电子工程师必备的基础知识

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、 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
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
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。
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。
是我早年的一些产品的程序的一部分；不好意思，都是汇编的。
写的时间只有周末会多一些，可以保证做到一周一课；尽量能够提前，但是这要看
看工作忙不忙了。坊间有一些参考书，准备今天上午到北京中发市场转了一圈，我记得以下参考书目
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。
高阻态
就是输出既不是高电平，也不是低电平，而是高阻抗的状态；在这种状态下，可以
多个芯片并联输出；但是，这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态，否则会将芯
片烧毁；
高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。
3. 数据锁存
当输入的数据消失时，在芯片的输出端，数据仍然保持；
这个概念在并行数据扩展中经常使用到。
4. 数据缓冲
加强驱动能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具备数据缓冲的能力。
OE：output_enable，输出使能；
LE：latch_enable，数据锁存使能，latch是锁存的意思；
Dn：第n路输入数据；
On：第n路输出数据；
再看这个真值表，意思如下：
第四行：当OE＝1是，无论Dn、LE为何，输出端为高阻态；
第三行：当OE＝0、LE＝0时，输出端保持不变；
第二行第一行：当OE＝0、LE＝1时，输出端数据等于输入端数据；
结合下面的波形图，在实际应用的时候是这样做的：
a． OE＝0；
b． 先将数据从单片机的口线上输出到Dn；
c． 再将LE从0->1->0
d． 这时，你所需要输出的数据就锁存在On上了，输入的数据在变化也影响不到输 出的数据了；实际上，单片机现在在忙着干别的事情，串行通信、扫描键盘……单
片机的资源有限啊。
在单片机按照RAM方式进行并行数据的扩展时，使用movx @dptr, A这条指令时，这
些时序是由单片机来实现的。
ULN2003/ULN2008
它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一
个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA，饱和压降
VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算
。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)
等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。
经常在工控的板卡中见到这个芯片。
有个完全一样的型号：MC1413，不过现在好像不怎么见到这个型号了，但是管脚与
2003完全兼容。
光耦
光耦是做什么用的？光耦是用来隔离输入输出的，主要是隔离输入的信号。
在各种应用中，往往有一些远距离的开关量信号需要传送到控制器，如果直接将这
些信号接到单片机的I/O上，有以下的问题：
1) 信号不匹配，输入的信号可能是交流信号、高压信号、按键等干接点信号；
2) 比较长的连接线路容易引进干扰、雷击、感应电等，不经过隔离不可靠
所以，需要光耦进行隔离，接入单片机系统。