大牛談硬件電子工程師必備技能，你掌握了嗎？

　　第一部分：硬件知識

　　一、數(shù)字信號

　　1、TTL和帶緩沖的TTL信號：邏輯門電路

　　2、RS232和定義：異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口，通常以9個引腳（DB-9）或是25個引腳（DB-25）的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機(jī)上會有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。

　　3、RS485/422（平衡信號）半雙工/全雙工

　　4、干接點(diǎn)信號：無源開關(guān)，具有閉合和斷開的2種狀態(tài)，2個接點(diǎn)之間沒有極性，可以互換。各種開關(guān)如：限位開關(guān)、行程開關(guān)、腳踏開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、溫度開關(guān)、液位開關(guān)等；各種按鍵；各種傳感器的輸出，如：環(huán)境動力監(jiān)控中的傳感器、水浸傳感器、火災(zāi)報警傳感器、玻璃破碎、振動、煙霧和凝結(jié)傳感器；繼電器、干簧管的輸出。

　　濕接點(diǎn)信號：有源開關(guān)；具有有電和無電的2種狀態(tài)；2個接點(diǎn)之間有極性，不能反接。

　　二、模擬信號視頻

　　1、非平衡信號：非平穩(wěn)信號是指分布參數(shù)或者分布律隨時間發(fā)生變化的信號。現(xiàn)實世界中我們所碰到的信號大都是非平穩(wěn)信號。平穩(wěn)和非平穩(wěn)都是針對隨機(jī)信號說的，非平穩(wěn)信號分析和處理的一般方法有時域分析、頻域分析、時頻聯(lián)合分析。

　　2、平衡信號：信號在傳輸過程中，如果被直接傳送就是非平衡信號，如果把信號反相，然后同時傳送反相的信號和原始信號，就叫做平衡信號，平衡信號送入差動放大器，原信號和反相位信號相減，得到加強(qiáng)的原始信號，由于在傳送中，兩條線路受到的干擾差不多，在相減的過程中，減掉了一樣的干擾信號，因此更加抗干擾。這種在平衡式信號線中抑制兩極導(dǎo)線中所共同有的噪聲的現(xiàn)象便稱為共模抑制。所以平衡線路只需要在輸入輸出信號增加一個差動放大器就可以實現(xiàn)。

　　三、芯片

　　1、封裝

　　2、7407：TTL集電極開路六正相高壓驅(qū)動器。1入2出3進(jìn)4輸出5進(jìn)6輸出9進(jìn)8輸出11進(jìn)10輸出13進(jìn)12輸出。

　　3、7404：六組反向器。1入2出3進(jìn)4輸出5進(jìn)6輸出9進(jìn)8輸出11進(jìn)10輸出13進(jìn)12輸出。

　　4、7400：四組與門。1.2入3出，4.5入6出，9.10入8出，12.13入11出。

　　5、74LS573：八位三狀態(tài)輸出D觸發(fā)器。

　　6、ULN2003：高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。

　　7、74LS244：3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動器，沒有鎖存的功能。

　　8、74LS240：3態(tài)總線轉(zhuǎn)換器，一般用于總線的電平匹配問題，為單向傳送。

　　9、74LS245：3態(tài)總線轉(zhuǎn)換器，一般用于總線的電平匹配問題，為雙向傳送。

　　10、74LS138：3線-8線譯碼器

　　74LS238：加法器

　　11、CPLD（EPM7128）

　　12、1161

　　13、max691

　　14、max485/75176

　　15、mc1489

　　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(dú)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(jī)最小系統(tǒng)

　　1、單片機(jī)

　　2、看門狗和上電復(fù)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LED驅(qū)動、max7129

　　七、電源設(shè)計

　　1、開關(guān)電源：器件的選擇

　　2、線性電源：

　　1）變壓器

　　2）橋

　　3）電解電容

　　3、電源的保護(hù)

　　1）橋的保護(hù)

　　2）單二極管保護(hù)

　　八、維修

　　1、電源

　　2、看門狗

　　3、信號

　　九、設(shè)計思路

　　1、電源：電壓和電流

　　2、接口：串口、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出

　　3、開關(guān)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(guān)量信號輸入調(diào)理

　　1）干接點(diǎn)―》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：大小尺寸、異形、連接器、空間體積

　　2）電路板模塊化設(shè)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(jī)箱

　　6）電源的選擇

　　7）模塊化設(shè)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(shè)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(shè)計一個33位1”8字的顯示板

　　1）電源：DC5V

　　2）接口：RS232

　　3）3排11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(jī)最小系統(tǒng)

　　5）譯碼邏輯

　　6）顯示驅(qū)動和驅(qū)動器件

　　5、設(shè)計一個PCL725和MOXAC168P的接口板

　　1）電源：DC5V

　　2）接口：PCL725/MOXA8個RS232

　　1.PCL725，直立DB37，孔

　　2.MOXAC168P，DB62彎

　　3）開關(guān)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(guān)量輸入調(diào)理：干接點(diǎn)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(xué)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(fù)雜成本越低、市場上對相應(yīng)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(yīng)用；對電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應(yīng)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(qiáng)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(guān)。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/canbus/以太網(wǎng)/USB）

　　3）開關(guān)量（TTL，電流環(huán)路，干接點(diǎn)）

　　4）模擬量（4~20ma、0~10ma、0~5V（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/canbus/以太網(wǎng)/USB）

　　2）開關(guān)量（TTL、電流環(huán)路、干接點(diǎn)、功率驅(qū)動）

　　3）模擬量（4~20ma，0~10ma，0~5V（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(jī)，主要就是51系列

　　2）32位arm單片機(jī)，主要有atmel和三星系列

　　51系列單片機(jī)現(xiàn)在看來，只能做一些簡單的應(yīng)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(xué)習(xí)ARM的產(chǎn)品來說，應(yīng)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atmelARM91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(fēng)和加熱的措施，從去年的5月份到現(xiàn)在，運(yùn)行情況良好。已經(jīng)有個成功應(yīng)用的案例。

　　但對于初學(xué)者來說，應(yīng)該從51著手，一方面，51還是入門級的芯片，作為初學(xué)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(jī)也是在51的核的基礎(chǔ)上增加了一些I/O和A/D、D/A；也為今后學(xué)習(xí)更高一級的單片機(jī)和ARM打下基礎(chǔ)。

　　再說了，哪個老板會將ARM級別的開發(fā)放在連51也沒有學(xué)過的新手手中在51上面去做復(fù)雜的并行擴(kuò)展是沒有必要的，比如，擴(kuò)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(jī)；或者直接使用ARM，它的I/O口線口多?？梢允褂肐2C接口的芯片，擴(kuò)展I/O口和A/D、D/A，以及SPI接口擴(kuò)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(kuò)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(xué)，再具體應(yīng)用。