合格电子工程师需要掌握的技能.docx
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合格电子工程师需要掌握的技能
合格电子工程师需要掌握的技能
是个人运算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation,EIA)所制定的异步传输标准接口。
通常RS-232接口以9个接脚(DB-9)或是25个接脚(DB-25)的型态显现,一样个人运算机上会有两组RS-232接口,分别称为COM1和COM2。
3、RS485/422(平稳信号)
RS485采纳差分信号负逻辑,+2V~+6V表示“0”,-6V~-2V表示“1”。
RS485有两线制和四线制两种接线,四线制只能实现点对点的通信方式,现专门少采纳,现在多采纳的是两线制接线方式,这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多能够挂接32个结点。
在RS485通信网络中一样采纳的是主从通信方式,即一个主机带多个从机。
4、干接点信号
【1】干接点(drycantact)和湿接点(wetcontact)信号干接点看起来是俗称,然而,实际上,在工业操纵领域中,差不多是一个标准的名词了。
干接点的定义:
无源开关;具有闭合和断开的2种状态;2个接点之间没有极性,能够互换;
常见的干接点信号有:
1、各种开关如:
限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等;
2、各种按键;
3、各种传感器的输出,如:
环境动力监控中的传感器:
水浸传感器、火灾报警传感器、玻璃破裂、振动、烟雾和凝聚传感器;
4、继电器、干簧管的输出;
【2】湿接点的定义是:
有源开关;具有有电和无电的2种状态;2个接点之间有极性,不能反接
二、模拟信号视频
1、非平稳信号:
模拟信号在传输过程中,如果被直截了当传送确实是非平稳信号
2、平稳信号:
如果把信号反相,然后同时传送反相的信号和原始信号,就叫做平稳信号。
平稳信号送入差动放大器,原信号和反相位信号相减,得到加大的原始信号,由于在传送中,两条线路受到的干扰差不多,在相减的过程中,减掉了一样的干扰信号,因此更加抗干扰。
三、芯片
1、封装
2、7407:
集电极开路六正相高压驱动器
3、7404:
六门非
4、7400
5、74LS573
6、ULN2003:
ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈设,由七个硅NPN达林顿管组成。
该电路的特点如下:
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路
直截了当相连,能够直截了当处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,同时能够在关态时承担50V的电压,输出还能够在高负载电流并行运行。
ULN2003采纳DIP—16或SOP—16塑料封装。
7、74LS244
8、74LS240
9、74LS245
10、74LS138/238
11、CPLD(EPM7128):
12、1161
13、max691:
微操纵器监控监控电路
14、max485/75176:
MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS-485芯片。
采纳单一电源+5V工作,额定电流为300μA,采纳半双工通讯方式。
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:
无正负级,内阻大,滤波成效差
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:
单片机以及周围的时钟电路和复位电路称为单片机的最小系统
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、电源的爱护
1)桥的爱护
2)单二极管爱护
八、修理
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.如何运算电路板的成本?
2.如何降低成本?
选用功能满足价格廉价的器件
十、摸索题
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,能够被任何一路信号操纵和驱动,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
该部分能够从市场上买到的N种开发板上学到,至于第一部分,需要人来带吧。
什么原因要把握这些知识?
