张飞实战电⼦硬件⼯程师90天学习资料及笔记汇总
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项⽬⼀ 门控开关，⽤于电柜的LED灯
对负载供电使⽤电容滤波（储能放电），会是负载电压更稳定，进⽽负载⼯作稳定 计算电容等器件的容量时，要留有余量，如电容实际容量可取计算容量的5倍甚⾄10倍，这样器件不会“满载⼯作”，系统使⽤寿命可⼤⼤延长；
当负载电流<100mA或500mA，滤波电容可以使⽤220uF或330uF 如电容实际电压值可取计算值的1.5倍甚⾄2倍，如电容电压典型值有10V，16V，25V，35V。
⼩容量电容：贴⽚电容，瓷⽚电容，滤⾼频波，⽆极性，⼏pF-⼏百nF；
⼤容量电容：电解电容，精度低，过滤低频波，有极性；⼤⼩电容也常组合使⽤。
电阻相关：
电阻选型：
限流作⽤：⼀般电阻较⼤，且会留有限制电流余量，精度不⾼5%可以使⽤
分压作⽤：要求1%的电阻精度，否则正负偏差5%会导致分压不准，产⽣错误
2.LED⼯作电压：
3.3V，⼯作电流3.3-10mA，电流越⼤led灯就越亮
3.三极管导通状态下压差（压降）0.7V左右，计算电路电压，每过⼀个⼆极管，电压下降0.7V 4.AC交流电压值：220V，110V，24V，14V，16V
半波整流：频率等于电源频率50HZ，全波整流：频率为2倍电源频率100HZ
直流变直流（DC-DC）：开关式⽅式：效率⾼70%，结构复杂成本⾼；线性⽅式：成本低，简单，适⽤于⼩功率，⼤功率存在发热功耗⼤等问题
LM7815芯⽚：线性降压⽅式，⼀定电压范围输⼊，稳定15V输出
LM7805芯⽚：线性降压⽅式，⼀定电压范围输⼊，稳定5V输出；当流过电流为1A，要求功率P<1W或2W，否则会发热，需要加散热⽚等。压降10V以内可使⽤1个7805，当压降>10V，使⽤7815再使⽤7805，保证不会发热严重等，电源系统更稳定可靠。流过电流
<500mA也可以使⽤LM78L05。
项⽬四
设计流程：实现功能性——考虑可靠性——考虑缺陷——简化——考虑可靠性，缺陷
推挽电路：将1个N型三极管和P型三极管的B级和E级对应连接，则在同⼀时刻，D1和D2不会同时导通。经典的驱动电路：提⾼I，即驱动能⼒，电压跟随，电流放⼤。
⼩功率/⼩电流电路：三极管，Mos管；⼤功率/⼤电流电路：Mos管，原因是Rce远远⼤于Rds，倒是电流较⼤情况下功耗很⼤。
张飞三⼤定律：
源，回路，阻抗；
电路设计过程就是波形整形；
数字信号和模拟信号研究的本质是斜率；
第17部，18部，19部
51单⽚机：Inter内核； 32单⽚机：ARM内核：ARM7/9/11，context arm12
ARM系例：
Contex A：运⾏IOS系统，应⽤于⼿机，电视，机顶盒，打印机等
Contex B：⽀持实时时钟系统，基带，汽车，⼯业，医疗等
Contex C：MCU，各种中低端产品
CPU内部介绍：
Flash memory：闪存，以区块存储，不能以字节形式擦写，只能以块形式擦写，掉电不丢失
EEPROM：以单个字节存储，掉电不丢失
RAM：掉电丢失，上电情况下才能保存数据； SRAM：速度快于RAM，由晶体管制作； DRAM：速度低于RAM
DMA：直接内存访问，减少中断，减少数据的丢失
Ethernet：以太⽹，是⼀种技术标准
PWM I/O⼝ ADC DAC RTC：实时时钟，应⽤于万年历等⾼精度时钟要求
同步串⾏通信：波特率越⾼，速度越快，要求传输线短，减⼩出错⼏率
异步通信：时钟有偏差，偏差不能太⼤，否则数据传输会出错
