電子工程師需要掌握的知識和技能.doc

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(shù)字信號1、 TTL和帶緩沖的TTL信號TTL(邏輯門電路)全稱Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT邏輯門電路，是數(shù)字電子技術(shù)中常用的一種邏輯門電路，應(yīng)用較早，技術(shù)已比較成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即雙極結(jié)型晶體管，晶體三極管）和電阻構(gòu)成，具有速度快的特點(diǎn)。最早的TTL門電路是74系列，后來出現(xiàn)了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺點(diǎn)，正逐漸被CMOS電路取代。 TTL電平信號:TTL電平信號被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，5V等價于邏輯“1”，0V等價于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號系統(tǒng)，這是計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 TTL電平信號對于計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號直接與集成電路連接而不需要價格昂貴的線路驅(qū)動器以及接收器電路；再者，計算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對于超過10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚ΨQ的問題，這些問題對可靠性均有影響。 TTL輸出高電平2.4V，輸出低電平=2.0V，輸入低電平DIPLCCQFPBGA CSP； 材料方面：金屬、陶瓷陶瓷、塑料塑料； 引腳形狀：長引線直插短引線或無引線貼裝球狀凸點(diǎn)； 裝配方式：通孔插裝表面組裝直接安裝。 DIP-Double In-line Package-雙列直插式封裝。插裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出，封裝材料有塑料和陶瓷兩種。DIP是最普及的插裝型封裝，應(yīng)用范圍包括標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC，存貯器LSI，微機(jī)電路等。 PLCC-Plastic Leaded Chip Carrier-PLCC封裝方式，外形呈正方形，32腳封裝，四周都有管腳，外形尺寸比DIP封裝小得多。PLCC封裝適合用SMT表面安裝技術(shù)在PCB上安裝布線，具有外形尺寸小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。 PQFP-Plastic Quad Flat Package-PQFP封裝的芯片引腳之間距離很小，管腳很細(xì)，一般大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路采用這種封裝形式，其引腳數(shù)一般都在100以上。 SOP-Small Outline Package-19681969年菲為浦公司就開發(fā)出小外形封裝（SOP）。以后逐漸派生出SOJ（J型引腳小外形封裝）、TSOP（薄小外形封裝）、VSOP（甚小外形封裝）、SSOP（縮小型SOP）、TSSOP（薄的縮小型SOP）及SOT（小外形晶體管）、SOIC（小外形集成電路）等。2、 7407TTL集電極開路六正相驅(qū)動器3、 7404TTL集電極開路六反相驅(qū)動器4、 7400雙路輸入四與非門5、 74LS573雙路輸入四與非門6、 ULN20037、 74LS2448、 74LS2409、 74LS24510、 74LS138/23811、 CPLD(EPM7128)12、 116113、 max69114、 max485/7517615、 mc148916、 mc148817、 ICL232/max23218、 89C51四、 分立器件相對于微機(jī)型的成套電子設(shè)備而言的。