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標題: 合格的電子工程師需要掌握的知識和技能 [打印本頁]

作者: 51黑ren 時間: 2015-12-27 02:33
標題: 合格的電子工程師需要掌握的知識和技能
愚以為，掌握了一下的硬件和軟件知識，基本上就可以成為一個合格的電子工程師：
第一部分：硬件知識
一、數字信號
1、 TTL和帶緩沖的TTL信號
2、 RS232和定義
3、 RS485/422（平衡信號）
4、干接點信號
二、模擬信號視頻
1、非平衡信號
2、平衡信號
三、芯片
1、封裝
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、封裝
2、電阻：功耗和容值
3、電容
1) 獨石電容
2) 瓷片電容
3) 電解電容
4、電感
5、電源轉換模塊
6、接線端子
7、 LED發光管
8、 8字（共陽和共陰）
9、三極管2N5551
10、蜂鳴器
五、單片機最小系統
1、單片機
2、看門狗和上電復位電路
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驅動、max7129
七、電源設計
1、開關電源：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
1) 橋的保護
2) 單二極管保護
八、維修
1、電源
2、看門狗
3、信號
九、設計思路
1、電源：電壓和電流
2、接口：串口、開關量輸入、開關量輸出
3、開關量信號輸出調理
1) TTL―>繼電器
2) TTL―>繼電器（反向邏輯）
3) TTL―>固態繼電器
4) TTL―>LED（8字）
5) 繼電器―>繼電器
6) 繼電器―>固態繼電器
4、開關量信號輸入調理
1) 干接點―>光耦
2) TTL―>光耦
5、 CPU處理能力的考慮
6、成為產品的考慮：
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) 機箱
6) 電源的選擇
7) 模塊化設計
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) 二級調光
4、設計一個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) 單片機最小系統
5) 譯碼邏輯
6) 顯示驅動和驅動器件
5、設計一個PCL725和MOXA C168P的接口板
1) 電源：DC5V
2) 接口：PCL725/MOXA 8個RS232
1. PCL725，直立DB37，孔
2. MOXA C168P，DB62彎
3)開關量輸出信號調理：6個固態繼電器和8個繼電器，可以被任何一路信號控制和驅動，接口：固態繼電器5.08直立，繼電器3.81直立
4) 開關量輸入調理：干接點閉合為1或0可選，接口：3.81直立
5) RS232調理：
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種開發板上學到，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、功能越復雜、
成本越低、市場上對相應的東東的需求越大，就越成功。這就是電子工程師的自身
的價值。從成本到產品售出，之間的差價就是企業的追求。作為企業的老板，是在
市場上去尋找這樣的應用；對電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應用按照
一定的構思原則（成本最低、可靠性最高、電路板最小、功能最強大等）在最短的
時間內完成。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。這就是電子工程師的價值。
將電子產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/can bus/以太網/USB）
3) 開關量（TTL，電流環路，干接點）
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/can bus/以太網/USB）
2) 開關量（TTL、電流環路、干接點、功率驅動）
3) 模擬量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信號））
4) LED顯示：發光管、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，主要就是51系列
2) 32位arm單片機，主要有atmel和三星系列
51系列單片機現在看來，只能做一些簡單的應用，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，程序既
可靠又容易編寫。
最近三星的arm受到追捧，價格便宜，以太網和USB的接口也有，周立功的開發系統
也便宜，作為學習ARM的產品來說，應該是最好的；作為工業級的控制，是不是合
適，在網友中有不同的看法和爭議。本公司使用atmel ARM91系列開發的1個室外使
用的產品，在北京室外使用，沒有任何的通風和加熱的措施，從去年的5月份到現
在，運行情況良好。已經有個成功應用的案例。
但對于初學者來說，應該從51著手，一方面，51還是入門級的芯片，作為初學者練
手還是比較好的，可以將以上的概念走一遍；很多特殊的單片機也是在51的核的基
礎上增加了一些I/O和A/D、D/A；也為今后學習更高一級的單片機和ARM打下基礎。
再說了，哪個老板會將ARM級別的開發放在連51也沒有學過的新手手中？
在51上面去做復雜的并行擴展是沒有必要的，比如，擴展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；或者直接使用ARM，它的I/O口線口多�？梢允�
用I2C接口的芯片，擴展I/O口和A/D、D/A，以及SPI接口擴展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展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、
D/A等，我覺得已經沒有必要去看了，知道歷史上有這些一回事就行了；
這知識，是所有產品都具備的要素。所以要學，再具體應用。
說一個小的故事：野人獻曝。
從前，有一個農民，冬天干了活后，休息曬太陽。好舒服呀。
他想，這么舒服的享受，我要獻給國王，讓他也能得到享受。
于是他興沖沖地到了王宮，將他的寶貴經驗獻給了國王。
我現在就象這個農民，把自己認為很寶貴的經驗獻給大家。希望大家多提寶貴意見
；拍板磚也可以，罵我也無所謂，呵呵，隨便。
第一課：51單片機最小系統
實際上，51單片機核心外圍電路是很簡單的，一個單片機＋一個看門狗＋一個晶振
＋2個磁片電容；
1.單片機：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，還有philips的系列，都差
不多；現在有一些有ISP（在線下載的），就更好用了；
2.看門狗：種類很多，我常用的有max691/ca1161和DS1832等，具體看個人習慣、
芯片工作電壓、封裝等。Max系列和DS系列，還有IMP公司的，種類很多，一般只需
要有最基本的功能就可以了；原來我使用max691，但是max691比較貴，因為它有電
池切換功能，后來新設計電路板，就都采用ca1161了。
很早以前的電路設計中，現在可能還有人使用，使用一個電阻和一個電容達成的上
電復位電路；但是，這樣的復位電路一個是不可靠，為什么不可靠，網絡上能找得
到專門論述復位電路的文章；更重要的是，51系列的單片機比較容易受到干擾；沒
有看門狗電路是不行的，當程序跑飛時，回不來了，死在那里。
常規的做法是買一個專門的看門狗電路，完成復位電路和看門狗電路的功能。
這些芯片的資料很容易在網絡上找到，通常使用百度搜索就可以了；看見有PDF的
字樣，就點擊下載；使用網際快車flashget下載也是最好的；
這些資料通常是pdf格式的文件，所以，還需要一個pdf的閱讀器。

