原标题：硬件工程师常见笔试题汇总
一、电路分析：
竞争与冒险
在组合逻辑中，输入端不同通道的数字信号延迟不同，导致到达门的时间不一致称为竞争。因此，在输出端产生短期脉冲（尖峰脉冲）的现象称为冒险。
消除竞争冒险的常用方法有：输入端加滤波电容、选择脉冲、修改逻辑设计等。
2.同步与异步
同步逻辑是时钟之间固定的因果关系。异步逻辑是时钟之间没有固定的因果关系。
同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都连接到相同的时钟脉冲源，因此所有触发器状态的变化都与添加的时钟脉冲信号同步。
异步电路：电路没有统一的时钟。一些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源连接。只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。
异步电路不采用时钟脉冲同步，其子系统采用特殊的开始和完成信号同步；
同步意味着双方都有一个共同的时钟。当发送时，接收方准备同时接收。双方不需要共同的时钟，即接收方不知道发送方何时发送，因此应提示接收方在发送的信息中开始接收信息，如开始和结束时的停止。
3.仿真软件：Proteus
4、Setup 和Hold time
Setup/hold time 测试芯片在输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指触发器时钟信号上升到来之前数据稳定的时间。输入信号应提前时钟上升有效上升）T时间到达芯片，这是建立时间-Setup time.如不满足setup time,此时钟不能将此数据打入触发器，只能在下一时钟上升，数据才能打入触发器。保持时间是指触发器时钟信号上升后数据稳定的时间。如果hold time不够，数据也不能打入触发器。
5、IC同步复位与异步复位在设计中的区别
复位信号沿时钟同步复位，完成复位动作。无论时钟如何，只要复位信号满足条件，复位动作都会完成。 异步复位对复位信号要求较高，无毛刺，如与时钟关系不确定，也可能出现亚稳态。
6.常用的电平标准
TTL： transistor-transistor?logic?gate晶体管-晶体管逻辑门
CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor补充金属氧化物半导体
LVTTL(Low Voltage TTL)、LVCMOS(Low Voltage CMOS)：3.3V、2.5V
RS232、RS485
7、TTL电平与CMOS电平
TTL电平和CMOS电平标准
TTL电平： 5V供电
输出 L： <0.4V ； H：>2.4V 1
输入 L： <0.8V ； H：>2.0V 0
CMOS电平：(一般为12V供电)
输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc
输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc.
CMOS电路临界值(电源电压+5)V)
VOHmin =4.5V VOLmax =0.5V
VIHmin =3.5V VILmax =1.5V
特性区别：
CMOS由场效应管组成，TTL构成双极晶体管；
CMOS逻辑电平范围较大(3~15V)，TTL只能在5V下工作；
CMOS高低电平相差较大，抗干扰性强，TTL差异小，抗干扰能力差；
CMOS功耗很小，TTL功耗大(1~5mA/门)；
CMOS工作频率较高TTL略低，但高速CMOS速度与TTL差不多相当。
8、RS232和RS485电平
RS232:采用三线传输TXD\RXD\GND，其中TXD发送信号，RXD接收信号。
全双工，在RS232中任何信号线的电压都是负逻辑关系。
－15v ~ －3v 代表1
＋3v ~ ＋15v 代表0
RS485:采用差分传输(平衡传输)，半双工，一般有两个引脚 A、B。AB间电势差U为UA-UB:
无终端电阻AB电势差：＋2 ～ ＋6v 逻辑‘1’；
－2 ～ －6v 逻辑‘0’；
带终端电阻 AB电势差： 大于 ＋200mv 逻辑‘1’；
小于 －200mv 逻辑‘0’； 注意：AB电压差不小于200mv。
