硬件基础知识培训.ppt

PPT模板下载 本培训教材适合硬件初学者 驱动工程师 想了解硬件的软件工程师 项目经理 不适合已入门以上的硬件开发人员 硬件基础培训 目录 了解硬件的步骤 硬件基础之原理图 硬件基础之调试 硬件基础知识 工程师为什么需要了解硬 本次培训力求简单 争取未入门的同时也能看懂 学会 硬件基础之PCB 为什么需要了解硬件 怎么判断我是否有必要了解硬件 如果你曾寻求过以下的帮助 或者有过以下困惑 就很有必要了解硬件 某某某 帮我焊接一下吧 某某某 帮我量一下信号吧 某某某 这个电源够不够 这样插对不对 某某某 帮我升级一下逻辑吧 某某某 我的板卡昨天还是好的 现在为什么不工作了 某某某 我看不懂原理图 不会看PCB 找不到器件 帮帮我吧 啊 我电脑的串口又挂了 明明加了上拉电阻 为什么不是高电平 明明加了下拉电阻 为什么不是低电平 我不是硬件设计人员 我为什么要了解硬件 项目经理 产品经理经常需要给部下安排工作 如果你对硬件一窍不通 对安排的硬件工程师的硬件设计难度 调试难度 时间投入 人力投入都无法估计 很容易影响到项目的开发进度 甚至是 如果你带队出去调试 不带硬件工程师一起出去 甚至焊接一个电阻 找到电阻的位置都不会 调试会很被动 项目经理 产品经理 驱动工程师 如果你是驱动工程师 如果你一点都不懂硬件 那你肯定不止一次发过这样的牢骚 我又被硬件工程师坑了 硬件设计需要考虑的方面千变万化 对于复杂的板卡 很难做到一板成功 其中的调试的辛酸 驱动和硬件工程师都是有目共睹 因此 作为驱动工程师 在你开始调试板卡前 你要十分清楚 这个板卡电源正常 时钟正常 复位正常 控制信号上下拉正常 而不单单是仅听硬件工程师说 正常 软件工程师 因为有驱动工程师在中间做桥梁 软件工程师和硬件直接打交道的机会不多 遇到的问题无非就是 板卡上不了电了 网口不通了 板卡死机了 信号检测不到了 没有声音了 这些问题可以很天经地义的丢给硬件工程师或者驱动工程师 但有一点除外 你出差 没有硬件工程师随去 所以 软件工程师可以抱着 技多不压身 态度学点硬件的皮毛 硬件从业人员 本培训教材太基础了 不适合硬件从业人员 了解硬件的步骤 工作礼仪 了解硬件的步骤 学会使用ORCAD看原理图 使用ORCAD查看原理图的目的以及学习内容 ORCAD格式的原理图是邦彦公司规定的原理图格式 也是硬件工程师的直接工作输出 使用ORCAD查看可以方便查找器件 检测电气连接 理解硬件工程师的设计目的 需要掌握的内容如下 1 快速查找器件 2 查找网络连接 3 原理图中标示的含义 2 安装ORCAD16 5精简版 安装过程无需任何的破解 直接安装完成即可 3 快速查找器件 1 打开原理图 以高清主板cs wgt msb sch a1为例 2 选中标题 3 在搜索栏输入需要搜索的位号并按回车 4 按下回车后出现在右下角窗口 双击即可跳到该器件位置 4 查看网络连接 1 点击选中任意网络 右键弹出窗口使用SelectEnireNet 缩小窗口 所有相同的网络即可被选中 也可以使用步骤3中的搜索命令查找相同网络 5 原理图中的标示的含义 1 原理图中 所有网络名称相同的线都是物理连接起来的 如下图 DSP1 PASSCLKP 2 下图中的 DSP1 CORECLKP 表示出页符 前面的 23 表示该信号连接到第23页 可以到23页找到该网络 学会使用Allegro查看PCB图 使用Allegro查看PCB文件的目的以及学习内容 AllegroPCB绘图软件是邦彦公司规定的PCB软件 掌握基础用法很有必要 比如没有硬件人员跟随出差 需要临时更换阻容器件 需要测量某个信号 查找某个器件 但是不知位置在哪里 此时就需要Allegro软件帮忙了 非硬件设计人员只需要掌握以下技能即可 1 快速找到器件 并定位器件位置 2 查找网络 2 安装Allegro软件精简版 安装过程无需任何的破解 直接安装完成即可 3 快速查找器件 1 打开PCB文件 以 brd格式为后缀 以高清主板cs wgt msb PCB a1为例 2 选中菜单栏的倒感叹号 3 再在 Visiblity 窗口下拉菜单选中 SKILL TOP 4 再在右侧的窗口栏 Find 中找到 FindByNane 下拉选中Symbol orPin 再在输入栏中输入需要查找的器件 5 按下回车 