电子工程师需要掌握的知识和技能

1、精品文库 电子工程师需要掌握的知识和技能 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 TTL（ 逻辑门电路 ） 管， 全称 Transistor-Transistor Logic, 即 BJT-BJT 逻辑门电路，是数字电子技术中常用的一种逻辑 门电路，应用较早，技术已比较成熟。 TTL 主要有 BJT （ Bipolar Junction Transistor 即双极 结型晶体管， 晶体三极管） 和电阻构成， 具有速度快的特点。 最早的 TTL 门电路是 74 系列， 后来出现了 74H系

2、列，74L系列，74LS,74AS,74ALS等系列。但是由于TTL功耗大等缺点， 正逐渐被 CMOS 电路取代。 TTL 电平信号 : TTL 电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，5V 等价于逻辑“ 1”， 0V 等价于逻辑“ 0”，这被称做 TTL （晶体管 -晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器 控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 TTL 电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理 器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL 电平信号 直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；

3、再者，计算机处理器 控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的， 而 TTL 接口的操作恰能满足这个要求。 TTL 型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10 英尺的距离 就不适合了。 这是由于可靠性和成本两面的原因。 因为在并行接口中存在着偏相和不对称的 问题，这些问题对可靠性均有影响。 TTL输出高电平2.4V，输出低电平0.4V。在室温下，一般输出高电平是 3.5V，输出低电 平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平 =2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限 是 0.4V。 TTL电路是电流控制器件，TTL电路的速度快，传输延迟时间短（5-10ns），

4、但是功耗大。 2、RS232 和定义 由 成本低， 特别是在远程传输时， 避免了多条线路特性的不 在串行通讯时， 要求通讯双方都采用一个标准接口， 使不同 的设备可 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种 E IA ）联合贝尔系统、 调制解调器厂 准。它的全名是“数据终端设备 RS232 接口就是串口，电脑机箱后方的 9 芯插座，旁边一般有 |O|O| 样标识。 一般机箱有两个，新机箱有可能只有一个。笔记本电脑有可能没有。 有很多工业仪器将它作为标准通信端口。通信的内容与格式一般附在仪器的用户说明书中。 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。 于串

5、行通讯方式具有使用线路少、 一致而被广泛采用。 以方便地连接起来进行通讯。 RS-232-C 接口（又称 串行通讯接口。它是在 1970 年由美国电子工业协会（ 家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标 （DTE ）和数据通讯设备（ DCE ）之间 串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采 用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号 的电平加以规定。 实际上 RS-232-C 的 25 条引线中有许多是很少使用的，在计算机与 3-9 条引线。 RS-232-C 最常用的 9 条引线的信号内容见附表 1 在 RS-232-C 中任何一条信号线的

6、电压均为负逻辑关系。即：逻 所示 辑 +3V （1）接口的信号内容 终端通讯中一般只使用 （2）接口的电气特性 “ 1 ”，-5 -15V ；逻辑“ 0” +5 +15V 。噪声容限为2V。即 要求接收器能识别低至 的信号作为逻辑“ 0”，高到-3V的信号作为逻辑“ 1” 接口的物理结构 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座，通常插头 在DCE端,插座在DTE端.一些设备与PC机连接的RS-232-C接口，因为不使用对方的传送 控制信号，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9 芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。 （4）传输电缆长

7、度 由RS-232C标准规定在码元畸变小于4%的情况下，传输电缆长度应为 50英尺，其实这个4%的码元畸变是很保守的，在实际应用中，约有99%的用户是按码元畸 变10-20%的范围工作的，所以实际使用中最大距离会远超过50英尺，美国DEC公司曾规 定允许码元畸变为10%而得出附表 2的实验结果。其中1号电缆为屏蔽电缆，型号为 DECP.NO.91O7723内有三对双绞线， 每对由22# AWG组成，其外覆以屏蔽网。2号电缆为 不带屏蔽的电缆。型号为DECP.NO.91O5856-O4是22#AWG的四芯电缆。 1. RS-232-C是美国电子工业协会 EIA （ Electronic Indu

8、stry Association ）制定的一种串行物理 接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总 线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道， 对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、 100、150、300、600、1200、2400、 4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有 2500pF的电容负载，通信距 离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离

9、为15m ;若每米电 缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送， 存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 3、RS485/422 （平衡信号） RS232、RS-422 与 RS485 的定义 一、RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会 （EIA ） 制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为 EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂 家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补 RS-232之不足而提出的。为 改进RS-232通信距离短、速率

10、低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提 高到10Mb/s，传输距离延长到 4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上 连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名 为TIA/EIA-422-A 标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了 RS-485 标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发 送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A 标准。由 于EIA提出的建议标准都是以“ RS”作为前缀，所以在通讯工

