电子硬件设计基础知识

电子硬件设计基础知识
电子硬件设计基础知识

将电子产品抽象成一个硬件的模型,大约有一下组成:

1)输入

2)处理核心

3)输出

输入基本上有一下的可能:

1)键盘

2)串行接口(RS232/485/ can bun/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显示器: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,程序及可靠有容易编写。

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系列开发的一个室外使用的产品,在北京事儿爱使用,没有任何的通风和加热措施,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ARM 级别的开发放在连51也没学过的新手中?

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,他的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属鸡中还有一些并行扩展的例子,如:RAM 、EPROM 、A/D 、D/A 等,我觉得已经没必要去看了,知道历史上有这些事就行了;这些知识是所有产品都具备的要素。所以要学,在具体应用.

第一课:51单片机最小系统

实际上,51单片机外围电路是很简单的,一个单片机+一个看门狗+一个晶振+2个瓷片电容;

1.单片机:atmel的89C51系列、winbond的78E52系列,还有philips的系列,都差不多;仙子阿还有一些有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既可以了;原来我使用MAX691,但是max691比较贵,因为他有电池切换功能,后来新设计电路板就都采用ca1161了。

很在以前的电路设计中,现在可能还有人使用,使用一个电阻和一个电容达成上电复位电路;但是,这样的复位电路是不可靠,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就死在那儿了。

常规的做法是买一个专门的看门狗,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上找到。

3.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点时能量是很大的,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,当时philips的单片机抗干扰是最差的,可能跟philips 主要做民用领域有关。现在不知道怎么样了。单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方;在严重的情况下所有口线要光电隔离。

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。这两种晶振很容易买到,价格和12M的一样。书上说,12M的也能得到9600波特率,但实际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。

4.瓷片电容:22pf~30pf,可以在书上找晶振频率对应的瓷片电容值。

如果你的单片机系统没有工作,检查步骤如下:

1.检看门狗的复位输出,可能的话在电路板上加一个LED,下拉,这样看起来就更方便;

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,在某个口线上输出一个一秒的占空比的方波等,可以用万用表测量。

设计产品时,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;作为批量发的产品,可以去掉部分LED,一方面是降低成本

、一方面流程保密。

3.再检查瓷片电容,有些质量不行干脆换了;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,这样就不会伤焊盘内的过孔;

4.最后换晶振了;

5.以上检测时,无关的外围芯片去掉;因为有些外围器件的故障导致单片机系统不工作。

第二课基本的芯片和分立器件

2.1 简述

2.2 74系列

2.3 CD4000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)

第七课模拟量的输入输出

……

各位多提宝贵意见。

保证实用。如果程序里面有一些例程,也是已经经过测试可以拿来就用的;实际上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

2.2 74系列芯片

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,例如:

1、7404 ——6个反相门

将输入的TTL逻辑反相,如:0->1,1->0

2、7407 -6个集电极开路门

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殿里的负载;开路门内部结构是达林顿管,输出逻辑是正的;与其类似的是7406,只不过是反相开路门。

3、74LS573与74LS373 8数据锁存器

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;

2.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,否则将会烧毁芯片;

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时,无论Dn、LE为何,输出端为高阻态;

第三行:当OE=0时,LE=0时,输出端数据不变;

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,在实际应用是这样的:

a.OE=0;

b.先将数据从单片机的口线上输出到Dn;

c.再讲LE从0->1->0;

d.这时,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,单片机现在在忙但别的事情,串行通信、扫描键盘等单片机的自愿有限啊。

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,这些时序由单片机来实现的。

后面的表格中还有需要时间的参数,你不需要去管它,因为这些参数都是几十ns级别的,对于单片机在12M下的每个指令周期最小是1us的情况下,完全可以实现;如果是你自己来实现这个逻辑,类似的指令如下:

Mov P0,A ; 将数据输出到并行数据端口

Clr LE

Setb LE

Clr LE ;上面三条指令完成LE的波形从0->1->0的变化

74LS573跟74LLS373逻辑上完全一样,只是管脚定义不一样,数据输入和输出端各在一侧,PCB容易走线;所以大家更喜欢使用这个芯片。

4、74LS244——数据缓冲器

数据输出能力比较强,输出电流可以到40mA以上;

4个缓冲器分成2组,具有高阻态控制端口

5、74LS245 ——总线缓冲器

双向数据接口,通常在ISA板上可以看到;

早起的51系统中,为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等经常可以看到这个片子;为了增强驱动能力,有时事为了隔离输入和输出,主要是布线方便,象74LS573一样,输入、输出在一侧,经常用到这个片子。

6、74LS138 ——三-八译码器

在早期的51系统扩展中作为地址选通的片子,可以经常看到。

另外一个类似的芯片是74LS154,是4-16译码器,现在更是少见了。

2.4 ULN2003/ULN2008

他的内部结构也是达林顿的,专门用来驱动继电器的芯片,是指在芯片的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。Vaiyong 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,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。

ULN2003可以驱动7个继电器;ULN2008驱动8个继电器。

2.5 光耦

光耦用来隔离输入输出的,主要是隔离输入的信号。

若远距离的开关量信号传送到控制器直接接在单片机的I/O上,有以下问题:

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。

常见的光耦有:

1)TLP521-1/ TLP521-2/TLP512-4,分别是一个光耦、2个光耦和4个光耦,HP公司和日本的东芝公司生产。

2)发光管的工作电流要在10mA时,具有较高的转换速率;

在5V工作时,上拉电阻不小于5K,一般是10k;太小容易损坏光耦;

2)4N25/4N35,motorola公司生产

隔离电压高达5000V;

3) 6N136,HP公司生产

要想打开6N136,需要比较大的电流,大概在15~20mA左右,才能发挥高速传输数据的作用。

如果对速率要求不高,其实TLP521-1也可以用,实际传输速率可以到19200波特率。选择光耦看使用场合,tlp521-1是最常用的,也便宜,大概0.7~1元;

要求隔离电压高的,选用4N25/4N35,大概在3元左右;

要求在通讯中高速传输数据的,选用6N136,大概在4元左右。

光耦应用的原理框图如下所示:

1. 输入干接点隔离

2. 输入TTL电平隔离

3. 输入交流信号隔离

4. 输出RS232信号隔离

5. 输出RS422信号隔离

光耦除了隔离数字量外,还可以用来隔离模拟量。将在今后的章节中描述。

2.6.1 三极管的4种工作状态

1) 饱和导通状态

饱和导通=0

2) 截止状态

截止状态=1

3) 线性放大状态

作为低频放大器时使用,具体的可参见有关电子线路的书籍;

4) 非线性工作状态

在无线电通信系统中,作为混频器等使用。具体的可参见有关电子线路的书籍;

愚记得南京工学院也就是现在的东南大学在80年代初期有一套《电子线路》5本,是电子专业的书籍,比较难懂;现在,即使是在电子专业的学生中,也应该降低了对三极管的哪些复杂的参数的要求了吧;在实际使用时,即使是模拟电路、非线性电路,也都是集成电路了,谁还使用三极管自己做呢?如果万一需要,现学也来得及。这套书很强的。编写人在那个年代肯定都是牛人。

好多学校都在扩招,很多学生念了4年下来,学了一堆过时的理论,跟实际的东西一点没有接轨,不知道7407是干什么用得,不知道三极管的几个状态;我只能无话可说。所以,念了4年下来,跟企业的需求还有一段距离,还需要从头来过;聪明的学生赶紧抓住机会去学习,去实习,这样,还可以赶紧补上实际应用的这一课。

言归正传。

参见下图:

当单片机的口线输出电平为1时,三极管的be结导通,ce结导通,输出的电压值为0V;当单片机的口线输出电平为0时,三极管的be结不导通,ce结截止,输出的电压值为5V;

在这种数字电路的应用中,相当于三极管是一个反相开路门。

计算是否导通,公式如下:

I=B(放大倍数,希腊字母的贝塔)×Ibe

当Ice

相差越大,饱和程度越深,Vce越小,三极管的输出内阻越小;

这个概念要用到光电管中。

设计使用时大概算算,心里有个数;在电路板上试试,行的通,那就是它了。可以测量Vce值,至少要小于0.1V就可以了。

常用的PNP三极管是2N5551,驱动40mA的LED(电压在24V)、蜂鸣器等均没有问题。

2.6.2 三极管的具体应用

实际上,已经有象7407、ULN2003可以取代三极管在数字电路中的作用;但是,有时是

受到PCB面积的制约,有时是为了降低成本,有时是因为布局方便,在1~2个输出点时,还是可以使用三极管来做驱动的。

例如:驱动一个蜂鸣器;往往系统中的蜂鸣器跟其它驱动设备,继电器等,距离较远;

这时,没有必要使用一片7407,或者ULN2003来驱动;驱动的接口如下:

2.7 光电管

我这里所谓的光电管有2种:

1) 反射型光电管

2) 对射型光电管

这2种产品在市场上又可分为调理好的和没有调理好的;

这2种光电管在电子产品世界和电子技术应用杂志上都有大量的广告。随便找一本都有。

我所说的调理好的指的是内部已经加了限流电阻和输出的放大驱动电路了。它的特点是只有3根线,电源2根,输出信号一根,TTL电平的;但是,有时受到某种限制,需要使用没有调理好的,怎么办呢?