我國很多行業(yè)在90年代前使用的電子設(shè)備，包括控制、保護(hù)設(shè)備等大都是分立元件的。主要是以電阻、電容、線圈乃至更老的晶體管器件所組成的。而目前這些設(shè)備的微機(jī)化改造已經(jīng)基本完成了。是以集成芯片為主的，其精度和運(yùn)行的可靠性大大增強(qiáng)了1、 封裝2、 電阻：功耗和容值3、 電容1) 獨(dú)石電容 2) 瓷片電容 3) 電解電容【電容專題】什么是CBB電容，獨(dú)石電容，電解電容？1、聚酯（滌綸）電容（CL） 電容量：40p-4u 額定電壓：63-630V 主要特點(diǎn)：小體積，大容量，耐熱耐濕，穩(wěn)定性差 應(yīng)用：對穩(wěn)定性和損耗要求不高的低頻電路2、聚苯乙烯電容（CB） 電容量：10p-1u 額定電壓：100V-30KV 主要特點(diǎn)：穩(wěn)定，低損耗，體積較大 應(yīng)用：對穩(wěn)定性和損耗要求較高的電路3、聚丙烯電容（CBB） 電容量：1000p-10u 額定電壓：63-2000V 主要特點(diǎn)：性能與聚苯相似但體積小，穩(wěn)定性略差 應(yīng)用：代替大部分聚苯或云母電容，用于要求較高的電路4、云母電容（CY） 電容量：10p-0。1u 額定電壓：100V-7kV 主要特點(diǎn)：高穩(wěn)定性，高可靠性，溫度系數(shù)小 應(yīng)用：高頻振蕩，脈沖等要求較高的電路5、高頻瓷介電容（CC） 電容量：1-6800p 額定電壓：63-500V 主要特點(diǎn)：高頻損耗小，穩(wěn)定性好 應(yīng)用：高頻電路6、低頻瓷介電容（CT） 電容量：10p-4.7u 額定電壓：50V-100V 主要特點(diǎn)：體積小，價廉，損耗大，穩(wěn)定性差 應(yīng)用：要求不高的低頻電路7、玻璃釉電容（CI） 電容量：10p-0.1u 額定電壓：63-400V 主要特點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，損耗小，耐高溫（200度） 應(yīng)用：脈沖、耦合、旁路等電路8、空氣介質(zhì)可變電容器 可變電容量：100-1500p 主要特點(diǎn)：損耗小，效率高；可根據(jù)要求制成直線式、直線波長式、直線頻率式及對數(shù)式等 應(yīng)用：電子儀器，廣播電視設(shè)備等9、薄膜介質(zhì)可變電容器 可變電容量：15-550p 主要特點(diǎn)：體積小，重量輕；損耗比空氣介質(zhì)的大 應(yīng)用：通訊，廣播接收機(jī)等10、薄膜介質(zhì)微調(diào)電容器 可變電容量：1-29p 主要特點(diǎn)：損耗較大，體積小 應(yīng)用：收錄機(jī)，電子儀器等電路作電路補(bǔ)償11、陶瓷介質(zhì)微調(diào)電容器 可變電容量：0。3-22p 主要特點(diǎn)：損耗較小，體積較小 應(yīng)用：精密調(diào)諧的高頻振蕩回路12、獨(dú)石電容容量范圍：0.5PF-1UF 耐壓：二倍額定電壓 主要特點(diǎn)：電容量大、體積小、可靠性高、電容量穩(wěn)定，耐高溫耐濕性好,溫度系數(shù)很高應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于電子精密儀器,各種小型電子設(shè)備作諧振、耦合、濾波、旁路。 獨(dú)石又叫多層瓷介電容，分兩種類型，I型性能挺好，但容量小，一般小于0.2U，另一種叫II型，容量大，但性能一般。13、鋁電解電容 電容量：0.47-10000u 額定電壓：6.3-450V 主要特點(diǎn)：體積小，容量大，損耗大，漏電大 應(yīng)用：電源濾波，低頻耦合，去耦，旁路等14、鉭電解電容（CA）鈮電解電容（CN） 電容量：0.1-1000u 額定電壓：6.3-125V 主要特點(diǎn)：損耗、漏電小于鋁電解電容 應(yīng)用：在要求高的電路中代替鋁電解電容摘錄電解電容廠家的“鋁電解電容器適用指南”如下： 一.