11、业领域，仍然习惯将上述标 准以RS作前缀称谓。 而不涉及接插件、电缆 因此在视频界的应用，许多厂家都 Sony与松下对录像 女0Louth、Odetis RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定， 或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。 建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的 机的RS-422控制协议是有差异的，视频服务器上的控制协议则更多了， 协议是公开的，而 ProLINK则是基于Profile上的。 二、RS-232串行接口标准 RS-232被定义为一种 目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。 在低

12、速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。 通讯。 收、发端的数据信号是相对于信号地，如从 时是2脚相对7脚（信号地）的电平。典型的 据时，发送端驱动器输出正电平在 +5+15V , RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端 DTE设备发出的数据在使用DB25连接器 RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数 负电平在-5-15V电平。当无数据传输时， 线上为TTL ,从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电 平。接收器典型的工作电平在 +3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V 至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，

13、其传送距离最大为约 15 米，最高速率为 20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其 驱动器负载为37k Q。所以RS-232适合本地设备之间的通信。 其有关电气参数参见表 规定 RS232 RS422F 485 工作方式 单端 差分 差分 节点数 1收1发 1发10收 1发32收 最大传输电缆长度 50英尺 400英尺 400英尺 最大传输速率 20Kb/S 10Mb/s 10Mb/s 最大驱动输出电压 +/-25V -0.25V +6V -7V +12V 驱动器输出信号电平（负载最小值）负载 +/-5V +/-15V +/-2.0V +/-1.5V 驱动器

14、输出信号电平（空载最大值）空载 +/-25V +/-6V +/-6V 驱动器负载阻抗（Q） 3K 7K 100 54 摆率（最大值） 30V/ 卩 s N/A N/A 接收器输入电压范围 +/-15V -10V +10V -7V +12V 接收器输入门限 +/-3V +/-200mV +/-200mV 接收器输入电阻（Q） 3K 7K 4K（最小） 12K 驱动器共模电压 -3V +3V -1V +3V -1V +3V 接收器共模电压 -7V +7V -7V +12V -7V +12V 1。 三、RS-422与RS-485串行接口标准 1.平衡传输 RS-422、RS-485 与 RS-232

15、 不一样, 数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它 使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。 通常情况下，发送驱动器 A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在 -26V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地 C,在RS-485中还有一 “使能”端，而在RS-422 中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能” 端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“ 1”与“0” 的第三态。 接收器也作与发送端相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将AA与BB对应相连，当 在收端AB之间有大于+200mV的电平时，输

16、出正逻辑电平，小于 -200mV时，输出负逻辑 电平。接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间。 2. RS-422电气规定 RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，它定义了接口电路的特性。 实际上还有一根信号地线，共5根线。由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232 更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个 主设备（Master）,其余为从设备（Salve）,从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多 的双向通信。接收器输入阻抗为4k，故发端最大负载能力是10X 4k+100 Q （终接电阻）。 RS-422四

17、线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任 何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线） 实现。 RS-422的最大传输距离为 4000英尺（约1219米），最大传输速率为 10Mb/s。其平衡 双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在 欢迎下载54 很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅 为 1Mb/s。 RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可 不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。

18、终接电阻接在传输电缆的最远端。 RS-422有关电气参数见表 1 3. RS-485电气规定 由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与 RS-422相 仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四 线方式，二线制可实现真正的多点双向通 而采用四线连接时，与 RS-422 一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（ Master） 设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进， 无论四线还是二线连接方式总线上可多接 到32个设备。 RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的， RS-485是-7V至

19、+ 12V之间， 而RS-422在-7V至+7V之间，RS-485接收器最小输入阻抗为 12k, RS-422是4k; RS-485 满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在 RS-422网络中应用。 RS-485有关电气规定参见表 1。 RS-485与RS-422 一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为 10Mb/s。平衡 双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。 只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为 RS-485需要2个终接电阻，其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传

20、输时可 不需终接电阻，即一般在 4、 干接点信号 干接点的定义：无源开关； 常见的干接点信号有： 1、各种开关如：限位开关、 2、各种按键； 3、各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传感器、玻 璃破碎、振动、烟雾和凝结传感器； 4、继电器、干簧管的输出； 有干接点就有湿接点。 湿接点的定义是：有源开关；具有有电和无电的2种状态； 常见的湿接点信号有： 1、如果把以上的干接点信号，接上电源，再跟电源的另外一极， 号；工业控制上，常用的湿接点的电压范围是 DC030V , 220V的输出也可以是湿接点，尽管这样做比较少； 2、把TTL电平输出作为湿接点， 例如：740

21、7、245、244 等，与 驱动远方的光耦。 3、NPN三极管的集电极输出和 4、达林顿管的集电极输出和 300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输总线的两端 1Mb/s。 具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性， 可以互换; 行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等; 2个接点之间有极性， 不能反接; 作为输出，就是湿接点信 比较标准的是 DC24V ； AC110 TTL电平需要带缓冲输出的, 也未尝不可；一般情况下， VCC等构成回路；244、245也可以跟gnd构成回路；才能 VCC ； VCC ； 5、红外反射传感器和对射传感器的输出； 在工业控制领域中，采用干接点

