合格的电子工程师需要掌握的知识和技能.docx
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合格的电子工程师需要掌握的知识和技能
合格的电子工程师需要掌握的知识和技能
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
1TTL和带缓冲的TTL信号;
2RS232和定义;
3RS485/422(平衡信号);
4干接点信号。
二、模拟信号视频
1非平衡信号;
2平衡信号。
三、芯片
1封装;
27407;
37404;
47400;
574LS573;
6ULN2003;
774LS244;
874LS240;
974LS245;
1074LS138/238;
11CPLD(EPM7128);
121161;
13max691;
14max485/75176;
15mc1489;
16mc1488;
17ICL232/max232;
1889C51。
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;
5电源转换模块;
6接线端子;
7LED发光管;
88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
1eeprom;
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。
5CPU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?
(3)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MOXAC168P的接口板:
1)电源:
DC5V;
2)接口:
PCL725/MOXA8个RS232;
(1)PCL725,直立DB37,孔;
(2)MOXAC168P,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。
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/canbus/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/canbus/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atmelARM91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。
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XX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。
XX网址:
网际快车下载网址:
PDF阅读器下载网址:
实际上,有了XX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
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