电子工程师需要掌握的知识和技能.doc

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TTL(逻辑门电路)全称Transistor-Transistor Logic,即BJT-BJT逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较早，技术已比较成熟。TTL主要有BJT（Bipolar Junction Transistor 即双极结型晶体管，晶体三极管）和电阻构成，具有速度快的特点。最早的TTL门电路是74系列，后来出现了74H系列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点，正逐渐被CMOS电路取代。 TTL电平信号:TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，5V等价于逻辑“1”，0V等价于逻辑“0”，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响。 TTL输出高电平2.4V，输出低电平=2.0V，输入低电平DIPLCCQFPBGA CSP； 材料方面：金属、陶瓷陶瓷、塑料塑料； 引脚形状：长引线直插短引线或无引线贴装球状凸点； 装配方式：通孔插装表面组装直接安装。 DIP-Double In-line Package-双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC，存贮器LSI，微机电路等。 PLCC-Plastic Leaded Chip Carrier-PLCC封装方式，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管脚，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线，具有外形尺寸小、可靠性高的优点。 PQFP-Plastic Quad Flat Package-PQFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。 SOP-Small Outline Package-19681969年菲为浦公司就开发出小外形封装（SOP）。以后逐渐派生出SOJ（J型引脚小外形封装）、TSOP（薄小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型SOP）、TSSOP（薄的缩小型SOP）及SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。2、 7407TTL集电极开路六正相驱动器3、 7404TTL集电极开路六反相驱动器4、 7400双路输入四与非门5、 74LS573双路输入四与非门6、 ULN20037、 74LS2448、 74LS2409、 74LS24510、 74LS138/23811、 CPLD(EPM7128)12、 116113、 max69114、 max485/7517615、 mc148916、 mc148817、 ICL232/max23218、 89C51四、 分立器件相对于微机型的成套电子设备而言的。我国很多行业在90年代前使用的电子设备，包括控制、保护设备等大都是分立元件的。主要是以电阻、电容、线圈乃至更老的晶体管器件所组成的。而目前这些设备的微机化改造已经基本完成了。是以集成芯片为主的，其精度和运行的可靠性大大增强了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【电容专题】什么是CBB电容，独石电容，电解电容？1、聚酯（涤纶）电容（CL） 电容量：40p-4u 额定电压：63-630V 主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差 应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路2、聚苯乙烯电容（CB） 电容量：10p-1u 额定电压：100V-30KV 主要特点：稳定，低损耗，体积较大 应用：对稳定性和损耗要求较高的电路3、聚丙烯电容（CBB） 电容量：1000p-10u 额定电压：63-2000V 主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差 应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路4、云母电容（CY） 电容量：10p-0。1u 额定电压：100V-7kV 主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小 应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路5、高频瓷介电容（CC） 电容量：1-6800p 额定电压：63-500V 主要特点：高频损耗小，稳定性好 应用：高频电路6、低频瓷介电容（CT） 电容量：10p-4.7u 额定电压：50V-100V 主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差 应用：要求不高的低频电路7、玻璃釉电容（CI） 电容量：10p-0.1u 额定电压：63-400V 主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（200度） 应用：脉冲、耦合、旁路等电路8、空气介质可变电容器 可变电容量：100-1500p 主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等 应用：电子仪器，广播电视设备等9、薄膜介质可变电容器 可变电容量：15-550p 主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大 应用：通讯，广播接收机等10、薄膜介质微调电容器 可变电容量：1-29p 主要特点：损耗较大，体积小 应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿11、陶瓷介质微调电容器 可变电容量：0。3-22p 主要特点：损耗较小，体积较小 应用：精密调谐的高频振荡回路12、独石电容容量范围：0.5PF-1UF 耐压：二倍额定电压 主要特点：电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿性好,温度系数很高应用范围：广泛应用于电子精密仪器,各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。 