参见下图:光电管原理框图

这种没有调理好的光电管在使用时,需要做一块小的电路板,在发光管加限流电阻,在光电三极管的集电极加上拉电阻到5V,如下图所示:光电管工作框图1。

但是,在使用中我发现,输出的信号不稳定,尤其是在使用比较长的电缆传输到单片机的时候;究其原因,我认为是由于反射或者对射的红外光落在光电三极管的靶面上,光强未能导致光电三极管深度饱和,使得输出的内阻偏大,环境的噪声和电缆的干扰信号容易在线路上叠加的缘故;

为了可靠工作,仿照达林顿管的结构,在光电三极管的输出端加一个限流电阻接到NPN 的B结,当无光的时候,2N5551饱和导通,输出电压为0V;实际测量小于0.1V;当有光,甚至是弱光时,2N5551截至,输出电压为5V。将3K电阻换成更大或更小的电阻,可以调整光电三极管的输出的灵敏度。

具体工作过程可以自行分析,做个实验。

2.8 电容

2.8.1 电容的主要种类

电容有以下几大类:

1) 电解电容

2) 独石电容

3) 磁片电容

4) 钽电容

5) 涤纶电容等

电容的指标是:耐压值和电容值。例如:220u/50V,就是说,这个电解电容耐压值为50V,容量为220u。

电容值跟电容的介质有关。

顾名思义:

电解电容为电解质作为介质的,铝作为电极;

独石电容是使用石头作为介质的;

磁片电容是磁片作为介质的;

钽电解电容使用电解质作为介质,但是,电极采用钽金属。

涤纶电容采用涤纶作为介质。

2.8.2 电容的使用场合

1.电源稳压和滤波

电解电容主要是用来稳压和交流滤波:高频滤波是使用瓷片电容和独石电容。

当电解电容作为稳压时,接在整流桥和三端稳压器的输出端,起到稳定电压的作用。其工作机理相当于一个人水库,从上游来的波浪来到了水库就变得平滑了。

但是,铝电解电容的电解质随着时间会干涸,所以设计是需要留有余量,保证系统正常工作到寿命。

有些远端供电的直流电源,街道电路板的输入端时,需要电路板的电源输入端加上一个很大的电解电容,通常可以是220u/25V,这样电路板需要供电时,不是直接从电源处取而是从电容中取电,可以得到稳定的电流供给。

但是点解电容只能滤除低频的波动;对于直流电源中的高频波动,可以加一个0.1u或

0.01u的独石电容或者磁片电容。

很多教科书都指出,每个芯片的电源和地连分段接一个0.1u或0.01u的独石电容或瓷片电容,解决芯片的供电过程中,由于电路板走线电感产生的电源开关噪声尖峰。这种作用下的电容叫去耦电容。这是电路板的常规的设计。

2.定时参数

对于像555这样需要外接电容产生稳定的脉冲器件,涤纶电容是首选。可以想象,涤纶一层又一层缠绕,收到温度变化引起的涤纶面积的变化相对值要远远小于独石电容的介质。

3.产生其他电压

有些需要从单一电压产生其他电压的芯片,如:max232,外接0.1u钽电容才能实现。

2.8.3 电容的封装

电容有直插和贴片,贴片封装的通常耐压值不超出25v,电容值不超出100u。再大只好用直插的了。

2.9 电阻和电位器

2.9.1电阻的种类

2.9.1.1 普通电阻

电阻种类按照工艺可以分为碳膜电阻和金属膜电阻;

按功率可以分为小功率电阻和大功率电阻,大功率电阻是金属电阻,实际上应该是金属外面加一个金属(铝材料)散热器,所以可以有10W以上的功率;在卖电阻的市场上可以

很容易地看见。

金属电阻通常是作为负载,或者作为小设备的室外加热器,如,在CCTV的一些解码器箱和全天候防护罩中可以看到。

电阻在电路中起到限流和分压等作用。通常1/8W电阻已经俄安全可以满足使用。但是,在作为7段LED中,要考虑到LED的压降和供电电压之差,再考虑LED的最大电流通常是20mA(超高亮LED),若是2X6(2排6个串联)则电流是40mA。

不同厂家选用不同材料的压降有所不同。所以需要加上电试一下,但是,不要让LED的电流超过20mA(单只LED),这时加大电流亮度不会增加而寿命会下降,限流电阻的大小就是压降出除以电流。电阻的功率随之可以算出。

2.9.1.2 电位器

电位器就是可调电阻。

他的阻值在1~n之间变化。

N=102、502、103……

102=10*10的2次方,也就是1000欧姆,1K

这种表示的方法跟电容是一样的。

电容104=10*10的4次方pf,电容的基本单位是pf,1u=1000000pf,所以,104=100000pf=0.1u;

电位器又分单圈和多圈电位器。

单圈的电位器通常为蓝色,调节的旋纽为一字,一字小改锥可调;

多圈电位器又分成顶调和侧调2种,主要是电路板调试起来方便。

有些是仪器仪表设备,通常是模拟电路,有些不确定因素需要调节达到理想效果;有些设备本身就需要输出一个可变的东东,如电压和电流也需要一个电位器。

2.9.1.3 排电阻

是sip n的封装,比较常用的就是组织502和103的9脚的电阻排;象sip 9就是8个电阻封装在一起,8个电阻有一端连在一起,就是公共端,在排电阻上用一个小白点表示。排电阻通常为黑色,也有黄色;51系统的P0需要一个排电阻上拉,否则,作为输入的时候,不能正常读入十句;作为输出的时候,接7407是可以的,不需要上拉电阻;但是接其他芯片还是不行。

2.9.1.4 光敏电阻

当光强变化时电阻值也变化,显然这是半导体的特性。可检测光强变化。

2.9.2 电阻的封装

电阻的封装有表面贴片和轴向的封装。

轴向封装有:axial0.4、axial0.6、axial0.8等等;

最常用的就是0805;当然还有更大的;

搞硬件和软件是不同的,搞硬件的人一定要精确。

在硬件上的一个小的错误,都会造成这块板的推倒重来;因为产品不能有飞线的;

什么事精确呢?

1.对你所要实现的工作的目标理解准确;

2.对你的电路图要清楚每一个器件在其中所起的作用;如果不明白,可以找一个

专家问问,得到确认;如果不清楚,可以先试试;

3.对每一个器件的封装要严格把握,该是什么形状、外形一定要完全一致;还有

考虑到空间是不是对其它的板卡器件有影响;对边缘连接器件与电路板的边缘之间

的距离、ISA和PCI的边缘连接件与挡板之间的关系要完全把握才能去做电路板;否

则只是浪费金钱和时间;

对边缘器件与边缘之间的距离要是不能有把握的话,可以找3个人,每个人都计算一遍,取个平均值,基本上就差不多了。

4.对单片机的资源能不能作成这件事情一定要有把握,CPU运算速度和字长、内存够不够大、程序存储器够不够大,需要仔细的规划;

5.原理图经过专家认可无误后,画出来的PCB需要做网络检查,做到与原理图完全一致;

2.10 继电器、固态继电器

2.10.1 继电器

继电器,就是利用继电器的线包在加电后产生的磁力,将2个电极吸合在一起;初中还是高中的物理有它的原理。有兴趣可以打开一支看看,很好玩的。

继电器有:

1)公共端:COM

2)常开:normal open,NO

3)常闭:normal close,NC

继电器主要指标:

工作电压:

工作电压有直流和交流的2种;

在PCB上,通常是直流的;交流的继电器通常是AC24V的居多,当然,还有AC220V的。交流的继电器国产的比进口的,比如,idec,OMRON,fujitsu便宜很多,当然,质量也差一些。

可以在百度上专门搜索一下继电器,上面有一些厂家产品的介绍。

常用的小功率的继电器是national 的居多,OMRON也有,便宜一些,一盒50只。

常用的电压有:

DC5V/DC9V/DC12V/DC24V等;

根据触点数量,可以分为:

单刀单掷/SPST

单刀双掷/SPDT

双刀双掷/DPDT

四刀双掷等/?