實際上，有了百度和其它的搜索引擎，很方便下載到這些芯片的資料，比光盤還方
便，不需要去到處找。
單片機和單片機抗干擾能力是不一樣的。如果你的產品是工作在干擾比較大的環境
，可以試試選用不同品牌的單片機；原來我在一個光電所，做YAG激光治療機的控
制部分，脈沖激光機的電源放電的時候，能量是很大的，在采取了所有能夠想到的
光電隔離等措施之后，還是不行；后來，選用了intel的8031，就可以了。小聲的
說：當時的philips的單片機抗干擾性能是最差的，可能跟Philips主要是用在民用
領域有關�，F在不知道怎么樣了，有人知道的話告訴我。
單片機的輸入輸出口線是最容易引進干擾的地方；在嚴重干擾的情況下，需要將所
有的口線光電隔離。
3.晶振：一般選用11.0592M，因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率；也
可以使用36.864M，這個頻率是1.8432M的20倍，看別人的電路板上用過，我也沒有
用到。這2種晶振很容易買到，價錢跟12M的一樣。書上說，12M的晶振也能得到
9600的波特率，但是，實際用的時候，會每隔一段時間就出錯一次，好像累積誤差
一樣，比較奇怪。
即使你的單片機系統不使用RS232接口，也可以做一個Rs232，留著做測試，或者預
留等等，沒有壞處。除非你的單片機系統的口線不夠用了。
4.磁片電容：22pf～30pf，可以在有些書上找到什么晶振頻率對應什么容量的磁
片電容，但是，我都是隨便拿來使用，反正在11.0592M下，都沒有問題；如果你用
到了更高的頻率，最好還是找找資料看看。
參見以下電路圖：
如果你的單片機系統沒有工作，檢查步驟如下：
1.查看門狗的復位輸出，可能的話在電路板上加一個LED，下拉，這樣看起來就更
方便；要是看門狗復位信號有，往下；
2.查單片機，看看管腳有沒有問題；一般編程器能夠將程序寫入，說明單片機是
好的；最好手頭上準備一個驗證過的單片機，內部有一個簡單的程序，比如，在某
個口線上輸出1個1秒占空比的方波等，可以使用萬用表測量。
加一句：設計產品時，要在關鍵的地方：電源、串口、看門狗的輸出和輸入、I/O
口等加不同顏色的LED指示，便于調試；作為批量大的產品，可以去掉部分LED，一
方面是降低成本、一方面是流程保密；
3.再查磁片電容，有些瓷片電容質量不行，干脆換了；順便說一下，換器件最好
使用吸錫帶，將焊盤內的錫吸干凈，再將器件拔出，這樣不會損傷焊盤內的過孔；
再將新的瓷片電容焊接上去的時候，用萬用表量量是好的再焊；
4.最后只有換晶振了；切記要買好的晶振，有些品牌質量比較好。
5.以上按照以上步驟檢測時，將無關的外圍芯片去掉；因為有一些是外圍器件的
故障導致單片機最小系統沒有工作。
第二課基本的芯片和分立器件
2.1 簡述
2.2 74系列
2.3 CD4000系列
2.4 光耦與光電管
2.5 三極管
2.6 電容電阻
2.7 固態繼電器
2.8 繼電器
2.9 變壓器和三端穩壓器
2.10 開關電源芯片
2.11 封裝知識、芯片批號等
2.12 接插件
2.13 器件選購的知識
第三課數字量的輸入輸出
第四課單片機的通訊接口
第五課單片機系統設計的硬件構思
第六課單片機程序的框架（匯編版本）
第七課模擬量的輸入輸出
……
各位多提寶貴意見。
保證實用。如果程序里面有一些例程，也是已經經過測試可以拿來就用的；實際上
是我早年的一些產品的程序的一部分；不好意思，都是匯編的。
寫的時間只有周末會多一些，可以保證做到一周一課；盡量能夠提前，但是這要看
看工作忙不忙了。
坊間有一些參考書，準備今天上午到北京中發市場轉了一圈，我記得以下參考書目
較好：
1. 周航慈：《單片機程序設計》
2. 徐涵芳：《MCS-51單片機結構與設計》
3.  何立民：《......》
有了這些就基本夠用了；其它的很多都是資料的翻譯；如果英文不好，可以看看；
英文好的話，可以不必了，省電錢買開發系統和編程器、開發板什么的，需要什么
資料直接下載PDF文件好了。
要想成為電子工程師，需要寬帶，在家里安裝包月的adsl或者長寬，絕對值得。
實際上，網絡上什么都有了，就是一個網絡數據庫，要好好利用。
網上自有黃金屋，網上自有顏如玉……
第二課基本的芯片和分立器件
2.1 簡述
有必要對以下系列的芯片和分立器件進行介紹。
除了單片機作為控制器的核心外，作為一個產品，由很多東西構成；所以，在講系
統之前，先將這些零零碎碎的東西一并交待。就好像一棟房子，有各種各樣的構件
組成，下面的這些東東就像磚瓦一樣，沒有不行。
2.2 74系列芯片
74系列的芯片的下載地址：

74系列的芯片是古老的一族，大部分的芯片現在均已不用了，但是，實際上，在目
前的系統中，還能看到一些芯片，有些芯片現在還在系統中使用，例如：
1、 7404 – 6個反相門

將輸入的TTL邏輯反相，如：0->1，1->0
2、 7407 – 6個集電極開路門
由于集電極開路門可以外接高電壓，可以最高到DC30V，電流最大到39mA，通常我
用它驅動8字數碼管和繼電器等大電流的負載；開路門內部結構是達林頓管的，輸
出的邏輯是正的；
與其類似的芯片是7406，只不過是反相開路門。
3、 74LS573與74LS373 – 8數據鎖存器

引入幾個概念：
1. 真值表
參見74LS373的PDF的第2頁：
Dn LE  OE  On
H  H  L  H
L  H  L  L
X  L  L Qo
X  X  H Z
這個就是真值表，表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。
每個芯片的數據手冊（datasheet）中都有真值表。
布爾邏輯比較簡單，在此不贅述；
2. 高阻態
就是輸出既不是高電平，也不是低電平，而是高阻抗的狀態；在這種狀態下，可以
多個芯片并聯輸出；但是，這些芯片中只能有一個處于非高阻態狀態，否則會將芯
片燒毀；
高阻態的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。
3. 數據鎖存
當輸入的數據消失時，在芯片的輸出端，數據仍然保持；
這個概念在并行數據擴展中經常使用到。
4. 數據緩沖
加強驅動能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數據緩沖的能力。
OE：output_enable，輸出使能；
LE：latch_enable，數據鎖存使能，latch是鎖存的意思；
Dn：第n路輸入數據；
On：第n路輸出數據；
再看這個真值表，意思如下：
第四行：當OE＝1是，無論Dn、LE為何，輸出端為高阻態；
  第三行：當OE＝0、LE＝0時，輸出端保持不變；
  第二行第一行：當OE＝0、LE＝1時，輸出端數據等于輸入端數據；
  結合下面的波形圖，在實際應用的時候是這樣做的：
a． OE＝0；
b．先將數據從單片機的口線上輸出到Dn；
c．再將LE從0->1->0
d．這時，你所需要輸出的數據就鎖存在On上了，輸入的數據在變化也影響不到輸
出的數據了；實際上，單片機現在在忙著干別的事情，串行通信、掃描鍵盤……單
片機的資源有限啊。
在單片機按照RAM方式進行并行數據的擴展時，使用movx @dptr, A這條指令時，這
些時序是由單片機來實現的。
后面的表格中還有需要時間的參數，你不需要去管它，因為這些參數都是幾十ns級
別的，對于單片機在12M下的每個指令周期最小是1us的情況下，完全可以實現；如
果是你自己來實現這個邏輯，類似的指令如下：
mov  P0,A;將數據輸出到并行數據端口
clr  LE
setb  LE
clr  LE ;上面三條指令完成LE的波形從0->1->0的變化
74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣，只不過是管腳定義不一樣，數據輸入和輸出端
各在一側，PCB容易走線；所以大家都喜歡使用這個芯片。
4、 74LS244 – 數據緩沖器

數據輸出能力比較強，輸出電流可以到40mA以上；
4個緩沖器分成2組，具有高阻態控制端口
5、 74LS245 – 總線緩沖器

雙向數據接口，通常在ISA板卡上可以看到；
早期的51系統中，為了擴展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等經常可以看到這個片子
；
為了增強驅動能力，有時是為了隔離輸入和輸出，主要是布線方便，象74LS573一
樣，輸入、輸出在一側，經常用到這個片子
6、 74LS138 – 三－八譯碼器
在早期的51系統的擴展中，作為地址選通的片子，可以經�？吹健�
另外一個類似的芯片是74LS154，是4-16譯碼器，現在更是少見了。
有興趣的可以研究一下何立民的經典著作中的有關章節。
知道有這么一個芯片就可以了。
2.3 CD4000系列
CD4000系列的芯片，除了跟74系列的電氣特性有所區別外，例如：
1) 電壓范圍寬，應該可以工作在3V～15V，輸入阻抗高，驅動能力差外，跟74系列
的功能基本沒有區別；
2) 輸入時，1/2工作電壓以下為0，1/2工作電壓以上為1；
3) 輸出時，1=工作電壓；0=0V
4) 驅動能力奇差，在設計時最多只能帶1個TTL負載；
5) 如果加上拉電阻的話，至少要100K電阻；
6) 唯一現在使用的可能就是計數器，CD4060的計數器可以到14級二進制串行計數/
分頻器，這個74系列的做不到這么高；

2.4 ULN2003/ULN2008
它的內部結構也是達林頓的，專門用來驅動繼電器的芯片，甚至在芯片內部做了一
個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降
VCE 約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。用戶輸出口的外接負載可根據以上參數估算
。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅動繼電器或固體繼電器(SSR)
等外接控制器件，也可直接驅動低壓燈泡。
經常在工控的板卡中見到這個芯片。
有個完全一樣的型號：MC1413，不過現在好像不怎么見到這個型號了，但是管腳與
2003完全兼容。
ULN2003可以驅動7個繼電器；ULN2008驅動8個繼電器。
ULN2003下載地址：
ULN2008下載地址：
沒有找到。奇怪啊。
2.5 光耦
光耦是做什么用的？光耦是用來隔離輸入輸出的，主要是隔離輸入的信號。
在各種應用中，往往有一些遠距離的開關量信號需要傳送到控制器，如果直接將這
些信號接到單片機的I/O上，有以下的問題：
1)信號不匹配，輸入的信號可能是交流信號、高壓信號、按鍵等干接點信號；
2) 比較長的連接線路容易引進干擾、雷擊、感應電等，不經過隔離不可靠
所以，需要光耦進行隔離，接入單片機系統。
常見的光耦有：
1) TLP521-1/ TLP521-2/ TLP521-4，分別是1個光耦、2個光耦和4個光耦，HP公司
和***的東芝公司生產。

發光管的工作電流要在10mA時，具有較高的轉換速率；
在5V工作時，上拉電阻不小于5K，一般是10K；太小容易損壞光耦；
2) 4N25/4N35，motorola公司生產

