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电子工程师知识和技能.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.07M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    合格的电子工程师需要掌握的知识和技能 愚以为，掌握了一下的硬件和软件知识，基本上就可以成为一个合格的电子工程师： 第一部分：硬件知识 一、 数字信号 1、 TTL 和带缓冲的 TTL 信号 PC 只能识别 232 电平，单片机是 TTL 电平，必须通过 232 电平转换。 2、 RS232 和定义 （一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准 单端通讯。由于发送电平 与接收电平的差仅为 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约 15 米，最高速率为 20kb/s。点对点） 典型的 RS-232 信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平 在-5～-15V 电平。当无数据传输时，线上为 TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从 TTL 电平到 RS-232 电平再返回 TTL 电平。接收器典型的工作电平在+3～+12V 与-3～-12V。由于发送电平与接收电平的差仅 为 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约 15 米，最 高速率为 20kb/s。RS-232 是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为 3～7kΩ。 所以 RS-232 适合本地设备之间的通信。 3、 RS485/422（平衡信号）128 个收发器 插口有三种 DB9 DB25 RJ45，485 多点，双向、422 单向、 数据信号采用差分传输方式。RS-485 与 RS-422 的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485 是-7V 至+12V 之间，而 RS-422 在-7V 至+7V 之间 RS-485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共 模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 二、 模拟信号视频 1、 非平衡信号 声波转变成电信号后，如果直接传送就是非平衡信号， 2、 平衡信号 就叫做平衡信号 如果把信号反相（中间差一个 Pi），然后同时传送反相的信号和原始信号， 三、 芯片 1、 封装 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 16、 mc1488 17、 ICL232/max232 18、 89C51 四、 分立器件 1、 封装
    2、 电阻：功耗和容值 3、 电容 1) 独石电容 2) 瓷片电容 3) 电解电容 4、 电感 电感是导线内通过交流电流时，在导线的内部及其周围产生交变磁通，导线的磁 通量与生产此磁通的电流之比。基本作用：滤波、振荡、延迟、陷波等 ：“通直流，阻交 流” 5、 电源转换模块 AY0825-052 6、 接线端子 7、 LED 发光管 8、 8 字（共阳和共阴） 9、 三极管 2N5551 10、 蜂鸣器 五、 单片机最小系统 1、 单片机 2、 看门狗和上电复位电路 3、 晶振和瓷片电容 六、 串行接口芯片 AT45DB161D,FM3130,HD7279A(直接驱动 LED,CS 低电平片选，CLK 电平上 升沿数据有效，KEY 平时为高，有按键时为低。) 1、 eeprom 2、 串行 I/O 接口芯片 3、 串行 AD、DA 4、 串行 LED 驱动、max7129 七、 电源设计 1、 开关电源：器件的选择 2、 线性电源： 1) 变压器 2) 桥 3) 电解电容 3、 电源的保护 1) 桥的保护 2) 单二极管保护 八、 维修 1、 电源 2、 看门狗 3、 信号 九、 设计思路 1、 电源：电压和电流 2、 接口：串口、开关量输入、开关量输出 3、 开关量信号输出调理 1) TTL―>继电器 2) TTL―>继电器（反向逻辑） 3) TTL―>固态继电器