还要根据触点容量来分。

一般的都是DC30V/1A或者DC30V/2A,AC110V/0.2A,再打,就不能使用继电器了,因为在触电切换,电流通过的瞬间会产生拉弧,烧毁触点,使得切换不可靠;这是可以使用固态继电器。‘实际上在PCB上的继电器任务就是给出一个干接信号,作为控制信号使用,传递的是一个信号而不是能量。或者控制一个大功率的开关的等,让大功率的开关去控制功率的传递;但是,后者也不如固态继电器来的方便。

继电器的封装通常是DIP16或者以上;也有更小的继电器,但是,价钱跟DIP16的差不多。注意:DIP16的继电器只有8个管脚;所以设计封装时,不要图省事直接使用DIP16,这样容易在焊接的时候焊反了,导致出错。要专门设计继电器的封装,该有几个脚就使用几个脚。

2.10.2 固态继电器

固态继电器就是使用发光管触发的过零触发的可控硅。

可以说,跟光耦很相似,也是4个管脚,只是区别在:

4)直接使用直流电源控制;可以认为内部已经有了一个限流电阻;

5)接受光信号的一段是过零触发的可控硅;

可以说是一个电子开关,无触点的继电器。

因为无触点,所以可以通过大电流而不产生拉弧,工作寿命与开关次数无关。

触点作为信号使用的继电器的时间的工作寿命是100万次到300万次,可以看datasheet.

固态继电器可以认为是无限次的,所以在大电流和频繁开关的场合,使用固态继电器。

固态继电器通过的信号是交流电压,但是也有直流电压的。可以通过AC220V或者AC380V 一下的交流电;他的2个指标:

1)工作电压:通常为DC5V和DC12V,也有DC24V的;

2)工作电流:AC220V/1A/2A/4A不等。

国产的固态继电器质量不错,跟进口的没有区别,就是封装的质量太差,一批买回来,个个都不一样,焊在电路板上东倒西歪,不美观;至于小功率的国产的继电器市场上比较少见,有也不敢使。

进口的固态继电器有美国的和日本的,4A以上的比较贵,日本的OMRON的固态继电器2A 的才卖8元,侃侃价估计还能便宜,体积小,封装绝对的准确,可以很整齐地在电路板上排列,不占地方;

2.11 线性电源:变压器、整流桥与三端稳压器

什么是线性电源?控制连续供水量的供水方式(改变晶体管的导通程度来改变输出的电流电压)常用于低压场合,效率比较低,输出电压调整率和纹波比较好,外围器件少,电路简单。线性电源需要工频变压器,将AC220V变成低压,经过全桥的整流,和大电容的滤波,成为脉动的直流,再经过三端稳压器,输出直流电压。

输出端需要很大的电解电容滤波。注意这是需要足够大的电容和。耐压值不够就会爆炸。电容值不够镇流输出的电压和输出的电压的压差不够,输出电压会有纹波,单片机系统工作不正常。

通常电路板上需要的是DC5V,一般来说哦现在的电路板,一片7805再加散热片也基板够用了。功率越大散热片也越大。

变压器有多种规格:

1、普通E型矽钢片绕制的变压器,现在最大量的是广西普宁雄英出的变压器,通过了长城

认证,质量是不错的,最大的好处是便宜,现货量大;通常的规格是单9V、12V,双9V、12V等;可能这个地方出矽钢片,有这样的矿藏。

2、环型变压器,像个椭圆形;

3、最近圆形的变压器也多了起来,后2种变压器应该是漏磁小、发热少、效率高,大功率

的整流时使用,当然单位瓦数也贵啊,按照1元/W计算预算应该差不多了。

4、焊在电路板上的变压器,比较有名的是兵字品牌。在《电子技术应用》和《电子产品世

界》上常年做广告。秦皇岛也有一家,好像叫耀华。

怎么计算变压器需要多大的功率?

首先,计算功耗。如:Dc5V/0.25A,也就是1.25W的功耗。

7805效率50%,变压器效率50%,也就是说要6W的变压器。

DC5V/0.25A的输入压差大概在3V,6V的变压器整流出来的电压是大约6×1.4=8.4V,也差不多了。所有选用AC6V/6W的变压器。再到市场上找一个差不多的变压器用上就行了。注意:电流越大,压差越大;在电路工作的时候,可以拿示波器看看电源的波形是不是平稳。

78系列的芯片做的比较多而好的是美国国家半导体公司(national semiconductor)的LM780X 和摩托罗拉公司MC780X 等2大系列。

78系列是高压差的稳压芯片,现在有低压差的稳压芯片,其机理参见沙占友老师的书籍。有LM2930、LM2937、LM2940C、LM2990等4个系列。

如果需要更大的电源供给,或者使用开关电源,或者去买成品的线性电源,象辽宁朝阳4NIC

的电源,质量不错,价格也不错。

开关电源盒线性电源的区别

线性电源的调整管工作在放大状态,因而发热量大,效率低(35%左右),需要加体积庞大的散热片,而且还需要同样大体积的工频变压器,当要制作多组电压输出时变压器会更庞大。开关电源的调整管工作在饱和和截止状态,因而发热量小,效率高(75%以上)而且省掉了大体积的变压器。但开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波(50mv at 5V output typical ),在输出端并接稳压二极管可以改善,另外由于开关管工作是会产生很大的尖峰脉冲干扰,也需要在电路中串联磁珠加以改善。相对而言线性电源就没有以上缺陷,丫的纹波可以做的很小(5mv以下)。对于电源效率和安装体积有要求的地方用开关电源为佳,对于电磁干扰和电源纯净性有要求的地方(例如电容漏电检测)多选用线性电源。另外点电路中需要做隔离的时候现在多数用DC-DC来做对隔离部分供电(DC-DC从其工作原理上来说就是开关电源)。还有开关电源中用到的高频变压器可能绕制起来比较麻烦。

2.12开关电源芯片

相对于线性稳压器来说,开关电源在计算机主板上、工控机主板和各种各样的电路板上起着电压变换的作用。例如:将低电压,比如:电池转换成稳定的3.3V或者5V,或者将高电压转化成DC5V、DC3.3V,或者将DC5V转换成3.3v和1.8V,例如,ARM的电路板就需要这样的芯片,3,3v给ARM供电,1.8V给arm的core供电。以上由于采用了开关电路,电源芯片的工作频率高,发热小,效率高。同样的,还是芯片的巨头,MAXIM、LINEAR和TI等公司在电源转换芯片上是最卓越,无论从产品的种类,还是质量都是上佳的;

经常看电子产品世界和电子技术应用的网友一定对maxim的电源芯片印象巨深。五花八门的电源芯片,让你无法选择到底选用那种是自己的所需要的。

在maxim的产品树中,对电源是这样分类的:

Power Supplies and Battery Management

Switchmode DC-DC Power supplies 22

Low-Side MOSFET Drivers 14

High-Side MOSFET Drivers 6

ORing MOSFET Controllers 6

Battery Protectors, Selectors and Monitors 17

Regulator +Sense Amplifiers 22

LCD/ECB/CCFL Display Bias Supply 87

ALSO SEE: Hot-Swap and Power Switching

ALSO SEE: Voltage References

我们经常使用到的是Switchmode DC-DC power supplies,这里有分成n中。老树比较熟悉的是step-down电源芯片,也就是所谓的从高电压下降到低电压的芯片;从低到高当然是step-down电源芯片。象philips的电动剃须刀,里面肯定有电源管理芯片,当电池电压下降,但是电池又有电的时候,能够输出恒定的电压,咋干电池内的最后一点电能,能够舒适地使用很长的时间。比如你的电路板上只有DC24v电压,但是还需要DC5V/2A的电源,这么高的压降使用线性稳压器显然不适合,如果使用DC/DC模块,成本太高,体积也比较大,所以选用一款芯片完成这个功能。

按照,maxim给出的复杂的选择,根据你的要求多选择几项,maxim会给出一个清单,然后在其中选出你最合适的芯片。

老树原来使用过的完成此项功能的芯片是:MAX724、LT1076;这2款芯片需要1个50uH的

电感才能输出DC5V电源;但是,这种开关电源芯片有个好处,就是输入只要在他的允许的范围内波动或者负载在变化输出DC5V电源十分稳定。

电源的范围从DC10V~DC40V,max724均能输出5A的DC5V电源。

Maxim724下载连接地址:

https://www.360docs.net/doc/ba13826671.html,/document/detail.asp?pdid=153160

LT1076下载链接地址:

https://www.360docs.net/doc/ba13826671.html,/document/detail.asp?pdid=157742

在ARM上使用的电源芯片是TI公司的TPS767D318。

下载链接:

https://www.360docs.net/doc/ba13826671.html,/document/detail.asp?pdid=122122

在沙老师的书中,也介绍了几款电源转换芯片,可供参考。

如果是作为隔离电压产生,例如:5V转换成隔离的5V,用在光耦、通讯等电路中,去自己去做隔离电路就有点划不来,不如去买现成的DC/DC模块。这点国产的模块做的不错,象老树常用的DC12V/DC5V500MA的模块,大约30元质量还是不错的。

2.13器件选购、芯片批号、封装知识等

在市场上买芯片千万注意不要买到旧片、拆机片;旧片拆机片有些凑合能用,有些干脆不行;即使现在能用,寿命有限;

旧的芯片往往管脚参差不齐、搪锡发乌、包装的管子不够新;而且往往芯片的表面发白,那是因为被打磨过了,然后重新丝网上厂家、批号等;

所以最好是买激光打标的器件,激光打标的产品肯定是新货,或者没有使用过而且买的时候需要注意,器件的批号最好是最近当年的或者是最近几个星期的产品;总而言之,别花冤枉钱,还影响产品的质量。

同样的产品,不同厂家的质量也不一样。我比较喜欢的是美国TI、摩托罗拉MC、MAXIM、LINEAR的产品;假的也少;

例如,max7219芯片上有一下标志:

MAXIM

MAX7219CNG

0323PY

MAXIM就是芯片厂家;MAX7219CN是厂家的型号,CNG跟封装和7219这个系列产品的细微的差别有关;03是指2003年;23是指该年的第23周;一年52周,所以这个数字不会超出52;激光打标是在芯片上形成一个暗色的与芯片表面有一个明显对比的标志;中关村的大恒公司就有激光打印机的业务;但是未必是在芯片上打标;有时,激光打标会产生类似暗黄色的标志,这跟激光器功率和芯片封装材料有关。

合格电子工程师是怎样炼成的?