隔離電壓高達5000V；
3) 6N136，HP公司生產

要想打開6N136，需要比較大的電流，大概在15~20mA左右，才能發揮高速傳輸數據
的作用。
如果對速率要求不高，其實TLP521－1也可以用，實際傳輸速率可以到19200波特率
。
選擇光耦看使用場合，tlp521-1是最常用的，也便宜，大概0.7~1元；
要求隔離電壓高的，選用4N25/4N35，大概在3元左右；
要求在通訊中高速傳輸數據的，選用6N136，大概在4元左右。
光耦應用的原理框圖如下所示：
1. 輸入干接點隔離
2. 輸入TTL電平隔離

3. 輸入交流信號隔離
4. 輸出RS232信號隔離

5. 輸出RS422信號隔離

光耦除了隔離數字量外，還可以用來隔離模擬量。將在今后的章節中描述。
2.6 三極管
2.7 光電管
2.8 電容
2.9 電阻
2.10 固態繼電器
2.11 繼電器
2.12 變壓器與整流橋
2.13 三端穩壓器
2.14 開關電源芯片
2.15 封裝知識、芯片批號等
2.16 接插件
2.17 器件選購的知識

2.6 三極管
2.6.1 三極管的4種工作狀態
1) 飽和導通狀態
飽和導通=0
2) 截止狀態
飽和導通=1
3) 線性放大狀態
作為低頻放大器時使用，具體的可參見有關電子線路的書籍；
4) 非線性工作狀態
在無線電通信系統中，作為混頻器等使用。具體的可參見有關電子線路的書籍；
愚記得南京工學院也就是現在的東南大學在80年代初期有一套《電子線路》5本，
是電子專業的書籍，比較難懂；現在，即使是在電子專業的學生中，也應該降低了
對三極管的哪些復雜的參數的要求了吧；在實際使用時，即使是模擬電路、非線性
電路，也都是集成電路了，誰還使用三極管自己做呢？如果萬一需要，現學也來得
及。這套書很強的。編寫人在那個年代肯定都是牛人。
學三極管這些參數很繁瑣的，要是現在的非電子類的大學生或者大專生們還學這些
玩意，我只能說是學校在誤人子弟了。
好多學校都在擴招，很多學生念了4年下來，學了一堆過時的理論，跟實際的東西
一點沒有接軌，不知道7407是干什么用得，不知道三極管的幾個狀態；我只能無話
可說。
所以，念了4年下來，跟企業的需求還有一段距離，還需要從頭來過；聰明的學生
趕緊抓住機會去學習，去實習，這樣，還可以趕緊補上實際應用的這一課。
言歸正傳。
參見下圖：
當單片機的口線輸出電平為1時，三極管的be結導通，ce結導通，輸出的電壓值為
0V；
當單片機的口線輸出電平為0時，三極管的be結不導通，ce結截止，輸出的電壓值
為5V；
在這種數字電路的應用中，相當于三極管是一個反相開路門。
計算是否導通，公式如下：
I＝B（放大倍數，希臘字母的貝塔）×Ibe
當Ice<I時，即為飽和導通；
相差越大，飽和程度越深，Vce越小，三極管的輸出內阻越��；
這個概念要用到光電管中。
設計使用時大概算算，心里有個數；在電路板上試試，行的通，那就是它了�？梢�
測量Vce值，至少要小于0.1V就可以了。
常用的PNP三極管是2N5551，驅動40mA的LED（電壓在24V）、蜂鳴器等均沒有問題
。
2.6.2 三極管的具體應用
實際上，已經有象7407、ULN2003可以取代三極管在數字電路中的作用；但是，有
時是受到PCB面積的制約，有時是為了降低成本，有時是因為布局方便，在1~2個輸
出點時，還是可以使用三極管來做驅動的。
例如：驅動一個蜂鳴器；往往系統中的蜂鳴器跟其它驅動設備，繼電器等，距離較
遠；這時，沒有必要使用一片7407，或者ULN2003來驅動；驅動的接口如下：

Re:從51初學者到電子工程師（轉帖）

2.7 光電管

我這里所謂的光電管有2種：
1) 反射型光電管
2) 對射型光電管
這2種產品在市場上又可分為調理好的和沒有調理好的；
這2種光電管在電子產品世界和電子技術應用雜志上都有大量的廣告。隨便找一本
都有。
我所說的調理好的指的是內部已經加了限流電阻和輸出的放大驅動電路了。它的特
點是只有3根線，電源2根，輸出信號一根，TTL電平的；但是，有時受到某種限制
，需要使用沒有調理好的，怎么辦呢？
參見下圖：光電管原理框圖
這種沒有調理好的光電管在使用時，需要做一塊小的電路板，在發光管加限流電阻
，在光電三極管的集電極加上拉電阻到5V，如下圖所示：光電管工作框圖1。
但是，在使用中我發現，輸出的信號不穩定，尤其是在使用比較長的電纜傳輸到單
片機的時候；究其原因，我認為是由于反射或者對射的紅外光落在光電三極管的靶
面上，光強未能導致光電三極管深度飽和，使得輸出的內阻偏大，環境的噪聲和電
纜的干擾信號容易在線路上疊加的緣故；
為了可靠工作，仿照達林頓管的結構，在光電三極管的輸出端加一個限流電阻接到
NPN的B結，當無光的時候，2N5551飽和導通，輸出電壓為0V；實際測量小于0.1V；
當有光，甚至是弱光時，2N5551截至，輸出電壓為5V。將3K電阻換成更大或更小的
電阻，可以調整光電三極管的輸出的靈敏度。
具體工作過程可以自行分析，做個實驗。

2.8 電容
2.8.1 電容的主要種類
電容有以下幾大類：
1) 電解電容
2) 獨石電容
3) 磁片電容
4) 膽（左金右旦）電解電容
5) 滌綸電容等
電容的指標是：耐壓值和電容容量。例如：220u/50V，就是說，這個電解電容耐壓
值為50V，容量為220u。
電容的容量跟電容的介質有關。
顧名思義：
電解電容為電解質作為介質的，鋁作為電極；
獨石電容是使用石頭作為介質的；
磁片電容是磁片作為介質的；
膽（左金右旦）電解電容使用電解質作為介質，但是，電極采用膽（左金右旦）金
屬。
滌綸電容采用滌綸作為介質。
有興趣的網友可以拆一個電容看看。

2.8.2 電容的使用場合
1. 電源穩壓和濾波
電解電容主要是用來穩壓和低頻交流濾波的；高頻濾波是使用磁片電容和獨石電容
。
當電解電容作為穩壓時，接在整流橋和三端穩壓器的輸出端，起到穩定電壓的作用
。其工作機理相當于一個水庫，從上游來的帶有波浪的水到了水庫，就變的平滑了
。
但是，鋁電解電容的電解質隨著時間的推移會干涸，所以在設計時需要留有余量，
保證系統正常工作到它的壽命。
有些遠端供電的直流電源，接到電路板的輸入端時，需要在電路板的電源輸入端加
一個大的電解電容，通�？梢允�220u/25V，這樣，這塊電路板需要供電時，不是直
接從電源處取，而是從電容中取電，可以得到穩定的電流供給；
但是，電解電容只能濾除低頻的波動；對于直流電源中的高頻波動，可以加一個
0.1u或0.01u的獨石電容或者磁片電容。
很多教科書都指出，在每一個芯片的電源和地兩端接一個0.1u或0.01u的獨石電容
或者瓷片電容，解決芯片的供電過程中，由于電路板的走線電感產生的電源開關噪
聲尖峰。這種作用下的電容叫去耦電容。這是電路板的常規的設計；
2. 定時參數
對于象555這樣需要外接電容產生穩定的脈沖的器件，滌綸電容是首選�？梢韵胂�
，滌綸一層又一層纏繞，受到溫度變化引起的滌綸的面積的變化的相對值要遠遠小
于獨石電容的介質石頭受到溫度變化而引起的變化值。
3. 產生其它電壓
有些需要從單一電壓產生其它的電壓的芯片，如：max232，需要外接電容才能實現
。
參見max232技術資料。
外接01.u的膽電容。
2.8.3 電容的封裝
電容有直插和表面貼的不同封裝。
電解電容表面貼封裝的通常耐壓值不超出25V，電容值不超出100u。再大，就只好
使用直插的了。其它的電容，磁片和獨石都有表面貼封裝的。

