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从51初学者到电子工程师<一> 从51初学者到电子工程师 第一课 从初学者到电子工程师 一、前言 我的帖子“合格的电子工程师需要掌握的知识和技能”在电子产品世界（ http://bbs.edw.com.cn/list.asp?boardid=11）和电子工程师论坛（ http://www.eebyte.com/superbbs/list.asp?boardid=21）上发表后，点击的人数 还行，这让我也小有了成就感一把。也有人说这个帖子太空，是的，因为实际上这 只是一个我对公司初级员工讲课的培训大纲；但是，初学者可以将这个大纲作为一 个参照物，参照自己的知识是否全面。 很多电子工程师在某个方面精深钻研，成为某一个特殊领域的专家，从一开始的养 家糊口、慢慢小有收益、最后宝马豪宅，也是有的；这些电子工程师可能没有全面 掌握这些知识，因为这些行业用不上，例如，液晶显示器，很多行业就不需要；但 是，对于一个初学者，我认为，这个提纲是切合实际的，对于面向控制而言，已经 基本够用了；对于初学者，全面地掌握这些知识是很有必要的，因为你不知道今后 需要使用什么哪些知识，而这些知识， 80%以上你会在今后的工作中使用上，因为 这是都是最基本的。熟练掌握这些知识和应用，根据不同的地区、行业和老板，月 薪应该可以在3000元～5000元之间，甚至更高。 其实，可能有些你用不上，但是知道了也没有坏处；所谓书到用时方很少，又有谓 艺不压身。知识＝月薪＝年薪＝金钱＝香车宝马＝…….. ，呵呵。 为什么要掌握这些知识？ 实际上，电子工程师就是将一堆器件搭在一起，注入思想（程序），完成原来的这 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。这就是电子工程师的自身 的价值。从成本到产品售出，之间的差价就是企业的追求。作为企业的老板，是在 市场上去寻找这样的应用；对电子工程师而言，是将老板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 时间内完成。最短的时间，跟电子工程师的熟练程度、工作效率和工作时间直接有 关。这就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 51系列单片机现在看来，只能做一些简单的应用，说白了，这个芯片也就是做单一 的一件事情，做多了，不如使用arm来做；还可以在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，价格便宜，以太网和USB的接口也有，周立功的开发系统 也便宜，作为学习ARM的产品来说，应该是最好的；作为工业级的控制，是不是合 适，在网友中有不同的看法和争议。本公司使用atmel ARM91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，运行情况良好。已经有个成功应用的案例。 但对于初学者来说，应该从51着手，一方面，51还是入门级的芯片，作为初学者练 手还是比较好的，可以将以上的概念走一遍；很多特殊的单片机也是在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。 再说了，哪个老板会将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，比如，扩展I/O口和A/D、D/A等等， 可以直接买带有A/D、D/A的单片机；或者直接使用ARM，它的I/O口线口多。可以使 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，我觉得已经没有必要去看了，知道历史上有这些一回事就行了； 这些知识，是所有产品都具备的要素。所以要学，再具体应用。 说一个小的故事：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。 于是他兴冲冲地到了王宫，将他的宝贵经验献给了国王。 我现在就象这个农民，把自己认为很宝贵的经验献给大家。希望大家多提宝贵意见 ；拍板砖也可以，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很简单的，一个单片机＋一个看门狗＋一个晶振 ＋2个磁片电容； 1. 单片机：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，还有philips的系列，都差 不多；现在有一些有ISP（在线下载的），就更好用了； 2. 看门狗：种类很多，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，种类很多，一般只需 要有最基本的功能就可以了；原来我使用MAX691，但是MAX691比较贵，因为它有电 池切换功能，后来新设计电路板，就都采用ca1161了。 很早以前的电路设计中，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；但是，这样的复位电路一个是不可靠，为什么不可靠，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，死在那里。 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。 这些芯片的资料很容易在网络上找到，通常使用百度搜索就可以了；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，所以，还需要一个pdf的阅读器。 百度网址：http://www.baidu.com 网际快车下载网址：http://www.skycn.com/soft/879.html PDF阅读器下载网址：http://www.chinapdf.com/download.htm 实际上，有了百度和其它的搜索引擎，很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。 单片机和单片机抗干扰能力是不一样的。如果你的产品是工作在干扰比较大的环境 ，可以试试选用不同品牌的单片机；原来我在一个光电所，做YAG激光治疗机的控 制部分，脉冲激光机的电源放电的时候，能量是很大的，在采取了所有能够想到的 光电隔离等措施之后，还是不行；后来，选用了intel的8031，就可以了。小声的 说：当时的philips的单片机抗干扰性能是最差的，可能跟Philips主要是用在民用 领域有关。现在不知道怎么样了，有人知道的话告诉我。 单片机的输入输出口线是最容易引进干扰的地方；在严重干扰的情况下，需要将所 有的口线光电隔离。 3. 晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率；也 可以使用36.864M，这个频率是1.8432M的20倍，看别人的电路板上用过，我也没有 用到。这2种晶振很容易买到，价钱跟12M的一样。书上说，12M的晶振也能得到 9600的波特率，但是，实际用的时候，会每隔一段时间就出错一次，好像累积误差 一样，比较奇怪。 即使你的单片机系统不使用RS232接口，也可以做一个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，可以在有些书上找到什么晶振频率对应什么容量的磁 片电容，但是，我都是随便拿来使用，反正在11.0592M下，都没有问题；如果你用 到了更高的频率，最好还是找找资料看看。 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，这样看起来就更 方便；要是看门狗复位信号有，往下； 2. 查单片机，看看管脚有没有问题；一般编程器能够将程序写入，说明单片机是 好的；最好手头上准备一个验证过的单片机，内部有一个简单的程序，比如，在某 个口线上输出1个1秒占空比的方波等，可以使用万用表测量。 加一句：设计产品时，要在关键的地方：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，可以去掉部分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；顺便说一下，换器件最好 使用吸锡带，将焊盘内的锡吸干净，再将器件拔出，这样不会损伤焊盘内的过孔； 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。
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