第一步入门51核心和基本电路

中国人有10亿啊,每年有多少大学生毕业呢?我不知道。但是我看到有一张照片,招聘会上熙熙攘攘,人来人往,十分震撼。从来没有一个时刻让我感觉到中国的人力资源是如此的丰富。但是,从现在的大学毕业出来的学生学到了什么东西呢?一些理论,跟实际脱钩的理论。有没有用呢?有点用。但是,在企业中,需要的是实际干点事情出来,实际解决问题。所以说,很多企业不想要大学本科出来的大学生,说动手,没有动手能力,不知道电阻电容长得什么样子,能够做什么?但是又自视甚高,对工资的期望值比较高。等到能够干点事情了,又拍拍屁股跑了。所以企业现在喜欢使用大专中专甚至是职业学校培训出来的小孩,

至少这些孩子们知道自己的份量,能够实实在在地做事。要知道,他们很多人的天赋并不差,有些人甚至可以说聪明,只是因为很多人是家庭条件不好,打小就是苦孩子,没有条件接受良好的教育。一旦给机会,他们都比较珍惜。

现在的大学,误人子弟甚多。扩招是没有错,但是,实验室扩了吗?教室扩了吗?教师扩了吗?至少实验室是没有扩。老树认得的一个研究生说,只有到了一个阶段,才能到实验室作实验。很多导师就是把学生当奴隶一样干活,要是在干活中能够学到东西那就算是运气好的;运气不好的,直接就是导师的廉价的劳力了,学不到东西,活倒干了不少。

但是,既然学生要拿文凭,要应付考试,没有办法,那怎么自救?

如果励志要做一名出色的电子工程师,老树可以谈谈自己的看法。

做一个电子工程师,先从51学起,这是得到公认的。不需老树饶舌。

首先,去买一个开发板,越便宜的越好,在上面可以练练keil C。最好再买一个仿真器,这样调试的效率高。当然这个不便宜,但是我觉得可以志同道合的哥几个合买。反正1天24小时,每人8个小时轮流上,有个几个月,C51语言也就差不多了。

其次,看看老树的文章,看看需要学点什么基本的东西。北京的大学生有福啊,没事到中发去转转,认认老树的文章上说得哪些电阻、电容、三极管、芯片、接插件什么的,看看自己的电脑上的主板、网卡、声卡、显卡是怎么画的,找找感觉,这些板卡都是高手的杰作啊。构思一个小的产品,按照老树文章上的思考题,找本protel99se的书,从每个菜单练起,循序渐进,从单片机最小系统->输入->LED->RS232/RS422/RS485->固态继电器、继电器等原理图画起,边画边学,一点一点做,做好了,最好找个高手看看,找出毛病在哪里,再反复改进。在这样的模拟实战中找到感觉。

推荐老虎工作室的protel 99系列4本,写的还是循序渐进的,当然不便宜;咬咬牙,可以合买一套,轮着看。

顺便说一句我对市场上的开发板的看法,这些开发板当然都不错,但是,只能学到语言,不能教你画原理图和PCB,实际做的时候,还是需要高手带一带是最快的。我就是一个朋友教我的,也就半天的功夫,就会了。当时还是DOS下的protel 3.16版本。

以战养战。找个公司、企业,帮他们做个小产品,既能得到公司的高手的指点,又能赚到一笔费用,岂不甚佳?这时,你的开发板、仿真器的费用就出来了。从原理图->PCB->C51,单片机也入门了。

硬件电路设计基础知识

硬件电子电路基础

第一章半导体器件 §1-1 半导体基础知识 一、什么是半导体 半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si 锗Ge等+4价元素以及化合物)

二、半导体的导电特性 本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略) 1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂──管子 ?温度──热敏元件 ?光照──光敏元件等 2、半导体中的两种载流子──自由电子和空穴 ?自由电子──受束缚的电子(-) ?空穴──电子跳走以后留下的坑(+) 三、杂质半导体──N型、P型 (前讲)掺杂可以显著地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 ?N型半导体(自由电子多) 掺杂为+5价元素。如:磷;砷P──+5价使自由电子大大增加原理:Si──+4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子──数量多。 o空穴──少子 o自由电子──多子 ?P型半导体(空穴多) 掺杂为+3价元素。如:硼;铝使空穴大大增加 原理:Si──+4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B──+3价 载流子组成:

o本征激发的空穴和自由电子──数量少。 o掺杂后由B提供的空穴──数量多。 o空穴──多子 o自由电子──少子 结论:N型半导体中的多数载流子为自由电子; P型半导体中的多数载流子为空穴。 §1-2 PN结 一、PN结的基本原理 1、什么是PN结 将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时,交界面两侧的那部分区域。 2、PN结的结构 分界面上的情况: P区:空穴多 N区:自由电子多 扩散运动: 多的往少的那去,并被复合掉。留下了正、负离子。 (正、负离子不能移动) 留下了一个正、负离子区──耗尽区。 由正、负离子区形成了一个内建电场(即势垒高度)。 方向:N--> P 大小:与材料和温度有关。(很小,约零点几伏)

硬件电路设计过程经验分享 (1)

献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人。时光飞逝,离俺最初画第一块电路已有3年。刚刚开始接触电路板的时候,与你一样,俺充满了疑惑同时又带着些兴奋。在网上许多关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性,EMI,PS设计准会把你搞晕。别急,一切要慢慢来。 1)总体思路。 设计硬件电路,大的框架和架构要搞清楚,但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好,自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的,那就要搞清楚要实现什么功能,然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果,越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路。 如果你找到了的参考设计,那么恭喜你,你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO,还是先看懂理解了再说,一方面能提高我们的电路理解能力,而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 没关系。先确定大IC芯片,找datasheet,看其关键参数是否符合自己的要求,哪些才是自己需要的关键参数,以及能否看懂这些关键参数,都是硬件工程师的能力的体现,这也需要长期地慢慢地积累。这期间,要善于提问,因为自己不懂的东西,别人往往一句话就能点醒你,尤其是硬件设计。 4)硬件电路设计主要是三个部分,原理图,pcb,物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。

pcb涉及到实际的电路板,它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和pcb之间的桥梁),而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上,然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了pcb布局布线后,要用到哪些元器件应该有所归纳,所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Protel,也就是altimuml容易上手,在国内也比较流行,应付一般的工作已经足够,适合初入门的设计者使用。 6)to be continued...... 其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具,硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos,是post-command型的;而cadence的产品concept&allegro是pre-command型的,用惯了protel,突然转向cadence的工具,会不习惯就是这个原因)。设计大环节都要有1)原理图设计。2)pcb设计。3)制作BOM 表。现在简要谈一下设计流程(步骤): 1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上,我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性,并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY),周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单,而且因为用的人多,许多元件都能找到现成的库,这一点对使用者极为方便。应搞清楚ic body,ic pins,input pin,output pin,analog pin,digital pin,power pin等区别。 2)有了充足的库之后,就可以在原理图上画图了,按照datasheet和系统设计的要

软件工程基础知识点总结

软件工程基础部分知识点总结 知识点一软件工程的基本概念 1、软件定义:是计算机系统中与硬件相互依存的另一部分,是包括程序、数据以及相关文档的完整集合。 1)程序是软件开发人员根据用户需求开发的、用程序设计语言描述的、适合计算机执行的指令(语句)序列。 2)数据是使程序能够正常操作信息的数据结构。 3)文档是与程序开发、维护和使用有关的图文资料。 国标(GB)计算机软件的定义:与计算机系统的操作相关的计算机程序、规程、规则以及可能有的文件、文档及数据。 2、软件特点: 1)软件是一种逻辑实体,而不是物理实体,具有抽象性,是计算机的无形部分; 2)软件的生产与硬件不同,它没有明显的制作过程; 3)软件在运行、使用期间不存在磨损、老化问题; 4)软件的开发、运行对计算机系统具有依赖性,受计算机系统的限制,这导致了软件移植的问题; 5)软件复杂性高,成本昂贵; 6)软件开发涉及诸多的社会因素 3、软件的分类: 按照功能可以分为:应用软件、系统软件、支撑软件(或工具软件)

