电子工程师基本知识结构

合格的电子工程师需要掌握的知识和技能[日期：2008-1-28]来源：EDN博客作者：[字体：大中小]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2、RS232和定义3、RS485/422（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2、74073、74044、74005、74LS5736、ULN20037、74LS2448、74LS2409、74LS24510、74LS138/23811、CPLD(EPM7128)12、116113、max69114、max485/7517615、mc148916、mc148817、ICL232/max23218、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5、电源转换模块6、接线端子7、LED发光管8、8字（共阳和共阴）9、三极管2N555110、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1、eeprom2、串行I/O接口芯片3、串行AD、DA4、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：DC122)接口：RS2323)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：DC5V2)接口：RS2323)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：DC5V2)接口：PCL725/MOXA8个RS2321.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、03.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/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。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。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。第二课基本的芯片和分立器件2.1简述2.274系列2.3CD4000系列2.4光耦与光电管2.5三极管2.6电容电阻2.7固态继电器2.8继电器2.9变压器和三端稳压器2.10开关电源芯片2.11封装知识、芯片批号等2.12接插件2.13器件选购的知识第三课数字量的输入输出第四课单片机的通讯接口第五课单片机系统设计的硬件构思第六课单片机程序的框架（汇编版本）第七课