UART：异步串⾏通信：数据量⼤，速度块，特点是通信线路简单，利⽤简单的线缆就可实现通信，降低成本，适⽤于远距离通信，但传输速度慢的应⽤场合。
SPI：同步串⼝通信，数据量⼩，速度较慢，SPI是⼀种⾼速的，全双⼯，同步的通信总线，并且在芯⽚的管脚上只占⽤四根线，节约了芯⽚的管脚
木薯干附详细介绍：链接⼀ 链接⼆
单⽚机：TTL电平；⾼3.3V/5V；低0V
电脑：负逻辑电平，⾼-12V到-5V，低+5V到+12V
单⽚机外部晶振电路，16MHZ晶振匹配的起振电容有12Pf2和20pF2，最好选择12pF，因为20pF在⼀些条件下会出问题。
单⽚机的I/O⼝在没有上电的情况下是⼀个⾼阻态
如果单⽚机的I/O电流超过，会引起单⽚机复位，且单⽚机I/O⼝容易损坏。
IC电压不稳定/偏低，导致的结果：
外围电路混乱：V/F：电路F变化，PWM； V/I：电路电流会变化 元器件：继电器，变压器等都会受影响
芯⽚内部不稳定：指针乱跑；存储设备数据损坏
针对IC的输⼊电压不稳定，有⽋压保护电路：
1.当Vcc低于3.7V，IC不⼯作
2.当VCC低于
3.7V才能⼯作，初始必须⾼于5V
单⽚机外围电路的设计即是嵌⼊式设计⼯作内容
电路耐冲击测试：⾼频次通断电-电容的放电-电容充放电延时带来的影响
绘制原理图时，不同地（数字地和模拟地）之间可以串接0欧姆的贴⽚电阻（⼤封装，必须是贴⽚电阻，贴⽚电阻的感抗相⽐插件电阻⾮常⼩；电流⼤时可以使⽤多个串联）
Timer 时钟，晶振
内部晶振：优点：采⽤RC震荡，不⽤外部电路，电路结构简单便宜
缺点：F容易受T影响（⽣产的RC数值有差异，批次间有差异）
外部晶振：优点：精度⾼，不受T影响；缺点：结构复杂，成本⾼；同步通信必须采⽤外部晶振，保证通信的时钟信号⾜够准确，不会出错。
⽆⼈机设计项⽬硬件资源分析
⽆⼈机搭配的传感器：⼤⽓压，GPS，地磁，光流，超声波，红外，摄像头，红外
AD转换1：针对马达（分为直流⽆刷马达和直流有刷马达），电流保护，防⽌超负荷⼯作，模拟量
AD转换2：针对电池，电压保护，不能过放，模拟量
马达驱动器：也成为控制器，调速器；PWM⽅式实现电压载波调制，四个马达独⽴速度检测
电源 PCB电源由外部电源输⼊： 交流⾼压转直流⾼压；直流⾼压转直流低压⼀般⽤BUCK电路（效率⽐较⾼，功耗相对较低，允许压差范围⼤，成本⾼），若⽤LDO电路（这种⽅式的输⼊电压和输出电压压差⼩，若压差过⼤会导致功耗过⼤）
晶振电路 复位电路 单⽚机最⼩系统电路：电源，复位电路，晶振电路，
烧录程序接⼝电路
4个led，2个绿⾊led飞机前端，2个绿⾊led飞机后端；1 个蓝⾊led作为信号绑定指⽰，由接收机控制；1个蓝⾊led作为预留扩展或程序调试验证⽤
遥控器通讯：1，红外；2，射频：2.4GHZ蓝⽛（连接⼿机APP，数据量⽐较⼤，传输距离相对更近）；2.4GHZ射频（对应遥控器；传输数据量⼩，距离相对较远）。射频芯⽚：NRF5182（也是个简单的单⽚机，M0，M3的核）
六轴传感器6500，⽀持SPI通信 I2C通信；6050只有SPI通信，没有I2C通信
地⾯站，上位机软件，将各种传感器的数据传输到上位机，供使⽤者定性分析-USB
可升级性：UART：PS，光流，像头，红外
I2C：地磁，⽓压
SPI：光流
PWM：声波，输⼊捕捉
单⽚机资源分析：AD1，AD2，震荡引脚，复位引脚，烧录程序接⼝，4个PWM， 3个I2C，输⼊I/0等等。共计使⽤44引脚
元器件选型 单⽚机选型：STM32F373CCT6 （2.0-3.6V，）
阅读单⽚机的datasheet
绘制原理图
电源部分：