1)应用软件是为解决特定领域的应用而开发的软件。 2)系统软件是计算机管理自身资源,提高计算机使用效率并为计算机用户提供各种服务的软件。 3)支撑软件是介于系统软件和应用软件之间,协助用户开发软件的工具软件。 4、软件危机:是指在软件的开发和维护过程中所遇到的一系列严重问题。软件危机主要体现在以下几个方面: ①软件开发的实际成本和进度估计不准确 ②开发出来的软件常常不能使用户满意 ③软件产品的质量不高,存在漏洞,需要经常打补丁 ④大量已有的软件难以维护 ⑤软件缺少有关的文档资料 ⑥开发和维护成本不断提高,直接威胁计算机应用的扩大 ⑦软件生产技术进步缓慢,跟不上硬件的发展和人们需求增长 5、软件工程:此概念的出现源自软件危机。软件工程是指应用计算机科学、数学及管理科学等原理,以工程化的原则和方法来开发与维护软件的学科。 1)研究软件工程的主要目的就是在规定的时间、规定的开发费用内开发出满足用户需求的高质量的软件系统(高质量是指错误率低、好用、易用、可移植、易维护等)。 2)软件工程的三个要素:方法、工具和过程。 ①方法:完成软件工程项目的技术手段;

软硬件综合设计教学大纲

软硬件综合设计教学大纲 该课程是一门综合案例实践课。在学习该课程之前,学习者应该具备计算机软硬件及编程方面的基础知识。课程中通过3-5个案例的讲解,期望学习者能较全面的了解和掌握有关控制台编程、Web编程及系统硬件及数据分析方面的开发与设计流程,也希望能够帮助学习者尽快地将所学基础知识融入开发实践。 课程概述 《软硬件综合设计》是学习者在学习完计算机软硬件系列课程后必须进行的一项重要的学习与实践环节。通过该课程的学习,一方面,学习者可以系统地回顾前面课程中所学知识,另一方面也是最重要的方面,学习者要能够利用所学知识,独立地完成实际系统的开发,以此达到加深对前期课程知识的复习和巩固、并增强学习者动手能力的目的。 课程在内容组织上以开发案例为主,引入3到5个开发案例,主要涉及系统硬件设计、C控制台编程、基于Web的.NET编程和数据分析等内容。其中各个方向的案例均会由课程主讲老师为大家提供相关的设计与开发思路,帮助学习者尽快地进入设计与开发状态。学习之后,也有专门为学习者留出的项目开发练习。 课程的终极目标是每位学习者实现一个功能较完整、可运行的实际系统。通过对实际项目的设计开发,达到以下目的: 了解项目开发的一般过程; 学习项目开发过程中文档的编写; 完成对系列课程的总体复习; 增强对实际工程问题的认识,并培养学习者利用所学知识分析与解决实际问题的能力。 课程结束时需要学习者提供完整的开发文档和可运行系统的代码。其中设计文档主要包括需求分析报告、系统分析报告、系统设计报告、测试报告等。可运行的系统代码应该能够实现设计要求并调试通过。最后根据设计方案的合理性、程序编制正确性、调试结果准确性、设计报告的完整性等方面确定学习者的最后成绩。 课程按周组织,共8周,涉及4个方向的案例项目开发。包括:基于Web的.NET编程、系统硬件设计、C语言控制台编程和数据分析等内容。 需要特别强调的是:本课程属于“设计型”课程,需要学习者熟悉前面所学课程,并具有一定的程序设计能力和初步的系统开发经验。只有将课程所学知识真正理解并变成了自己的知识,才有可能按照要求去完成系统设计。

电路硬件设计基础

1.1电路硬件设计基础 1.1.1电路设计 硬件电路设计原理 嵌入式系统的硬件设计主要分3个步骤:设计电路原理图、生成网络表、设计印制电路板,如下图所示。 图1-1硬件设计的3个步骤 进行硬件设计开发,首先要进行原理图设计,需要将一个个元器件按一定的逻辑关系连接起来。设计一个原理图的元件来源是“原理图库”,除了元件库外还可以由用户自己增加建立新的元件,用户可以用这些元件来实现所要设计产品的逻辑功能。例如利用Protel 中的画线、总线等工具,将电路中具有电气意义的导线、符号和标识根据设计要求连接起来,构成一个完整的原理图。 原理图设计完成后要进行网络表输出。网络表是电路原理设计和印制电路板设计中的一个桥梁,它是设计工具软件自动布线的灵魂,可以从原理图中生成,也可以从印制电路板图中提取。常见的原理图输入工具都具有Verilog/VHDL网络表生成功能,这些网络表包含所有的元件及元件之间的网络连接关系。 原理图设计完成后就可进行印制电路板设计。进行印制电路板设计时,可以利用Protel 提供的包括自动布线、各种设计规则的确定、叠层的设计、布线方式的设计、信号完整性设计等强大的布线功能,完成复杂的印制电路板设计,达到系统的准确性、功能性、可靠性设计。 电路设计方法(有效步骤) 电路原理图设计不仅是整个电路设计的第一步,也是电路设计的基础。由于以后的设计工作都是以此为基础,因此电路原理图的好坏直接影响到以后的设计工作。电路原理图的具体设计步骤,如图所示。

图1-2原理图设计流程图 (1)建立元件库中没有的库元件 元件库中保存的元件只有常用元件。设计者在设计时首先碰到的问题往往就是库中没有原理图中的部分元件。这时设计者只有利用设计软件提供的元件编辑功能建立新的库元件,然后才能进行原理图设计。 当采用片上系统的设计方法时,系统电路是针对封装的引脚关系图,与传统的设计方法中采用逻辑关系的库元件不同。 (2)设置图纸属性 设计者根据实际电路的复杂程度设置图纸大小和类型。图纸属性的设置过程实际上是建立设计平台的过程。设计者只有设置好这个工作平台,才能够在上面设计符合要求的电路图。 (3)放置元件 在这个阶段,设计者根据原理图的需要,将元件从元件库中取出放置到图纸上,并根据原理图的需要进行调整,修改位置,对元件的编号、封装进行设置等,为下一步的工作打下基础。 (4)原理图布线 在这个阶段,设计者根据原理图的需要,利用设计软件提供的各种工具和指令进行布线,将工作平面上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来,构成一个完整的原理图。 (5)检查与校对 在该阶段,设计者利用设计软件提供的各种检测功能对所绘制的原理图进行检查与校对,以保证原理图符合电气规则,同时还应力求做到布局美观。这个过程包括校对元件、导线位置调整以及更改元件的属性等。 (6)电路分析与仿真 这一步,设计者利用原理图仿真软件或设计软件提供的强大的电路仿真功能,对原理图的性能指标进行仿真,使设计者在原理图中就能对自己设计的电路性能指标进行观察、测试,从而避免前期问题后移,造成不必要的返工。

硬件基础知识

第三章硬件基础知识学习 通过上一课的学习,我们貌似成功的点亮了一个LED小灯,但是还有一些知识大家还没有 彻底明白。单片机是根据硬件电路图的设计来写代码的,所以我们不仅仅要学习编程知识,还有硬件知识,也要进一步的学习,这节课我们就要来穿插介绍电路硬件知识。 3.1 电磁干扰EMI 第一个知识点,去耦电容的应用,那首先要介绍一下去耦电容的应用背景,这个背景就是电磁干扰,也就是传说中的EMI。 1、冬天的时候,尤其是空气比较干燥的内陆城市,很多朋友都有这样的经历,手触碰到电脑外壳、铁柜子等物品的时候会被电击,实际上这就是“静电放电”现象,也称之为ESD。 2、不知道有没有同学有这样的经历,早期我们使用电钻这种电机设备,并且同时在听收音机或者看电视的时候,收音机或者电视会出现杂音,这就是“快速瞬间群脉冲”的效果,也称之为EFT。 3、以前的老电脑,有的性能不是很好,带电热插拔优盘、移动硬盘等外围设备的时候,内部会产生一个百万分之一秒的电源切换,直接导致电脑出现蓝屏或者重启现象,就是热插拔的“浪涌”效果,称之为Surge... ... 电磁干扰的内容有很多,我们这里不能一一列举,但是有些内容非常重要,后边我们要一点点的了解。这些问题大家不要认为是小问题,比如一个简单的静电放电,我们用手能感觉到的静电,可能已经达到3KV以上,如果用眼睛能看得到的,至少是5KV了,只是因为 这个电压虽然很高,电量却很小,因此不会对人体造成伤害。但是我们应用的这些半导体元器件就不一样了,一旦瞬间电压过高,就有可能造成器件的损坏。而且,即使不损坏,在2、3里边介绍的两种现象,也严重干扰到我们正常使用电子设备了。 基于以上的这些问题,就诞生了电磁兼容(EMC)这个名词。这节课我们仅仅讲一下去耦