電路設(shè)計 （1）鋁電解電容分正負(fù)極，不得加反向電壓和交流電壓，對可能出現(xiàn)反向電壓的地方應(yīng)使用無極性電容。 （2）對需要快速充放電的地方，不應(yīng)使用鋁電解電容器，應(yīng)選擇特別設(shè)計的具有較長壽命的電容器。 （3）不應(yīng)使用過載電壓 （4）流電壓與紋波電壓疊加后的峰值電壓低于額定值。 （5）兩個以上電解電容串聯(lián)的時候要考慮使用平衡電阻器，使得各個電容上的電壓在其額定的范圍內(nèi)。 （6）設(shè)計電路板時，應(yīng)注意電容防爆閥上端不得有任何線路，并應(yīng)留出2mm以上的空隙。 （7）電解也主要化學(xué)溶劑及電解紙為易燃物，且電解液導(dǎo)電。當(dāng)電解液與pc板接觸時，可能腐蝕pc板上的線路。，以致生煙或著火。因此在電解電容下面不應(yīng)有任何線路。 （8）設(shè)計線路板向背應(yīng)確認(rèn)發(fā)熱元器件不靠近鋁電解電容或者電解電容的下面。 鋁電解電容與鉭電解電容 鋁電解電容的容體比較大，串聯(lián)電阻較大，感抗較大，對溫度敏感。它適用于溫度變化不大、工作頻率不高（不高于25kHz）的場合，可用于低頻濾波。鋁電解電容具有極性，安裝時必須保證正確的極性，否則有爆炸的危險。與鋁電解電容相比，鉭電解電容在串聯(lián)電阻、感抗、對溫度的穩(wěn)定性等方面都有明顯的優(yōu)勢。但是，它的工作電壓較低。 紙介電容和聚酯薄膜電容 其容體比較小，串聯(lián)電阻小，感抗值較大。它適用于電容量不大、工作頻率不高（如1MHz以下）的場合，可用于低頻濾波和旁路。使用管型紙介電容器或聚酯薄膜電容器時，可把其外殼與參考地相連，以使其外殼能起到屏蔽的作用而減少電場耦合的影響。 云母和陶瓷電容 其容體比很小，串聯(lián)電阻小，電感值小，頻率/容量特性穩(wěn)定。它適用于電容量小、工作頻率高（頻率可達(dá)500MHz）的場合，用于高頻濾波、旁路、去耦。但這類電容承受瞬態(tài)高壓脈沖能力較弱，因此不能將它隨便跨接在低阻電源線上，除非是特殊設(shè)計的。 聚苯乙烯電容器 其串聯(lián)電阻小，電感值小，電容量相對時間、溫度、電壓很穩(wěn)定。它適用于要求頻率穩(wěn)定性高的場合，可用于高頻濾波、旁路、去耦。就溫漂而言，獨(dú)石為正溫糸數(shù)+130左右,CBB為負(fù)溫系數(shù)-230,用適當(dāng)比例并聯(lián)使用,可使溫漂降到很小。就價格而言，鉭,鈮電容最貴,獨(dú)石,CBB較便宜,瓷片最低,但有種高頻零溫漂黑點(diǎn)瓷片稍貴.云母電容Q值較高，價格也稍貴。各種電容的優(yōu)缺點(diǎn) 名稱 極性 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)無無感CBB電容無2層聚丙乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后捆綁而成。無感，高頻特性好，體積較小不適合做大容量，價格比較高，耐熱性能較差瓷片電容無薄瓷片兩面渡金屬膜銀而成。 體積小，耐壓高，價格低，頻率高（有一種是高頻電容）易碎！容量低CBB電容無2層聚乙烯塑料和2層金屬箔交替夾雜然后捆綁而成。有感，高頻特性好不適合做大容量，價格比較高，耐熱性能較差云母電容無云母片上鍍兩層金屬薄膜 容易生產(chǎn)，技術(shù)含量低體積大，容量小，（幾乎沒有用了）獨(dú)石電容無體積比CBB更小。有感，高頻特性好不適合做大容量，價格比較高，耐熱性能較差電解電容有兩片鋁帶和兩層絕緣膜相互層疊，轉(zhuǎn)捆后浸泡在電解液（含酸性的合成溶液）中。容量大高頻特性不好鉭電容有金屬鉭作為正極，在電解質(zhì)外噴上金屬作為負(fù)極。 穩(wěn)定性好，容量大，高頻特性好造價高（一般用于關(guān)鍵地方）4、 電感在電路中，當(dāng)電流流過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電磁場，電磁場的大小除以電流的大小就是電感， 電感的定義是L=phi/i, 單位是韋伯 電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。