2.9 電阻和電位器
2.9.1電阻的種類
2.9.1.1 普通電阻

電阻種類按照工藝可以分為碳膜電阻和金屬膜電阻；
按照功率可以分為小功率電阻和大功率電阻，大功率電阻通常是金屬電阻，實際上
應該是在金屬外面加一個金屬（鋁材料）散熱器，所以可以有10W以上的功率；在
電子配套市場上專門賣電阻的市場上可以很容易地看到。
金屬電阻通常是作為負載，或者作為小設備的室外加熱器，如，在CCTV的一些解碼
器箱和全天候防護罩中可以看到。
電阻在電路中起到限流、分壓等作為。通常1/8W電阻已經完全可以滿足使用。但是
，在作為7段LED中，要考慮到LED的壓降和供電電壓之差，再考慮LED的最大電流，
通常是20mA（超高亮度的LED），如果是2×6（2排6個串聯），則電流是40mA。
不同廠家選用不同材料的，壓降有所不同。所以，需要加上電試一下，但是，不要
讓Led的電流超出20mA（單只LED），這時加大電流亮度也不會增加，但是LED的壽
命會下降，限流電阻的大小就是壓降除以電流。電阻的功率隨之可以算出。
這個使用初中的知識就夠用了。
2.9.1.2 電位器
電位器就是可調電阻。在初中學物理時，中學老師拿一個很大的圓筒狀的東東，上
面有一個滑桿，跟這個東西很類似。
它的阻值在1～n之間變化。
N=102、502、103……
102=10*10的2次方，也就是1000歐姆，1K
同理，502=5K。
這種表示的方法跟電容是一樣的。
電容104=10*10的4次方pf，電容的基本單位是pf，1u=1000000pf，所以，
104=100000pf=0.1u；
電位器又分單圈和多圈電位器。
單圈的電位器通常為灰白色，面上有一個十字可調的旋紐，出廠前放在一個固定的
位置上，不在2頭；
多圈電位器通常為藍色，調節的旋紐為一字，一字小改錐可調；
多圈電位器又分成頂調和側調2種，主要是電路板調試起來方便。
有些是儀器儀表設備，通常是模擬電路，有一些不確定的因素，需要調節才能達到
最理想的效果；有些是設備本身就需要輸出一個可變的東東，如電壓和電流，也需
要一個電位器。
2.9.1.3 排電阻
是sipn的封裝，比較常用的就是阻值502和103的9腳的電阻排；象sip9就是8個電
阻封裝在一起，8個電阻有一端連在一起，就是公共端，在排電阻上用一個小白點
表示。排電阻通常為黑色，也有黃色；51系統的P0需要一個排電阻上拉，否則，作
為輸入的時候，不能正常讀入數據；作為輸出的時候，接7407是可以的，不需要上
拉電阻；但是，接其它的芯片，還是不行。有興趣可以看看51的P0的結構；沒有興
趣，依葫蘆畫瓢，照做沒錯。
2.9.1.4 光敏電阻
當照在光敏電阻上的光強變化時，電阻值也在變化。顯然這是半導體材料的特性。
使用光敏電阻可以檢測光強的變化。
思考題1：
有一個LED顯示設備，要求，當光強變化的時候，LED的亮度隨著光強變化；光線越
強，LED越亮；反之亦然。怎么使用單片機實現此項功能？可以是多級調光，如8級
調光；也可以做成無級調光。
2.9.2 電阻的封裝
電阻的封裝有表面貼和軸向的封裝。
軸向封裝有：axial0.4、axial0.6、axial0.8等等；axial在英語中就是軸的意思
；
表面貼電阻的封裝最常用的就是0805；當然還有更大的；但是更大的電阻我想就不
是很常用了。
電位器的封裝在protel的書種可以很方便地找到。但是如果直接使用，可能會有一
些偏差。老樹早期就犯過這種錯誤，導致電位器旁邊的器件安裝費勁。
搞硬件和軟件是有所不同的，搞硬件的人，一定要精確。
在硬件上的一個小的錯誤，都會造成這塊板的推倒重來；因為產品是不能有飛線的
；而這個小小的錯誤相當于軟件上的一條語句，在軟件調試階段悄悄改掉，可以神
不知鬼不覺；在PCB上，特別惡心。而且誰都知道-老板最知道。
什么是精確呢？
1．對你所要實現的工作的目標理解準確；
2．對你的電路圖要清楚每一個器件在其中所起的作用；如果不明白，可以找一個
專家問問，得到確認；如果不清楚，可以先試試；
3．對每一個器件的封裝要嚴格把握，該是什么形狀、外形一定要完全一致；還有
考慮到空間是不是對其它的板卡器件有影響；對邊緣連接器件與電路板的邊緣之間
的距離、ISA和PCI的邊緣連接件與擋板之間的關系要完全把握才能去做電路板；否
則只是浪費金錢和時間；
對邊緣器件與邊緣之間的距離要是不能有把握的話，可以找3個人，每個人都計算
一遍，取個平均值，基本上就差不多了。
4．對單片機的資源能不能作成這件事情一定要有把握，CPU運算速度和字長、內
存夠不夠大、程序存儲器夠不夠大，需要仔細的規劃；
5．原理圖經過專家認可無誤后，畫出來的PCB需要做網絡檢查，做到與原理圖完
全一致；

2.10 繼電器、固態繼電器
2.10.1 繼電器
繼電器，就是利用繼電器的線包在加電后產生的磁力，將2個電極吸合在一起；初
中還是高中的物理有它的原理。有興趣可以打開一支看看，很好玩的。
繼電器有：
1）公共端：COM
2）常開：normal open，NO
3）常閉：normal close，NC
繼電器主要指標：
工作電壓：
工作電壓有直流和交流的2種；
在PCB上，通常是直流的；交流的繼電器通常是AC24V的居多，當然，還有AC220V的
。交流的繼電器國產的比進口的，比如，idec，OMRON，fujitsu便宜很多，當然，
質量也差一些。
可以在百度上專門搜索一下繼電器，上面有一些廠家產品的介紹。
常用的小功率的繼電器是national的居多，OMRON也有，便宜一些，一盒50只。
常用的電壓有：
DC5V/DC9V/DC12V/DC24V等；
根據觸點數量，可以分為：
單刀單擲/SPST
單刀雙擲/SPDT
雙刀雙擲/DPDT
四刀雙擲等/?
還要根據觸點容量來分。
一般的都是DC30V/1A或者DC30V/2A，AC110V/0.2A，再大，就不能使用繼電器了，
因為在觸點切換，電流通過的瞬間，會產生拉弧，燒毀觸點，使得切換不可靠；這
是，可以使用固態繼電器。
實際上，在PCB上的繼電器的任務就是給出一個干接點信號，作為控制信號使用，
傳遞的是一個信號，而不是能量。或者控制一個大功率的開關等，讓大功率的開關
去控制功率的傳遞；但是，后者也不如固態繼電器來得方便。
繼電器的封裝通常是DIP16或者以上；也有更小的繼電器，但是，價錢跟DIP16的差
不多。
注意：DIP16的繼電器只有8個管腳；所以設計封裝時，不要圖省事直接使用DIP16
，這樣容易在焊接的時候焊反了，導致出錯。要專門設計繼電器的封裝，該有幾個
腳就使用幾個腳。