硬件工程师必须掌握基础

第一部分.硬件工程师必须掌握基础知识与经验精华 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。成为合格的硬件工程师的必备知识,全部来源于工程实践的实际要求. 1) 基本设计规范 2) CPU基本知识、架构、性能及选型指导(MIPS,POWERPC,X86) 3) MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4) 网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)基本知识、架构、性能及选型 5) 多核CPU的基础知识及典型应用 6) 常用总线的基本知识、性能详解(总线带宽、效率等) 7) 各种存储器详细性能介绍,设计要点及选型指导(DDR I,DDR II,L2 CACHE) 8) DATACOM、TELECOM常用物理层接口芯片基本知识、性能、设计要点及选型指导 9) 常用器件选型指导 10)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能、设计要点及选型指导 11)VHDL or Verilog HDL 12)网络基础:交换,路由 13)国内大型硬件设备公司的硬件研发规范和研发流程介绍: 第二部分.硬件开发工具 目的:“工欲善其事,必先利其器”,熟练使用业界最新、最流行的专业设计工具,才可完成复杂的硬件设计。为了让学员对自己的培训投资能够物超所值,我们不会象某些培训机构那样, 将大量时间浪费在工具的使用上面,课堂上我们将基本不讲授这些工具的使用方法,而是希望学员能够通过自己在课下学习,此部分我们只进行课堂上的关键部分的指导,本部分不是课程的重点内容,虽然工具的使用对于成为合格的硬件工程师是必须和必备的技能; 1) INNOVEDA公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2) CADENCE公司的OrCad,Allegro,Spectra 3) Altera公司的MAX+PLUS II 4) XILINX公司的FOUNDATION、ISE 第三部分.硬件总体设计及原理图设计的核心经验与知识精华 此部分,讲师将依据国内著名硬件设备公司的产品开发流程,以基于高速总线结构和高端CPU的几个硬件开发项目为主线,将详细、深入、专业地讲解、剖析硬件总体设计和原理设计的核心经验和知识精华,把业内一些“概不外传”的经验与精髓传授给学员。我们希望通过"真正的经验传授"使你迅速成长为优秀的硬件总体设计师; 核心要点: 1)原理图设计全部经验揭密2) 原理图检查checklist 3) 设计理念的根本改变:“纸上”作业4) 结合已经批量转产的高端产品的原理图(原件)进行讲解 1) 产品需求分析 2) 开发可行性分析 3) 系统方案调研,给出我们自己总结的、非常实用有效的、相关的检查项, 4) 硬件总体设计的检查: checklist 5) 总体架构,CPU选型,总线类型 6) 通信接口类型选择 7) 任务分解

模拟电路设计 基础知识(笔试时候容易遇到的题目)

模拟电路设计基础知识(笔试时候容易遇到的 题目) 1、最基本的如三极管曲线特性(太低极了点) 2、基本放大电路,种类,优缺点,特别是广泛采用差分结构的原因 3、反馈之类,如:负反馈的优点(带宽变大) 4、频率响应,如:怎么才算是稳定的,如何改变频响曲线的几个方法 5、锁相环电路组成,振荡器(比如用D触发器如何搭) 6、A/D电路组成,工作原理如果公司做高频电子的,可能还要RF知识,调频,鉴频鉴相之类,不一一列举太底层的MOS管物理特性感觉一般不大会作为笔试面试题,因为全是微电子物理,公式推导太罗索,除非面试出题的是个老学究 ic设计的话需要熟悉的软件adence, Synopsys, Advant,UNIX当然也要大概会操作实际工作所需要的一些技术知识(面试容易问到) 如电路的低功耗,稳定,高速如何做到,调运放,布版图注意的地方等等,一般会针对简历上你所写做过的东西具体问,肯定会问得很细(所以别把什么都写上,精通之类的词也别用太多了),这个东西各个人就不一样了,不好说什么了。 2、数字电路设计当然必问Verilog/VHDL,如设计计数器逻辑方面数字电路的卡诺图化简,时序(同步异步差异),触发器有几种(区别,优点),全加器等等比如:设计一个自动售货

机系统,卖soda水的,只能投进三种硬币,要正确的找回钱数1、画出fsm(有限状态机)2、用verilog编程,语法要符合fpga设计的要求系统方面:如果简历上还说做过cpu之类,就会问到诸如cpu如何工作,流水线之类的问题3、单片机、DSP、FPG A、嵌入式方面(从没碰过,就大概知道几个名字胡扯几句,欢迎拍砖,也欢迎牛人帮忙补充)如单片机中断几个/类型,编中断程序注意什么问题 DSP的结构(冯、诺伊曼结构吗?)嵌入式处理器类型(如ARM),操作系统种类 (Vxworks,ucos,winCE,linux),操作系统方面偏CS方向了,在CS篇里面讲了4、信号系统基础拉氏变换与Z变换公式等类似东西,随便翻翻书把如、h(n)=-a*h(n-1)+b*δ(n) a、求h(n)的z变换 b、问该系统是否为稳定系统 c、写出F IR数字滤波器的差分方程以往各种笔试题举例利用4选1实现F(x,y,z)=xz+yz 用mos管搭出一个二输入与非门。 用传输门和倒向器搭一个边沿触发器用运算放大器组成一个10倍的放大器微波电路的匹配电阻。 名词解释,无聊的外文缩写罢了,比如PCI、EC C、DDR、interrupt、pipeline IRQ,BIOS,USB,VHDL,VLSI VCO(压控振荡器) RAM (动态随机存储器),FIR IIR DFT(离散傅立叶变换) 或者是中文的,比如 a量化误差 b、直方图 c、白平衡共同的注

硬件电路设计基础知识.docx

硬件电子电路基础关于本课程 § 4—2乙类功率放大电路 § 4—3丙类功率放大电路 § 4—4丙类谐振倍频电路 第五章正弦波振荡器 § 5—1反馈型正弦波振荡器的工作原理 § 5— 2 LC正弦波振荡电路 § 5— 3 LC振荡器的频率稳定度 § 5—4石英晶体振荡器 § 5— 5 RC正弦波振荡器

第一章半导体器件 §1半导体基础知识 §1PN 结 §-1二极管 §1晶体三极管 §1场效应管 §1半导体基础知识 、什么是半导体半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。(导电能力即电导率)(如:硅Si锗Ge等+ 4价元素以及化合物) 、半导体的导电特性本征半导体一一纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。 硅和锗的共价键结构。(略)

1、半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化 ?掺杂一一管子 *温度--- 热敏元件 ?光照——光敏元件等 2、半导体中的两种载流子一一自由电子和空穴 ?自由电子——受束缚的电子(一) ?空穴——电子跳走以后留下的坑(+ ) 三、杂质半导体——N型、P型 (前讲)掺杂可以显著地改变半导体的导电特性,从而制造出杂质半导体。 *N型半导体(自由电子多) 掺杂为+ 5价元素。女口:磷;砷P—+ 5价使自由电子大大增加原理:Si—+ 4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子——数量少。 o掺杂后由P提供的自由电子——数量多。 o 空穴——少子 o 自由电子------ 多子 ?P型半导体(空穴多) 掺杂为+ 3价元素。女口:硼;铝使空穴大大增加 原理:Si—+ 4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。 B——+ 3价 载流子组成: o本征激发的空穴和自由电子数量少。 o掺杂后由B提供的空穴——数量多。 o 空穴——多子 o 自由电子——少子

电路设计的基本原理和方法

电路设计的基本原理和方法 本人经过整理得出如下的电路设计方法,希望对广大电子爱好者及热衷于硬件研发的朋友有所帮助。 电子电路的设计方法 设计一个电子电路系统时,首先必须明确系统的设计任务,根据任务进行方案选择,然后对方案中的各个部分进行单元的设计,参数计算和器件选择,最后将各个部分连接在一起,画出一个符合设计要求的完整的系统电路图。 一.明确系统的设计任务要求 对系统的设计任务进行具体分析,充分了解系统的性能,指标,内容及要求,以明确系统应完成的任务。 二.方案选择 这一步的工作要求是把系统要完成的任务分配给若干个单元电路,并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料,针对系统提出的任务,要求和条件,完成系统的功能设计。在这个过程中要敢于探索,勇于创新,力争做到设计方案合理,可靠,经济,功能齐全,技术先进。并且对方案要不断进行可行性和有缺点的分析,最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映应完成的任务和各组成部分的功能,清楚表示系统的基本组成和相互关系。 三.单元电路的设计,参数计算和期间选择 根据系统的指标和功能框图,明确各部分任务,进行各单元电路的设计,参数计算和器件选择。 1.单元电路设计 单元电路是整机的一部分,只有把各单元电路设计好才能提高整机设计水平。 每个单元电路设计前都需明确各单元电路的任务,详细拟定出单元电路的性能指标,与前后级之间的关系,分析电路的组成形式。具体设计时,可以模仿传输的先进的电路,也可以进行创新或改进,但都必须保证性能要求。而且,不仅单元电路本身要设计合理,各单元电路间也要互相配合,注意各部分的输入信号,输出信号和控制信号的关系。 2.参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求,就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如,放大电路中各电阻值,放大倍数的计算;振荡器中电阻,电容,振荡频率等参数的计算。只有很好的理解电路的工作原理,正确利用计算公式,计算的参数才能满足设计要求。 参数计算时,同一个电路可能有几组数据,注意选择一组能完成电路设计要求的功能,在实践中能真正可行的参数。 计算电路参数时应注意下列问题: (1)元器件的工作电流,电压,频率和功耗等参数应能满足电路指标的要求; (2)元器件的极限参数必须留有足够充裕量,一般应大于额定值的1.5倍; (3)电阻和电容的参数应选计算值附近的标称值。 3.器件选择 (1)元件的选择 阻容电阻和电容种类很多,正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同,有解电路对电容的漏电要求很严,还有些电路对电阻,电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量(100uF~3000uF)铝电解电容,为滤掉高频通常