22、要远远多于湿接点，这是因为干接点没有极性带来的优点： 1、随便接入，降低工程成本和工程人员要求，提高工程速度 2、处理干接点开关量数量多 3、 连接干接点的导线即使长期短路既不会损坏本地的控制设备，也不会损坏远方的设备 2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换； 2种状态；2个接点之间有极性，不能反接 是一个开关加一个电源，闭合时有一定电压，不用检 4、接入容易，接口容易统一 换种说法： 干接点：无源开关；具有闭合和断开的 湿接点：有源开关；具有有电和无电的 干接点是对湿接点而言， 所谓湿接点， 测电路提供电流。干接点闭合时没有电压，电流靠检测电路提供。 我们所说的干接点通常是指无源接点也就是

23、接点不提供电源对于此接点来说电源是外供 的干接点和湿接点 干接点指的是纯粹的开关，就像一个继电器接点或手动的开关。两个状态是“通”和“断” 湿接点指的是串联了电源的干接点。两个状态是“有电压”和“高阻态” 干接点和湿接点的定义、使用场合和调理方法 干接点好像是俗称，但是，实际上，在工业控制领域中，已经是一个标准的名词了。 干接点的定义： 无源开关；具有闭合和断开的2种状态；2个接点之间没有极性，可以互换； 常见的干接点信号有： 1、各种开关如：限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等； 2、各种按键； 3、各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传

24、感器、玻 璃破碎、振动、烟雾和凝结传感器； 4、继电器、干簧管的输出； 有干接点就有湿接点。湿接点的定义是： 有源开关；具有有电和无电的2种状态；2个接点之间有极性，不能反接； 常见的湿接点信号有： 1、如果把以上的干接点信号，接上电源，再跟电源的另外一极，作为输出，就是湿接点 信号；工业控制上，常用的湿接点的电压范围是 DCO30V，比较标准的是 DC24V ;AC110 220V的输出也可以是湿接点，尽管这样做比较少； 2、 把TTL电平输出作为湿接点， 也未尝不可；一般情况下，TTL电平需要带缓冲输出的， 例如：7407、245、244等，与VCC等构成回路；244、245也可以跟gnd

25、构成回路；才能 驱动远方的光耦。 3、 4、 5、 NPN三极管的集电极输出和 VCC ； 达林顿管的集电极输出和 VCC ； 红外反射传感器和对射传感器的输出； 在工业控制领域中，采用干接点要远远多于湿接点，这是因为干接点没有极性带来的优点： 1、 2、 3、 4、 随便接入，降低工程成本和工程人员要求，提高工程速度 处理干接点开关量数量多 连接干接点的导线即使长期短路既不会损坏本地的控制设备，也不会损坏远方的设备 接入容易，接口容易统一 干接点和湿接点的调理方法： 采用光耦的光电隔离。 干接点的接入光耦，顺序如下： VCC 限流电阻 一光耦LED 干接点1 干接点2 GND 也可以： VC

26、C 干接点1 干接点2 限流电阻 一光耦LED GND 湿接点的接入光耦，顺序如下： 湿接点1 - 湿接点如果是 湿接点如果是 举一个研华的 限流电阻 -光耦LED 湿接点2 DC电源，如果湿接点1和2反了，显然打不开光耦； AC电源，可以相反； 8路继电器输出及8路隔离数字量输入卡 PCI-1760的例子说明干接点和湿接 “PCI-1760是一款PCI总线的继电器输出及隔离数字量输出卡。 2500VDC的隔离保护; 2个可由用户定义的隔离脉宽 LED指示灯，用来显示器 点已经是标准的名词了。 它有8路光隔离数字量输入，在噪声环境下为采集数字量输入提供 它带有8个继电器，可以用作开关控制式小型

27、电源断路开关。 调制PWM输出。为了便于监控，每个继电器都配有一个红色的 开/关状态。每个隔离输入都同时支持干接点和湿接点信号，这样到外部电路无电源时也能 对信号进行采集。” 3 .1 麻模块 皐干接点还是握接 参见下图： 注意: 1、 2、 1、 PCI-1760上有一个DC/DC的模块，模块的输出给干接点提供与PC隔离的电源； 采用跳线选择干接点还是湿接点输入； 模拟信号视频 非平衡信号与平衡信号 模拟信号在传输过程中，如果被直接传送就是非平衡信号，如果把信号反相，然后同时传送 反相的信号和原始信号，就叫做平衡信号，平衡信号送入差动放大器，原信号和反相位信号 相减，得到加强的原始信号， 由

