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抛砖引玉之——浅谈如何学好电子设计?

时间:2017-07-20 09:01
摘要:抛砖引玉之浅谈如何学好电子设计 ? 一、兴趣是最好的老师 二、为伊消得人憔悴(厚积薄发) 三、纸上得来终觉浅 四、众里寻他千百度 五、世界上的第三个苹果(创新) 六、他山之石可以攻玉 每个人都有自己的独特的成长经历,因而也成就着我们各自不同的人生观、价值观
  抛砖引玉之——浅谈如何学好电子设计 ?
  一、兴趣是最好的老师 
  二、为伊消得人憔悴(厚积薄发) 
  三、纸上得来终觉浅 
  四、众里寻他千百度 
  五、世界上的第三个苹果(创新) 
  六、他山之石可以攻玉
  每个人都有自己的独特的成长经历,因而也成就着我们各自不同的人生观、价值观和世界观——不同的人生理想。我们的思维方式,生活习惯也都因人而异,所以,我这里讲的一些观点和建议,并不适宜每一个人,大家要抱以怀疑的心态,择其善者而为之,其不善者而改之。
  关于电子是什么,这个界定在书本上和网络上,都可以方便的找到,关于电子设计的书籍更是琳琅满目,毕竟电子相关专业在中国当下还依旧是非常热门的专业。这些我都不想去细说,也觉得没有必要去细说。因为,在我看来学好电子设计最关键在于一句话:有浓厚的兴趣,同时肯下功夫,刻苦专研,学得一手扎实的基础知识作为积淀,然后在不断的实践中,多动手,勤思考,培养和训练自己的创新思维能力。
  简化总结为一个公式即是:电子设计=兴趣+执着+勤动手+勤思考+创新(思维突破)
以下,我将结合我自己的学习经历和设计经验,逐一介绍我的这些观点和建议。
一、兴趣是最好的老师
  我相信很多同学跟我一样,在踏进大学之门的时候,对自己的专业都一无所知,非常迷茫,甚至到了大二学了一些专业课之后也是如此,至于自己的个人兴趣,早就埋没在了高考的题海之中。这样的情况没有什么可怕的,是当下中国应试教育的失败和大学生成长成才必须经历的。(但是可以告诉你,如果你是电子类工科专业的,能够在大学的前两年看到我的这篇博文,是值得庆幸的。)
  中学时候,我们大家的学习大都是以成绩为导向的,很少顾及自己的个人爱好和兴趣,因而很多时候学习也是被动的,不快乐的(比如典型的政治课,我想大多数人和我一样十分的不喜欢,但是为了成绩,不得不学)。进入到大学后,大家学习上最大的变化就是没有以往老师和家长的敦促,没有繁重的作业题和考试,学习完全由被动转为主动,学与不学,学这学那,主动权和选择权完全在个人手中。这个时期是十分关键的,既自由又危险。过度的自由,如果没有一个好的学习动力,就会沉溺于游戏和贪乐玩耍中而不能自拔,然而,相反,如果能够利用这样自由的时间和空间,尝试寻找或者培养自己的兴趣爱好的话,就会让你的大学生活过得精彩、充实、无悔,对你的人生产生积极而深刻的影响。
  以上讲的兴趣之于每个处于迷茫期的大学新生的重要性。进一步,兴趣对于我们学习电子设计、尤其是学好电子设计是最为关键和重要的。因为电子设计是一门工科专业,不比文科和理科,理论与实践是紧密联系的,最终的结果重在实践上,每一个理论都不是空泛的抽象,而是具体的实物。比如,中学时,我们学习了电子的三个基本器件——电阻、电容和动感,面对书本上的R、C、L及相应的符号,我们对其的理解是非常空泛和死板的,但是,如果你亲自见到了它们的实物,并使用它们搭建了一些小电路后,你就会深刻的了解到电阻的限流和分压作用、电容电感的储能功能,由微观的电荷在不同器件中的运动,所产生的宏观电流电压的具体表现,对R、L、C及I(电流)、V(电压)、E(电能)、之间的联系和公式计算都会深刻不少,同时这些有趣的表面现象也会勾起你对其深入学习和探索的欲望。这就是兴趣,这就是爱好所在。