实际上,电子工程师确实是将一堆器件搭在一起,注入思想(程序),完成原先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。
这确实是电子工程师的自身的价值。
从成本到产品售出,之间的差价确实是企业的追求。
作为企业的老总,是在市场上去查找如此的应用;对电子工程师而言,是将老总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)在最短的时刻内完成。
最短的时刻,跟电子工程师的熟练程度、工作效率和工作时刻直截了当有关。
这确实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
输入差不多上有以下的可能:
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(平稳和非平稳信号))
输出差不多上有以下组成:
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(平稳和非平稳信号))
4)LED显示:
发光管、八字
5)液晶显示器
6)蜂鸣器
处理核心要紧有:
1)8位单片机,要紧确实是51系列
2)32位arm单片机,要紧有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,讲白了,那个芯片也确实是做单一的一件情况,做多了,不如使用arm来做;还能够在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,价格廉价,以太网和USB的接口也有,周立功的开发系统也廉价,作为学习ARM的产品来讲,应该是最好的;作为工业级的操纵,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,运行情形良好。
差不多有个成功应用的案例。
但关于初学者来讲,应该从51着手,一方面,51依旧入门级的芯片,作为初学者练手依旧比较好的,能够将以上的概念走一遍;专门多专门的单片机也是在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。
再讲了,哪个老总会将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,例如,扩展I/O口和A/D、D/A等等,能够直截了当买带有A/D、D/A的单片机;或者直截了当使用ARM,它的I/O口线口多。
能够使用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,我觉得差不多没有必要去看了,明白历史上有这些一回事就行了;这知识,是所有产品都具备的要素。
因此要学,再具体应用。
讲一个小的故事:
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。
因此他兴冲冲地到了王宫,将他的宝贵体会献给了国王。
我现在就象那个农民,把自己认为专门宝贵的体会献给大伙儿。
期望大伙儿多提宝贵意见
;拍板砖也能够,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专门简单的,一个单片机+一个看门狗+一个晶振+2个磁片电容;
2.看门狗:
种类专门多,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,种类专门多,一样只需要有最差不多的功能就能够了;原先我使用max691,然而max691比较贵,因为它有电池切换功能,后来新设计电路板,就都采纳ca1161了。
专门早往常的电路设计中,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;然而,如此的复位电路一个是不可靠,什么原因不可靠,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,死在那儿。
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。
这些芯片的资料专门容易在网络上找到,通常使用XX搜索就能够了;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,因此,还需要一个pdf的阅读器。
实际上,有了XX和其它的搜索引擎,专门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。
有的口线光电隔离。
3.晶振:
一样选用11.0592M,因为能够准确地得到9600波特率和19200波特率;也能够使用36.864M,那个频率是1.8432M的20倍,看别人的电路板上用过,我也没有用到。
这2种晶振专门容易买到,价钞票跟12M的一样。
书上讲,12M的晶振也能得到9600的波特率,然而,实际用的时候,会每隔一段时刻就出错一次,看起来累积误差一样,比较惊奇。
即使你的单片机系统不使用RS232接口,也能够做一个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,能够在有些书上找到什么晶振频率对应什么容量的磁片电容,然而,我差不多上随便拿来使用,反正在11.0592M下,都没有咨询题;如果你用到了更高的频率,最好依旧找找资料看看。
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,如此看起来就更方便;要是看门狗复位信号有,往下;
2.查单片机,看看管脚有没有咨询题;一样编程器能够将程序写入,讲明单片机是好的;最好手头上预备一个验证过的单片机,内部有一个简单的程序,例如,在某个口线上输出1个1秒占空比的方波等,能够使用万用表测量。
加一句:
设计产品时,要在关键的地点:
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,能够去掉部分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;顺便讲一下,换器件最好使用吸锡带,将焊盘内的锡吸洁净,再将器件拔出,如此可不能损害焊盘内的过孔;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。
第二课差不多的芯片和分立器件
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)
第七课模拟量的输入输出
……
各位多提宝贵意见。
保证有用。
如果程序里面有一些例程,也是差不多通过测试能够拿来就用的;实际上是我早年的一些产品的程序的一部分;不行意思,差不多上汇编的。
写的时刻只有周末会多一些,能够保证做到一周一课;尽量能够提早,然而这要看看工作忙不忙了。
坊间有一些参考书,预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:
《......》