2.10.2 固態繼電器
固態繼電器，說白了，就是使用發光管觸發的過零觸發的可控硅。
可以說，跟光耦很相似，也是4個管腳，只是區別在：
4）直接使用直流電壓控制；可以認為內部已經有了一個限流電阻；
5）接收光信號的一端是過零觸發的可控硅；
可以說是一個電子開關，無觸點的繼電器。
因為無觸點，所以可以通過大電流而不產生拉弧，工作壽命與開關次數無關。
觸點作為信號使用的繼電器的時間的工作壽命是100萬次到300萬次，可以查看技術
手冊；
固態繼電器可以認為是無限次的，所以在大電流和頻繁開關的場合，使用固態繼電
器。
固態繼電器觸點通過的信號通常是交流電壓，但是也有直流電壓的。
固態繼電器可以通過AC220V或者AC380V以下的交流電；它的2個指標：
1）工作電壓，通常為DC5V和DC12V，也有DC24V的；
2）工作電流：AC220V/1A/2A/4A不等。
國產的固態繼電器質量不錯，跟進口的沒有區別，就是封裝的質量太差，一批買回
來，個個都不一樣，焊在電路板上東倒西歪，不美觀；至于小功率的國產的繼電器
市場上比較少見，有也不敢使。
進口的固態繼電器有美國的和***的，4A以上的比較貴，***的OMRON的固態繼電
器2A的才賣8元，侃侃價估計還能便宜，體積小，封裝絕對的準確，可以很整齊地
在電路板上排列，不占地方；
2.12 線性電源：變壓器、整流橋與三端穩壓器
什么是線性電源？為什么叫線性？老樹查了網絡上的資料，也沒有答案，只好等待
高明教我。
PCB上需要供電，就需要電源。電源分2種，一種是線性電源，象7805，就是線性電
源；
一種是開關電源，是將AC220V直接整流濾波成高壓，推動功率管工作在100Khz以上
，再整流濾波成低壓。
開關電源的工作原理可以通過百度查到。
線型電源需要工頻變壓器，將AC220V變換成低壓，經過全橋的整流，和大電容的濾
波，成為脈動的直流，再經過三端穩壓器，輸出直流電壓。
輸出端還需要大的電解電容濾波。注意這時要選用足夠大的電容容量和耐壓值的電
解電容。耐壓值不夠，你就等著聽響吧。電容容量不夠，整流輸出的電壓和輸出的
電壓的壓差不夠，輸出電壓會有紋波，單片機系統工作不正常。
通常電路板上需要的是DC5V，一般來說，現在的電路板，一片7805，再加散熱片也
基本夠用了。功率越大，散熱片也越大。
變壓器有多種規格：
1、普通E型矽鋼片繞制的變壓器，現在最大量的是廣西普寧雄英出的變壓器，通
過了長城認證，質量是不錯的，最大的好處是便宜，現貨量大；通常的規格是單9V
、12V，雙9V、12V等；可能這個地方出矽鋼片，有這樣的礦藏。
2、環型變壓器，象個橢圓型；
3、最近好像圓形的變壓器也多起來了，后2種變壓器應該是漏磁小、發熱少、效
率高，大功率的整流時使用，當然單位瓦數也貴啊，按照1元/W計算預算應該差不
多了。
這2種變壓器都需要定制，可以定制各種規格的。
4、焊在電路板上的變壓器，比較有名的是兵字品牌。在《電子技術應用》和《電
子產品世界》上常年做廣告。秦皇島也有一家，好像叫耀華。
怎么計算變壓器需要多大的功率？
首先，計算功耗。比如：Dc5V/0.25A，也就是1.25W的功耗。
7805效率50％，變壓器效率50%，就是說，需要6W的變壓器。
Dc5V/0.25A的輸入壓差大概在3V，6V的變壓器整流出來的電壓是大約6×1.4＝8.4V
，也差不多了。所有選用AC6V/6W的變壓器。再到市場上找一個差不多的變壓器用
上就行了。
注意：電流越大，壓差越大；在電路工作的時候，可以拿示波器看看電源的波形是
不是平穩。
78系列的芯片做的比較多而好的是美國國家半導體公司（nationalsemiconductor
）的LM780X和摩托羅拉公司MC780X等2大系列。
78系列是高壓差的穩壓芯片，現在有低壓差的穩壓芯片，其機理參見沙占友老師的
書籍。有LM2930、LM2937、LM2940C、LM2990等4個系列。
如果需要更大的電源供給，或者使用開關電源，或者去買成品的線性電源，象遼寧
朝陽4NIC的電源，質量不錯，價格也不錯。
附：在網絡上找到的一篇文章：
開關電源和線性電源的區別
線性電源的調整管工作在放大狀態，因而發熱量大，效率低（35%左右），需要
加體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當要制作多組電
壓輸出時變壓器會更龐大。開關電源的調整管工作在飽和和截至狀態，因而發熱量
小，效率高（75％以上）而且省掉了大體積的變壓器。但開關電源輸出的直流上面
會疊加較大的紋波（50mV at 5V outputtypical），在輸出端并接穩壓二極管可
以改善，另外由于開關管工作是會產生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連
磁珠加以改善。相對而言線性電源就沒有以上缺陷，它的紋波可以做的很小（5mV
以下）。對于電源效率和安裝體積有要求的地方用開關電源為佳，對于電磁干擾和
電源純凈性有要求的地方（例如電容漏電檢測）多選用線性電源。另外當電路中需
要作隔離的時候現在多數用DC－DC來做對隔離部分供電（DC-DC從其工作原理上來
說就是開關電源）。還有，開關電源中用到的高頻變壓器可能繞制起來比較麻煩。
2.14 開關電源芯片
相對于線性穩壓器來說，開關電源在計算機主板上、工控機主板和各種各樣的電路
板上起著電壓變換的作用。例如：將低電壓，比如：電池轉換成穩定的3.3V或者5V
，或者將高電壓轉化成DC5V、DC3.3V，或者將DC5V轉換成3.3V和1.8V，例如，ARM
的電路板就需要這樣的芯片，3.3V給ARM供電，1.8V給arm的core供電。以上
由于采用了開關電路，電源芯片的工作頻率高，發熱小，效率高。
同樣的，還是芯片的巨頭，MAXIM、LINEAR和TI等公司在電源轉換芯片上是最為卓
越，無論從產品的種類，還是質量都是上佳的；
經�？措娮赢a品世界和電子技術應用的網友一定對maxim的電源芯片印象巨深。五
花八門的電源芯片，讓你無法選擇到底選用那種是自己的所需要的。
在maxim的產品樹中，對電源是這樣分類的：
Power Supplies and BatteryManagement
Switchmode DC-DC Power Supplies408
Isolated Power Supplies22
Low-Dropout Linear Regulators75
White LED Drivers 13
Low-Side MOSFET Drivers14
High-Side MOSFET Drivers6
ORing MOSFET Controllers2
Battery Chargers 36
Battery Protectors, Selectors and Monitors17
Regulator + Reset Circuits4
Current Sense Amplifiers22
LCD/ECB/CCFL Display Bias Supply87
ALSO SEE: Hot-Swap and PowerSwitching
ALSO SEE: VoltageReferences
我們經常使用到的是Switchmode DC-DC PowerSupplies ，這里有分成n種。老樹
比較熟悉的是step-down電源芯片，也就是所謂的從高電壓下降到低的電壓的芯片
；從低到高，當然是step-up電源芯片。
象philips的電動剃須刀，里面肯定有電源管理芯片，當電池電壓下降，但是，電
池又有電的時候，能夠輸出恒定的電壓，榨干電池內的最后一點電能，能夠舒適地
使用一段很長的時間。
比如，你的電路板上只有DC24V電壓，但是，還需要Dc5V/2A的電源，這么高的壓降
，使用線性穩壓器顯然不合適，如果使用DC/DC模塊，成本太高，體積也比較大，
所以，得選用一款芯片完成這個功能。
按照maxim給出的復雜的選擇，根據你的要求，多選擇幾項，maxim會給出一個清單
，在清單中去選擇你最適合你的需求的芯片。
老樹原來使用過的完成此項功能的芯片是：MAX724、LT1076；這2款芯片需要1個
50uH的電感才能輸出Dc5V電源；但是，這種開關電源芯片有個好處，就是輸入只要
在它的允許的范圍內波動，或者負載在變化，輸出DC5V電源十分穩定。
電源的范圍從Dc10V～DC40V，max724均能輸出5A的DC5V電源。

在沙老師的書中，也介紹了幾款電源轉換芯片，可供參考。
如果是作為隔離電壓產生，例如：5V轉換成隔離的5V，用在光耦、通訊等電路中，
去自己做隔離電路就有點劃不來，不如去買現成的DC/DC模塊。這點國產的模塊做
的不錯，象老樹常用的Dc12V/DC5V500mA的模塊，大約30元，質量還是不錯的。