  这仅是抛砖引玉的一个例子而已,电子世界之大,现象之丰富,生活中之常见和普及,电子产品在日常生活、学习、生产中的作用之巨大,只要大家留心观察,就会发现太多太多。对于电子这样一个与现实生活密切相关且触手可及的专业,对它产生兴趣并不是一件难事,但却是学好电子设计的关键所在。只有对电子产生了兴趣,你才会去不自觉的留意它,关注它,执着于它,着迷于其中,为之付出。
  二、为伊消得人憔悴(厚积薄发)
  在对电子或电子设计产生浓厚兴趣之后,我们要走进电子世界的本质,必须借助于科学知识,这就是所谓的基础知识。正所谓,万丈高楼平地起,没有一个扎实的基础,是不可能在电子这个庞大而复杂的世界里面真正有所作为的。
  电子虽说是一门工科专业,但是学好它的基础知识理论确实不容易,需要扎实的数学和物理功底作为积淀,比如模电里面的二极管、三极管模型,基本的基尔霍夫电路(电压电流)定律、一阶二阶电路、信号与系统、数字信号处理、图像处理,控制算法都离不开数学。所以,高数、线代、复变和概论都是必须要掌握好的数学工具;另外,学好大学物理中的电磁学部分,能够为学习电子专业课提供一个好的理论基础,因为电子本身就是物理学的一个分支,只不过由于其发展迅速,成果丰硕而变得异常的庞大和复杂。
  在专业课的学习方面,电路原理是电子工程实践的理论指导基石课程,必须学好,学扎实;
  其次是模电和数电,它们是现在集成电路学的基础,关于二极管、三极管、集成运放的模型和具体应用本身也是非常有趣的东西,大家学习的时候不要咬住书本不放,要多动手,自己买个万能电路板(或称面包板),顺带几个电阻电容以及二极管、三极管,亲自动手搭建电路,用万用表示波器测量观察,比死记硬背书本上那些公式理论要来得实际和具体深刻得多;
  再者是信号与系统、数字信号处理及通信原理和自动控制原理以及电磁场电磁波(或称微波原理)这五门课,是学习后面通信电子、控制电子、医学电子、电机电子、图像电子和应用电子(嵌入式方向)的理论支撑。也毫无疑问的需要学好,学扎实,是厚积薄发的基石所在。
  最后是微机原理、单片机技术、EDA原理及技术(FPGA)、DSP原理及技术、图像处理、计算机网络、电视技术、现代通信系统、嵌入式操作系统、锁相技术、天线技术这些专业性和应用性非常强的课程,不一定全部都要学好,视个人兴趣爱好而定。但我个人觉得这些课程的相关性和联系非常大,主要有前面好的理论基础,学好这些课程也不是难事。
  以上我所说的这些基础理论课和专业课,大多数电子(主要指弱电,包括电子信息工程、通信工程、自动化、光电工程、计算机,微电子、生物医电)都会涉及。从我作为一个过来人的身份,老实说,学习尤其学好这些课程不容易,需要有相当的毅力和耐心,耐得住寂寞和枯燥,逆流而上。
  我想如果大家呆着对电子的浓厚兴趣和对电子这个行业的美好未来的憧憬去学习这些课程的话,定能够做到“为伊消得人憔悴”,痛并快乐着,愉快的学习。快乐不仅存在于生活,也藏匿于学习和工作之中,只是需要我们用心去发掘,用兴趣的钥匙去开启罢了。