    4) TTL―>LED（8 字） 5) 继电器―>继电器 6) 继电器―>固态继电器 4、 开关量信号输入调理 1) 干接点―>光耦 2) TTL―>光耦 5、 CPU 处理能力的考虑 6、 成为产品的考虑： 1) 电路板外形：大小尺寸、异形、连接器、空间体积 2) 电路板模块化设计 3) 成本分析 4) 器件的冗余度 1. 电阻的功耗 2. 电容的耐压值等 5) 机箱 6) 电源的选择 7) 模块化设计 8) 成本核算 1. 如何计算电路板的成本？ 2. 如何降低成本？选用功能满足价格便宜的器件 十、 思考题 1、 如何检测和指示 RS422 信号 2、 如何检测和指示 RS232 信号 3、 设计一个 4 位 8 字的显示板 1) 电源：DC12 2) 接口：RS232 3) 4 位 3”8 字（连在一起） 4) 亮度检测 5) 二级调光 4、 设计一个 33 位 1”8 字的显示板 1) 电源：DC5V 2) 接口：RS232 3) 3 排 11 位 8 字，分 4 个、3 个、4 个 3 组，带行与行之间带间隔 4) 单片机最小系统 5) 译码逻辑 6) 显示驱动和驱动器件 5、 设计一个 PCL725 和 MOXA C168P 的接口板 1) 电源：DC5V 2) 接口：PCL725/MOXA 8 个 RS232 1. PCL725，直立 DB37，孔 2. MOXA C168P，DB62 弯 3) 开关量输出信号调理：6 个固态继电器和 8 个继电器，可以被任何一路信号控制和驱动，接口：固态继 电器 5.08 直立，继电器 3.81 直立 4) 开关量输入调理：干接点闭合为 1 或 0 可选，接口：3.81 直立
    5) RS232 调理： 1. LED 指示 2. 前 4 路 RS232 全信号，后 4 路只需要 TX、RX、0 3. 无需光电隔离 4. 接口形式：DB9（针）直立 第二部分：软件知识 一、 汇编语言 二、 C51 该部分可以从市场上买到的 N 种开发板上学到，至于第一部分，需要人来带吧。 工程师在某个方面精深钻研，成为某一个特殊领域的专家，从一开始的养家糊口、慢慢小有收益、最后宝 马豪宅，也是有的；这些电子工程师可能没有全面掌握这些知识，因为这些行业用不上，例如，液晶显示 器，很多行业就不需要；但是，对于一个初学者，我认为，这个提纲是切合实际的，对于面向控制而言， 已经基本够用了；对于初学者，全面地掌握这些知识是很有必要的，因为你不知道今后需要使用什么哪些 知识，而这些知识， 80%以上你会在今后的工作中使用上，因为这是都是最基本的。熟练掌握这些知识 和应用，根据不同的地区、行业和老板，月薪应该可以在 3000 元～5000 元之间，甚至更高。 其实，可能有些你用不上，但是知道了也没有坏处；所谓书到用时方很少，又有谓艺不压身。知识＝月薪 ＝年薪＝金钱＝香车宝马＝…….. ，呵呵。 为什么要掌握这些知识？ 实际上，电子工程师就是将一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原来的这些器件分离时无法完成的 功能，做成一个成品。所需要的技能越高、功能越复杂、成本越低、市场上对相应的东东的需求越大，就 越成功。这就是电子工程师的自身的价值。从成本到产品售出，之间的差价就是企业的追求。作为企业的 老板，是在市场上去寻找这样的应用；对电子工程师而言，是将老板提出的需求或者应用按照一定的构思 原则（成本最低、可靠性最高、电路板最小、功能最强大等）在最短的时间内完成。最短的时间，跟电子 工程师的熟练程度、工作效率和工作时间直接有关。这就是电子工程师的价值。 将电子产品抽象成一个硬件的模型，大约有以下组成： 1) 输入 2) 处理核心 3) 输出 输入基本上有以下的可能： 1) 键盘 2) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB） 3) 开关量（TTL，电流环路，干接点） 4) 模拟量（4~20ma、 0~10ma、0~5V（平衡和非平衡信号）） 输出基本上有以下组成：
    1) 串行接口（RS232/485/can bus/以太网/USB） 2) 开关量（TTL、电流环路、干接点、功率驱动） 3) 模拟量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信号）） 4) LED 显示：发光管、八字 5) 液晶显示器 6) 蜂鸣器 处理核心主要有： 1) 8 位单片机，主要就是 51 系列 2) 32 位 arm 单片机，主要有 atmel 和三星系列 51 系列单片机现在看来，只能做一些简单的应用，说白了，这个芯片也就是做单一的一件事情，做多了， 不如使用 arm 来做；还可以在 arm 上加一个操作系统，程序既可靠又容易编写。 最近三星的 arm 受到追捧，价格便宜，以太网和 USB 的接口也有，周立功的开发系统也便宜，作为学习 ARM 的产品来说，应该是最好的；作为工业级的控制，是不是合适，在网友中有不同的看法和争议。