有了这些就差不多够用了;其它的专门多差不多上资料的翻译;如果英文不行,能够看看;英文好的话,能够不必了,省电钞票买开发系统和编程器、开发板什么的,需要什么资料直截了当下载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,确实是一个网络数据库,要好好利用。
网上自有黄金屋,网上自有颜如玉……
第二课差不多的芯片和分立器件
2.1简述
有必要对以下系列的芯片和分立器件进行介绍。
除了单片机作为操纵器的核心外,作为一个产品,由专门多东西构成;因此,在讲系统之前,先将这些零零碎碎的东西一并交待。
就看起来一栋房子,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。
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,然而,实际上,在目前的系统中,还能看到一些芯片,有些芯片现在还在系统中使用,例如:
1、7404–6个反相门
2、7407–6个集电极开路门
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
那个确实是真值表,表示那个芯片在输入和其它的情形下的输出情形。
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
确实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,能够多个芯片并联输出;然而,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通讯中还能够用到。
3.数据锁存
当输入的数据消逝时,在芯片的输出端,数据仍旧保持;
那个概念在并行数据扩展中经常使用到。
4.数据缓冲
加大驱动能力。
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;
再看那个真值表,意思如下:
第四行:
当OE=1是,不管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如此做的:
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阻碍不到输出的数据了;实际上,单片机现在在忙着干别的情况,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。
后面的表格中还有需要时刻的参数,你不需要去管它,因为这些参数差不多上几十ns级别的,关于单片机在12M下的每个指令周期最小是1us的情形下,完全能够实现;如果是你自己来实现那个逻辑,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74LS373逻辑上完全一样,只只是是管脚定义不一样,数据输入和输出端各在一侧,PCB容易走线;因此大伙儿都喜爱使用那个芯片。
4、74LS244–数据缓冲器
数据输出能力比较强,输出电流能够到40mA以上;
4个缓冲器分成2组,具有高阻态操纵端口
5、74LS245–总线缓冲器
双向数据接口,通常在ISA板卡上能够看到;早期的51系统中,为了扩展RAM、eprom、A/D、D/A、I/O等经常能够看到那个片子
;为了增强驱动能力,有时是为了隔离输入和输出,要紧是布线方便,象74LS573一样,输入、输出在一侧,经常用到那个片子
6、74LS138–三-八译码器
在早期的51系统的扩展中,作为地址选通的片子,能够经常看到。
另外一个类似的芯片是74LS154,是4-16译码器,现在更是少见了。
有爱好的能够研究一下何立民的经典著作中的有关章节。
明白有这么一个芯片就能够了。
2.3 CD4000系列
2.4ULN2003/ULN2008:
专门许多继电器
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的输出端承诺通过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按照以上参数估算、。
采纳集电极开路输出,输出电流大,故能够直截了当驱动继电器或固体继电器(SSR)
等外接操纵器件,也可直截了当驱动低压灯泡。
经常在工控的板卡中见到那个芯片。
有个完全一样的型号:
MC1413,只是现在看起来不如何见到那个型号了,然而管脚与2003完全兼容。
、ULN2003能够驱动7个继电器;ULN2008驱动8个继电器。
2.5光耦
光耦是做什么用的?
光耦是用来隔离输入输出的,要紧是隔离输入的信号。
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操纵器,如果直截了当将这些信号接到单片机的I/O上,有以下的咨询题:
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,不通过隔离不可靠因此,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/TLP521-4,分别是1个光耦、2个光耦和4个光耦,HP公司(HP的光耦专门牛逼)
和***的东芝公司生产。
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,一样是10K;太小容易损坏光耦;
2)4N25/4N35,motorola公司生产
下载地址:
3)6N136,HP公司生产
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,还能够用来隔离模拟量。
将在今后的章节中描述。
2.6三极管
2.7光电管
2.8电容
2.9电阻
2.10固态继电器
2.11继电器
2.12变压器与整流桥
2.13三端稳压器
2.14开关电源芯片
2.15封装知识、芯片批号等
2.16接插件
2.17器件选购的知识
2.6三极管
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
饱和导通=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确实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,也差不多上集成电路了,谁还使用三极管自己做呢?
如果万一需要,现学也来得及。
这套书专门强的。
编写人在那个年代确信差不多上牛人。
学三极管这些参数专门繁琐的,要是现在的非电子类的大学生或者大专生们还学这些玩意,我只能讲是学校在误人子弟了。
好多学校都在扩招,专门多学生念了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,不明白7407是干什么用得,不明白三极管的几个状态;我只能无话可讲。
因此,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;聪慧的学生赶忙抓住机会去学习,去实习,如此,还能够赶忙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。
运确实是否导通,公式如下:
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