第一部分：硬件知識一、 數(shù)字信號1、 TTL和帶緩沖的TTL信號 （1、輸出高電平>,輸出低電平<。在室溫下，一般輸出高電平是，輸出低電平是。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=，輸入低電平<=，噪聲容限是。 2，CMOS電平： 1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。 3，電平轉(zhuǎn)換電路： 因為TTL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl 5v<＝＝>cmos ），所以互相連接時需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什么高深的東西。哈哈 4，OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必須外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負(fù)載，所以又叫做驅(qū)動門電路。 5，TTL和COMS電路比較： 1）TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。 2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。COMS電路的速度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。 3）COMS電路的鎖定效應(yīng)： COMS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，COMS的內(nèi)部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片。 防御措施： 1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓。 2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。 3）在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進(jìn)去。 4）當(dāng)系統(tǒng)由幾個電源分別供電時，開關(guān)要按下列順序：開啟時，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號和負(fù)載的電源；關(guān)閉時，先關(guān)閉輸入信號和負(fù)載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源。 6，COMS電路的使用注意事項 1）COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕捉能力很強(qiáng)。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恒定的電平。 2）輸入端接低內(nèi)組的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯(lián)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。 3）當(dāng)接長信號傳輸線時，在COMS電路端接匹配電阻。 4）當(dāng)輸入端接大電容時，應(yīng)該在輸入端和電容間接保護(hù)電阻。電阻值為R=V0/是外界電容上的電壓。 5）COMS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞COMS。 7，TTL門電路中輸入端負(fù)載特性（輸入端帶電阻特殊情況的處理）： 1）懸空時相當(dāng)于輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。 2）在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因為由TTL門電路的輸入端負(fù)載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時，它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。 8，TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對應(yīng)的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢？那是因為當(dāng)三機(jī)管截止的時候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過三極管的集電極的電流也就不是真正的 0，而是約0。而這個就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出；OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負(fù)載電流的需要。 9，什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)別？ TTL集成電路中，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。因為TTL就是一個三級關(guān)，圖騰柱也就是兩個三級管推挽相連。所以推挽就是圖騰。一般圖騰式輸出，高電平400UA，低電平8MA）2、 RS232和定義 一、RS-232-C RS-232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIA-RS-232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會，RS（recommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識號，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有EIARS-232-C、EIARS-422-A、EIARS-423A、EIARS-485。 這里只介紹EIARS-232-C（簡稱232，RS232）。 例如，目前在IBM PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。 1.電氣特性 EIA-RS-232C對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。 在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V 邏輯0(SPACE)=+3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上： 信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V 信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=-3V～-15V 以上規(guī)定說明了RS-323C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號）的電平高于+3V；對于控制信號；接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于3V時，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義，因此，實際工作時，應(yīng)保證電平在±(3～15)V之間。 EIA-RS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIA-RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIA-RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。3、 RS485/422（平衡信號）RS485采用差分信號負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示“0”，- 6V～- 2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個結(jié)點。