2.15 器件選購、芯片批號、封裝知識等
在市場上買芯片，千萬注意不要買到舊片、拆機片；舊片、拆機片有些湊合能用，
有些干脆不行；即使現在能用，壽命肯定有限；
舊的就是舊的，肯定瞞不過有心人；主要是從芯片的管腳的嶄新程度、芯片印刷的
質量等仔細觀察。
舊的芯片往往管腳參差不齊、搪錫發烏、包裝的管子不夠新；而且往往是芯片的表
面發白，那是因為被打磨過了，然后重新絲網印刷上廠家名稱、批號等；
所以最好是買激光打標的器件，激光打標的產品肯定是新貨，或者沒有使用過的貨
；而且買的時候需要注意，器件的批號最好是最近當年的或者是最近幾個星期的產
品；總而言之，別花冤枉錢，還影響產品的質量。
同樣的產品，不同廠家的質量也不一樣。我比較喜歡的是美國TI、摩托羅拉MC、
MAXIM、LINEAR的產品；假的也少；
例如，max7219芯片上有一下標志：
MAXIM
MAX7219CNG
0323PY
MAXIM就是芯片的廠家；
MAX7219CNG是廠家的型號，CNG跟封裝和7219這個系列產品的細微的差別有關；
03是指2003年；23是指該年的第23周；一年是52周，所以這個數字不會超出52；
激光打標是在芯片上形成一個暗色的與芯片表面有一個明顯對比的標志；中關村的
大恒公司就有激光打標機的業務；但是未必是在芯片上打標；
有時，激光打標會產生類似暗黃色的標志，這跟激光器功率和芯片封裝材料有關
從初學者到電子工程師第三課合格電子工程師是怎樣煉成的？
不好意思，第二課沒有寫完，又開一課--老樹當過老師，有毀人不倦的習慣，再者
，這個問題想了很久了，也基本想通了。
在網絡上很多初學者在問：怎樣成為一個合格的電子工程師？
這個問題有很多答案。老樹談談自己的看法。
第一步入門-51核心和基本電路
中國人有10億啊，每年有多少大學生畢業呢？我不知道。但是我看到有一張照片，
招聘會上熙熙攘攘，人來人往，十分震撼。從來沒有一個時刻讓我感覺到中國的人
力資源是如此的豐富。但是，從現在的大學畢業出來的學生學到了什么東西呢？一
些理論，跟實際脫鉤的理論。有沒有用呢？有點用。但是，在企業中，需要的是實
際干點事情出來，實際解決問題。所以說，很多企業不想要大學本科出來的大學生
，說動手，沒有動手能力，不知道電阻電容長得什么樣子，能夠做什么？但是又自
視甚高，對工資的期望值比較高。等到能夠干點事情了，又拍拍屁股跑了。所以企
業現在喜歡使用大專中專甚至是職業學校培訓出來的小孩，至少這些孩子們知道自
己的份量，能夠實實在在地做事。要知道，他們很多人的天賦并不差，有些人甚至
可以說聰明，只是因為很多人是家庭條件不好，打小就是苦孩子，沒有條件接受良
好的教育。一旦給機會，他們都比較珍惜。
現在的大學，誤人子弟甚多。擴招是沒有錯，但是，實驗室擴了嗎？教室擴了嗎？
教師擴了嗎？至少實驗室是沒有擴。老樹認得的一個研究生說，只有到了一個階段
，才能到實驗室作實驗。很多導師就是把學生當奴隸一樣干活，要是在干活中能夠
學到東西那就算是運氣好的；運氣不好的，直接就是導師的廉價的勞力了，學不到
東西，活倒干了不少。
但是，既然學生要拿文憑，要應付考試，沒有辦法，那怎么自救？
如果勵志要做一名出色的電子工程師，老樹可以談談自己的看法。
做一個電子工程師，先從51學起，這是得到公認的。不需老樹饒舌。
首先，去買一個開發板，越便宜的越好，在上面可以練練keilC。最好再買一個仿
真器，這樣調試的效率高。當然這個不便宜，但是我覺得可以志同道合的哥幾個合
買。反正1天24小時，每人8個小時輪流上，有個幾個月，C51語言也就差不多了。
其次，看看老樹的文章，看看需要學點什么基本的東西。北京的大學生有福啊，沒
事到中發去轉轉，認認老樹的文章上說得哪些電阻、電容、三極管、芯片、接插件
什么的，看看自己的電腦上的主板、網卡、聲卡、顯卡是怎么畫的，找找感覺，這
些板卡都是高手的杰作啊。
構思一個小的產品，按照老樹文章上的思考題，找本protel99se的書，從每個菜單
練起，循序漸進，從單片機最小系統->輸入->LED->RS232/RS422/RS485->固態繼電
器、繼電器等原理圖畫起，邊畫邊學，一點一點做，做好了，最好找個高手看看，
找出毛病在哪里，再反復改進。在這樣的模擬實戰中找到感覺。
推薦老虎工作室的protel99系列4本，寫的還是循序漸進的，當然不便宜；咬咬牙
，可以合買一套，輪著看。
順便說一句我對市場上的開發板的看法，這些開發板當然都不錯，但是，只能學到
語言，不能教你畫原理圖和PCB，實際做的時候，還是需要高手帶一帶是最快的。
我就是一個朋友教我的，也就半天的功夫，就會了。當時還是DOS下的protel3.16
版本。
以戰養戰。找個公司、企業，幫他們做個小產品，既能得到公司的高手的指點，又
能賺到一筆費用，豈不甚佳？這時，你的開發板、仿真器的費用就出來了。從原理
圖->PCB->C51，單片機也入門了。
第二步：登堂入室-掌握系統的電路知識
這時，需要對電子技術的所有東東進行全面的了解，主要是看看雜志、BBS、網站
上的技術文章、何立民先生主持編著的《單片機應用技術大全》系列，將單片機和
它的配套的電路，輸入輸出、通訊等等做一個全面的了解。目標是為什么？系統的
技術儲備。知道什么問題可以使用什么方法解決，可能在什么地方找到解決的方法
，這對你以后走上工作崗位，解決實際問題是非常有好處的。如果你真能這么做，
那么，你今后肯定比單位中的老同志還要棒。
老樹在國營研究所的時候，曾經有一段時間無所事事，就是在那一兩年的時間內將
研究所的技術雜志看了一遍，尤其是《電子技術應用》。打下了一個良好的基礎。
這時，爭取機會，學習高手們的硬件設計。一個比較快的辦法就是到工控機的廠家
那里，看看工控機的板卡和調理板是怎樣設計的，都使用了哪些東西。記得老樹第
一次看到國外的一個器件，到處去問，也不知道是什么東東。后來在四通工控那里
看到了，原來是固態繼電器。這時，腦子里關于固態繼電器的知識都冒出來了。再
一看，配套市場大把的。
什么東西就是這樣，你要是不知道它是干什么的，你天天看見，也熟視無睹。
有心人就是這樣，在什么樣的情況下，都能慢慢積蓄知識和力量。畢竟一個產品，
不是只會單片機就可以了，還是需要很多的外圍電路，按照何老師的分類，前向、
后向、人機、互相通道等，才能做成一件產品的。
這個時候，抓住任何機會，去參與一個大型產品開發，在其中做一件事情，你可以
學到溝通、協作、界面等產品開發的一些要素。
第三步：勤奮至卓越
中國人多啊，每個人都是智商100，誰比誰傻啊。憑什么你比別人強？你能有好的
工作、好的收入，你能香車寶馬，醇酒美人？老樹認為，沒有別的辦法，就是靠勤
奮。
勤奮學習-這個道理大家知道，知識就是金錢��；
勤奮工作-想比別人多賺錢，在智商相同的情況下，就是靠多付出時間干活，再提
高工作效率。別人5×8小時工作，你是7×16小時，再提高工作效率一倍，你不久
賺了比別人多5倍的錢嗎？老樹公司有2個員工，原來在老家種蘋果，沒有賺到錢，
到老樹的公司中干活，計件，活忙的時候，早晨8：00起來，晚上12：00收工，年
底也賺了一筆錢回家，高高興興，老樹也開心，原來一屋子人干的活，現在2個人
干了，公司管理省事了，員工也賺到了錢。
開發也是一樣。當然，這個需要你的公司有這個機制，多勞多得的機制。但是，要
是現在沒有，你要不要這樣干呢？
我認為，需要。一方面，干別人的活，練自己的技術，長自己的本事。另一方面，
多干活，才能快速增長本事，技術才能躍變、突破，登堂入室，再得心應手、出神
入化。至少，熟練工種是沒有問題的吧。
就象一壺水，老是小火，燒了半天，也是溫吞水；可是大火一上，一會就開了，就
是這個意思。
你看《射雕英雄轉》中的郭靖，沒有別的本事，就是傻練，有一天開竅了，如有神
助。技術這個東西就是這樣，突破了門檻，就是坦途。需要勤奮勤奮再勤奮。有一
天這個日子來了，你就苦盡甘來了。
勤奮還有另外一個含意，就是天道酬勤。其實是每個人看見勤奮的人，都會給他機
會的，覺得幫助這樣的人，高興；把事情放在他的手里，也放心。
還有一個含意是觸類旁通。知識需要很多的參照物，去比較、聯想、萃取、升華。
換句話，你可能付出的是其他人的n倍的努力，可是你得到的是n倍以上的回報，你
的知識已經不是簡單的累加了，已經質變了。
如果你在這個單位，勤奮了，也出成果了，就是沒有得到公平的待遇，也沒有關系
。換一個環境就是了，總有人會欣賞你的。再說了，付出總有回報。
有些人習慣怨天尤人，沒有好的老爸老媽，沒有好的老師，沒有好的同伴，沒有好
的環境，沒有好的老板。這些人需要去看看周立功的文章，看看周老師怎樣一步步
成長的。
第四步：溝通、協作
原來還有，現在越來越少，做一個小的產品，就可以生活無憂。