独石又叫多层瓷介电容，分两种类型，I型性能挺好，但容量小，一般小于0.2U，另一种叫II型，容量大，但性能一般。13、铝电解电容 电容量：0.47-10000u 额定电压：6.3-450V 主要特点：体积小，容量大，损耗大，漏电大 应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等14、钽电解电容（CA）铌电解电容（CN） 电容量：0.1-1000u 额定电压：6.3-125V 主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容 应用：在要求高的电路中代替铝电解电容摘录电解电容厂家的“铝电解电容器适用指南”如下： 一.电路设计 （1）铝电解电容分正负极，不得加反向电压和交流电压，对可能出现反向电压的地方应使用无极性电容。 （2）对需要快速充放电的地方，不应使用铝电解电容器，应选择特别设计的具有较长寿命的电容器。 （3）不应使用过载电压 （4）流电压与纹波电压叠加后的峰值电压低于额定值。 （5）两个以上电解电容串联的时候要考虑使用平衡电阻器，使得各个电容上的电压在其额定的范围内。 （6）设计电路板时，应注意电容防爆阀上端不得有任何线路，并应留出2mm以上的空隙。 （7）电解也主要化学溶剂及电解纸为易燃物，且电解液导电。当电解液与pc板接触时，可能腐蚀pc板上的线路。，以致生烟或着火。因此在电解电容下面不应有任何线路。 （8）设计线路板向背应确认发热元器件不靠近铝电解电容或者电解电容的下面。 铝电解电容与钽电解电容 铝电解电容的容体比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度敏感。它适用于温度变化不大、工作频率不高（不高于25kHz）的场合，可用于低频滤波。铝电解电容具有极性，安装时必须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。与铝电解电容相比，钽电解电容在串联电阻、感抗、对温度的稳定性等方面都有明显的优势。但是，它的工作电压较低。 纸介电容和聚酯薄膜电容 其容体比较小，串联电阻小，感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高（如1MHz以下）的场合，可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时，可把其外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。 云母和陶瓷电容 其容体比很小，串联电阻小，电感值小，频率/容量特性稳定。它适用于电容量小、工作频率高（频率可达500MHz）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承受瞬态高压脉冲能力较弱，因此不能将它随便跨接在低阻电源线上，除非是特殊设计的。 聚苯乙烯电容器 其串联电阻小，电感值小，电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。就温漂而言，独石为正温糸数+130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用,可使温漂降到很小。就价格而言，钽,铌电容最贵,独石,CBB较便宜,瓷片最低,但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵.云母电容Q值较高，价格也稍贵。各种电容的优缺点 名称 极性 优点 缺点无无感CBB电容无2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。无感，高频特性好，体积较小不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差瓷片电容无薄瓷片两面渡金属膜银而成。 体积小，耐压高，价格低，频率高（有一种是高频电容）易碎！容量低CBB电容无2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后捆绑而成。有感，高频特性好不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差云母电容无云母片上镀两层金属薄膜 容易生产，技术含量低体积大，容量小，（几乎没有用了）独石电容无体积比CBB更小。有感，高频特性好不适合做大容量，价格比较高，耐热性能较差电解电容有两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。容量大高频特性不好钽电容有金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为负极。 稳定性好，容量大，高频特性好造价高（一般用于关键地方）4、 电感在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感， 电感的定义是L=phi/i, 单位是韦伯 电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数，也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用表示，电流用I表示，电感用L表示，那么L I 电感的单位是亨（H），也常用毫亨（mH）或微亨（uH）做单位。1H=1000mH，1H=1000000uH。 电感只能对非稳恒电流起作用，它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化率（导数），比例系数就是它的“自感” 电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场，而这个磁场又会反过来影响电流，所以，这么说来，任何一个导体，只要它通过非稳恒电流，就会产生变化的磁场，就会反过来影响电流，所以任何导体都会有自感现象产生 在主板上可以看到很多铜线缠绕的线圈，这个线圈就叫电感，电感主要分为磁心电感和空心电感两种，磁心电感电感量大常用在滤波电路，空心电感电感量较小，常用于高频电路。 电感的特性与电容的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的特性。