28、于在传送中，两条线路受到的干扰差不多，在相减的过程中， 减掉了一样的干扰信号，因此更加抗干扰。这种在平衡式信号线中抑制两极导线中所共同有 的噪声的现象便称为共模抑制。所以平衡线路只需要在输入输出信号增加一个差动放大器就 可以实现。 -HR 丄 三、心片 1、封装 集成电路芯片的封装形式 自从美国In tel公司1971年设计制造出4位微处a理器芯片以来，在 20多年时间内，CPU 从 Intel4OO4、80286、80386、80486 发展到 Pentium 和 Pentium n,数位从 4 位、8 位、16 位、32位发展到64位;主频从几兆到今天的 400MHz以上，接近GHz;CP

29、U芯片里集成的晶 体管数由2000个跃升到500万个以上；半导体制造技术的规模由SSI、MSI、LSI、VLSI达 到ULSI。封装的输入/输出(I/O )引脚从几十根，逐渐增加到几百根，下世纪初可能达2 千根。这一切真是一个翻天覆地的变化。 286、386、486、Pentium、Pentium n、Celeron、K6、 对于CPU,读者已经很熟悉了， K6-2相信您可以如数家珍似地列出一长串。但谈到 CPU和其他大规模集成电路的封 装，知道的人未必很多。所谓封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳，它不仅起着安放、 固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电

30、路的桥 梁一一芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印制板上的导线与其 他器件建立连接。因此，封装对CPU和其他LSI集成电路都起着重要的作用。新一代CPU 的出现常常伴随着新的封装形式的使用。 芯片的封装技术已经历了好几代的变迁，从DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM , 技术指标一代比一代先进，包括芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，适用频率越来越 高，耐温性能越来越好，弓I脚数增多，弓I脚间距减小，重量减小，可靠性提高，使用更加方 便等等。 下面将对具体的封装形式作详细说明。 一、DIP封装 70年代流行的是双列直插封装，简称DIP (Dual I n-l

31、i ne P ackage)。DIP封装结构具有以下特 点： 1适合PCB的穿孔安装； 2. 比TO型封装(图1)易于对PCB布线； 3操作方便。 DIP封装结构形式有：多层陶瓷双列直插式DIP，单层陶瓷双列直插式DIP，引线框架式 DIP(含玻璃陶瓷封接式，塑料包封结构式，陶瓷低熔玻璃封装式 )，如图2所示。 衡量一个芯片封装技术先进与否的重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1 越好。以采用40根I/O引脚塑料包封双列直插式封装(PDIP)的CPU为例，其芯片面积/封装 面积=3 X 3/15.24 X 50=1 : 86，离1相差很远。不难看出，这种封装尺寸远比芯片大，说明封

32、装效率很低，占去了很多有效安装面积。 In tel公司这期间的 CPU如8086、80286都采用P DIP封装。 二、芯片载体封装 80年代出现了芯片载体封装，其中有陶瓷无引线芯片载体LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)、塑料有引线芯片载体P LCC( Plastic Leaded Ch ip Carrier)、小尺寸封装 SOP (Small PQFP(Plastic Quad Flat Package)，封装结构形式如 QFP封装的CPU为例，外形尺寸 28X 28mm，芯 =10X 10/28 X 28=1 : 7.8，由此可见 QFP 比 DIP 的

33、 Outline Package)、塑料四边引出扁平封装 图3、图4和图5所示。 以0.5mm焊区中心距，208根I/O引脚的 片尺寸10X 10mm，则芯片面积/封装面积 封装尺寸大大减小。QFP的特点是： 1. 适合用SMT表面安装技术在PCB上安装布线； 2. 封装外形尺寸小，寄生参数减小，适合高频应用； 3. 操作方便； 4. 可靠性高。 PQFP。 在这期间，In tel公司的CPU,如In tel 80386就采用塑料四边引出扁平封装 三、BGA封装 LSI、VLSI、ULSI 相继 I/O引脚数急剧增加，功 又增添了新的品种一一球栅阵 90年代随着集成技术的进步、设备的改进和深亚

34、微米技术的使用， 出现，硅单芯片集成度不断提高，对集成电路封装要求更加严格， 耗也随之增大。为满足发展的需要，在原有封装品种基础上， 列封装，简称 BGA(Ball Grid Array Package)。如图 6 所示。 BGA 一出现便成为 CPU、南北桥等 VLSI芯片的高密度、高性能、多功能及高I/O引脚封 装的最佳选择。其特点有： 1.I/O引脚数虽然增多，但引脚间距远大于QFP,从而提高了组装成品率； 2. 虽然它的功耗增加，但BGA能用可控塌陷芯片法焊接，简称C4焊接，从而可以改善它的 电热性能： 3. 厚度比QFP减少1/2以上，重量减轻 3/4以上； 4. 寄生参数减小，信号