第五步：對某個行業深入理解
每個人生存在這個世界上，大都需要有一門獨到的技術；更何況你是這個論壇的讀
者；
有的人天生千嬌百媚，有的人天生金嗓子，有的人有個好的老爸老媽；這些都不足
為恃，更何況沒有這些天賦呢？
當你掌握了單片機、ARM、CPLD/FPGA等高端的技術，應該說，養身立命是沒有問題
了，可以解決人生的基本問題了；但是，還想更上一步，就需要對某個行業進入深
入的理解和挖掘。
我認識的靠技術過上寶馬豪宅生活的工程師，并不是在技術上一開始就有什么過人
之處，也不是說他的產品一開始就會比別人好很多，而是都是特別有韌性的人，都
在捕捉某個行業的機會，在某個行業內精耕細作，堅持不懈，別人都干其它的去了
，只有他還在這個行業中慢慢來，過上5年或者更多的時間，慢慢得到業內人士的
認可，產品不斷改進，慢慢打開了銷路，最后站住腳，機會來了，一下發達了。我
的一個朋友，就是這樣修煉成了正果。
有個笑話，說：剛剛離開的行業，發展最快。說得就是這個道理。
中國大啊，市場大啊，只要認真耕耘，就會有收獲。
所以，在目前的中國，技術人員還是有機會的，再過10年，可能就一點機會都沒有
了。
需要去從事多個行業嗎？就個體而言，不需要。那個行業都有金子。
就公司而言，需要嗎？那要看你的公司有沒有這方面的人才；還需要看有沒有這個
方面的機制。否則，盲目的進行多個行業的擴展，沒有必要。需要做的是至少在某
個行業做到前三名。
你看，原來的LOTUS的notes，賣給了IBM，原來只賣出去300萬份，到了IBM，就賣
到了1000萬份（大概吧）。產品就是這樣，占領市場的同時，利潤就有了，規模效
益就有了。一個公司的產品不需要太多，但是要賣的多，才是正路。想想看，同樣
是產值100萬，一個產品和10個產品的差別那就大了，研發、服務、維修，差的多
呢。
象吉列，就是那么個小刀片，作成這么大的企業，多么舒服。
象GE，每個行業都是業內的翹楚，那是資本主義社會200年的技術積累。在中國，
需要做的是每一個小的公司都是某個產品最突出的。從小的產品做起，做到國內最
好、亞洲最好、世界最好。就行了。中國就強大了。
到那個時候，才有可能出現象GE這樣的大公司。才有形成這樣的大公司的技術基礎

硬件項目設計心得
1 充分了解各方的設計需求，確定合適的解決方案
   啟動一個硬件開發項目，原始的推動力會來自于很多方面，比如市場的需要，基于整個系統架構的需要，應用軟件
部門的功能實現需要，提高系統某方面能力的需要等等，所以作為一個硬件系統的設計者，要主動的去了解各個方面的需
求，并且綜合起來，提出最合適的硬件解決方案。比如A項目的原始推動力來自于公司內部的一個高層軟件小組，他們在實際
當中發現原有的處理器板IP轉發能力不能滿足要求，從而對于系統的配置和使用都會造成很大的不便，所以他們提出了對新
硬件的需求。根據這個目標，硬件方案中就針對性的選用了兩個高性能網絡處理器，然后還需要深入的和軟件設計者交流，
以確定內存大小，內部結構，對外接口和調試接口的數量及類型等等細節，比如軟件人員喜歡將控制信令通路和數據通路完
全分開來，這樣在確定內部數據走向的時候要慎重考慮。項目開始之初是需要召開很多的討論會議的，應該盡量邀請所有相
關部門來參與，好處有三個，第一可以充分了解大家的需要，以免在系統設計上遺漏重要的功能，第二是可以讓各個部門了
解這個項目的情況，提早做好時間和人員上協作的準備，第三是從感情方面講，在設計之初各個部門就參與了進來，這個項
目就變成了大家共同的一個心血結晶，會得到大家的呵護和良好合作，對完成工作是很有幫助的。
   2 原理圖設計中要注意的問題
   原理圖設計中要有“拿來主義”，現在的芯片廠家一般都可以提供參考設計的原理圖，所以要盡量的借助這些資
源，在充分理解參考設計的基礎上，做一些自己的發揮。當主要的芯片選定以后，最關鍵的外圍設計包括了電源，時鐘和芯
片間的互連。
   電源是保證硬件系統正常工作的基礎，設計中要詳細的分析：系統能夠提供的電源輸入；單板需要產生的電源輸
出；各個電源需要提供的電流大�。浑娫措娐沸�；各個電源能夠允許的波動范圍；整個電源系統需要的上電順序等等。比
如A項目中的網絡處理器需要1.25V作為核心電壓，要求精度在＋5%-－3%之間，電流需要12A左右，根據這些要求，設計中采
用5V的電源輸入，利用Linear的開關電源控制器和IR的MOSFET搭建了合適的電源供應電路，精度要求決定了輸出電容的ESR選
擇，并且為防止電流過大造成的電壓跌落，加入了遠端反饋的功能。
   時鐘電路的實現要考慮到目標電路的抖動等要求，A項目中用到了GE的PHY器件，剛開始的時候使用一個內部帶鎖相
環的零延時時鐘分配芯片提供100MHz時鐘，結果GE鏈路上出現了丟包，后來換成簡單的時鐘Buffer器件就解決了丟包問題，
分析起來就是內部的鎖相環引入了抖動。
   芯片之間的互連要保證數據的無誤傳輸，在這方面，高速的差分信號線具有速率高，好布線，信號完整性好等特
點，A項目中的多芯片間互連均采用了高速差分信號線，在調試和測試中沒有出現問題。
   3 PCB設計中要注意的問題
   PCB設計中要做到目的明確，對于重要的信號線要非常嚴格的要求布線的長度和處理地環路，而對于低速和不重要的
信號線就可以放在稍低的布線優先級上。重要的部分包括：電源的分割；內存的時鐘線，控制線和數據線的長度要求；高速
差分線的布線等等。
   A項目中使用內存芯片實現了1G大小的DDR memory，針對這個部分的布線是非常關鍵的，要考慮到控制線和地址線的
拓撲分布，數據線和時鐘線的長度差別控制等方面，在實現的過程中，根據芯片的數據手冊和實際的工作頻率可以得出具體
的布線規則要求，比如同一組內的數據線長度相差不能超過多少個mil，每個通路之間的長度相差不能超過多少個mil等等。
當這些要求確定后就可以明確要求PCB設計人員來實現了，如果設計中所有的重要布線要求都明確了，可以轉換成整體的布線
約束，利用CAD中的自動布線工具軟件來實現PCB設計，這也是在高速PCB設計中的一個發展趨勢。
   4 檢查和調試
   當準備調試一塊板的時候，一定要先認真的做好目視檢查，檢查在焊接的過程中是否有可見的短路和管腳搭錫等故
障，檢查是否有元器件型號放置錯誤，第一腳放置錯誤，漏裝配等問題，然后用萬用表測量各個電源到地的電阻，以檢查是
否有短路，這個好習慣可以避免貿然上電后損壞單板。調試的過程中要有平和的心態，遇見問題是非常正常的，要做的就是
多做比較和分析，逐步的排除可能的原因，要堅信“凡事都是有辦法解決的”和“問題出現一定有它的原因”，這樣最后一
定能調試成功。
   5 一些總結的話
   現在從技術的角度來說，每個設計最終都可以做出來，但是一個項目的成功與否，不僅僅取決于技術上的實現，還
與完成的時間，產品的質量，團隊的配合密切相關，所以良好的團隊協作，透明坦誠的項目溝通，精細周密的研發安排，充
裕的物料和人員安排，這樣才能保證一個項目的成功。
   一個好的硬件工程師實際上就是一個項目經理，他/她需要從外界交流獲取對自己設計的需求，然后匯總，分析成具
體的硬件實現。還要跟眾多的芯片和方案供應商聯系，從中挑選出合適的方案，當原理圖完成后，他/她要組織同事來進行配
合評審和檢查，還要和CAD工程師一起工作來完成PCB的設計。與此同時，還要準備好BOM清單，開始采購和準備物料，聯系加
工廠家完成板的貼裝。在調試的過程中他/她要組織好軟件工程師來一起攻關調試，配合測試工程師一起解決測試中發現的問
題，等到產品推出到現場，如果出現問題，還需要做到及時的支持。所以做一個硬件設計人員要鍛煉出良好的溝通能力，面
對壓力的調節能力，同一時間處理多個事務的協調和決斷能力和良好平和的心態等等。
   還有細心和認真，因為硬件設計上的一個小疏忽往往就會造成非常大的經濟損失，比如以前碰到一塊板在PCB設計完
備出制造文件的時候誤操作造成了電源層和地層連在了一起，PCB板制造完畢后又沒有檢查直接上生產線貼裝，到測試的時候
才發現短路問題，但是元器件已經都焊接到板上了，結果造成了幾十萬的損失。所以細心和認真的檢查，負責任的測試，不
懈的學習和積累，才能使得一個硬件設計人員持續不斷的進步，而后術業有所小成。