  三、纸上得来终觉浅
  古人说:“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”强调的正是动手实践在学习过程中的重要性。具体到电子专业的学习上来,更是一语中的。
  也许有人会说,学校提供的实践机会太少,这无可否认,尤其是在本科院校,基本上就是每学期期末有一个专业课的课程设计和一些专业课的实验课,做的课程设计和实验都是老生常谈的题目,没有多少创新可言,甚至很多人都坐享其成,窃用以前师兄师姐们的实验数据和设计工程。在我看来,这些都需要自己亲自动手,才能有所收获,不说其他的,至少通过做这些任务,大家可以掌握基本工具、测量仪器的使用吧,比如万用表、示波器、频谱仪、信号发生器等,这也是大家进一步动手实践的基础,正所谓“工欲善其事,必先利其器”是也。
  关于实践和动手能力的培养,我给的建议是,不要依赖学校实验室和老师给大家提供,机会很多时候是可以自己创造的。(实验室那些仪器设备多是作为摆设,留给专家教学评估和展览用的)
  我想大家现在出来读书,家里经济条件也不至于太差,即是和我一般农村出来的大学生,也可以通过自己的努力,拿到学校的一些奖学金或者助学金吧。平时个人省吃俭用点,少出去玩一两次,省出一两百元钱还是没有问题的,自己到学校附件的电子市场(要是没有或者很远,大可在淘宝网上网购),选购以下器件:
  一块万用表(40元左右)
  一块万能板PCB(10元)
   焊枪一把(20元左右)
  焊锡丝和导线若干(20元以内)
  电阻电容电感若干(50元足矣)
  二极管(1N4000X系列)三极管(9014、9015、8050、8055)(各3~5只,共计10元不到)
  集成运放(op07、741、NE5532)以及74系列数字TTL集成芯片(数选器138、非门7404等)4000系列CMOS集成IC(各1~2片,总计不超过50元)
  以上总计在200元左右,便可以做自己很多电路原理,数电模电课程的实验了。通过自己焊接元器件,认识这些基本的电子元件,搭建书本或者自己设计的电路,实现一些基本的功能和控制、不但可以增加你自己对电子的兴趣,也可以加深你自己对电子设计的理解,在实实在在的实践中,牢牢掌握好电子的基础理论知识。(注:在网络上,可以搜到很多有趣的实验电路图和电子设计方案/实践指导电子书)。
  在具备以上基础后,就可以玩一些高级的电子设计了,比如MCU,然后ARM、FPGA和DSP。建议大家可以先学习51单片机,原因有三:首先51单片机,麻雀虽小五脏俱全,是MCU的一个浓缩版,MCU的概念几乎全部包含;其二,由于其历史原因,关于51单片机的学习资料和书籍随手可得,书店、图书馆和网上,即使用铺天盖地来形容也是一点不为过的;其三、可操作性强,学习成本低。(学习51单片机,我首推STC89C5X系列,在以上面包板的基础上,在增加一片STC89C51(价格才6元)、加上一个晶振和两个电容、以及一个RS232电平转换电路(成本5元内)即可构成该51单片机的最小系统和ISP下载电路,如果再加上几个LED的话就可以看到点灯的效果了。其下载简单方便,只需要一个串口即可下载,如果你和我一样使用的是笔记本也没有关系,一条USB转转口线即可搞定;学习51单片机,我建议大家使用并掌握好keil这个软件的使用,它的使用界面和之后大家要接触的大部分MCU及ARM集成开发环境(IDE)十分类似,学好了keil有益于大家入手其他MCU和ARM以及DSP的开发和设计工作)。
