硬件基础知识培训-软件人员扫盲版

1、大纲 第一章：电子元器件介绍 电阻，电容，电感，二极管，三极管，MOS管，晶体，逻辑器件（与门，非门，D触 发器），变压器，保护器件，PCB，芯片（FLASH，DDR） 第二章：电子术语介绍 电压，电流，电场，磁场，阻抗，交流直流，频率 第三章：常用接口介绍 IIC，SPI，MII，GMII，SGMII，PCI，PCIE，PCM，USB， 第四章：原理图讲解 第五章 PCBA初步认识 丝印 各个模块 第6章 常用辅助设备介绍 万用表 示波器 烙铁 第一第一章：电子元器件介绍章：电子元器件介绍 电阻（Resistance，通常用“R”表示） 表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导

2、体对电流的阻碍作用越大。 电阻的单位是欧姆（ohm），简称欧，符号是， 1=1V/A。 比较大的单位有千欧（k）、兆欧（M） 电阻选用一般关注的参数有：阻值、精度、功率 电容（Capacitance，通常用“C”表示） 表现电容器容纳电荷本领的物理量。主要用于电源滤波、信 号滤波、信号耦合、谐振、滤波、补偿、充放电、储能、隔 直流等电路中 电容的单位是法拉，简称法，符号是F，常用的电容单位有 毫法（mF）、微法（F）、纳法（nF）和皮法（pF）等 电容选用一般关注的参数有：容值、精度、耐压，材质等 电感（Inductance ，通常用“L”表示） 衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。电感多被用在

3、储能、 滤波、延迟和振荡等几个方面 电感的基本单位是亨利（简称亨），用字母“H”表示。常 用的单位还有毫亨（mH）微亨（H）纳亨（nH） 电感选用一般关注的参数有：感值、精度、饱和电流等 二极管、三极管 二极管是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极 管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电 压的方向，具备单向电流的转导性。 二极管根据用途可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极 管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管 三极管：在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN 结，组成一个PNP（或NPN）结构。三个管脚分别叫基极B、 发射极E和集电极C，是能起放

4、大、振荡或开关等作用的半导 体电子器件。 MOS管 MOS管全称金属(metal)氧化物(oxid)半导体 (semiconductor)场效应晶体管。 金氧半场效晶体管在结构上以一个金属氧化物层半导体 的电容为核心（现在的金氧半场效晶体管多半以多晶硅取代 金属作为其栅极材料） MOS管可以被制造为增强型或耗尽型，N沟道或P沟道共4种类 型，但是实际应用中只有增强型NMOS和增强型PMOS MOS管三个管脚分别为栅极G,源极S，漏极D 石英晶体振荡器 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压 电效应制成的一种谐振器件。在电路中被用作时钟源。 石英晶体振荡器选用一般关注的参数有：频率

5、，精度，负载 电容等。 逻辑门集成芯片 逻辑门（Logic Gates)是在集成电路(Integrated Circuit) 上的基本组件。常见的逻辑门包括与门、或门、非门，与非 门、或非门、异或门等。 74系列芯片： 输入四正与门74LS08 输入四正与非门74LS00 输入四或门74LS32 输入四或非门74LS02 变压器 变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流 电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁 芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、 稳压（磁饱和变压器）等 网络变压器 作用：一，可以增强信号，使其传输距离更远；二，使芯片 端与外

6、部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很 大的保护作用（如雷击）；三，当接到不同电平（如有的 PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V）的网口时，不会对彼 此设备造成影响。 保护器件 在ONUBOX产品中保护器件主要有两个功能：静电保护、雷击 保护。 静电保护元件应用于HDMI接口、USB2.0、便携设备（PDA、 DSC、蓝牙）、打印机接口、天线等敏感电子元件的保护以 及对有静电风险的接口的保护 防雷元器件主要应用与电话口、网口、电源系统等有雷击风 险的接口。 以上两类器件正常工作时，开关元件是断开的；当静电/雷 击来的时候，开关元件导通，将电流泄放到大地，从而保护 了电子设备免

7、受静电、雷击冲击损坏。 PCB （Printed Circuit Board） 中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是 重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电 气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称 为“印刷”电路板。 芯片（集成电路） 集成电路（integrated circuit）是一种微型电子器件或部 件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、 电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或 几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内。 FLASH MEMORY NOR Flash需要很长的时间进行抹写，但是它提供完整的

8、寻址 与数据总线，并允许随机存取存储器上的任何区域，这使的 它非常适合取代老式的ROM芯片。NOR Flash可以忍受一万到 一百万次抹写循环，它同时也是早期的可移除式快闪存储媒 体的基础。 NAND Flash具有较快的抹写时间, 而且每个存储单元的面积 也较小，这让NAND Flash相较于NOR Flash具有较高的存储密 度与较低的每比特成本。同时它的可抹除次数也高出NOR Flash十倍。然而NAND Flash 的I/O接口并没有随机存取外部 地址总线，它必须以区块性的方式进行读取，NAND Flash典 型的区块大小是数百至数千比特。 NOR Flash 从NOR Flash读取

9、数据的方式与从RAM读取数据相近，只要提 供数据的地址，数据总线就可以正确的导出数据。基于以上 原因，多数微处理器可以将NOR Flash当作原地运行(Execute in place, XIP)存储器使用，这意味着存储在NOR Flash上的 程序不需复制到RAM就可以直接运行。与用于随机存取的ROM 不同，NOR Flash也可以用在存储设备上；不过与NAND Flash 相比，NOR Flash的写入速度一般来说会慢很多。 NAND Flash 东芝在1989年发表了NAND Flash架构，这种存储器的访问方 式类似硬盘、储存卡之类的区块性存储设备，每个区块由数 个页所构成。一般来说这

