电子工程师-老工程师经验谈（三）

合格电子工程师是怎样炼成的？ 


不好意思，第二课没有写完，又开一课--老树当过老师，有毁人不倦的习惯，再者，这个问题想了很久了，也基本想通了。


在网络上很多初学者在问：怎样成为一个合格的电子工程师？


这个问题有很多答案。老树谈谈自己的看法。


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。


第二步：登堂入室-掌握系统的电路知识


这时，需要对电子技术的所有东东进行全面的了解，主要是看看杂志、BBS、网站上的技术文章、何立民先生主持编著的《单片机应用技术大全》系列，将单片机和它的配套的电路，输入输出、通讯等等做一个全面的了解。目标是为什么？系统的技术储备。知道什么问题可以使用什么方法解决，可能在什么地方找到解决的方法，这对你以后走上工作岗位，解决实际问题是非常有好处的。如果你真能这么做，那么，你今后肯定比单位中的老同志还要棒。


老树在国营研究所的时候，曾经有一段时间无所事事，就是在那一两年的时间内将研究所的技术杂志看了一遍，尤其是《电子技术应用》。打下了一个良好的基础。


这时，争取机会，学习高手们的硬件设计。一个比较快的办法就是到工控机的厂家那里，看看工控机的板卡和调理板是怎样设计的，都使用了哪些东西。记得老树第一次看到国外的一个器件，到处去问，也不知道是什么东东。后来在四通工控那里看到了，原来是固态继电器。这时，脑子里关于固态继电器的知识都冒出来了。再一看，配套市场大把的。


什么东西就是这样，你要是不知道它是干什么的，你天天看见，也熟视无睹。


有心人就是这样，在什么样的情况下，都能慢慢积蓄知识和力量。毕竟一个产品，不是只会单片机就可以了，还是需要很多的外围电路，按照何老师的分类，前向、后向、人机、互相通道等，才能做成一件产品的。


这个时候，抓住任何机会，去参与一个大型产品开发，在其中做一件事情，你可以学到沟通、协作、界面等产品开发的一些要素。


第三步：勤奋至卓越


中国人多啊，每个人都是智商100，谁比谁傻啊。凭什么你比别人强？你能有好的工作、好的收入，你能香车宝马，醇酒美人？老树认为，没有别的办法，就是靠勤奋。


勤奋学习-这个道理大家知道，知识就是金钱啊；


勤奋工作-想比别人多赚钱，在智商相同的情况下，就是靠多付出时间干活，再提高工作效率。别人5×8小时工作，你是7×16小时，再提高工作效率一倍，你不久赚了比别人多5倍的钱吗？老树公司有2个员工，原来在老家种苹果，没有赚到钱，到老树的公司中干活，计件，活忙的时候，早晨8：00起来，晚上12：00收工，年底也赚了一笔钱回家，高高兴兴，老树也开心，原来一屋子人干的活，现在2个人干了，公司管理省事了，员工也赚到了钱。


开发也是一样。当然，这个需要你的公司有这个机制，多劳多得的机制。但是，要是现在没有，你要不要这样干呢？


我认为，需要。一方面，干别人的活，练自己的技术，长自己的本事。另一方面，多干活，才能快速增长本事，技术才能跃变、突破，登堂入室，再得心应手、出神入化。至少，熟练工种是没有问题的吧。


就象一壶水，老是小火，烧了半天，也是温吞水；可是大火一上，一会就开了，就是这个意思。


你看《射雕英雄转》中的郭靖，没有别的本事，就是傻练，有一天开窍了，如有神助。技术这个东西就是这样，突破了门槛，就是坦途。需要勤奋勤奋再勤奋。有一天这个日子来了，你就苦尽甘来了。


勤奋还有另外一个含意，就是天道酬勤。其实是每个人看见勤奋的人，都会给他机会的，觉得帮助这样的人，高兴；把事情放在他的手里，也放心。


还有一个含意是触类旁通。知识需要很多的参照物，去比较、联想、萃取、升华。换句话，你可能付出的是其他人的n倍的努力，可是你得到的是n倍以上的回报，你的知识已经不是简单的累加了，已经质变了。


如果你在这个单位，勤奋了，也出成果了，就是没有得到公平的待遇，也没有关系。换一个环境就是了，总有人会欣赏你的。再说了，付出总有回报。


有些人习惯怨天尤人，没有好的老爸老妈，没有好的老师，没有好的同伴，没有好的环境，没有好的老板。这些人需要去看看周立功的文章，看看周老师怎样一步步成长的。


第四步：沟通、协作


原来还有，现在越来越少，做一个小的产品，就可以生活无忧。


现在这种情况越来越少了。在任何一个单位，将一个产品做好，都需要与同伴主动沟通，与不同部门的人互相协作。经常是跟不同单位的人沟通完成意见事情。


第五课 单片机系统设计初探




5.1 概述




所谓系统，就是说，除了单片机之外，还需要有：



1）  输入 



2）  输出 




输入和输出按照第一课的定义，包含了范围：



输入基本上有以下的可能： 



1)      键盘 



2)      串行接口（RS232/485/can bus/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：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 



3)      还有一些专用的单片机，例如：MPS430，水表、电表、洗衣机、空调的单片机等等 






所谓系统，也就是说，作为一个电子工程师，需要掌握以上所有方面的知识，才能做到兵来将挡，水来土掩，无论设计任务有什么样的需求，都能应付自如，有多种方法可以实现同样的目标，从中找到一个成本最低、质量最高、可靠性最好的解决方案。




