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出版者:第1版 (2005年3月1日)

作者:王蓓

出品人:

页数:380

译者:

出版时间:2005-3-1

价格:37.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787030148285

丛书系列:

图书标签:

• 硬件工程师
• 嵌入式系统
• 电路设计
• PCB设计
• 电子工程
• 技能培训
• 实战教程
• 硬件开发
• 单片机
• 电子技术

《硬件工程师岗位技能培训教程》 内容概述 本书旨在为 aspiring 硬件工程师提供一套全面、系统的岗位技能培训。教程内容聚焦于现代硬件开发流程中的核心技术和必备知识，涵盖从基础理论到实践应用的全方位训练。通过深入浅出的讲解和贴合实际的案例分析，帮助读者快速掌握硬件设计的关键要素，提升解决实际工程问题的能力，为顺利进入硬件工程领域奠定坚实基础。 核心内容板块 1. 数字逻辑基础与高级应用 数字逻辑基础： 详细阐述布尔代数、逻辑门、组合逻辑电路（如编码器、译码器、多路选择器、加法器）和时序逻辑电路（如触发器、寄存器、计数器、状态机）的基本原理和设计方法。 硬件描述语言 (HDL)： 深入学习 Verilog 或 VHDL 语言，包括语法、数据类型、行为建模、结构建模、数据流建模、综合流程等。重点讲解如何使用 HDL 进行逻辑设计、仿真和验证。 FPGA/ASIC 设计流程： 介绍 FPGA 和 ASIC 的基本架构、设计流程（需求分析、逻辑设计、综合、布局布线、时序分析、验证）以及常用的开发工具和技巧。 2. 嵌入式系统硬件设计 微处理器/微控制器架构： 讲解不同类型的微处理器和微控制器（如 ARM、RISC-V）的内部结构、指令集、工作原理以及常用外设接口（如 GPIO, UART, SPI, I2C, ADC, DAC）。 嵌入式系统硬件选型与集成： 指导读者如何根据项目需求选择合适的处理器、存储器、电源管理芯片、时钟源等元器件，并进行合理的电路设计和集成。 总线接口与通信协议： 深入学习常用的片上总线（如 AHB, AXI）和外部通信接口（如 USB, Ethernet, DDR）的设计与应用，理解其工作原理和接口时序。 3. 模拟电路与电源管理 模拟电路基础： 涵盖运算放大器、滤波器、稳压器、晶体管（BJT, MOSFET）等基本模拟器件的工作原理、特性和应用。 信号调理与转换： 学习如何设计信号调理电路（放大、滤波、隔离）以及模拟-数字转换器 (ADC) 和数字-模拟转换器 (DAC) 的选型与使用。 电源设计与管理： 讲解 DC-DC 转换器、LDOs、充电管理、电源滤波等电源设计技术，确保系统稳定可靠的供电。 4. PCB 设计与制造 PCB 设计软件： 熟练掌握主流 PCB 设计软件（如 Altium Designer, PADS）的使用，包括原理图绘制、PCB 布局、布线、规则设置等。 PCB 布局与布线原则： 讲解高密度互连 (HDI)、差分信号、阻抗匹配、电源完整性 (PI)、信号完整性 (SI) 等关键的 PCB 设计原则和技巧。 PCB 制造与装配： 介绍 PCB 的制造工艺、材料选择、表面处理以及元器件的贴装 (SMT) 和焊接工艺，理解设计与制造之间的关联。 5. 硬件调试与测试 常用测试仪器： 熟练使用示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、万用表等通用测试仪器，掌握其基本操作和测量方法。 调试方法与技巧： 学习如何通过逻辑分析、信号探测、参数测量等手段，快速定位硬件电路中的故障原因。 功能测试与性能验证： 设计和执行硬件功能测试方案，验证电路的各项性能指标是否符合设计要求。 6. 项目实践与案例分析 综合项目案例： 提供多个不同领域的硬件设计项目（如智能家居设备、物联网传感器节点、嵌入式开发板等），引导读者从需求分析到最终实现的全过程实践。 问题解决与优化： 通过对实际工程中遇到的典型问题进行分析，总结经验教训，并提出解决方案和优化建议。 学习目标 完成本教程的学习后，学员将能够： 扎实的理论基础： 深刻理解数字逻辑、模拟电路、嵌入式系统等核心硬件知识。 精湛的工程技能： 熟练运用 HDL 进行逻辑设计，掌握 PCB 设计与调试技术。 独立解决问题的能力： 能够分析和解决实际硬件设计中遇到的各类问题。 快速适应工作环境： 胜任初级硬件工程师的岗位要求，并为进一步发展打下坚实基础。 适用人群 电子信息工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的在校学生。 希望转行或提升硬件设计技能的工程师。 对硬件开发感兴趣的初学者。 本书以实战为导向，理论与实践相结合，旨在帮助每一位 aspiring 硬件工程师在职业生涯中迈出坚实的第一步。