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機(jī)帶多個從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因：(1)共模干擾問題： RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7～+12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問題：發(fā)送驅(qū)動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。 由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路：（1）通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號轉(zhuǎn)換成RS485信號，對于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。（2）通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴(kuò)展卡。RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k+100Ω（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）。 RS-422的最大傳輸距離為4000英尺（約1219米），最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。 RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。4、 干接點信號二、 模擬信號視頻1、 非平衡信號2、 平衡信號三、 芯片1、 封裝2、 74073、 74044、 74005、 74LS5736、 ULN20037、 74LS2448、 74LS2409、 74LS24510、 74LS138/23811、 CPLD(EPM7128)12、 116113、 max69114、 max485/7517615、 mc148916、 mc148817、 ICL232/max23218、 89C51四、 分立器件1、 封裝2、 電阻：功耗和容值3、 電容1) 獨石電容2) 瓷片電容3) 電解電容4、 電感5、 電源轉(zhuǎn)換模塊6、 接線端子7、 LED發(fā)光管8、 8字（共陽和共陰）9、 三極管2N555110、 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、 晶振和瓷片電容六、 串行接口芯片1、 eeprom2、 串行I/O接口芯片3、 串行AD、DA4、 串行LED驅(qū)動、max7129七、 電源設(shè)計1、 開關(guān)電源：器件的選擇2、 線性電源：1) 變壓器2) 橋3) 電解電容3、 電源的保護(hù)1) 橋的保護(hù)2) 單二極管保護(hù)八、 維修1、 電源2、 看門狗3、 信號九、 設(shè)計思路1、 電源：電壓和電流2、 接口：串口、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出3、 開關(guān)量信號輸出調(diào)理1) TTL―>繼電器2) TTL―>繼電器（反向邏輯）3) TTL―>固態(tài)繼電器4) TTL―>LED（8字）5) 繼電器―>繼電器6) 繼電器―>固態(tài)繼電器4、 開關(guān)量信號輸入調(diào)理1) 干接點―>光耦 2) TTL―>光耦5、 CPU處理能力的考慮6、 成為產(chǎn)品的考慮：1) 電路板外形：大小尺寸、異形、連接器、空間體積2) 電路板模塊化設(shè)計3) 成本分析4) 器件的冗余度1. 電阻的功耗2. 電容的耐壓值等5) 機(jī)箱6) 電源的選擇7) 模塊化設(shè)計8) 成本核算1. 如何計算電路板的成本？2. 如何降低成本？選用功能滿足價格便宜的器件十、 思考題1、 如何檢測和指示RS422信號2、 如何檢測和指示RS232信號3、 設(shè)計一個4位8字的顯示板1) 電源：DC122) 接口：RS2323) 4位3”8字（連在一起）4) 亮度檢測5) 二級調(diào)光4、 設(shè)計一個33位1”8字的顯示板1) 電源：DC5V2) 接口：RS2323) 3排 11位8字，分4個、3個、4個3組，帶行與行之間帶間隔4) 單片機(jī)最小系統(tǒng)5) 譯碼邏輯6) 顯示驅(qū)動和驅(qū)動器件5、 設(shè)計一個PCL725和MOXA C168P的接口板1) 電源：DC5V2) 接口：PCL725/MOXA 8個RS2321. PCL725，直立DB37，孔2. MOXA C168P，DB62彎3) 開關(guān)量輸出信號調(diào)理：6個固態(tài)繼電器和8個繼電器，可以被任何一路信號控制和驅(qū)動，接口：固態(tài)繼電器直立，繼電器直立4) 開關(guān)量輸入調(diào)理：干接點閉合為1或0可選，接口：直立5) RS232調(diào)理：1. LED指示2. 前4路RS232全信號，后4路只需要TX、RX、03. 無需光電隔離4. 接口形式：DB9（針）直立第二部分：軟件知識一、 匯編語言二、 C51該部分可以從市場上買到的N種開發(fā)板上學(xué)到，至于第一部分，需要人來帶吧。為什么要掌握這些知識？ 實際上，電子工程師就是將一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原來的這些器件分離時無法完成的功能，做成一個成品。所需要的技能越高、功能越復(fù)雜、成本越低、市場上對相應(yīng)的東東的需求越大，就越成功。這就是電子工程師的自身的價值。從成本到產(chǎn)品售出，之間的差價就是企業(yè)的追求。作為企業(yè)的老板，是在市場上去尋找這樣的應(yīng)用；對電子工程師而言，是將老板提出的需求或者應(yīng)用按照一定的構(gòu)思原則（成本最低、可靠性最高、電路板最小、功能最強(qiáng)大等）在最短的時間內(nèi)完成。最短的時間，跟電子工程師的熟練程度、工作效率和工作時間直接有關(guān)。這就是電子工程師的價值。 將電子產(chǎn)品抽象成一個硬件的模型，大約有以下組成： 1) 輸入 2) 處理核心 3) 輸出 輸入基本上有以下的可能： 1) 鍵盤2) 串行接口（RS232/485/can bus/以太網(wǎng)/USB） 3) 開關(guān)量（TTL，電流環(huán)路，干接點） 4) 模擬量（4~20ma、 0~10ma、0~5V（平衡和非平衡信號）） 輸出基本上有以下組成： 1) 串行接口（RS232/485/can bus/以太網(wǎng)/USB） 2) 開關(guān)量（TTL、電流環(huán)路、干接點、功率驅(qū)動） 3) 模擬量（4~20ma， 0~10ma，0~5V（平衡和非平衡信號）） 4) LED顯示：發(fā)光管、八字 5) 液晶顯示器 6) 蜂鳴器 處理核心主要有： 1) 8位單片機(jī)，主要就是51系列 2) 32位arm單片機(jī)，主要有atmel和三星系列 51系列單片機(jī)現(xiàn)在看來，只能做一些簡單的應(yīng)用，說白了，這個芯片也就是做單一的一件事情，做多了，不如使用arm來做；還可以在arm上加一個操作系統(tǒng)，程序既可靠又容易編寫。 最近三星的arm受到追捧，價格便宜，以太網(wǎng)和USB的接口也有，周立功的開發(fā)系統(tǒng)也便宜，作為學(xué)習(xí)ARM的產(chǎn)品來說，應(yīng)該是最好的；作為工業(yè)級的控制，是不是合適，在網(wǎng)友中有不同的看法和爭議。本公司使用atmel ARM91系列開發(fā)的1個室外使用的產(chǎn)品，在北京室外使用，沒有任何的通風(fēng)和加熱的措施，從去年的5月份到現(xiàn)在，運(yùn)行情況良好。已經(jīng)有個成功應(yīng)用的案例。 但對于初學(xué)者來說，應(yīng)該從51著手，一方面，51還是入門級的芯片，作為初學(xué)者練還是比較好的，可以將以上的概念走一遍；很多特殊的單片機(jī)也是在51的核的基礎(chǔ)上增加了一些I/O和A/D、D/A；也為今后學(xué)習(xí)更高一級的單片機(jī)和ARM打下基礎(chǔ)。再說了，哪個老板會將ARM級別的開發(fā)放在連51也沒有學(xué)過的新手手中？ 在51上面去做復(fù)雜的并行擴(kuò)展是沒有必要的，比如，擴(kuò)展I/O口和A/D、D/A等等，可以直接買帶有A/D、D/A的單片機(jī)；或者直接使用ARM，它的I/O口線口多?？梢允褂肐2C接口的芯片，擴(kuò)展I/O口和A/D、D/A，以及SPI接口擴(kuò)展LED顯示，例如：MAX7219等芯片。 市面上一些比較古老的書籍中還有一些并行擴(kuò)展的例子，如：RAM、EPROM、A/D、D/A等，我覺得已經(jīng)沒有必要去看了，知道歷史上有這些一回事就行了； 這知識，是所有產(chǎn)品都具備的要素。所以要學(xué)，再具體應(yīng)用。