实际上，无论从事任何一种工作，对于本行业所需要掌握的知识应该是全面而系统的；一开始，由于工作经历的欠缺，没有实际的经验，但是，可以通过广泛的阅读构成系统的知识框架；形成这个框架后，在工作中亲身实践，和阅读其他工程师的作品，再往里填充各种各样的细节，使之不断丰满、充实、正确。

 

5.2 任务分析






5.2.1 初步判断采用何种单片机完成此项任务


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1)干接点


就是类似于机械接点，最简单的就是按键，一般来说是输入、输出的继电器的接点信号；无源；


2）平衡信号：


类似RS422、RS485信号，是信号之间相互比较，来判断是数字信号的1还是0；不容易收到干扰，传输距离远；但是，最好使用双绞线来传输；


3）非平衡信号：


单端接地的信号，如：TTL电平、RS232等都是，特点是有一个公共的参考电压，容易受到干扰，传输距离近；


可以通过网络来查询准确的解释。


4）线性电路




类似于音频放大电路就是，特点是：




要求输入和输出形成了一个线性对应的关系；




5）非线性电路




比如：无线电电路中的混频器，将2个频率合在一起，生成第三个频率，就是非线性电路。




好像还没有听说线性信号和非线性信号。只有模拟量和数字量信号；




6）模拟量和数字量




模拟量是连续变化的信号，如：0～5V，4～20mA等；




数字量是只有0、1两种情况。






5.2  51单片机系统的构思?p>


1．    选用何种单片机 


在我们的这个课程中，当然是选用51系列的CPU了；


实际上，可以选用的CPU的种类很多，从处理能力来说：


1）  4位单片机 


2）  8位单片机 


3）  16位单片机 


4）  32位ARM 


就8位单片机，有专用的、通用的；也有高速的，还有的单片机具有A/D、D/A等各种资源；


需要根据你的任务，选用合适的单片机完成任务。


对初学者而言，我们考虑的仅仅是如何使用51系列的单片机，如：89C51/52/54/58、78E52/54/58、77E58（双串口）来完成设计任务。


2．    初步设计－写出任务书 


1）  按照表格，对任务进行分析，判断单片机的资源是否够，如：运算速度，是否需要扩展、是否需要串口、是否需要实时时钟等；选用什么调理电路，等等； 


2）  在确认单片机能够胜任工作后，对单片机的资源进行规划： 


1．    内存分配 


2．    I/O口分配 


3．    定时器分配工作 


4．    外部中断分配 


3）  单片机外围电路确认－开关量输入和输出调理电路（模拟量电路暂时不考虑） 


4）  在以上分析的基础上，设计单片机硬件框图 


5）  形成任务书初稿 


6）  讨论－修改－通过 


3．    详细设计 


1）  原理图 


2）  有3.3V和5V的混合逻辑设计吗? 


3）  PCB尺寸、定位孔和安装方式 


1．  是正方形、长方形、圆形、三角还是其它的特殊形状？ 


2．  是ISA总线吗？ 


3．  是PCI总线吗？ 


4．  是欧标的板卡吗？ 


4）  电源（AC220V/DC5V/DC12V，是否需要隔离） 


5）  接插件封装： 


1．    采用直插、弯针？ 


2．    3.81间距、5.08还是2.54间距（对应于：150mil/200mil/100mil） 


3．    采用DB9/DB25/DB37/DB62？直的还是弯的？孔的还是针的 


4．    有边缘器件吗？ 


6）  基本布局 


是否合理？考虑到散热了吗？考虑到机箱内是否有打架的地方？ 


7）  器件选型 


尽量选用著名品牌中的价格便宜的兼容器件； 


8）  器件的冗余度 


需要考虑到功耗、耐压值和接口器件的可靠性； 


例如： 


1．  功耗，需要计算电阻、变压器的功耗，适当留有50%以上的余量； 


2．  电解电容的耐压值等：留有100％以上的余量，如：在DC5V电压下，选用耐压值25V的电容； 


3．  接口器件：对于接口器件，尽量使用DIP封装的，便于更换； 


9）  成本分析（包括制版费、器件费和焊接、调试费用），作出预算，尽量降低成本，选用功能满足价格便宜的器件，不同厂家之间的同样的芯片价格相差比较远 


10）              电路板与机箱之间的安装关系 


11）              形成详细设计初稿 


12）              讨论－修改－通过 


4．    在大脑中模拟电路板的外形、几何尺寸和功能 


就好像是三维动画一样，电子工程师需要在大脑中，在设计的整个过程中，对电路板的外形、接口、几何尺寸、功能等反复在从各个角度去观察、构思，就好像有一个实际的电路板在脑子里一样，谋定而后动；当然，这不是一蹴而就的。

 

附：电子工程师培训大纲(200403110041)
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
2、 RS232和定义
3、 RS485/422（平衡信号）
4、 干接点信号
二、 模拟信号视频
1、 非平衡信号
2、 平衡信号
三、 芯片
1、 封装
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
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
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、 电源的保护
1) 桥的保护
2) 单二极管保护
八、 维修
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. 如何计算电路板的成本？
2. 如何降低成本？选用功能满足价格便宜的器件
十、 思考题
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MOXA C168P的接口板
1) 电源：DC5V
2) 接口：PCL725/MOXA 8个RS232
1. PCL725，直立DB37，孔
2. MOXA C168P，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，可以被任何一路信号控制和驱动，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