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我必须得说，《硬件工程师岗位技能培训教程》这本书在项目管理和团队协作方面的部分，虽然不是最核心的硬件技术内容，但却是我认为非常重要的补充。在我过去的软件开发经验中，项目管理和团队协作的经验比较零散，而且往往是在项目推进过程中才逐步摸索。而这本书则系统地将这些理念融入到硬件工程师的岗位要求中，让我看到了一个完整的职业画像。 让我印象深刻的是，书中关于项目生命周期的讲解，从需求分析、方案设计、原型制作、小批量试产到最终量产，每个阶段的关键任务和注意事项都阐述得非常清楚。它还强调了在硬件开发过程中，软件工程师、硬件工程师、测试工程师之间的沟通与协作的重要性，以及如何通过有效的沟通来避免延误和返工。这种全方位的视角，让我不仅仅局限于技术本身，更能理解作为一个工程师在团队中的角色和价值。

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《硬件工程师岗位技能培训教程》在测试和调试方面的章节，简直是我这种“实战派”的福音。很多理论知识学习起来可能觉得枯燥，但一旦涉及到实际的测试和调试，就会变得非常生动有趣。这本书并没有仅仅停留在理论层面，而是详细介绍了各种常用的硬件测试仪器，比如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等，并教会读者如何正确使用这些仪器来分析电路的工作状态。 让我印象深刻的是，书中对调试技巧的讲解。它从常见的硬件故障入手，比如短路、开路、信号异常等，然后逐步分析如何利用测试仪器来定位问题。它还提到了在PCB设计阶段就需要考虑的调试便利性，比如预留测试点、方便拆卸的结构等。这些细节的讲解，让我觉得这本书的内容非常贴合实际工程需求。

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《硬件工程师岗位技能培训教程》对于模拟电路的讲解，可以说是我第一次真正理解到模拟信号的“微妙”。之前我对模拟电路的认知非常有限，总觉得它很“玄乎”，不如数字电路那么清晰明了。这本书从最基础的放大电路讲起，比如使用三极管和运放搭建的各种放大器。它详细分析了放大电路的增益、带宽、输入输出阻抗等关键参数，以及影响这些参数的因素。 让我受益匪浅的是，书中对滤波器电路的讲解。它不仅介绍了低通、高通、带通、带阻滤波器的工作原理，还给出了不同类型滤波器（巴特沃斯、切比雪夫等）的设计方法和公式。通过具体的电路图和仿真结果，我能清晰地看到不同滤波器在不同频率下的响应曲线，这让我明白了为什么在实际项目中需要根据信号特性选择合适的滤波器。

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我一直觉得嵌入式系统开发是软件和硬件的“交汇点”，而《硬件工程师岗位技能培训教程》在这方面的内容，恰好填补了我的知识空白。《硬件工程师岗位技能培训教程》让我从一个纯粹的软件开发者的视角，看到了硬件在嵌入式系统中的重要性。它不仅仅是介绍单片机的功能，而是深入地讲解了微处理器的架构，包括CPU、内存、I/O接口、中断控制器等核心组成部分。 让我印象深刻的是，书中对各种嵌入式系统常用接口的详细介绍，比如UART、SPI、I2C、USB等。它不仅解释了这些接口的工作原理，还给出了在实际硬件设计中如何选择合适的接口、如何进行接口的硬件设计以及软件驱动的开发。更重要的是，书中还强调了硬件和软件协同设计的重要性，比如如何通过合理的硬件设计来简化软件开发，如何通过软件来优化硬件性能。

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这本《硬件工程师岗位技能培训教程》在数字电路设计方面的内容，可以说是我之前认知的一次“颠覆”。我一直以为数字电路就是0和1的组合，但这本书让我明白了数字电路的强大之处在于其逻辑性和时序性。它从最基本的逻辑门（AND, OR, NOT, XOR等）讲起，然后逐步深入到更复杂的组合逻辑和时序逻辑电路，比如触发器、寄存器、计数器、状态机等等。 书本的讲解方式非常独特，它不是简单地罗列逻辑表达式，而是通过大量的真值表、波形图和逻辑框图，清晰地展示了不同电路的工作方式。例如，在讲解D触发器时，它会通过时钟信号和D输入的变化，一步步演示Q输出如何跟随D输入，以及时钟沿的触发作用。让我印象深刻的是，书中还穿插了FPGA和CPLD等可编程逻辑器件在数字电路设计中的应用，这让我看到了数字电路设计的灵活性和广阔前景。

