硬件工程师的学习路径是什么?都应该学习什么知识?

硬件工程师的学习路径是什么?都应该学习什么知识?

以下是我个人对硬件工程师对学习路径的理解,可供参考:

可以分为三个阶段:

第一个就是基础入门。

第二个就是动手实践。

第三个工作以后的产品实战理论学习是你踏入硬件工程师这个行业的基础。

但是当年我在学习理论时步入了一个误区,就是以通过考试为目的。如果你以这样一个目的进行学习的话,所有的知识都会变得非常的枯燥。我认为理论学习有两个作用:

第一个就是带你了解这个行业的基础知识,帮助你入门,这就好比你想做一个厨师。首先你必须要知道什么是菜刀,菜刀的用法,真正解菜的步骤等等。

第二个理论可以知道实践。当你真正开始动手的时候,如果遇到了问题,你会发现真正解决问题的时候,还是需要依靠这些理论基础知识。但是可惜的是,在刚开始学习理论的时候,往往缺少动手实践的条件,导致了我们对很多理论理解不是很深入。如果你一开始学习理论知识没有办法深入理解,我觉得这也是没有关系的。等你以后动手实践遇到问题的时候,你会对相关的理论知识重新的去学习。这时候你的理解就会加深。所以理论与与实践,它不是第一步和第二步的关系,而是一个相互反复糅合的过程。

下面我按照时间顺序说一说硬件工程师需要的基础理论课程,以下所列出的书籍都是我用过的教材,或者是我认为比较重要的书,它不涉及任何商业合作。

第一本书电路基础,它会教给你最基础的电路组成。比如说有电压源、电流源、电阻、电容、电感等等,它也会教给你最基础的电路分析方法。比如说吉尔霍夫定律,还有二端口网络,通过这一本书,你会了解到怎么样去分析一个电路。

第二,本书模拟电子技术,我认为这本书是能够带你真正进入到电路实质的一本书籍。因为这本书里面介绍了三极管mos管运放,还有像负反馈功率放大L C震荡R C组成。为什么有些电路很复杂,很难分析就是引入了我上面谈到的这些东西。所以说学好模拟电子技术对你分析电路是很有帮助的。

第三,本书数字电子技术,数字电子技术是在模拟电子的基础之上,抽象出来的电路的。另外一种表达方式,由于它的逻辑原理十分简单,就是零和一的变换,导致它的发展非常的迅速和繁荣,现在形成了一套独立的理论。我们现在所遇到的电路基本上已经离不开数字电路的基础知识了,所以它也非常的重要。

第四,本书微机原理与接口技术,微机原理与接口技术讲了两个重要的知识点。第一个就是早期8086计算机的运行原理。第二个就是汇编语言与工作机制学习这一门课程是为了让我们了解计算机是如何执行人类给它的指令的。比如说我们想让8086C P U点亮一颗L E D它到底是如何操作的?这也为我们后面对学习单片机奠定了一定的基础。

第五,本书电力电子技术,电力电子技术,我认为是开关电源的一个入门课程。一开始我以为电力电子技术是是专门针对高压电的,其实不是它的核心思想是对电能的控制和转换。也就是说,交流电如何变成直流电,直流电如何变成交流电?所以,如果对电源非常感兴趣的朋友要重点学习一下这门课程。

第六,本书计算机控制技术啊,我认为这本书是面向工业生产的,就是在一些工厂里面,它会有很多传感器和流水线。怎样从这些传感器收集信息,并且去控制这些流水线,传送带等等。这里面介绍了很多经典的控制思想,以及一些传感器的采样方法。因果有朋友以后要去做工业生产方面的硬件工程师的话,可以重点学习一下这门课程。

第七,本书自动控制原理,自动控制原理是自动化专业的一个王牌课程。但是我认为它对于硬件工程师来说,同样非常重要。因为在电路里面大量运用了自动控制的思想。比如说一个电源网络,为了保持电压或者电流输出的稳定,它一定用用到了自动控制的思想。所以说学习这门课程将会为你在调试电路或者调试电机,或者是调试机器人提供更多的理论支撑。

第八,本书信号与系统一开始会学习这本书的时候,你会遇到非常多的数学公式和复杂的数学理论,你可能会觉得这本书对你的用处不大。但是如果你学习的比较深入的话,你会发现这本书会刷新你对这个信号传输的认知,让你从一个更高的维度去看这个信号传输,包括在这个图像处理的时候,也大量运用到了信号与系统的基础知识。