本公 司使用 atmel ARM91 系列开发的 1 个室外使用的产品，在北京室外使用，没有任何的通风和加热的措施， 从去年的 5 月份到现在，运行情况良好。已经有个成功应用的案例。 但对于初学者来说，应该从 51 着手，一方面，51 还是入门级的芯片，作为初学者练手还是比较好的，可 以将以上的概念走一遍；很多特殊的单片机也是在 51 的核的基础上增加了一些 I/O 和 A/D、D/A；也为 今后学习更高一级的单片机和 ARM 打下基础。再说了，哪个老板会将 ARM 级别的开发放在连 51 也没有 学过的新手手中？ 在 51 上面去做复杂的并行扩展是没有必要的，比如，扩展 I/O 口和 A/D、D/A 等等，可以直接买带有 A/D、D/A 的单片机；或者直接使用 ARM，它的 I/O 口线口多。可以使用 I2C 接口的芯片，扩展 I/O 口 和 A/D、D/A，以及 SPI 接口扩展 LED 显示，例如：MAX7219 等芯片。 市面上一些比较古老的书籍中还有一些并行扩展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、D/A 等，我觉得已 经没有必要去看了，知道历史上有这些一回事就行了； 这些知识，是所有产品都具备的要素。所以要学，再具体应用。 说一个小的故事：野人献曝。 从前，有一个农民，冬天干了活后，休息晒太阳。好舒服呀。 他想，这么舒服的享受，我要献给国王，让他也能得到享受。 于是他兴冲冲地到了王宫，将他的宝贵经验献给了国王。 我现在就象这个农民，把自己认为很宝贵的经验献给大家。希望大家多提宝贵意见；拍板砖也可以，骂我 也无所谓，呵呵，随便。
    第一课：51 单片机最小系统 实际上，51 单片机核心外围电路是很简单的，一个单片机＋一个看门狗＋一个晶振＋2 个磁片电容； 1. 单片机：atmel 的 89C51 系列、winbond 的 78E52 系列，还有 philips 的系列，都差不多；现在有 一些有 ISP（在线下载的），就更好用了； 2. 看门狗：种类很多，我常用的有 max691/ca1161 和 DS1832 等，具体看个人习惯、芯片工作电压、 封装等。Max 系列和 DS 系列，还有 IMP 公司的，种类很多，一般只需要有最基本的功能就可以了；原来 我使用 max691，但是 max691 比较贵，因为它有电池切换功能，后来新设计电路板，就都采用 ca1161 了。 很早以前的电路设计中，现在可能还有人使用，使用一个电阻和一个电容达成的上电复位电路；但是，这 样的复位电路一个是不可靠，为什么不可靠，网络上能找得到专门论述复位电路的文章；更重要的是，51 系列的单片机比较容易受到干扰；没有看门狗电路是不行的，当程序跑飞时，回不来了，死在那里。 常规的做法是买一个专门的看门狗电路，完成复位电路和看门狗电路的功能。 这些芯片的资料很容易在网络上找到，通常使用百度搜索就可以了；看见有 PDF 的字样，就点击下载；使 用网际快车 flashget 下载也是最好的； 这些资料通常是 pdf 格式的文件，所以，还需要一个 pdf 的阅读器。 百度网址：http://www.baidu.com 网际快车下载网址：http://www.skycn.com/soft/879.html PDF 阅读器下载网址：http://www.chinapdf.com/download.htm 实际上，有了百度和其它的搜索引擎，很方便下载到这些芯片的资料，比光盘还方便，不需要去到处找。 单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品是工作在干扰比较大的环境，可以试试选用不同品 牌的单片机；原来我在一个光电所，做 YAG 激光治疗机的控制部分，脉冲激光机的电源放电的时候，能量 是很大的，在采取了所有能够想到的光电隔离等措施之后，还是不行；后来，选用了 intel 的 8031，就可 以了。小声的说：当时的 philips 的单片机抗干扰性能是最差的，可能跟 Philips 主要是用在民用领域有关。 现在不知道怎么样了，有人知道的话告诉我。 单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方；在严重干扰的情况下，需要将所有的口线光电隔离。 3. 晶振：一般选用 11.0592M，因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率；也可以使用 36.864M，这个频率是 1.8432M 的 20 倍，看别人的电路板上用过，我也没有用到。这 2 种晶振很容易 买到，价钱跟 12M 的一样。书上说，12M 的晶振也能得到 9600 的波特率，但是，实际用的时候，会每 隔一段时间就出错一次，好像累积误差一样，比较奇怪。 即使你的单片机系统不使用 RS232 接口，也可以做一个 Rs232，留着做测试，或者预留等等，没有坏处。