  到此,零零总总的大致说了一下自己动手学习电子设计的实践路线图。正所谓“师傅领进门,修行在个人”,能否正真学好电子设计,关键还在个人。我记得自己曾经看过一个关于魅族总经理黄章前辈的报道,他高中辍学,到深圳打拼,凭着自己对电子的热爱和对技术的执着追求,最终创造了今天魅族的辉煌。他对电子的热爱和对技术的执着给我留下了深刻的印象,有人评价说:他是一个包里有10元钱,就肯拿出7元来买电子产品的人。这在大多数看来都是不可思议的,而我却深为折服。年轻时候的投资,在学习上,在个人所热爱的事业上,是最值得的,所以不要吝啬在学校时候的这些小钱,要学会用发展的眼光和经济的头脑看待和投资自己的人生。
  另外,积极参加各类电子设计竞赛和今早参与学校导师的科研实验项目也是非常能够锻炼大家动手能力的。就我个人而言,是一个积极参加这些活动的典型例子,从大三上开始参加电子设计竞赛到现在,大大小小的电子设计竞赛参加过有10来个,正是在这些竞赛得过程中,培养和锻炼了自己的实践能力和电子设计水平,每一次竞赛都是一个挑战和大胆的尝试,是突破、是拼搏,难忘这过去的三个春夏秋冬,那些废寝忘食,兢兢业业、挑灯夜战的日日夜夜;难忘那些拼搏奋斗后的喜悦和兴奋;难忘那些曾经跟我一起走过来的老师和同学。
  大家可能会怀疑我所说的这些,觉得我哪有这么多精力,不是还要上课吗?我的回答是,你不知道我一个人为了自己的所爱(我这里是指电子,而非人,坦白说我自己至今没有谈过恋爱,或许这也为我节省了很多时间),做到“为伊消得人憔悴”的时候,痛并快乐着的生活是最为充实而精彩的。我希望大家在今后的与电子相伴的学习、生活和工作中也同样能够享受到和我一样的快乐!
四、众里寻他千百度
  工程师与一般技术工人的区别在于——工程师能够在现象和问题中思考出解决问题的办法。电子设计本身绝不是也不应该是一项体力活,而是在创造,需要用心思考。
  电子设计是一门非常实用的学问,它要解决的是现实生活中切实存在的问题。一方面,问题的产生原因很多,矛盾也很多,另一方面,任何事物和人都是联系和发展的,这些认识论和方法论的基本观点告诉我们,必须要学会用脑用心去思考问题,运用已知的科学理论和方法,才能透过现象,去伪存真,抓住其本质,找到根本的解决方法(注:这些是哲学的观点和理论,我个人并不喜欢政治课,但这些东西是思想上的一般道理,适用于我们每个人的日常生活、学习和工作的方方面面,不限于电子设计,我们应该牢记,并时刻用它们来指导我们的思想和言行)。
  就电子设计而言,勤思考也有一些方法和思路可循,这里我主要结合自己的学习经历谈一些自己总结的思考方法和思路,希望能够对大家有所帮助。
  首先,在遇到问题时,思考的第一步应该想到和考察的是这个电子设计的原理有没有问题,因为电子设计本身也是一门科学实践,每一个设计都有其理论基础,不可想当然的。比如PCB板调试问题,如果你的原理图设计都还存在问题,你就没有办法要求你的电路板这个实物委曲求全,实现你想要的功能了;再比如程序设计问题,如果你连基本的原理都没有搞明白,你有何来清晰的编程思路呢?