硬件电路设计规范样本

硬件电路板设计规范 制定此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开发人员严谨、务实的 工作作风和严肃、认真的工作态度, 增强硬件开发人员的责任感和使命感, 提高工作效率和开发成功率, 保证产品质量。 1、深入理解设计需求, 从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案, 对CPU等主芯片进行选型, CPU选型有以下几点要求: 1) 容易采购, 性价比高; 2) 容易开发: 体现在硬件调试工具种类多, 参考设计多, 软件资源丰富, 成功案例多; 3) 可扩展性好; 3、针对已经选定的CPU芯片, 选择一个与我们需求比较接近的成功参 考设计。 一般CPU生产商或她们的合作方都会对每款CPU芯片做若干开发板进行验证, 厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西, 也应该是经 过严格验证的, 否则也会影响到她们的芯片推广应用, 纵然参考设计的外围 电路有可推敲的地方, CPU本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的, 当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同, 能够细读CPU芯片 手册和勘误表, 或者找厂商确认; 另外在设计之前, 最好我们能外借或者购

买一块选定的参考板进行软件验证, 如果没问题那么硬件参考设计也是能够信赖的; 但要注意一点, 现在很多CPU都有若干种启动模式, 我们要选一种最适合的启动模式, 或者做成兼容设计; 4、根据需求对外设功能模块进行元器件选型, 元器件选型应该遵守以下原则: 1) 普遍性原则: 所选的元器件要被广泛使用验证过的尽量少使用冷、偏芯片, 减少风险; 2) 高性价比原则: 在功能、性能、使用率都相近的情况下, 尽量选择价格比较好的元器件, 减少成本; 3) 采购方便原则: 尽量选择容易买到, 供货周期短的元器件; 4) 持续发展原则: 尽量选择在可预见的时间内不会停产的元器件; 5) 可替代原则: 尽量选择pin to pin兼容种类比较多的元器件; 6) 向上兼容原则: 尽量选择以前老产品用过的元器件; 7) 资源节约原则: 尽量用上元器件的全部功能和管脚; 5、对选定的CPU参考设计原理图外围电路进行修改, 修改时对于每个功能模块都要找至少3个相同外围芯片的成功参考设计, 如果找到的参考设计连接方法都是完全一样的, 那么基本能够放心参照设计, 但即使只有一个参考设计与其它的不一样, 也不能简单地少数服从多数, 而是要细读芯片数据手册, 深入理解那些管脚含义, 多方讨论, 联系芯片厂技术支持, 最终确定科学、正确的连接方式, 如果仍有疑义, 能够做兼容设计; 当然, 如果所

硬件工程师必用20个电子线路图

这20个电子线路图,硬件工程师一定用得上! 电子技术、无线电维修及电子制造工艺技术绝不是一门容易学好、短时间内就能够掌握的学科。这门学科所涉及的方方面面很多,各方面又相互联系,作为初学者,首先要在整体上了解、初步掌握它。 无论是无线电爱好者还是维修技术人员,你能够说出电路板上那些小元件叫做什么,又有什么作用吗?如果想成为元件(芯片)级高手的话,掌握一些相关的电子知识是必不可少的。 普及与电子基础知识,拓宽思路交流,知识的积累是基础的基础,基础和基本功扎实了才能奠定攀登高峰阶梯!这就是基本功。 电子技术的历史背景: 早在两千多年前,人们就发现了电现象和磁现象。我国早在战国时期(公元前475一211年)就发明了司南。而人类对电和磁的真正认识和广泛应用、迄今还只有一百多年历史。在第一次产业革命浪潮的推动下,许多科学家对电和磁现象进行了深入细致的研究,从而取得了重大进展。人们发现带电的物体同性相斥、异性相吸,与磁学现象有类似之处。 1785年,法国物理学家库仑在总结前人对电磁现象认识的基础上,提出了后人所称的“库仑定律”,使电学与磁学现象得到了统一。 1800年,意大利物理学家伏特研制出化学电池,用人工办法获得了连续电池,为后人对电和磁关系的研究创造了首要条件。 1822年,英国的法拉第在前人所做大量工作的基础上,提出了电磁感应定律,证明了“磁”能够产生“电”,这就为发电机和电动机的原理奠定了基础。 1837年美国画家莫尔斯在前人的基础上设计出比较实用的、用电码传送信息的电报机,之后,又在华盛顿与巴尔的摩城之间建立了世界上第一条电报线路。 1876 年,美国的贝尔发明了电话,实现了人类最早的模拟通信。英国的麦克斯韦在总结前人工作基础上,提出了一套完整的“电磁理论”,表现为四个微分方程。这那就后人所称的“麦克斯韦方程组”.麦克斯韦得出结论:运动着的电荷能产生电磁辐射,形成逐渐向外传播的、看不见的电磁波。他虽然并未提出“无线电”这个名词,但他的电磁理论却已经告诉人们,“电”是能够“无线”传播的。 对模拟电路的掌握分为三个层次:

单片机硬件电路设计

单片机应用设计

概述 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片 单片机是一种大规模的具有计算机基本功能的单片集成电路。可以与少量外围电路构成一个小而完善的计算机系统。芯片内置和外围的电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、通信产品、智能玩具、汽车电子、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。 制等领域。

单片机类型 集中指令集(CISC)和精简指令集(RISC)–采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复 用,即所谓冯.诺伊曼结构。它的指令丰富,功 能较强,但取指令和取数据不能同时进行,速度 受限,价格亦高。 –采用RISC结构的单片机,数据线和指令线分离 ,即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同 时进行,且由于一般指令线宽于数据线,使其指 令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息 ,执行效率更高,速度亦更快。同时,这种单片 机指令多为单字节,程序存储器的空间利用率大 大提高,有利于实现超小型化。

常用的几个系列单片机 MCS-51及其兼容系列: –英特尔公司的MCS-51系列单片机是目前应 用最广泛的8位单片机之一,并且ATMEL、 PHILIPS、ADI、MAXIM、LG、 SIEMENS等公司都有其兼容型号的芯片。 这个系列的单片机具有运算与寻址能力强, 存储空间大,片内集成外设丰富,功耗低等 优点,其中大部分兼容芯片都含有片内 FLASH程序存储器,价格便宜。适合应用于 仪器仪表、测控系统、嵌入系统等开发。

硬件工程师基础知识项目汇总

硬件工程师基础知识项目汇总 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。 1)基本设计规范 2) CPU基本知识、架构、性能及选型指导 3) MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4)网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本知识、架构、性能及选型 5)常用总线的基本知识、性能详解 6)各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型 7) Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识,性能、设计要点及选型 8)常用器件选型要点与精华 9)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导 10) VHDL和Verilog HDL介绍 11)网络基础 12)国内大型通信设备公司硬件研究开发流程; 二.最流行的EDA工具指导 熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具 1) Innoveda公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2)CADENCE公司的OrCad, Allegro,Spectra 3)Altera公司的MAX PLUS II 4)学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX PLUS II、ISE、 FOUNDATION等工具; 5) XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一.硬件总体设计 掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路 1)产品需求分析 2)开发可行性分析 3)系统方案调研 4)总体架构,CPU选型,总线类型 5)数据通信与电信领域主流CPU:M68k系列,PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构,性能及对比; 6)总体硬件结构设计及应注意的问题; 7)通信接口类型选择 8)任务分解 9)最小系统设计; 10) PCI总线知识与规范; 11)如何在总体设计阶段避免出现致命性错误; 12)如何合理地进行任务分解以达到事半功倍的效果?