多媒体教学系统1.1长线会有感抗，长线两端均要放置电容，放置电容电流增⼤，相当于内阻输⼊减⼩，电功率增⼤，电压不变；Layout时候电容紧挨着器件的引脚。电容容量不够多个并联。
1.2 ⼤⾯积覆铜加快散热，线性降压LDO
单⽚机最⼩系统
1.1 电容⼤的好处：⼯作更稳定，程序跑起来更稳定；对⾛线要求降低了
1.2 输⼊端电容紧挨着器件的输⼊引脚
如果画原理图的⼈和Layout的不是同⼀⼈，注意元器件都要摆放在正确的位置。
注意⼀个部分的输出⼀个地，单点接地。
两根地线相连使⽤0欧姆贴⽚⽆感电阻，减⼩差分⼲扰，减少震荡。电阻使⽤⼤封装，位置要靠近稳压滤波电容（电源电路的电容）
I/O⼝外部电阻的阻抗选型要偏⼤，再外加⾼压的故障情况下，电阻起到保险丝的作⽤，保护I/O⼝，保护IC
电压与电流相⽐，电流过载更容易将单⽚机损坏
数字电路的内阻⽐较⼤
烧录⼝焊盘要靠近IC，减⼩⾛线引起的阻抗，减⼩出错率；串接电阻保护I/O⼝，但是时钟信号串接电阻不能太⼤，会影响周期，可能烧写程序出错
普通⽤户常⽤BOOTO为1，烧写程序到Flashmemory
输⼊内阻⼤的引脚容易受⼲扰，可以通过加电容并让电容尽量靠近引脚，从⽽减少⼲扰。（如复位引脚，AD输⼊引脚）
设计马达驱动电路
阻塞密度
直流有刷马达选型：电流约2A，电压3-4.2V，功率相对不变-电压变⼤电流就变⼩，反之亦然
选N型MOSFET管原因：三极管功耗太⼤，P管相⽐N管存在价格⾼，电流低，种类少的缺点。选型依据：电压，电流，Ugs，Rdson，封装，出货量，库存，供货周期，价格
封装⼩，SOT-23，Ids电流4A，耐压为20V，Ugs=0.4-1V，Rdson=90-120毫欧
PWM给马达调速，针对有刷马达⽽⾔：马达的平均电流⼤则马达的扭矩⼤，转速⾼
马达OFF器件的续流回路中，马达是相当于⼀个电流源，马达-电感-电流；马达并联⼀个⼆极管作为续流回路，放电回路。 马达（电感）在续流器件钳位电压（⼆极管压降）越低，则续流时间越长（慢续流⽅式）；实现快放电（快续流⽅式）：给⼆极管串接⼀个电容，如下图：
⼆极管：ESS2J
马达位置在四周，距离电池电源较远，⾛线很长，会有较⼤感抗，影响电流；故在马达附近增加⼀个10uf电容，连接马达附近的Vbat和地。注意：马达（⼤电流类型）电路的地要连接在⼀起且尽量靠近，使得回路尽量的短， 减少⾼频⼤电流产⽣的污染源。
实验结论：当载波频率⼩于10KHZ时，马达会有电磁噪⾳；当载波频率⼤于15KHZ时，马达的电磁噪⾳会超出⼈⽿听⼒范围
PWM模块总共⼏路？每路由什么定时器控制？
输⼊捕获，输出⽐较，PWM 单脉冲输出；频率可调，占空⽐可变；17ps8
EMI：测试不容易通过的主要是：⾮线性负载（电感，电机）
改变相位⽤电容，增加阻抗⽤电阻，
电容充放电可以放成负压
在安全级别⾼的应⽤场合，不提倡直接使⽤单⽚机I/O⼝驱动MOSFET：单⽚机I/O驱动能⼒不够，即单⽚机的驱动阈值电压太低。正常情况下，单⽚机的I/O⼝经过预驱的功率放⼤后驱动MOSFET。
设计六轴陀螺仪部分电路MPU-6500
使⽤I2C通信；传感器的地要与单⽚机的地相接，数据传输。
LED模块
单⽚机I/O⼝电流驱动时⼀般⽤吸电流，即I/O⼝为低led灯亮；输出⽅式为图腾柱输出，推挽输出。
红led压降为2V；绿⾊蓝⾊led压降为3V
三极管可以⽤来滤波，实验得出：b极到e极⼩于1us波峰的⽑刺不能通过，
接收机电路
NRF51882，蓝⽛射频双模。使⽤的是射频
PCB设计相关：
降低温度的⽅法：风能加快散热；铺铜，对地铺铜；改变器件封装
第六部开关电源
电源按不同⽅式分为许多类型：有电压源/电流源；有直流/交流电源，有线性/开关电源；有升压电源/降压电源/升压降压电源。