10、些页的大小为512或2048或4096字节。 在各个页之间彼此的连接区域会有几个字节(一般而言是数据 大小的1/32)，这些空间用于存储错误修正码的校验和。读取 与写入动作可以以“页”为单位偏移量进行，抹除动作只能 以“区块”为单位偏移量进行。NAND Flash还有一项限制就 是区块内的数据只能串行性的写入。操作次数代表“页”可 以被写入的次数。NAND Flash需要由设备驱动程序软件或分 离的控制器芯片来进行坏区管理。 NOR型与NAND型闪存的差异 NOR型与NAND型闪存的差异 DDR SDRAM DDR SDRAM是Double Data Rate SDRAM的缩写，是双倍速率同

11、步动态随机存储器的意思。DDR内存是在SDRAM内存基础上发 展而来的，仍然沿用SDRAM生产体系。 SDRAM在一个时钟周期内只传输一次数据，它是在时钟的上升 期进行数据传输；而DDR内存则是一个时钟周期内传输两次数 据，它能够在时钟的上升期和下降期各传输一次数据，因此 称为双倍速率同步动态随机存储器。DDR内存可以在与SDRAM 相同的总线频率下达到更高的数据传输率。 第二章：电子术语介绍第二章：电子术语介绍 电压 电压，也称作电势差或电位差，是衡量单位电荷在静电场中 由于电势不同所产生的能量差的物理量。电压的国际单位制 为伏特(V)。 电流 单位时间内通过导体横截面的电荷量，叫电流，通常

12、用I代表 电流。电流的基本单位是安培（A） 公式：I=U/R 基尔霍夫定律 电场 电场是存在于电荷周围能传递电荷与电荷之间相互作用的物 理场。电场强度符号是E，单位为V/m。 电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力 的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称 为电场力。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时， 电场力对电荷作功（这说明电场具有能量）。 磁场 对放入其中的磁体有磁力的作用的物质叫做磁场。磁场中的 磁性物质或电流，会因为磁场的作用而感受到磁力，因而显 示出磁场的存在。 阻抗 在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作 用叫做阻抗。阻抗常用Z表示

13、，是一个复数，实部称为电阻， 虚部称为电抗，其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用 称为容抗 ,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗， 电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。 阻抗的单位是欧。 直流、交流 交流电一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。 直流电（Direct Current，简称DC），是指方向和时间不作 周期性变化的电流。 时钟频率 时钟频率，是提供定时信号的一个源，这个源产生不同频率 的基准信号，用来同步CPU及其它芯片的每一步操作。 时钟频率有几个重要的参数：频偏、抖动、幅度。 第三章：常用接口介绍第三章：常用接口介绍 IIC（Inter-In

14、tegrated Circuit） I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA， 另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA 都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。 为了避免总线信号的混乱，要求各设备连接到总线的输出端 时必须是漏极开路（OD）输出或集电极开路（OC）输出。 SPI（Serial Peripheral Interface Bus） 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，同时为PCB的布 局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性， 如今越来越多的芯片集成

15、了这种通信协议。 四根线分别如下： SCK Serial Clock （自master输出） SDI Serial Data In SDO Serial Data Out CS Chip Select, (active low; 自master输出) MII MII是英文Medium Independent Interface的缩写，翻译成中 文是“介质独立接口”，该接口一般应用于以太网硬件平台 的MAC层和PHY层之间。MII接口最高速度达100Mbps。 MIIMII接口：接口： GMII GMII是英文Gigabit Medium Independent Interface的缩写. GM

16、II接口最高速度达1000Mbps GMIIGMII接口：接口： SGMII SGMII即Serial GMII。收发各一对差分信号线，时钟频率 625MHz，在时钟信号的上升沿和下降沿均采样， SGMII接口 最高速度达1.25Gbps SGMIISGMII接口：接口： PCI（Peripheral Component Interconnect ） PCI bus常见于现代的个人计算机，但是现在已被PCI Express和其他更先进的技术取代。 特点： 33.33 MHz clock 的同步传输 最大传输 133 MB/s 32-bit 总线宽度 缺点： 速率慢 走线复杂 PCI-E PCI

17、e属于高速串行点对点双通道高带宽传输，所连接的设备 分配独享通道带宽，不共享资源。 PCIe拥有更快的速率，能 够支持热拔插以及热交换特性。 PCI-E 1.0 X11 比特2.5 GHz 500 MB/s（双工， 文稿数据） PCI-E 1.0 X22 比特2.5 GHz1 GB/s（双工） PCI-E 1.0 X44 比特2.5 GHz2 GB/s（双工） PCI-E 1.0 X88 比特2.5 GHz4 GB/s（双工） PCI-E 1.0 X1616 比特2.5 GHz8 GB/s（双工） PCM接口 PCM（脉冲编码调制）接口，该接口由时钟脉冲（BCLK）、帧 同步信号（FS）及接收

18、数据（DR）和发送数据（DX）组成。 在FS信号的上升沿，数据传输从MSB（Most Significant Bit） 字开始，FS频率等于采样率。 PCM一般传单声道的声音，也可以传立体声。数据格式为PCM 编码。 USB接口 USB 是英文Universal Serial Bus（通用串行总线）的缩写 USB采用四线电缆，其中两根是用来传送数据的串行通道，另 两根为下游（Downstream）设备提供电源。 速率及功耗： USB1.1：12Mbps(1.5MB/s)全速，5V，500mA USB2.0：480Mbps(60MB/s)高速，5V，500mA/1A 第四章：原理图讲解第四章：原理图讲解 第五章第五章 PCBAPCBA初步认识初步认识 PCBA是英文P