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   如何設計一個合適的電源
   對于現在一個電子系統來說，電源部分的設計也越來越重要，我想通過和大家探討一些自己關于電源設計的心得，
來個拋磚引玉，讓我們在電源設計方面能夠都有所深入和長進。
   Q1：如何來評估一個系統的電源需求
   Answer：對于一個實際的電子系統，要認真的分析它的電源需求。不僅僅是關心輸入電壓，輸出電壓和電流，還要
仔細考慮總的功耗，電源實現的效率，電源部分對負載變化的瞬態響應能力，關鍵器件對電源波動的容忍范圍以及相應的允
許的電源紋波，還有散熱問題等等。功耗和效率是密切相關的，效率高了，在負載功耗相同的情況下總功耗就少，對于整個
系統的功率預算就非常有利了，對比LDO和開關電源，開關電源的效率要高一些。同時，評估效率不僅僅是看在滿負載的時候
電源電路的效率，還要關注輕負載的時候效率水平。
   至于負載瞬態響應能力，對于一些高性能的CPU應用就會有嚴格的要求，因為當CPU突然開始運行繁重的任務時，需
要的啟動電流是很大的，如果電源電路響應速度不夠，造成瞬間電壓下降過多過低，造成CPU運行出錯。
   一般來說，要求的電源實際值多為標稱值的＋－5%，所以可以據此計算出允許的電源紋波，當然要預留余量的。
   散熱問題對于那些大電流電源和LDO來說比較重要，通過計算也是可以評估是否合適的。
   Q2：如何選擇合適的電源實現電路
   Answer：根據分析系統需求得出的具體技術指標，可以來選擇合適的電源實現電路了。一般對于弱電部分，包括了
LDO（線性電源轉換器），開關電源電容降壓轉換器和開關電源電感電容轉換器。相比之下，LDO設計最易實現，輸出紋波
小，但缺點是效率有可能不高，發熱量大，可提供的電流相較開關電源不大等等。而開關電源電路設計靈活，效率高，但紋
波大，實現比較復雜，調試比較煩瑣等等。
   Q3：如何為開關電源電路選擇合適的元器件和參數
   Answer：很多的未使用過開關電源設計的工程師會對它產生一定的畏懼心理，比如擔心開關電源的干擾問題，PCB
layout問題，元器件的參數和類型選擇問題等。其實只要了解了，使用一個開關電源設計還是非常方便的。
   一個開關電源一般包含有開關電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會將MOSFET集成到芯片中去，這樣使用就更簡
單了，也簡化了PCB設計，但是設計的靈活性就減少了一些。
   開關控制器基本上就是一個閉環的反饋控制系統，所以一般都會有一個反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環的控制
電路。因此這部分的設計在于保證精確的采樣電路，還有來控制反饋深度，因為如果反饋環響應過慢的話，對瞬態響應能力
是會有很多影響的。
   而輸出部分設計包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET等等，這些的選擇基本上就是要滿足一個性能和成本的平
衡，比如高的開關頻率就可以使用小的電感值（意味著小的封裝和便宜的成本），但是高的開關頻率會增加干擾和對MOSFET
的開關損耗，從而效率降低。使用低的開關頻率帶來的結果則是相反的。
   對于輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數選擇也是非常關鍵的，小的ESR可以減小輸出紋波，但是電容成本會增
加，好的電容會貴嘛。開關電源控制器驅動能力也要注意，過多的MOSFET是不能被良好驅動的。
   一般來說，開關電源控制器的供應商會提供具體的計算公式和使用方案供工程師借鑒的。
   Q4：如何調試開關電源電路
   Answer：有一些經驗可以共享給大家
   1: 電源電路的輸出輸出通過低阻值大功率電阻接到板內，這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調試，
避開后面電路的影響。
   2: 一般來說開關控制器是閉環系統，如果輸出惡化的情況超過了閉環可以控制的范圍，開關電源就會工作不正常，
所以這種情況就需要認真檢查反饋和采樣電路。特別是如果采用了大ESR值的輸出電容，會產生很多的電源紋波，這也會影響
開關電源的工作的。
   接地技術的討論
   Q1：為什么要接地?
   Answer：接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產生的雷擊
電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建筑物的作用。同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起
的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設備外殼碰觸時，設備的外殼就會有危險電壓產生，由此生成的故障電流就會流
經PE線到大地，從而起到保護作用。隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足
要求了。比如在通信系統中，大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個基準‘地’作為信號的參考地。而且隨著電子
設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地
不當就會嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。最近，高速信號的信號回流技術中也引入了“地”的概念。
   Q2：接地的定義
   Answer: 在現代接地概念中、對于線路工程師來說，該術語的含義通常是‘線路電壓的參考點’；對于系統設計師
來說，它常常是機柜或機架；對電氣工程師來說，它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電
流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。
   Q3：常見的接地符號
   Answer:PE,PGND,FG－保護地或機殼；BGND或DC-RETURN－直流－48V(+24V)電源（電池）回流；GND－工作地；DGND
－數字地；AGND－模擬地；LGND－防雷保護地
   Q4：合適的接地方式
   Answer: 接地有多種方式，有單點接地，多點接地以及混合類型的接地。而單點接地又分為串聯單點接地和并聯單
點接地。一般來說，單點接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區分，以及低頻（f<1MHz）電子線路。當設計高頻
（f>10MHz）電路時就要采用多點接地了或者多層板（完整的地平面層）。
   Q5：信號回流和跨分割的介紹
   Answer：對于一個電子信號來說，它需要尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑，所以如何處理這個信號回流就
變得非常的關鍵。
   第一，根據公式可以知道，輻射強度是和回路面積成正比的，就是說回流需要走的路徑越長，形成的環越大，它對
外輻射的干擾也越大，所以，PCB布板的時候要盡可能減小電源回路和信號回路面積。
   第二，對于一個高速信號來說，提供有好的信號回流可以保證它的信號質量，這是因為PCB上傳輸線的特性阻抗一般
是以地層（或電源層）為參考來計算的，如果高速線附近有連續的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續，如果有段線附
近沒有了地參考，這樣阻抗就會發生變化，不連續的阻抗從而會影響到信號的完整性。所以，布線的時候要把高速線分配到
靠近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
   第三，為什么說布線的時候盡量不要跨電源分割，這也是因為信號跨越了不同電源層后，它的回流途徑就會很長
了，容易受到干擾。當然，不是嚴格要求不能跨越電源分割，對于低速的信號是可以的，因為產生的干擾相比信號可以不予
關心。對于高速信號就要認真檢查，盡量不要跨越，可以通過調整電源部分的走線。（這是針對多層板多個電源供應情況說
的）
   Q6：為什么要將模擬地和數字地分開，如何分開?
   Answer：模擬信號和數字信號都要回流到地，因為數字信號變化速度快，從而在數字地上引起的噪聲就會很大，而
模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數字地混在一起，噪聲就會影響到模擬信號。
   一般來說，模擬地和數字地要分開處理，然后通過細的走線連在一起，或者單點接在一起。總的思想是盡量阻隔數
字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴格的要求模擬地和數字地必須分開，如果模擬部分附近的數字地還是很干
凈的話可以合在一起。
   Q7：單板上的信號如何接地?
   Answer：對于一般器件來說，就近接地是最好的，采用了擁有完整地平面的多層板設計后，對于一般信號的接地就
非常容易了，基本[size=+0]原則是保證走線的連續性，減少過孔數量；靠近地平面或者電源平面，等等。
   Q8：單板的接口器件如何接地?
   Answer：有些單板會有對外的輸入輸出接口，比如串口連接器，網口RJ45連接器等等，如果對它們的接地設計得不
好也會影響到正常工作，例如網口互連有誤碼，丟包等，并且會成為對外的電磁干擾源，把板內的噪聲向外發送。一般來說
會單獨分割出一塊獨立的接口地，與信號地的連接采用細的走線連接，可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細的走線可以用來
阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的，對接口地和接口電源的濾波也要認真考慮。
   Q9：帶屏蔽層的電纜線的屏蔽層如何接地?
   Answer：屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的接口地上而不是信號地上，這是因為信號地上有各種的噪聲，如果屏蔽
層接到了信號地上，噪聲電壓會驅動共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設計不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出
源。當然前提是接口地也要非常的干凈。

作者: wfzdx 時間: 2015-12-27 22:35
受教了，樓主介紹的和詳細全面！

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