給一個線圈通入電流，線圈周圍就會產(chǎn)生磁場，線圈就有磁通量通過。通入線圈的電源越大，磁場就越強(qiáng)，通過線圈的磁通量就越大。實(shí)驗(yàn)證明，通過線圈的磁通量和通入的電流是成正比的，它們的比值叫做自感系數(shù)，也叫做電感。如果通過線圈的磁通量用表示，電流用I表示，電感用L表示，那么L I 電感的單位是亨（H），也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做單位。1H=1000mH，1H=1000000uH。 電感只能對非穩(wěn)恒電流起作用，它的特點(diǎn)兩端電壓正比于通過他的電流的瞬時變化率（導(dǎo)數(shù)），比例系數(shù)就是它的“自感” 電感起作用的原因是它在通過非穩(wěn)恒電流時產(chǎn)生變化的磁場，而這個磁場又會反過來影響電流，所以，這么說來，任何一個導(dǎo)體，只要它通過非穩(wěn)恒電流，就會產(chǎn)生變化的磁場，就會反過來影響電流，所以任何導(dǎo)體都會有自感現(xiàn)象產(chǎn)生 在主板上可以看到很多銅線纏繞的線圈，這個線圈就叫電感，電感主要分為磁心電感和空心電感兩種，磁心電感電感量大常用在濾波電路，空心電感電感量較小，常用于高頻電路。 電感的特性與電容的特性正好相反，它具有阻止交流電通過而讓直流電順利通過的特性。電感的特性是通直流、阻交流，頻率越高，線圈阻抗越大。電感器在電路中經(jīng)常和電容一起工作，構(gòu)成LC濾波器、LC振蕩器等。另外，人們還利用電感的特性，制造了阻流圈、變壓器、繼電器等。 【電感器的種類】 按照外形，電感器可分為空心電感器(空心線圈)與實(shí)心電感器(實(shí)心線圈)。按照工作性質(zhì)，電感器可分為高頻電感器(各種天線線圈、振蕩線圈)和低頻電感器(各種扼流圈、濾波線圈等)。按照封裝形式，電感器可分為普通電感器、色環(huán)電感器、環(huán)氧樹脂電感器、貼片電感器等。按照電感量，電感器可分為固定電感器和可調(diào)電感器。電感的作用：通直流，阻交流 通直流:所謂通直流就是指在直流電路中,電感的作用就相當(dāng)于一根導(dǎo)線,不起任何作用. 阻交流:在交流電路中,電感會有阻抗,即XL,整個電路的電流會變小,對交流有一定的阻礙作用 5、 電源轉(zhuǎn)換模塊交直流變化 電壓變換6、 接線端子7、 LED發(fā)光管8、 8字（共陽和共陰）9、 三極管2N5551硅NPN型小功率高頻三極管10、 蜂鳴器五、 單片機(jī)最小系統(tǒng)1、 單片機(jī)2、 看門狗和上電復(fù)位電路3、 晶振和瓷片電容/電阻六、 串行接口芯片1、 eeprom記憶存儲器2、 串行I/O接口芯片3、 串行AD、DA本文簡單介紹MAXIM公司生產(chǎn)的串行AD芯片MAX1241及串行DA芯片MAX539的接口及編程, 并簡要介紹SPI總線的使用方法。關(guān)鍵詞：串行AD;串行DA;SPI總線芯片介紹MAX1241是低功耗,12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,共有8個管腳,工作電壓為+2.7+5.5V,連續(xù)AD轉(zhuǎn)換時間為7.5s,跟蹤時間為1.5s,片上自備時鐘及采樣保持電路。在芯片以73ksps最大采樣速率工作時,消耗功率僅為37mw(Vdd=3V)。關(guān)閉模式也可以降低功耗,但這時傳輸速率也會降低。MAX1241需要一個外部參考電壓,參考電壓輸入范圍一般為02.5V,MAX1241能接收的電壓范圍為02.5V,輸入電壓過大會燒掉芯片,一般不應(yīng)超過3V。MAX1241具有一個3線連續(xù)接口,直接與微控制器的I/O口相連,并與SPI和MICROWIRE接口相兼容。SPI接口是一種三線制接口,這三線分別是片選線CS,數(shù)據(jù)線DOUT,時鐘信號線SCLK。SCLK的下降沿輸出數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)位為先高后低依次出現(xiàn)。