35、传输延迟小，使用频率大大提高； 5. 组装可用共面焊接，可靠性高； 6. BGA封装仍与QFP、PGA 样，占用基板面积过大； 芯片，如 CBGA , In tel公司对这种集成度很高(单芯片里达300万只以上晶体管)，功耗很大的CPU Pentium、Pentium Pro、Pentium n采用陶瓷针栅阵列封装 CPGA和陶瓷球栅阵列封装 并在外壳上安装微型排风扇散热，从而达到电路的稳定可靠工作。 四、面向未来的新的封装技术 0.5mm 焊 BGA封装比QFP先进，更比PGA好，但它的芯片面积/封装面积的比值仍很低。 Tessera公司在BGA基础上做了改进，研制出另一种称为卩BGA的封装

36、技术，按 区中心距，芯片面积/封装面积的比为1:4，比BGA前进了一大步。 1994年9月日本三菱电气研究出一种芯片面积/封装面积=1:1.1的封装结构，其封装外形尺 寸只比裸芯片大一点点。也就是说，单个IC芯片有多大，封装尺寸就有多大，从而诞生了 一种新的封装形式，命名为芯片尺寸封装，简称CSP( Ch ip Size P ackage或Chi p Scale Package)。 CSP封装具有以下特点： 1. 满足了 LSI芯片引出脚不断增加的需要； 2. 解决了 IC裸芯片不能进行交流参数测试和老化筛选的问题； 3. 封装面积缩小到 BGA的1/4至1/10，延迟时间缩小到极短。 曾有人

37、想，当单芯片一时还达不到多种芯片的集成度时，能否将高集成度、高性能、高可靠 的CSP芯片(用LSI或IC)和专用集成电路芯片(ASIC)在高密度多层互联基板上用表面安装 技术(SMT)组装成为多种多样电子组件、子系统或系统。由这种想法产生出多芯片组件 MCM(Multi Chip Model)。它将对现代化的计算机、自动化、通讯业等领域产生重大影响。 MCM的特点有： 1. 封装延迟时间缩小，易于实现组件高速化 ； 2. 缩小整机/组件封装尺寸和重量，一般体积减小1/4,重量减轻1/3; 3. 可靠性大大提高。 随着LSI设计技术和工艺的进步及深亚微米技术和微细化缩小芯片尺寸等技术的使用，人们

38、 产生了将多个LSI芯片组装在一个精密多层布线的外壳内形成MCM产品的想法。进一步又 产生另一种想法：把多种芯片的电路集成在一个大圆片上，从而又导致了封装由单个小芯片 级转向硅圆片级(wafer level)封装的变革，由此引出系统级芯片SOC(System On Chip)和电脑 级芯片 PCOC(PC On Chip)。 随着CPU和其他ULSI电路的进步，集成电路的封装形式也将有相应的发展，而封装形式 的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。 芯片封装形式 封装形式是指安装半导体集成电路芯片用的外壳。它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片 及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用

39、导线连接到封装外壳的引脚上， 这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接。衡量一个芯片封装技术先进与否的 重要指标是芯片面积与封装面积之比，这个比值越接近1越好。 TO DI P LCC QFP BGA CS P; 金属、陶瓷- 陶瓷、塑料 塑料； 长引线直插一 短引线或无引线贴装一 球状凸点; 通孔插装 表面组装 直接安装。 封装大致经过了如下发展进程： 结构方面： 材料方面： 引脚形状： 装配方式： DIP-Double In-line Package-双列直插式封装。插装型封装之一，引脚从封装两侧引出，封 装材料有塑料和陶瓷两种。DIP是最普及的插装型封装，应用范围包括标准逻辑IC

40、,存贮 器LSI，微机电路等。 PLCC-Plastic Leaded Chip Carrier-PLCC 封装方式，外形呈正方形，32脚封装，四周都有管 脚，外形尺寸比DIP封装小得多。PLCC封装适合用SMT表面安装技术在 PCB上安装布线， 具有外形尺寸小、可靠性高的优点。 PQFP-Plastic Quad Flat Package-PQFP封装的芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规 模或超大规模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在100以上。 SOP-Small Outline Package-19681969年菲为浦公司就开发出小外形封装 （SOP）。以后逐 渐派生出SO

41、J （J型引脚小外形封装）、TSOP （薄小外形封装）、VSOP （甚小外形封装）、 SSOP （缩小型SOP）、TSSOP （薄的缩小型 SOP）及SOT （小外形晶体管）、SOIC （小外形 集成电路）等。 2、 TTL 3、 TTL 4、 7407 集电极开路六正相驱动器 7404 集电极开路六反相驱动器 7400 双路输入四与非门 5、74LS573 双路输入四与非门 6、 7、 8 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15、 16、 17、 18 四、 ULN2003 74LS244 74LS240 74LS245 74LS138/238 CP LD(E PM 7128)