即可以调到C100所在的位置 可以缩小板卡看到C100的定位 如下图高亮的器件 3 快速查找网络 1 按照前面步骤打开PCB文件 假设已经在原理图中 知道网络 DSP1 PASSCLKP 2 再在右侧的窗口栏 Find 中找到 FindByNane 下拉Net 再在输入栏中输入需要查找的网络 DSP1 PASSCLKP 3 输入完成后按回车即可以显示高亮显示该网络 硬件基础之逻辑下载 对于非硬件设计人员 只需要掌握逻辑的下载方法即可 以下是逻辑下载的详细操作步骤 安装赛灵思软件 硬件基础之万用表 示波器的使用 万用表的正确使用方法数字万用表相对来说 属于比较简单的测量仪器 本篇 作者就教大家数字万用表的正确使用方法 从数字万用表的电压 电阻 电流 二极管 三极管 MOS场效应管的测量等测量方法开始 让你更好的掌握万用表测量方法 一 电压的测量1 直流电压的测量 如电池 随身听电源等 首先将黑表笔插进 com 孔 红表笔插进 V 把旋钮选到比估计值大的量程 注意 表盘上的数值均为最大量程 V 表示直流电压档 V 表示交流电压档 A 是电流档 接着把表笔接电源或电池两端 保持接触稳定 数值可以直接从显示屏上读取 若显示为 1 则表明量程太小 那么就要加大量程后再测量工业电器 如果在数值左边出现 则表明表笔极性与实际电源极性相反 此时红表笔接的是负极 2 交流电压的测量 表笔插孔与直流电压的测量一样 不过应该将旋钮打到交流档 V 处所需的量程即可 交流电压无正负之分 测量方法跟前面相同 无论测交流还是直流电压 都要注意人身安全 不要随便用手触摸表笔的金属部分 二 电流的测量1 直流电流的测量 先将黑表笔插入 COM 孔 若测量大于200mA的电流 则要将红表笔插入 10A 插孔并将旋钮打到直流 10A 档 若测量小于200mA的电流 则将红表笔插入 200mA 插孔 将旋钮打到直流200mA以内的合适量程 调整好后 就可以测量了 将万用表串进电路中 保持稳定 即可读数 若显示为 1 那么就要加大量程 如果在数值左边出现 则表明电流从黑表笔流进万用表 交流电流的测量 测量方法与1相同 不过档位应该打到交流档位 电流测量完毕后应将红笔插回 V 孔 若忘记这一步而直接测电压 哈哈 你的表或电源会在 一缕青烟中上云霄 报废 三 电阻的测量将表笔插进 COM 和 V 孔中 把旋钮打旋到 中所需的量程 用表笔接在电阻两端金属部位 测量中可以用手接触电阻 但不要把手同时接触电阻两端 这样会影响测量精确度的 人体是电阻很大但是有限大的导体 读数时 要保持表笔和电阻有良好的接触 注意单位 在 200 档时单位是 在 2K 到 200K 档时单位为 K 2M 以上的单位是 M 四 二极管的测量数字万用表可以测量发光二极管 整流二极管 测量时 表笔位置与电压测量一样 将旋钮旋到 电压 档 用红表笔接二极管的正极 黑表笔接负极 这时会显示二极管的正向压降 肖特基二极管的压降是0 2V左右 普通硅整流管 1N4000 1N5400系列等 约为0 7V 发光二极管约为1 8 2 3V 调换表笔 显示屏显示 1 则为正常 因为二极管的反向电阻很大 否则此管已被击穿 示波器的简单用法数字万用表相对来说 属于比较简单的测量仪器 本篇 作者就教大家数字万用表的正确使用方法 从数字万用表的电压 电阻 电流 二极管 三极管 MOS场效应管的测量等测量方法开始 让你更好的掌握万用表测量方法 硬件基础之硬件调试 对于非硬件设计人员 只需要掌握以下的简单的调试技能 1 上电前正确判断板卡状况2 正确判别板卡所需要的电源类型 3 板卡出现问题以后的简单排查 4 板卡的保护常识 上电前先做短路测试从同事或者工厂借过来的板卡 其板卡状态时未知的 因此板卡上电前的第一步就是短路测试 如果没有做短路测试就直接上电 轻者烧毁保险丝 重者烧毁电源芯片 主芯片 短路测试方法我司的硬件工程师设计板卡时 基本上所有的电容输入和输出端都会放置大容量的电容进行滤波 因此测试电源短路只要测试测试大电容的2个极性即可 我司99 的的大电容两端都是一端接地 一端接电容 不排除个别大电容用于信号整形 如耳机输出 使用万用表测量二极管档位 黑表笔连接电容的负极 红表笔连接电容的正极 此时万用表的测试结果分以下4种情况 万用表测试的4种结果 1 万用表的蜂鸣器没有响起 显示屏显示50 1K欧姆 