    除非你的单片机系统的口线不够用了。 4. 磁片电容：22pf～30pf，可以在有些书上找到什么晶振频率对应什么容量的磁片电容，但是，我都是 随便拿来使用，反正在 11.0592M 下，都没有问题；如果你用到了更高的频率，最好还是找找资料看看。 参见以下电路图： 如果你的单片机系统没有工作，检查步骤如下： 1. 查看门狗的复位输出，可能的话在电路板上加一个 LED，下拉，这样看起来就更方便；要是看门狗复 位信号有，往下； 2. 查单片机，看看管脚有没有问题；一般编程器能够将程序写入，说明单片机是好的；最好手头上准备一 个验证过的单片机，内部有一个简单的程序，比如，在某个口线上输出 1 个 1 秒占空比的方波等，可以使 用万用表测量。 加一句：设计产品时，要在关键的地方：电源、串口、看门狗的输出和输入、I/O 口等加不同颜色的 LED 指示，便于调试；作为批量大的产品，可以去掉部分 LED，一方面是降低成本、一方面是流程保密； 3. 再查磁片电容，有些瓷片电容质量不行，干脆换了；顺便说一下，换器件最好使用吸锡带，将焊盘内的 锡吸干净，再将器件拔出，这样不会损伤焊盘内的过孔；再将新的瓷片电容焊接上去的时候，用万用表量 量是好的再焊； 4. 最后只有换晶振了；切记要买好的晶振，有些品牌质量比较好。 5. 以上按照以上步骤检测时，将无关的外围芯片去掉；因为有一些是外围器件的故障导致单片机最小系统 没有工作。 以下参考书目较好： 1. 周航慈：《单片机程序设计》 2. 徐涵芳：《MCS-51 单片机结构与设计》 3. 何立民：《......》 有了这些就基本够用了；其它的很多都是资料的翻译；如果英文不好，可以看看；英文好的话，可以不必 了，省电钱买开发系统和编程器、开发板什么的，需要什么资料直接下载 PDF 文件好了。 要想成为电子工程师，需要宽带，在家里安装包月的 adsl 或者长宽，绝对值得。 实际上，网络上什么都有了，就是一个网络数据库，要好好利用。 网上自有黄金屋，网上自有颜如玉…… 第二课 基本的芯片和分立器件 2.1 简述 有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。 除了单片机作为控制器的核心外，作为一个产品，由很多东西构成；所以，在讲系统之前，先将这些零零 碎碎的东西一并交待。就好像一栋房子，有各种各样的构件组成，下面的这些东东就像砖瓦一样，没有不 行。
    2.2 74 系列芯片 74 系列的芯片的下载地址： http://www.dainau.com/TTLDATASHEET.htm http://www.100y.com.tw/asp/class36_40.htm http://www.mcu51.com/download/digitpdf/74xx/default.htm 74 系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片现在均已不用了，但是，实际上，在目前的系统中，还能看到 一些芯片，有些芯片现在还在系统中使用，例如： 1、 7404 – 6 个反相门 下载地址： http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=125533 将输入的 TTL 逻辑反相，如：0->1，1->0 2、 7407 – 6 个集电极开路门 下载地址： http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=125518 由于集电极开路门可以外接高电压，可以最高到 DC30V，电流最大到 39mA，通常我用它驱动 8 字数码 管和继电器等大电流的负载；开路门内部结构是达林顿管的，输出的逻辑是正的； 与其类似的芯片是 7406，只不过是反相开路门。 3、 74LS573 与 74LS373 – 8 数据锁存器 74LS373 下载地址： http://www.hqew.com/document/detail.asp?pdid=129171 74LS573 下载地址： http://www.yddz.net/yddzsourse/pdf/74hc573.pdf 引入几个概念： 1. 真值表 参见 74LS373 的 PDF 的第 2 页： Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Qo X X H Z 这个就是真值表，表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。 每个芯片的数据手册（datasheet）中都有真值表。 布尔逻辑比较简单，在此不赘述；
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