42、1161 max691 max485/75176 mc1489 mc1488 ICL232/max232 89C51 分立器件 相对于微机型的成套电子设备而言的。 我国很多行业在 90年代前使用的电子设备，包括控制、保护设备等大都是分立元件的。主 要是以电阻、电容、线圈乃至更老的晶体管器件所组成的。而目前这些设备的微机化改造已 经基本完成了。是以集成芯片为主的，其精度和运行的可靠性大大增强了 1、 2、 3、 1) 封装 电阻：功耗和容值 电容 独石电容 2）瓷片电容 3) 电解电容 【电容专题】什么是 CBB电容，独石电容，电解电容？ 1、聚酯（涤纶）电容（CL） 电容量：40 p-4u 额

43、定电压：63-630V 主要特点：小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差 应用：对稳定性和损耗要求不高的低频电路 2、聚苯乙烯电容（CB） 电容量：10 p-1u 额定电压：100V-30KV 主要特点：稳定，低损耗，体积较大 应用：对稳定性和损耗要求较高的电路 3、聚丙烯电容（CBB） 电容量：1000P-10U 额定电压：63-2000V 主要特点：性能与聚苯相似但体积小，稳定性略差 应用：代替大部分聚苯或云母电容，用于要求较高的电路 4、云母电容（CY） 电容量：10 P-0。1u 额定电压：100V-7kV 主要特点：高稳定性，高可靠性，温度系数小 应用：高频振荡，脉冲等要求较高的电路 5

44、、高频瓷介电容（CC） 电容量：1-6800P 额定电压：63-500V 主要特点：高频损耗小，稳定性好 应用：高频电路 6、低频瓷介电容（CT） 电容量：10p-4.7u 额定电压：50V-100V 主要特点：体积小，价廉，损耗大，稳定性差 应用：要求不高的低频电路 7、玻璃釉电容（CI） 电容量：10p-0.1u 额定电压：63-400V 200 度) 主要特点：稳定性较好，损耗小，耐高温（ 应用：脉冲、耦合、旁路等电路 8、空气介质可变电容器 可变电容量：100-1500P 主要特点：损耗小，效率高；可根据要求制成直线式、直线波长式、直线频率式及对数式等 应用：电子仪器，广播电视设备等

45、9、薄膜介质可变电容器 可变电容量：15-550P 主要特点：体积小，重量轻；损耗比空气介质的大 应用：通讯，广播接收机等 10、薄膜介质微调电容器 可变电容量：1-29 P 主要特点：损耗较大，体积小 应用：收录机，电子仪器等电路作电路补偿 11、陶瓷介质微调电容器 可变电容量：0。3-22p 主要特点：损耗较小，体积较小 应用：精密调谐的高频振荡回路 12、独石电容 容量范围：0.5 PF-1UF 耐压：二倍额定电压 ，温度系数很高 ，各种小型电子设备作谐振、耦合、滤波、旁路。 I型性能挺好，但容量小，一般小于0.2U，另一种叫 主要特点：电容量大、体积小、可靠性高、电容量稳定，耐高温耐湿

46、性好 应用范围：广泛应用于电子精密仪器 独石又叫多层瓷介电容，分两种类型， II型，容量大，但性能一般。 13、铝电解电容 电容量：0.47-10000U 额定电压：6.3-450V 漏电大 主要特点：体积小，容量大，损耗大， 应用：电源滤波，低频耦合，去耦，旁路等 14、钽电解电容（CA）铌电解电容（CN） 电容量：0.1-1000U 额定电压：6.3-125V 主要特点：损耗、漏电小于铝电解电容 应用：在要求高的电路中代替铝电解电容 摘录电解电容厂家的“铝电解电容器适用指南”如下： 一.电路设计 （1）铝电解电容分正负极，不得加反向电压和交流电压，对可能出现反向电压的地方应使 用无极性电容

47、。 （2）对需要快速充放电的地方，不应使用铝电解电容器，应选择特别设计的具有较长寿命 的电容器。 （3）不应使用过载电压 （4 ）流电压与纹波电压叠加后的峰值电压低于额定值。 （5）两个以上电解电容串联的时候要考虑使用平衡电阻器，使得各个电容上的电压在其额 定的范围内。 （6） 设计电路板时，应注意电容防爆阀上端不得有任何线路，并应留出2mm以上的空隙。 （7） 电解也主要化学溶剂及电解纸为易燃物，且电解液导电。当电解液与pc板接触时，可 能腐蚀pc板上的线路。，以致生烟或着火。因此在电解电容下面不应有任何线路。 （8）设计线路板向背应确认发热元器件不靠近铝电解电容或者电解电容的下面。 铝电解

48、电容与钽电解电容 感抗、 铝电解电容的容体比较大，串联电阻较大，感抗较大，对温度敏感。它适用于温度变化不大、 工作频率不高（不高于 25kHz）的场合，可用于低频滤波。铝电解电容具有极性，安装时必 须保证正确的极性，否则有爆炸的危险。与铝电解电容相比，钽电解电容在串联电阻、 对温度的稳定性等方面都有明显的优势。但是，它的工作电压较低。 纸介电容和聚酯薄膜电容 1MHz 可把其 其容体比较小，串联电阻小，感抗值较大。它适用于电容量不大、工作频率不高（如 以下）的场合，可用于低频滤波和旁路。使用管型纸介电容器或聚酯薄膜电容器时， 外壳与参考地相连，以使其外壳能起到屏蔽的作用而减少电场耦合的影响。