  其次,电子设计问题的检查思路应该先硬件后软件,因为电子设计中硬件电路是系统功能赖以实现的基础,只有硬件设计好了,才能在软件设计上游刃有余,一帆风顺。
  再者,遇到问题时,要懂得联系的思考和发展的思考方式,很多东西道理都是很简单的,但如果你没有想到,就会觉得很难,甚至不可思议。
  所谓联系的思考就是,解决其他问题的办法也可以移花接木的运用于当前问题的解决,比如嵌入式设计中,很多MCU或者ARM的设计软件在编译原理和过程上大同小异,这设计软件使用中遇到的问题很多时候都可以用类比的方法从其他软件上找到解决。
  而发展的思考方式则是指,以一定的假设为前提的超前思考以及合理的前向思维(把问题回归到过去,去掉一些条件来思考和解决)。比如之前我用三星的arm9芯片S3C2440a,在datasheet上看到这样一款主要用于消费电子的芯片,怎么会还保留有串口呢,谁见过手机还留有串口的啊?可是之后接触了一个项目,是完成2440上wince的移植和驱动编写,在学习和调试wince的eboot和OS底层是,才发现,很多调试都是基于2440的这个串口,通过printf打印的方式定位debug问题的,而且这个时候使用J-link调试时不现实的,在2440上调试Linux系统更是如此。在ARM系统上电初始化的最初阶段,很多高级的调试都无法实现,而串口却只需配置少数两个寄存器,并且只需要两根通信线即可与PC连接,是最为简单实用的嵌入式调试工具。因而,由此,在那之后,我遇到过一些MCU芯片,其调试工具太贵或者根本就没有引出JTAG口的,我就把串口调试这一找移花接木过来使用,最后顺利的完成了调试和设计任务。
  很多时候,问题的解决都不可能是一蹴而就的,需要有耐心和毅力,坚持不懈,并不断地尝试,更换新的思路和思考方向。除此之外,多读多看多想,积累一些看似与电子设计毫无关系的知识,也能够为大家思考问题,解决问题提供思路和帮助。
  思想有多远,人就能走多远!深邃的观察洞悉能力,加上敏锐的眼光和深刻的思考,是探索未知世界的利器,是打开智慧神殿大门的金钥匙
  五、世界上的第三个苹果(创新)
  我们中国人不比世界上任何一个国家的人差,但是为什么中国的电子产品,IT行业的发展始终比不上国外,归根结底问题在于缺乏创新。作为有志于成为新世纪,信息时代优秀IT工程师的我们,更应该时刻提醒自己创新的重要性和紧迫性,从现在开始培养自己的创新意识。
  创新之于我们电子设计的重要性和急迫性,我想只要是稍有关注世界IT发展史的人都知道。我们大家作为未来的IT工程师,是IT创新的实践者和缔造手,有责任肩负起创新的重任,实现民族IT的崛起和振新。
  创新涉及的概念很广,方面很多。在我看来,创新精神是个人综合素质的体现,是最求完美的结果。创新并不是人与生俱来的,需要我们在自己的成长过程中,通过不断的学习、模仿、锻炼,一点一点慢慢的积淀和培养。
  电子设计的创新,我这里谈一下自己的想法和观点。
  首先,需要扎实的专业知识和娴熟的技术技能,做到厚积薄发。扎实的专业知识和娴熟的专业技术技能,是我们进行创新思考,创新实践的基础和保障。就像一千个不同的人眼里有一千个各异哈利波特一样,在看待纷繁复杂的客观事物是,专业知识为我们提供了专业的眼光。看待一个电子产品设计的想法是否创新,能否实现,往往取决于你是否具有相关的专业知识。
  其次,要注意丰富自己的生活体验,贴近真实生活,关注现实世界,有一双善于发现生活,发现美的眼睛,做真正实用、有用之创新。创新不能凭空捏造,更不能主观臆想。
  再者,要关注前沿,万不可闭门造车,再做发明轮子式的创新。
  最后,一定要有好的执行力和坚持到底的信心。一旦你有了好的想法idea,一定要立刻付诸行动,并坚持到底,否则你的创新很可能成为天方夜谭,痴人说梦。
  世界上的第一个苹果被英国的牛顿摘得,发现了改变世界的牛顿三大定律;第二个苹果则被美国人乔布斯所得,创造了世界IT业的apple神话;世界上的第三个苹果呢,是否会就落在我们中间呢?大家拭目以待。
  最后,希望我的这篇博文能够对大家起到一个抛砖引玉的作用,能够对大家学习学好电子设计有所引导作用。祝愿大家在电子设计之路上收获自己的人生和价值,获得无尽的快乐——尽管会风雨兼程。
 

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