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《硬件工程师岗位技能培训教程》在信号完整性（Signal Integrity）和电源完整性（Power Integrity）方面的讲解，绝对是我认为这本书最具价值的部分之一。之前我只是隐约知道这些概念的重要性，但具体如何分析和解决问题，一直是个谜。书本通过大量的图示和公式，详细解释了信号在PCB上传输时遇到的阻抗匹配、反射、串扰、衰减等问题。 让我印象深刻的是，书中提供了多种分析工具和方法，比如眼图（Eye Diagram）、S参数（S-parameter）等，并教会读者如何通过这些工具来诊断和解决信号完整性问题。它还详细介绍了如何在PCB设计中采取措施来提高信号完整性，比如合理的地线设计、差分信号的走线、阻抗控制等。

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我之前是一名纯粹的软件开发者，对电路板、元器件、信号流这些概念一直只停留在理论层面，感觉非常模糊，甚至有些畏惧。工作几年后，公司业务拓展，开始涉足一些软硬件结合的项目，这时候我才意识到，仅仅懂软件是远远不够的。在一次偶然的机会，我在网上看到了《硬件工程师岗位技能培训教程》这本书，当时就觉得这可能是我亟需的“救命稻草”。我毫不犹豫地买了下来，从拿到书的那一刻起，我就被它清晰的逻辑和深入浅出的讲解所吸引。 第一章的内容，我印象最深刻的是关于基础电子元件的讲解。书本用非常直观的方式，将电阻、电容、电感这些看似抽象的概念，通过生动的比喻和图示，变得易于理解。例如，它将电阻比作水管中的阻碍，电容比作蓄水池，电感比作惯性，这些形象的比喻让我瞬间就抓住了它们的核心功能和工作原理。不仅仅是理论上的讲解，书中还配有大量的实际应用案例，比如在电源滤波电路中，如何选择合适的电容来抑制噪声，在信号耦合电路中，如何利用电容实现直流隔断等等。这些案例让我不再觉得电子元件只是图纸上的符号，而是真正能够解决实际工程问题的“工具”。

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我对《硬件工程师岗位技能培训教程》这本书的PCB设计部分真是爱不释手。作为一名想要跨入硬件领域的人，PCB布局布线是必须掌握的关键技能。这本书在这方面的内容简直是我的“福音”。它没有一开始就抛出复杂的软件操作界面，而是循序渐进地从最基础的设计原则讲起。比如，关于信号完整性的讲解，就让我大开眼界。我之前只知道信号需要“干净”，但具体怎么做到，书本详细阐述了走线长度、宽度、间距对信号反射、串扰的影响，还提到了差分信号的走线技巧，以及如何合理地布置地线和电源线来降低噪声。 更让我惊艳的是，书中不仅讲了理论，还针对几种主流的PCB设计软件，如Altium Designer和Cadence Allegro，给出了详细的操作教程。当然，不是那种枯燥的点击按钮式的教程，而是结合实际设计流程，一步步演示如何创建原理图、如何进行元器件封装、如何进行自动和手动布线，以及如何生成生产文件。特别是关于覆铜和过孔的使用，书本给出了非常细致的指导，这对于新手来说至关重要，因为不当的覆铜和过孔设计很容易引入EMI问题。

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《硬件工程师岗位技能培训教程》在电源管理和功耗设计方面的知识，绝对是让我眼前一亮的部分。在软件开发中，我们通常不太关注功耗问题，但对于硬件工程师来说，这却是至关重要的考量因素。书中详细阐述了各种电源拓扑，包括线性稳压器和开关稳压器，并分析了它们在效率、成本、发热等方面的优劣。 让我印象深刻的是，书中关于低功耗设计策略的讲解。它不仅仅是简单地提及，而是提供了具体的实现方法，比如如何选择低功耗的元器件、如何进行时钟门控、如何利用低功耗模式来减少待机功耗等等。这些内容对于开发电池供电设备或者对功耗有严格要求的应用场景来说，简直是“宝典”。

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这本书在可靠性设计和EMC（电磁兼容）方面的篇幅，为我打开了新世界的大门。作为一名软件开发者，我从来没有深入思考过硬件的可靠性以及它与电磁干扰的关系。然而，《硬件工程师岗位技能培训教程》却将这些看似“高深”的领域，变得清晰可见。它从元器件的选择、PCB的布局布线，到整体系统的设计，都给出了关于提高可靠性和降低EMC问题的详细指导。 让我印象深刻的是，书中对EMC防护措施的讲解。它不仅解释了什么是传导干扰和辐射干扰，还给出了具体的防护方法，比如滤波、屏蔽、接地等。它还详细介绍了如何进行EMC测试，以及如何根据测试结果来改进设计。这些内容让我明白了，一个看似简单的电子产品，背后包含了多少关于稳定性和兼容性的考量。

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