第九,本书c语言基础,这可能是硬件工程师唯一学的一门编程语言。因为我们知道一个设备的运行,它离不开软件和硬件。如果我们想把硬件做好的话,我们必须要知道软件它是怎样去控制硬件的。所以我认为学习一门c语言是非常有必要的。因为大量的嵌入式设备都是用的c语言去编程。

在工作以后,我认为还应该补充以下两本书。第一个就是高频电子电路,第二个是信号,完整性与电源完整性分析。因为在上学的时候,我们遇到的都是一些低频电路的分析。然后工作之后,我们会发现我们会遇到大量的这种高频电路。因为这个电路的频率一旦上来之后,它会从一个量变变成一个质变。所以学习这两门课程会为硬件工程师以后的工作打下坚实的基础。

在大一大二学完基础理论知识之后,我身边的同学都进入了一个动手实践的阶段。从此大家就进入了一个野蛮生长的状态。因为动手实践是完全由自己规划的,他不在大学的培养计划之内。为什么这么多同学都希望早一点开始进入动手实践的阶段呢?因为大家有一个共识,就是你不动手,你永远无法成为一个硬件工程师,这就好比你不点火炒菜,你永远没有办法成为一个厨师一样,也就是在这个时间段内,很多同学开始想方设法的参加各种电子竞赛。因为电子竞赛可以最大程度的锻炼,同学们的动手实践能力,很多同学都是在电子竞赛过程中,能力得到了飞速的成长。可以这么说,在大学阶段,如果你动手实践的项目越多,你的能力成长的就越快。

下面我按照时间顺序说一说,我在大学阶段动手实践的项目,供大家参考。

第一个项目制作十二伏可调电源,这其实是模拟电子的一个实践课程。从这个项目我认识到了洞洞板、电子元器件,还有电烙铁。由于调试需要,我又用到了万用表和示波器,还让我学会了怎么样用电烙铁焊接一个电路。

第二个项目就是学习郭天祥的十天学会单片机,并且动手制作了五幺单片机,最小系统。从这里我开始理解了一个单片机最小系统的工作原理。比如说什么是计存器,什么是I O口,什么是输入输出,什么是中断?什么是计时器,然后也学会了嵌入式c语言的编程。

第三个项目就是学习郭天翔的autumn designer课程。因为我们接触的项目越来越复杂,已经不能用洞洞板或者手工焊接的方式去完成了。我们考虑要去画P C B所以这个时候就不得不开始学习相关的E D A软件。当时因为autumn designer是一个非常适合新手入门的E D A软件,所以我们都选择了autumn designer,一旦掌握了autumn designer的用法之后再复杂的电路原理图,还有P C B都可以胜任。当然工作以后,我发现很多企业用的都是这个cannas和pts。如果感兴趣的同学也可以提前学习一下这两个软件。

第四个就是野蛮生长项目阶段。因为经历过上述三个学习过程之后,你已经完成了基本的赋能。比如说基础的电烙铁用法、电子元器件的焊接万用表的用法啊,示波器的用法,还有E D A软件的使用以及嵌入式编程。理论上,你掌握了这些技能以后,你就可以开始任何你感兴趣的电子项目了。如果你觉得五幺单片机太简单,你可以选择纵向发展,继续学习AVRMSP四三零arm,或者尝试其他的控制器。比如说DSP ,FPGA如果你对控制类的项目非常感兴趣,你可以尝试做一个智能小车,用单片机控制电机正转反转,或者做一个智能温控系统,控制一桶水稳定在五十摄氏度。如果你对电源类的项目很感兴趣的话,你可以考虑做一个逆变器。当你可以舍停电器练的时候,你可以拿出你的逆变器来供整个宿舍的电脑上网。如果你对信号类的项目感兴趣,你可以考虑做一个无线话筒传输系统。

身边很多同学由于参加电子竞赛都会拿历年的电子竞赛题目来练手。听到这里,可能很多人会问,我们做项目的场地仪器,还有电子元器件都是从哪里来的?当时我们大学有开放实验室,就是供同学们自由使用。然后在这个实验室里面也配备了简单的仪器。比如说万用表,还有示波器,我们用到的大部分电子元器件都是自己掏钱买的。如果需要用到比较贵的MCU我们就上官网去申请部分同学参加电子竞赛之后拿到了奖金。反过来又把这个奖金补贴到电子元器件的购买当中,所以形成了一个良性的循环,也有同学会去接点私活,做一些简单的小项目,赚一点外快,然后补贴到这个电子元器件的购买当中。之前也有网友问到说我们学校没有开放实验室,或者说自己没有资格参加电子竞赛,或者说自己囊中羞涩,没有钱买电子元器件应该怎么办?我想在这里举一个例子,就是我以前有同学他没有参加电子竞赛,他也没有去开放实验室,他在宿舍里面就做出了一个杰出的电子项目,令我们非常佩服。但是我想指出的是,在宿舍里面做项目,用电烙铁有一定的风险,希望大家自己合理合规的去使用。