49、云母和陶瓷电容 工作频 率高（频率可达500MHz ）的场合，用于高频滤波、旁路、去耦。但这类电容承受瞬态高压 脉冲能力较弱，因此不能将它随便跨接在低阻电源线上，除非是特殊设计的。 聚苯乙烯电容器 其串联电阻小，电感值小，电容量相对时间、温度、电压很稳定。它适用于要求频率稳定性 高的场合，可用于高频滤波、旁路、去耦。 就温漂而言，独石为正温糸数 +130左右,CBB为负温系数-230,用适当比例并联使用，可使温 漂降到很小。 就价格而言，钽,铌电容最贵，独石,CBB较便宜，瓷片最低，但有种高频零温漂黑点瓷片稍贵 云母电容Q值较高，价格也稍贵。 各种电容的优缺点 名称极性 其容体比很小，串联电阻

50、小，电感值小，频率/容量特性稳定。它适用于电容量小、 无无感CBB电 容 无 2层聚丙乙烯塑料和 2层金属箔交替夹杂然 后捆绑而成。无感，高频特性好，体积较小 不适合做大容量，价格 比较高，耐热性能较差 瓷片电容 无 薄瓷片两面渡金属膜银而成。体积小，耐 压咼，价格低，频率咼（有一种是咼频电容） 易碎！容量低 CBB电容 无 2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后 捆绑而成。有感，咼频特性好 不适合做大容量，价格 比较咼，耐热性能较差 云母电容 无 云母片上镀两层金属薄膜容易生产，技术 含量低 体积大，容量小，（几 乎没有用了） 独石电容 无 体积比CBB更小。有感，高频特性好 不适合做大容量

51、，价格 比较高，耐热性能较差 电解电容 有 两片铝带和两层绝缘膜相互层叠，转捆后浸 泡在电解液（含酸性的合成溶液）中。容量 大 高频特性不好 钽电容 有 金属钽作为正极，在电解质外喷上金属作为 负极。 稳定性好，容量大，咼频特性好 造价高（一般用于关键 地方） 优点 缺点 4、电感 在电路中，当电流流过导体时，会产生电磁场，电磁场的大小除以电流的大小就是电感, 电感的定义是L=phi/i,单位是韦伯 电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。给一个线圈通入电流，线圈周围就会 产生磁场，线圈就有磁通量通过。通入线圈的电源越大，磁场就越强，通过线圈的磁通量就 越大。实验证明，通过线圈的磁通量和通入的

52、电流是成正比的，它们的比值叫做自感系数， 也叫做电感。如果通过线圈的磁通量用0表示，电流用I表示，电感用L表示，那么L = 0 /1 电感的单位是亨（H）,也常用毫亨（mH ）或微亨（uH ）做单位。1H=1000mH , 1H=1000000uH。 电感只能对非稳恒电流起作用，它的特点两端电压正比于通过他的电流的瞬时变化 率（导数），比例系数就是它的“自感” 电感起作用的原因是它在通过非稳恒电流时产生变化的磁场，而这个磁场又会反过 来影响电流，所以，这么说来，任何一个导体，只要它通过非稳恒电流，就会产生变化的磁 场，就会反过来影响电流，所以任何导体都会有自感现象产生 在主板上可以看到很多铜线

53、缠绕的线圈，这个线圈就叫电感，电感主要分为磁心电 感和空心电感两种， 磁心电感电感量大常用在滤波电路，空心电感电感量较小， 常用于高频 电路。 电感的特性与电容的特性正好相反，它具有阻止交流电通过而让直流电顺利通过的 特性。电感的特性是通直流、阻交流，频率越高，线圈阻抗越大。电感器在电路中经常和电 容一起工作，构成 LC滤波器、LC振荡器等。另外，人们还利用电感的特性，制造了阻流 圈、变压器、继电器等。 【电感器的种类】 按照外形，电感器可分为空心电感器（空心线圈）与实心电感器（实心线圈）。按照工作性 质，电感器可分为高频电感器（各种天线线圈、振荡线圈）和低频电感器（各种扼流圈、滤波线 圈等）

