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1.82.3V。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501K欧姆，则电源正常；2）、万用表的蜂鸣器响起，显示屏显示1050欧姆，则电源正常；3）、万用表的蜂鸣器响起，显示屏显示69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05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70W150W。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)