则电源正常 2 万用表的蜂鸣器响起 显示屏显示10 50欧姆 则电源正常 3 万用表的蜂鸣器响起 显示屏显示6 9欧姆 此时80 的板卡是正常的 因为大电流的电源阻抗很低 此时最好再测量好的板卡对比 看阻值是否一样 如果一样则正常 或者咨询硬件工程师 4 万用表的蜂鸣器响起 显示屏显示0 5欧姆 此时99 的几率是板卡短路 需要找硬件工程师协助 也不排除非常大的电流的电源 大电流 低阻抗 大电容正负极的判断方法 正确判断板卡所需要的电源类型判断板卡没有短路之后 下一步就是选择正确的电源 我司设计的板卡所需的电源大致分为以下几类 1 DC12V 约占80 2 DC5V 约占5 3 DC24V DC正48V DC负48V 约占5 4 AC220V 约占10 选择正确电源的方法选择正确的电源首先要满足供电电压要求 其次要满足电流要求 例如电源适配器常标明的DC12V 3A就是电压和电流供应能力 通常有以下3种方法得知所需电源 1 直接查板卡规格书 2 直接咨询板卡设计者或硬件工程师 3 直接查看板卡的原理图 备注 电源选用一定要满足电压和电流的双重要求 选用功率需要有余量 例如板卡设计估计功率是60W DC12V5A 可以选用70W 150W 电源功率选得过小 轻者引起电源保护动作 重者烧毁电源 电源功率选得过大 正常使用并无影响 只是短路时后果更严重些 板卡常见问题及排查板卡无法上电按照 一看二闻三测四上电 一看 观察板卡有无烧糊 烧断 起泡 板面断线 插口锈蚀 二闻 闻下板卡可疑的地方是否有烧糊等不正常的味道 三测 使用万用表按照 短路测试 的方案测试所有的电源短路情况 对于机框的板卡 还需要测试控制上电的引脚的信号 四上电 上述过程都测试完毕后 可以尝试快速上电的方法 上电过程中仔细观察各个芯片状态 如冒烟 发烫 有异味等 基本可以定位为该器件问题 上电要快 发现问题马上断电 以免损坏扩大 板卡无法正常工作 按照 电源时钟复位 思路排查 电源 一般板卡上回有各种各样的电源 如1 0V 1 2V 1 5V 1 8V 3 3V等 使用万用表测量各组电压是否正常 时钟 时钟是指板卡上的晶振输入或者输出 可以使用示波器测量晶振的输出的波形频率 幅值 波形好坏 一般的芯片正常工作以后也会有一个时钟输出作为标志 复位 一般芯片的复位信号和电源上电之间需要时序要求 满足时序要求即可 芯片正常工作以后的复位信号一般为高电平 也有个别为低电平 需要以规格书为准 板卡的保护经常看到个别同事 经常直接用手拿板卡 触摸芯片 拿到板卡往桌子一放 我们先了解一下以下的常识 人体静电人体是最大的静电载体 平时就带有上万伏的电压 而在秋冬干燥的季节 静电更易在人体上积累 几万伏的高压静电人体本身没什么感觉 一旦接触金属等导电物质 就会瞬间释放 如果释放对象是主板上得电子芯片 上万伏的电压就瞬间会击穿电子元件 造成硬件损坏 当电压大于8000V时可以看到ESD发出的光亮 当电压大于6000V时可以听到ESD的放电声 当电压大于3000V时可以感觉到有ESD发生 而当静电电压低于3000V时 也会发生ESD过程 只是我们没有感觉到而已 也就是说 很多ESD过程是在悄无声息地进行的 当静电电压超过250V时 ESD就有可能能击穿芯片了 随意放置板卡我们先看下面一块板卡的背面 密密麻麻布满了各种电阻电容等小器件 如果某位同事往桌子一扔 碰掉了某个小器件 导致了板卡无法工作 你让硬件工程师如何帮你找到你碰掉的那个小器件 如何保护板卡我司生产的样机 调试板卡 电脑的串口寿命都不长 除了设计原因 板卡的保护也很关键 以下是可供参考的方法 硬件设计人员在所有的板卡的接口都增加ESD TVS保护器件 样板 调试板安装铜螺柱 避免板卡背面直接与桌面接触 调试人员移动板卡 触摸板卡需要带防静电手套 确实没有手套 接触板卡前线触摸自来水管 接地柱等释放静电 只接触板卡边缘 不接触板卡上面的器件 调试人员使用泡沫 海绵等垫着板卡 防止板卡背面直接接触桌面碰掉小器件 所有接口连接器禁止带电拔插 以免损坏接口器件 我们公司的大部分串口就是因为带电拔插损坏的 硬件基础之硬件基础知识 开关电源有哪些要求 输入电压 例如AC85 265V输出电压 电流 例如 DC24V 10A 12V 2A 精度误差 10 功率因数 在交流电路中 电压与电流之间的相位差 的余弦叫做功率因数 