光耦是用來隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號。在各種應用中，往往有一些遠距離的開關量信號需要傳送到控制器，如果直接將這 些信號接到單片機的i/o上，有以下的問題： 1) 信號不匹配，輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點信號；2) 比較長的連接線路容易引進干擾、雷擊、感應電等，不經(jīng)過隔離不可靠所以，需要光耦

56、進行隔離，接入單片機系統(tǒng)。常見的光耦有： 1) tlp521-1/ tlp521-2/ tlp521-4，分別是1個光耦、2個光耦和4個光耦，hp公司 和*的東芝公司生產(chǎn)。下載地址： .tw/pdf_file/tlp521-1-2,4.pdf 發(fā)光管的工作電流要在10ma時，具有較高的轉(zhuǎn)換速率； 在5v工作時，上拉電阻不小于5k，一般是10k；太小容易損壞光耦；2) 4n25/4n35，motorola公司生產(chǎn)下載地址： .tw/pdf_file/4n25-8,35-7,h11a1-5.pdf 隔離電壓高達5000v；3) 6n136，hp公司生產(chǎn)下載地址： .tw/pdf_file/6n135-6.pdf 要想打開6n136，需要比較大的電流，大概在1520ma左右，才能發(fā)揮高速傳輸數(shù)據(jù)的作用。如果對速率要求不高，其實tlp5211也可以用，實際傳