电感的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感器在电路中经常和电容一起工作，构成LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流圈、变压器、继电器等。 【电感器的种类】 按照外形，电感器可分为空心电感器(空心线圈)与实心电感器(实心线圈)。按照工作性质，电感器可分为高频电感器(各种天线线圈、振荡线圈)和低频电感器(各种扼流圈、滤波线圈等)。按照封装形式，电感器可分为普通电感器、色环电感器、环氧树脂电感器、贴片电感器等。按照电感量，电感器可分为固定电感器和可调电感器。电感的作用：通直流，阻交流 通直流:所谓通直流就是指在直流电路中,电感的作用就相当于一根导线,不起任何作用. 阻交流:在交流电路中,电感会有阻抗,即XL,整个电路的电流会变小,对交流有一定的阻碍作用 5、 电源转换模块交直流变化 电压变换6、 接线端子7、 LED发光管8、 8字（共阳和共阴）9、 三极管2N5551硅NPN型小功率高频三极管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/电阻六、 串行接口芯片1、 eeprom记忆存储器2、 串行I/O接口芯片3、 串行AD、DA本文简单介绍MAXIM公司生产的串行AD芯片MAX1241及串行DA芯片MAX539的接口及编程, 并简要介绍SPI总线的使用方法。关键词：串行AD;串行DA;SPI总线芯片介绍MAX1241是低功耗,12位串行模数转换器,共有8个管脚,工作电压为+2.7+5.5V,连续AD转换时间为7.5s,跟踪时间为1.5s,片上自备时钟及采样保持电路。在芯片以73ksps最大采样速率工作时,消耗功率仅为37mw(Vdd=3V)。关闭模式也可以降低功耗,但这时传输速率也会降低。MAX1241需要一个外部参考电压,参考电压输入范围一般为02.5V,MAX1241能接收的电压范围为02.5V,输入电压过大会烧掉芯片,一般不应超过3V。MAX1241具有一个3线连续接口,直接与微控制器的I/O口相连,并与SPI和MICROWIRE接口相兼容。SPI接口是一种三线制接口,这三线分别是片选线CS,数据线DOUT,时钟信号线SCLK。SCLK的下降沿输出数据,数据位为先高后低依次出现。MAX1241内部结构如图1所示。当把MAX1241的模式控制端SHDN置低时,芯片处于关闭模式或称休眠模式,此时工作电流低于15A,置高后,它能在4s内从休眠状态转到工作状态。如不使用,可以接高电平或悬空。转化过程在开始加电20ms内不要有任何转换工作。将CS置低电平后,开始转化。在CS的下降沿,采样保持电路进入保持状态,而且转化正式开始,经过一段内部转化时间后,转化结束的标志是Dout信号置高。数据然后能在外部时钟的作用下依次送出。操作过程 使用CPU上的一个通用I/O接口去拉低CS,保持SCLK低电平。 等待最大转换时间或查询DOUT是否为高电平来决定转换是否结束。 转换结束后,在SCLK的下降沿开始DOUT数据输出。 在第13个脉冲将CS置高,如果CS继续保持低电平,以下输出数据为0。 在开始一次新的转换之前,等待最小规定时间tcs,这期间CS应为高电平。如果在转换过程中通过拉高CS来放弃转换,在开始一段新的转换之前,也要等待一段时间(tacq)。CS必须在所有数据转换结束前一直保持低电平。MAX1241的典型应用电路如图2所示。MAX539是12位串行DA转换芯片,其使用方法与MAX1241大致相同,接口标准也符合SPI总线标准,MAX539的内部增益为2,因此其输入与输出的关系如下表所示,应用电路如图3所示。输入输出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驱动、max7129是美国（美信）公司推出的多位显示驱动器,采用线串行接口传送数据,可直接与单片机接口,用户能方便修改其内部参数,以实现多位显示。它内含硬件动态扫描显示控制,每枚芯片可驱动个数码管。显然,它可直接驱动段条形图显示器。当多片级联时,可控制更多的。显示的数据通过单片机数据处理后,送给显示。当然,也完全可以将的一部分用于条形图显示,一部分用于其他显示（如数字和字母等）。 内部逻辑结构它主要由个数位寄存器和个控制寄存器组成： ）数位寄存器：它决定该位显示内容。）译码方式寄存器：它决定数位寄存器的译码方式,它的每一位对应一个数位。其中,代表码方式;表示不译方式。若用于驱动数码管,应将数位寄存器设置为码方式;当用于驱动条形图显示器时,应设置为不译码方式。）扫描位数寄存器：设置显示数据位的个数。该寄存器的（低三位）指定要扫描的位数,支持位,各数位均以的扫描频率被分路驱动。）亮度控制寄存器：该寄存器通常用于数字控制方式,利用其位控制内部脉冲宽度调制的占空比来控制段电流的平均值,实现的亮度控制。取值可从,对应电流占空比则从变化到,共级,的值越大,显示越亮。而亮度控制寄存器中的其他各位未使用,可置任意值。 ）显示测试寄存器：它用来检测外挂数码管各段的好坏。当置为时,处于显示测试状态,所有位的段被扫描点亮,电流占空比为;若为,则处于正常工作状态。位未使用,可任意取值。）关断寄存器：用于关断所有显示器。当为时,关断所有显示器,但不会消除各寄存器中保持的数据;当设置为时,正常工作。剩下各位未使用,可取任意值。 ）无操作寄存器：它主要用于多级联,允许数据通过而不对当前产生影响。 引脚说明是共阴极显示驱动器,采用脚和两种封装,其引脚排列见图。其功能说明如下。）：串行数据输入端。在的上升沿,数据被装入到内部的位移位寄存器中。）：位数值驱动线。输出位选信号,从每位显示器公共阴极吸入电流。）：接地端。）：装载数据控制端。在的上升沿,最后送入的位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中。）：串行数据输出端。进入的数据在个时钟后送到端,以便在级联时传送到下一片。） ：七段显示器段驱动端。） ：小数点驱动端。）：电源端。）：段峰值电流提供端。它通过一只电阻与电源相连,以便给段提供峰值电流。 ）：串行时钟输入端。最高输入频率为,在的上升沿,数据被移入内部移位寄存器;在的下降沿,数据被移至端。 应用图为的典型应用电路,它是由单片驱动的位显示器。的、分别与的、端相连。电阻可改变的亮度,每段的驱动峰值电流约为中电流的倍。的取值不能小于。实际使用时,可先用一只可调电阻调节亮度,达要求后用一只相同阻值的固定电阻代替即可。在这里应注意,的段电流正常工作范围为,当段电流超过时,必须外加扩流电路。七、 电源设计1、 开关电源：器件的选择2、 线性电源：