用符号cos 表示 在数值上 功率因数是有功功率和视在功率的比值 即cos P S 例如功率因数 0 98纹波系数 在直流电压中所包含的交流成分 交流成分的有效值与直流电压的比值 称为纹波系数 例如 纹波系数 10 效率 电源的输出功率与输入功率的比值 称为电源效率 例如效率 90 开什么是上拉电阻 下拉电阻 有何作用 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平 电阻同时起限流作用 下拉同理 也是将不确定的信号通过一个电阻钳位在低电平 上拉是对器件输入电流 下拉是输出电流 强弱只是上拉电阻的阻值不同 没有什么严格区分 上拉电阻用途如下 当TTL电路驱动CMOS电路时 如果电路输出的高电平低于CMOS电路的最低高电平 一般为3 5V 这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻 以提高输出高电平的值 OC门电路必须使用上拉电阻 以提高输出的高电平值 为增强输出引脚的驱动能力 有的单片机管脚上也常使用上拉电阻 在CMOS芯片上 为了防止静电造成损坏 不用的管脚不能悬空 一般接上拉电阻以降低输入阻抗 提供泄荷通路 芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平 从而提高芯片输入信号的噪声容限 增强抗干扰能力 提高总线的抗电磁干扰能力 管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰 长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰 加上 下拉电阻是电阻匹配 有效的抑制反射波干扰上拉电阻阻值的选择原则包括 从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大 电阻大 电流小 从确保足够的驱动电流考虑应当足够小 电阻小 电流大 对于高速电路 过大的上拉电阻可能边沿变平缓 综合考虑以上三点 通常在1k到10k之间选取 对下拉电阻也有类似道理 有源晶振 无源晶振区别 以及优缺点 无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差 通常需要精确匹配外围电路 用于信号匹配的电容 电感 电阻等 更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整 建议采用精度较高的石英晶体 尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕 相对于无源晶体 有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的 需要选择好合适输出电平 灵活性较差 而且价格高 对于时序要求敏感的应用 个人认为还是有源的晶振好 因为可以选用比较精密的晶振 甚至是高档的温度补偿晶振 无源晶振输出正弦波 有源晶振输出正弦波或方波 如果有源晶振把整形电路做在有源晶振里面了的话 输出就是方波 但很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波 这是由于示波器的带宽不够 好像有源晶振20MHz 如果用40MHz或60MHz的示波器测量 显示的是正弦波 这是由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加 带宽不够的话 就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波 所以显示正弦波 完美的再现方波需要至少10倍的带宽 5倍的带宽只能算是勉强 所以需要至少100M的示波器 如果板卡工作不正常 怀疑电源供电 如何测量 首先是测量电压值 电压测量可以使用万用表或者示波器 如果电压正常 下一步将要测试电压的纹波电压纹波的测量 正确的测量方法1 限制示波器带宽为20MHz 大多中低端示波器档位限制在20MHz 高端产品还有200MHz带宽限制的选择 目的是避免数字电路的高频噪声影响纹波测量 尽量保证测量的准确性 2 设置耦合方式为交流耦合 方便测量 以更小档位来仔细观测纹波 不关心直流电平 3 保证探头