波特率计算：如图所示，传输9bit(1起始位 79us。1s传输的数据量为1/0.000079*9 = 波特设置的波特率为115200，113924。RS同样计算485波特率。(波特率等于二进制系统中的比特率)
终端电阻其目的就是消耗通信电缆中的信号反射，其原因有两个：阻抗不连续喝阻抗不匹配。
9、CAN BUS
要点(显性和隐性电平):
显性位是指无论总线上的每个节点想要驱动总线进入什么样的电平，只要有一个节点驱动为显性位，总线就是显性位的电平；隐性位恰恰相反。只有当每个节点不将总线驱动为显性位的电平时，总线才表示为隐性位对应的电平。显性位电平为Vh-Vl=2V，逻辑上是0；隐性位电平Vh-Vl=0V，逻辑上是1。
CAN当没有节点传输报纸时，总线一直处于隐性状态。当有节点传输报纸时，显性覆盖隐性，因为CAN总线是串行总线，也就是说报纸是一个一个传输的，是数字信号(0和1)，1代表隐性，0代表显性。在发送报纸的过程中，它是显微交替的，就像二进制数字0101001一样，这样信息就可以发送出去，
显性意味着优先级。在总线执行逻辑上的和时，只要有单元输出显性电平，总线就是显性电平；只有所有单元输出隐性电平，总线才是隐性电平。（显性电平强于隐性电平）
隐性(逻辑‘1’): H=2.5V，L=2.5V，H-L=0V
显示(逻辑‘0’): H=3.5V，L=1.5V，H-L=2V
共同点：CAN_BUS闲置状态为隐性状态，相当于串口通信(232/485)的停止位1；CAN_BUS从隐性到显性，相当于串口通信(232/485)的起始位置0。
10、KNX BUS
1、 概述：KNX是Konnex的缩写。1999年5月，欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协会，提出KNX协议。该协议以EIB兼顾基础BatiBus和EHSA物理层规范被吸收BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案。
2、 总线框架：
A、 总线-区域总线(15条)-主干道(15条)-总线设备(64条)
B、 15*15*64=14400个设备
C、 线、树、星三种结构
D、 KNX遵循总线协议OSI模型协议规范，合理简化。它由物理层、数据链接层、网络层、传输层和应用层组成，会话层和表示层的功能融入应用层和传输层
3、 配置模式：
A、S-Mode (system系统模式)
B、E-Mode (Essential简单模式)
4、 所有总线设备连接到 KNX 介质上 ( 这些介质包括双绞线、射频、电力线或 IP/Ethernet), 它们可以交换信息。总线设备可以是传感器或执行器，所有这些功能都可以通过统一的系统控制、监控和发送信号，而无需额外的控制中心。
5、 KNX电缆由一对双绞线组成，其中一条用于数据传输(红色为CE 黑色为CE-)，另一条双绞线为电子设备提供电源。
6、 总线上的所有信号都以串行异步传输（广播）的形式传输，即所有总线设备总是同时接收总线上的信息。只要总线不再传输信息，总线设备就可以独立决定将报告发送到总线。
11、SPI是串行外设界面(Serial Peripheral Interface)
至少有四条高速、全双工、同步通信总线；
SDI(数据输入)，SDO(数据输出)，SCLK(时钟)、CS(使能)。
12、以太网
13、推挽电路及开漏输出
推拉输出：可输出高、低电平，连接数字设备；推拉结构一般是指两个三极管的B极和E极连接在一起，当一个三极管导通时，另一个三极管总是截止。
泄漏输出：输出端相当于一个NPN三极管，集电极悬挂，只能输出低电平或高电阻状态，必须增加上拉电阻输出高电平。泄漏输出可以短接多个输出，共用一个上拉。此时，这些泄漏输出驱动器PIN_A、PIN_B、PIN_C与的关系
14、DC-DC电源和LDO电源
LDO：low dropout voltage regulator 低压差线性稳压器，因此被称为线性稳压器，只能用于降压应用。也就是说，输出电压必须小于输入电压。优点：稳定性好，负载响应快。输出纹波小，外围部件少。
缺点：效率低，输入输出电压差不能太大。目前最大的负荷不能太大LDO为5A(但要保证5A输出有很多限制)