LDO（线性电源）：利⽤电⼦器件使⾃⾝承受多余的电压实现；功率越⾼，效率越低，功率约低效率越⾼；适⽤于⼩电流，⼩功率负载，压降⼩的场合
开关电源：实现⾼效率，能⽤于⼤功率场合
水辊清洗剂⾼压降为低压的电源电路(BUCK电路)：通过控制电⼦开关的开关来改变电压，
开关过程对输出电压有影响，
负载是⼀直在波动的，
输⼊电压对输出电压有影响。
调节⼀次所需要的时间T即周期越短，同样单位时间⾥调节的次数(即频率越⼤)越多，输出电压波动就越⼩，
MOS管的损耗：1.开关损耗（包括开通损耗和关断损耗）2.导通损耗：导通损耗与负载电流成正⽐
特点：在频率较⾼的情况下，开关损耗占⽐相对⽐较⼤；反之⽐较⼩。
IGBT开关器件：
防辐射口罩特点：导通电流⽐较⼤；导通速度⽐较慢；导通压降为定值。开关速度慢即频率低，那它的“体积”就⼤，频率与体积成反⽐。
对开关器件⽽⾔，频率越⾼，开关损耗越⼤，温升越⾼。⽽温升过⼤⼜会影响器件的寿命，器件温度每升⾼10度，其可靠性下降⼀倍。
在BUCK电路中，使⽤电容的作⽤：1.使负载电压相对稳定；2.输出电压为想要的电压；3.在电⼦开关关断后，电容能够维持负载⼯作⼀⼩段时间。在开关刚开通时，电容电压为0，此时电容相当于短路，电流⾮常⼤，理论上为⽆穷⼤，实际为⼀个较⼤的定值，此时的电流称为浪涌电流，会烧坏开关等器件，不利于电路的稳定及寿命。此时在输出端串接电阻可以起到限流作⽤，但是电阻会消耗功率，会产⽣压降，此时需要寻⼀个器件：既能起到阻碍电流变化，⼜能有电抗的特性，这个器件就
是电感。
电感是能够阻碍电流变化的器件，且具有电抗特性，在理想状态下，其内阻为0，不消耗功率。
电感上的电压激变，⽽电容两端的电压⼜不激变，所以负载两端的电压仍是稳定的。但是在开关关断的短时间内右正左负的电压，且该电压随着电路中电流的越来越⼩⽽变得越来越⼤，电压经负载回到电源的负极再到电⼦开关，这个过程中电感电压可能会产⽣电弧，烧坏器件，影响电路的稳定。
电感与电容的特点：
电感上的电流是不能突变的
电感上的电压是可以激变的（电弧）
电容上的电压是不能激变的
电容上的电流是可以激变的（浪涌电流）
电感与与电容都是电抗元件，但没有损耗，并且能够储存能量
电容以电压形式储存能量，电感以电流形式储存能量
在开关导通状态下，输⼊功率等于负载功率；在开关关断状态下，输⼊功率为零；因此开关电源的效率较⾼。
核⼼是电感，电容的⼤⼩会影响负载的电压纹波。
电场：电压梯度。电感会为阻碍电流的变化会产⽣感应电动势-⾃感，且⾃感的⼤⼩与电流的变化率成正⽐。
每⼀个开关周期，电感电流的增加量等于电感电流的减少量，这样电流和电感才能达到平衡。
电源拓扑，BUCK电源拓扑；
电感使得电容上的电流不会产⽣浪涌电流；电容使得电压缓慢上升，电压不会迅速上升进⽽产⽣电弧；电感和电流组合使电流的上升和下降的变化率逐渐相等，最后使得电感上的电流趋于稳定。若不相等则电流会逐渐增⼤，最后会把电感等器件烧坏。
由电感的电流公式积分后得：di/dt=U电感/L。在电感电流上升阶段(开关闭合)电感两端的电压不断下降 ，使得电流变化率di/dt减⼩；⽽在电感电流下降阶段(开关关断)电感两端的电压不断增加，使得电流变化率di/dt增加，这样就能够在⼀段时间后，上升阶段电流变化率
di/dt=下降阶段电流变化率di/dt，使电流相对稳定。
电流的峰值不为0，电感⼯作于连续模式，称为CCM
电流的峰值为0，电感⼯作于临界连续模式，称为BCM
电流间断的为0，电感⼯作于断续模式，称为DCM
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