54、。按照封装形式，电感器可分为普通电感器、色环电感器、环氧树脂电感器、贴片电 感器等。按照电感量，电感器可分为固定电感器和可调电感器。 电感的作用：通直流，阻交流 通直流：所谓通直流就是指在直流电路中 ，电感的作用就相当于一根导线 ，不起任何作用. 阻交流:在交流电路中，电感会有阻抗，即XL,整个电路的电流会变小，对交流有一定的阻碍作 用 5、电源转换模块 交直流变化电压变换 6、 7、 8 9、 接线端子 LED发光管 8字（共阳和共阴） 三极管2N5551 硅NPN型小功率高频三极管 10、 五、 1、 2、 3、 八、 1、 蜂鸣器 单片机最小系统 单片机 看门狗和上电复位电路 晶振和瓷片

55、电容/电阻 串行接口芯片 eeprom 记忆存储器 2、串行I/O接口芯片 3、串行 AD、DA 本文简单介绍 MAXIM公司生产的串行 AD芯片MAX1241及串行DA芯片MAX539的接 口及编程，并简要介绍SPI总线的使用方法。 关键词：串行 AD;串行DA;SPI总线 芯片介绍 MAX1241是低功耗,12位串行模数转换器，共有8个管脚，工作电压为+2.7+5.5V,连续 AD转换时间为7.5卩S,跟踪时间为1.5卩S,片上自备时钟及采样保持电路。在芯片以73ksps 最大采样速率工作时，消耗功率仅为37mw(Vdd=3V)。关闭模式也可以降低功耗，但这时传输 速率也会降低。 MAX1

56、241需要一个外部参考电压，参考电压输入范围一般为 的电压范围为02.5V,输入电压过大会烧掉芯片，一般不应超过 MAX1241具有一个 3线连续接口 ，直接与微控制器的 MICROWIRE 接口相兼容。 SPI接口是一种三线制接口 0 2.5V,MAX1241 能接收 3V。 I/O 口相连，并与SPI和 ，这三线分别是片选线 DOUT,时钟信号线SCLKoSCLK的下降沿输出数据，数据位为先高后低依次出现。 内部结构如图1所示。 当把MAX1241的模式控制端 SHDN置低时,芯片处于关闭模式或称休眠模式 CS,数据线 MAX1241 ，此时工作 电流低于15卩A,置高后，它能在4卩s内从

57、休眠状态转到工作状态。如不使用 或悬空。 ，可以接高电平 EG L 更 转化过程 1V-1I 在开始加电20ms内不要有任何转换工作。将CS置低电平后，开始转化。 沿,采样保持电路进入保持状态 ，而且转化正式开始，经过一段内部转化时间后 志是Dout信号置高。数据然后能在外部时钟的作用下依次送出。 在CS的下降 ,转化结束的标 雅一 ill 操作过程 I/O接口去拉低CS,保持SCLK低电平。 DOUT是否为高电平来决定转换是否结束。 CPU上的一个通用 使用 等待最大转换时间或查询 转换结束后，在SCLK的下降沿开始DOUT数据输出。 在第13个脉冲将CS置高，如果CS继续保持低电平，以下输

58、出数据为0。 在开始一次新的转换之前，等待最小规定时间tcs,这期间CS应为高电平。如果在转 换过程中通过拉高CS来放弃转换，在开始一段新的转换之前，也要等待一段时间（tacq）。CS 必须在所有数据转换结束前一直保持低电平。 ,接口标准也符 ，应用电路如 MAX1241的典型应用电路如图 2所示。 MAX539是12位串行DA转换芯片，其使用方法与 MAX1241大致相同 合SPI总线标准,MAX539的内部增益为2,因此其输入与输出的关系如下表所示 图3所示。 输入 输出 1111 1111 1111 2*REF*4095/4096 1000 0000 0001 2*ref*2049/40

59、96 0000 0000 0000 2*ref*2048/4096 0000 0000 0000 OV 0000 0000 0001 2*REF/4096 0111 1111 1111 2*ref*2047/4096 4、串行 LED 驱动、max7129 ，采用3线串 MAX7219是美国MAXIM （美信）公司推出的多位LED显示驱动器 行接口传送数据，可直接与单片机接口 ，用户能方便修改其内部参数 ，以实现多位LED显示。 它内含硬件动态扫描显示控制 ，每枚芯片可驱动8个LED数码管。显然，它可直接驱动6 4 段LED条形图显示器。当多片MAX7219级联时，可控制更多的LED。显示的数

60、据 通过单片机数据处理后，送给MAX7219显示。当然，也完全可以将MAX7219的一 部分用于条形图显示，一部分用于其他显示（如数字和字母等）。 1. 内部逻辑结构 它主要由8个数位寄存器和6个控制寄存器组成： 1）数位寄存器70:它决定该位LED显示内容。 2）译码方式寄存器：它决定数位寄存器的译码方式，它的每一位对应一个数位。其中 ，1代 表B码方式；0表示不译方式。若用于驱动LED数码管 ，应将数位寄存器设置为B码方式 : 当用于驱动条形图显示器时，应设置为不译码方式。 3）扫描位数寄存器：设置显示数据位的个数。该寄存器的D2D0 （低三位）指定要扫 描的位数，支持07位，各数位均以1