DC/DC：直流电压转向直流电压。严格来说，LDO也是DC/DC但是现在DC/DC多指开关电源。 包括boost(升压)、buck(降压)、Boostbuck(升/降压)和反相结构，具有高效率、高输出电流、低静态电流等特点，随着集成度的提高，许多新型DC-DC转换器的外围电路仅需电感和滤波电容；但该类电源控制器的输出纹波和开关噪声较大、成本相对较高。
优点：效率高，输入电压范围较宽。
缺点：负载响应比LDO差，输出纹波比LDO大。
15、基尔霍夫定律
电压定律(回路定律)：电路中沿任何一个回路的所有电压的代数和为0；
电流定律(节点定律)：流入一个节点的所有电流之和等于流出该节点的所有电流之和。
16、数字电路和模拟电路区别
数字电路只关心高低电平，模拟电路是连续变化的模拟量，表现形式为电压和电流的连续波动
二、常用的元器件：
1、电阻resistance：固定电阻(色环电阻/贴片电阻)、热敏电阻、光敏电阻、数字可调电阻
基本作用：限制电流和调节电压；
2、电容capacitance：陶瓷电容、铝电解电容、薄膜电容、纸介电容、云母电容
基本作用：存储能量(以电场方式)和隔直通交(滤波/旁路)；
容抗和电容成反比，和频率也成反比。如果容抗用Xc表示，电容用C表示，频率用f表示，那么Xc＝1／(2πfC)
3、电感inductance：磁芯电感、空心电感、可调电感、阻流电感
基本作用：存储能量(以磁场方式)和阻交通直(抑制流过它的电流突然变化)
电磁感应只有在外施电压或者电流随时间增大或减小的变化过程中才会产生。
重点：电感的能量存储特性可以被用在开关电源电路中，如图升压电路。当mos管打开，电感存储能量，由二极管隔断的负载由电容存储能量供给。当MOS管关断时，存储在mos管的能量叠加到5V电源(达到升压的效果)。此时，电感给电容充电，同时供给负载电流。
4、磁珠：用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。磁珠是用来吸收超高频信号，像一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路(DDRSDRAM，RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。 磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。
4、二极管：正向导通，反向截至；(PN结二极管、肖特基二极管、稳压(齐纳)二极管、发光二极管、变容二极管)
硅管：压降是0.7V左右，耐压高但开关速度慢，常用低频整流和开关；
锗管：压降是0.2V左右，阈值电压小，常用于RF信号检测和低电压电平电路；
肖特基二极管：压降是0.4V左右，耐压低但开关速度快，常用高频整流和开关。
二极管选项考虑五大因素：反向峰值电压/最大整流电流/响应速度/反向漏电流/最大正向压降。
5、三极管(晶体管)：NPN，PNP三极管；用于开关和放大电路
术语：截止区、放大区、饱和区、偏置和静态工作点Q。
放大区电流增益：Ic=B*Ib，B是电流增益，典型值10-500，Ic最大为80-600mA。只有工作在放大区，即对于流过晶体管的电流和加在晶体管电压大小都有限制的，才存在电流增益。当Ib过大或过小，放大系数B都会变小。只有Ib为常量，即静态工作点才由有最大的电流增益。
放大区：Ie=Ic+Ib=(B+1)Ib
达林顿管：把两个三极管连在一起，工作电流更大，放大倍数B更大(2B)等效晶体管电路。
6、MOS管(场效应管)：结型场效应管、金属氧化物晶体管(耗尽型和增强型)、单结场效应管。除了增强型导通方向跟晶体管一致，其他均相反。常用是增强型。
普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的，到信号源必须提供一定的电流才能工作。
MOS管则是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻很高，这是它的突出特点。它广泛应用于放大电路和数字电路。
7、运算放大器
负反馈：把输出信号反馈到反相输入端，输出端输出信号电压取决与反馈电阻。
计算公式：Vout=-Vin(Rf/Rin)。反馈电阻越大，输出越大，输出反馈到输入的值就越小。
8、逻辑门电路
非门NOT、与门AND、与非门NAND、或门OR、或非门NOR
异或门XOR
同或门XNOR
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