MAX1241內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)把MAX1241的模式控制端SHDN置低時,芯片處于關(guān)閉模式或稱休眠模式,此時工作電流低于15A,置高后,它能在4s內(nèi)從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)。如不使用,可以接高電平或懸空。轉(zhuǎn)化過程在開始加電20ms內(nèi)不要有任何轉(zhuǎn)換工作。將CS置低電平后,開始轉(zhuǎn)化。在CS的下降沿,采樣保持電路進(jìn)入保持狀態(tài),而且轉(zhuǎn)化正式開始,經(jīng)過一段內(nèi)部轉(zhuǎn)化時間后,轉(zhuǎn)化結(jié)束的標(biāo)志是Dout信號置高。數(shù)據(jù)然后能在外部時鐘的作用下依次送出。操作過程 使用CPU上的一個通用I/O接口去拉低CS,保持SCLK低電平。 等待最大轉(zhuǎn)換時間或查詢DOUT是否為高電平來決定轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。 轉(zhuǎn)換結(jié)束后,在SCLK的下降沿開始DOUT數(shù)據(jù)輸出。 在第13個脈沖將CS置高,如果CS繼續(xù)保持低電平,以下輸出數(shù)據(jù)為0。 在開始一次新的轉(zhuǎn)換之前,等待最小規(guī)定時間tcs,這期間CS應(yīng)為高電平。如果在轉(zhuǎn)換過程中通過拉高CS來放棄轉(zhuǎn)換,在開始一段新的轉(zhuǎn)換之前,也要等待一段時間(tacq)。CS必須在所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束前一直保持低電平。MAX1241的典型應(yīng)用電路如圖2所示。MAX539是12位串行DA轉(zhuǎn)換芯片,其使用方法與MAX1241大致相同,接口標(biāo)準(zhǔn)也符合SPI總線標(biāo)準(zhǔn),MAX539的內(nèi)部增益為2,因此其輸入與輸出的關(guān)系如下表所示,應(yīng)用電路如圖3所示。輸入輸出1111 1111 11112*REF*4095/40961000 0000 00012*REF*2049/40960000 0000 00002*REF*2048/40960000 0000 0000OV0000 0000 00012*REF/40960111 1111 11112*REF*2047/40964、 串行LED驅(qū)動、max7129是美國（美信）公司推出的多位顯示驅(qū)動器,采用線串行接口傳送數(shù)據(jù),可直接與單片機(jī)接口,用戶能方便修改其內(nèi)部參數(shù),以實(shí)現(xiàn)多位顯示。它內(nèi)含硬件動態(tài)掃描顯示控制,每枚芯片可驅(qū)動個數(shù)碼管。顯然,它可直接驅(qū)動段條形圖顯示器。當(dāng)多片級聯(lián)時,可控制更多的。顯示的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后,送給顯示。當(dāng)然,也完全可以將的一部分用于條形圖顯示,一部分用于其他顯示（如數(shù)字和字母等）。 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)它主要由個數(shù)位寄存器和個控制寄存器組成： ）數(shù)位寄存器：它決定該位顯示內(nèi)容。）譯碼方式寄存器：它決定數(shù)位寄存器的譯碼方式,它的每一位對應(yīng)一個數(shù)位。其中,代表碼方式;表示不譯方式。若用于驅(qū)動數(shù)碼管,應(yīng)將數(shù)位寄存器設(shè)置為碼方式;當(dāng)用于驅(qū)動條形圖顯示器時,應(yīng)設(shè)置為不譯碼方式。）掃描位數(shù)寄存器：設(shè)置顯示數(shù)據(jù)位的個數(shù)。該寄存器的（低三位）指定要掃描的位數(shù),支持位,各數(shù)位均以的掃描頻率被分路驅(qū)動。）亮度控制寄存器：該寄存器通常用于數(shù)字控制