硬件电路设计流程系列

硬件电路设计流程系列--方案设计 一、硬件电路设计流程系列--硬件电路设计规范 二、硬件电路设计流程系列--方案设计(1) :主芯片选型三、 硬件电路设计流程系列--方案设计(2) :芯片选购 四、硬件电路设计流程系列--方案设计(3) :功耗分析与电源设计五、 硬件电路设计流程系列--方案设计(4):设计一个合适的系统电源 一 硬件电路设计规范 1、详细理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标要求; 2、根据功能和性能需求制定总体设计方案,对CPU进行选型, CPU选型有以下几点要求: a)性价比高; b)容易开发:体现在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多; c)可扩展性好; 3、针对已经选定的 CPU芯片,选择一个与我们需求比较接近的成功参考设计,一般 CPU生产商或他们的合作方都会对每款 CPU 芯片做若干开发板进行验证,比如440EP 就有yosemite 开发板和 bamboo 开发板,我们参考得是yosemite 开发板,厂家最后公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也应该是经过严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广应用,纵然参考设计的外围电路有可推敲的地方,CPU 本身的管脚连接使用方法也绝对是值得我们信赖的,当然如果万一出现多个参考设计某些管脚连接方式不同,可以细读 CPU 芯片手册和勘误表,或者找厂商确认;另外在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以信赖的;但要注意一点,现在很多 CPU 都有若干种启动模式,我们要选一种最适合的启动模式,或者做成兼容设计。

计算机软硬件基础知识

第1章计算机系统概述 §1.1计算机系统的组成 一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成,如图1.1所示。硬件系统是构成计算机系统的各种物理设备的总称。硬件是机器的实体,软件是它的灵魂。计算机的功能不仅仅取决于硬件,更大程度上是由安装的软件系统所决定。硬件与软件密切相关,相互依存。在计算机系统中,硬件与软件的功能分担,在硬件基础上逐层地扩充软件是形成强大的计算机系统的有效途径。 §1.1 计算机硬件系统的基本组成 从硬件体系结构上看,它们的基本结构都基于冯·诺依曼存储程序原理的设计思想,即由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。 微型计算机(简称为微机)的各部件之间是用总线相连接的,系统总线成为计算机内部传输各种信息的通道。

1.1.1 运算器、控制器和中央处理器 1.运算器 运算器也称为算术逻辑单元。它的功能就是在控制器的控制下,对取自内存或内部寄存器的数据进行算术运算或逻辑运算。离开了运算器,计算机的各种运算都不能实现。 2.控制器 控制器一般由指令寄存器、指令译码器、时序电路和控制电路组成。控制器对计算机系统的其他各部分进行协调与控制,并对输入输出设备的运行进行监控,使计算机有条不紊地自动地执行程序。没有控制器,计算机各组成部件将是分散独立的,不能成为一个功能完善的计算机系统。 3.中央处理器CPU(Central Processing Unit) 在决定计算机的总体性能方面,没有任何其他的单一部件比CPU更重要了,CPU由控制器和运算器组成。 关于CPU,我们应了解以下几点: ⑴必须按照CPU的特殊要求编写软件,因此,为某个处理器编写的程序可能在不同型号的处理器上不兼容; ⑵某些CPU比其他CPU处理数据的速度快得多,这是由于它们的数据总线宽度和系统时钟的速度不同影响了计算机的性能; ⑶CPU地址总线的宽度决定了其可能使用内存的最大数目。 下面就以上内容说明有关术语。 ⑴兼容性 由于各种处理器都有特定的指令集,为某种计算机设计的程序在另一种计算机上可能无法运行。可在给定计算机上运行的程序即与该计算机的处理器兼容。 ⑵数据总线 决定CPU速度的一个重要因素是数据总线宽度,它是用位(8,16,32或64)来衡量的。当人们说“这是16位计算机”或“那是32位计算机”时,他们指的就是总线宽度。总线的位数决定了计算机可同时处理的位数,这一数目也就是计算机中“字”的长度。16位计算机中“字”长16位,而32位计算机中“字”长32位。 数据总线将CPU与内存相连,并提供计算机外部设备的通道。 ⑶地址总线 内存由许多存储单元组成,每一个单元可以存放若干位数据代码,该代码可以是指令,也可以是数据。为区分不同的存储单元,所有存储单元均按一定顺序编号,该编号称为地址编码,简称地址。 ⑷控制总线 控制总线是传送计算机系统中控制信号的一组线,用于发布控制命令和实现对设备的控制和监视功能。 ⑸系统时钟频率 总线不是影响计算机速度的唯一因素。计算机系统内有一个时钟发生器定时地发出脉冲,管理CPU的处理功能。每秒系统时钟产生脉冲的次数叫时钟频率,也称主频,单位为赫兹(Hz)。100万周称为1兆赫兹(MHz)。时钟频率越高,就意味着处理速度越快。当

嵌入式硬件电路设计基础知识梳理

嵌入式硬件电路设计基础知识梳理 嵌入式设计是个庞大的工程,今天就说说硬件电路设计方面的几个注意事项,首先,咱们了解下嵌入式的硬件构架。 我们知道,CPU是这个系统的灵魂,所有的外围配置都与其相关联,这也突出了嵌入式设计的一个特点硬件可剪裁。在做嵌入式硬件设计中,以下几点需要关注。 第一、电源确定 电源对于嵌入式系统中的作用可以看做是空气对人体的作用,甚至更重要:人呼吸的空气中有氧气、二氧化碳和氮气等但是含量稳定,这就相当于电源系统中各种杂波,我们希望得到纯净和稳定符合要求的电源,但由于各种因素制约,只是我们的梦想。这个要关注两个方面: a、电压 嵌入式系统需要各种量级的电源比如常见的5v、3.3v、1.8v等,为尽量减小电源的纹波,在嵌入式系统中使用LDO器件。如果采用DCDC不仅个头大,其纹波也是一个很头疼的问题。 b、电流 嵌入式系统的正常运行不但需要稳定足够的电源,还要有足够的电流,因此在选择电源器件的时候需要考虑其负载,我设计时一般留有30%的余量。 如果是多层板,电源部分在layout的时候需电源分割,这时需要注意分割路径,尽量将一定量的电源放置在一起。如果是双面板,则走线宽度需要注意,在板子允许的情况下尽量加宽。合适的退耦电容尽量靠近电源管脚。第二、晶振确定 晶振相当于嵌入式系统的心脏,其稳定与否直接关系其运行状态和通讯性能。常见的振有无源晶振,有源晶振,首先要确定其振荡频率,其次要确定晶振类型。 a、无源晶振 其匹配电容和匹配电阻的选择,这部分一般依据参考手册。在单片机设计中,经常使用插件晶振配合瓷片电容。在ARM中,为了减少空间和便于布线,经常使用四角无源晶振配

成为合格的硬件工程师的基本知识

成为合格的硬件工程师的最基本知识 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。 1)基本设计规范 2)CPU基本知识、架构、性能及选型指导 3)MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4)网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本知识、架构、性能及选型 5)常用总线的基本知识、性能详解 6)各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型 7)Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识,性能、设计要点及选型 8)常用器件选型要点与精华 9)FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导10)VHDL和Verilog HDL介绍 11)网络基础

12)国内大型通信设备公司硬件研究开发流程; 二.最流行的EDA工具指导熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具 1)Innoveda公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2)CADENCE公司的OrCad,Allegro,Spectra 3)Altera公司的QUARTUS II 4)学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具;5)XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一.硬件总体设计掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路 1)产品需求分析 2)开发可行性分析 3)系统方案调研 4)总体架构,CPU选型,总线类型 5)数据通信与电信领域主流CPU:M68k系列, PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构,性能及对比;

硬件工程师基本知识

硬件工程师基础知识 目的:基于实际经验与实际项目详细理解并掌握成为合格的硬件工程师的最基本知识。 1)基本设计规范 2) CPU基本知识、架构、性能及选型指导 3) MOTOROLA公司的PowerPC系列基本知识、性能详解及选型指导 4)网络处理器(INTEL、MOTOROLA、IBM)的基本知识、架构、性能及选型 5)常用总线的基本知识、性能详解 6)各种存储器的详细性能介绍、设计要点及选型 7) Datacom、Telecom领域常用物理层接口芯片基本知识,性能、设计要点及选型 8)常用器件选型要点与精华 9) FPGA、CPLD、EPLD的详细性能介绍、设计要点及选型指导 10) VHDL和Verilog HDL介绍 11)网络基础 12)国内大型通信设备公司硬件研究开发流程; 二.最流行的EDA工具指导 熟练掌握并使用业界最新、最流行的专业设计工具 1) Innoveda公司的ViewDraw,PowerPCB,Cam350 2) CADENCE公司的OrCad, Allegro,Spectra 3) Altera公司的MAX+PLUS II 4)学习熟练使用VIEWDRAW、ORCAD、POWERPCB、SPECCTRA、ALLEGRO、CAM350、MAX+PLUS II、ISE、FOUNDATION等工具; 5) XILINX公司的FOUNDATION、ISE 一.硬件总体设计 掌握硬件总体设计所必须具备的硬件设计经验与设计思路 1)产品需求分析 2)开发可行性分析 3)系统方案调研 4)总体架构,CPU选型,总线类型 5)数据通信与电信领域主流CPU:M68k系列,PowerPC860,PowerPC8240,8260体系结构,性能及对比; 6)总体硬件结构设计及应注意的问题; 7)通信接口类型选择 8)任务分解 9)最小系统设计; 10) PCI总线知识与规范; 11)如何在总体设计阶段避免出现致命性错误; 12)如何合理地进行任务分解以达到事半功倍的效果? 13)项目案例:中、低端路由器等 二.硬件原理图设计技术 目的:通过具体的项目案例,详细进行原理图设计全部经验,设计要点与精髓揭密。

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