现在大学生手上都没有太多的生活费,能够养活自己已经非常不容易了。如果再要拿一点钱出去买电子元器件更加雪上加霜了。对于这个问题,我想说两个观点,第一个就是你想学习硬件肯定还是要花钱的。第二个,我觉得只要你真心想学习硬件,你总是能拿出一部分钱的。虽然你在学校已经学习了很多知识,也做过很多项目,但是你一旦进入到企业,你会发现你会进入到一个全新的阶段。这个阶段我称之为产品实战。在这个阶段,你会发现很多东西你可能学过或者用过,但是你学的可能不够深入,用的可能不够精通,更多的是你没有学过,没有用过的。但是在这个阶段有一个好处,就是你再也不用花钱买元器件和仪器了,而是公司给你出钱,而且公司还会给你发工资。

在产品实战阶段,你可能会学到以下的知识,我结合自己的经历,给大家列举一下:

第一点,原理图的检查与评审。以前在学校画原理图的时候,可能比较随意,只要能用就行。但是到了公司,它会有很多规范要求。比如说网络名的命名,或者说是接地符号的选择,然后在原理图画完之后,还有一个评审流程,每个公司都有自己的原理图检查细则。首先你必须自己按照这个细则检查一遍,然后遇到一些你难以决策的问题需要提出来,大家一起评审。

第二点,PCB的检查与评审。在画PCB时,必须严格遵守公司的规则。因为公司定的这些规则都是与信号完整性。还有以前产品遇到的实际问题相关的严格遵守。这些规则,可以提前减少很多问题的发生在画完PCB之后,也需要进行一个评审会议。

第三点,就是高阶焊接的能力。以前在学校,你可能焊接了很多QFP封装的或者是插件的封装的器件。但是在工作以后,你会遇到很多BGA封装的焊接,或者是需要在BGA下面飞线的情况。这也是很多硬件工程师在工作之后会学习到的一个技能点。

第四点,示波器的使用方法。以前在学校的时候,你可能只是用示波器查看一下波形。但是在工作以后,你会学习到用示波器如何去做一个触发的捕捉,或者是用示波器测演图。

第五点,其他设备的使用。以前你在上学的时候,可能只用到了万用表和示波器。但是在工作以后,你会用到大量的你没有见过的测试仪器。比如说像频谱仪、电子负载热偶测温仪功率计第六点E MC和DDR的时序测试。以前我们在学校的时候,可能某一个芯片,只要它正常工作就可以了,我们也不会对它做测试。但是在工作中,这样是不允许的,因为仅仅是正常工作还是不够的,要深入到细节去观察它的时序是否是满足我们的设计要求的。因为如果它的时序不对的话,长久运行之后,它可能还是会出问题,我们要杜绝这种现象的发生。

第七点,就是音视频信号的质量测试。如果你的项目涉及到了一些音视频的设备,那么这个是非常有必要的。因为这个是产品的关键指标。当然这里面的测试就涉及到很多专用的方法和专用的仪器。

第八点,电源模块的测试。以前我们测试电源可能只测试了它的电压或者是纹波。但实际在产品当中需要测试多个指标,比如说环路稳定性,还有它的短路测试等等。

第九点,蓝牙wifi传输速率的测试方法。现在越来越多的的硬件设备都会用到蓝牙和wifi。所以这个也是硬件工程师需要掌握的。

第十点,天线性能的测试方法。这里的天线指的是蓝牙和wifi的天线。其实大多数时候都有专门的天线厂家去做这个测试。但是我们硬件工程师也需要了解基础的测试方法。

第十一点,bom的导出及同步啊,这里面没有太多的技巧,需要学习。最重要是需要你细心。因为在实际做一个产品的时候,可能一个产品有好几套不同的配置,它会对应多个bom,你需要把不同的bom对应到正确的配置上。

第十二点,EMC的测试方法与整改措施,这可能是硬件工程师最薄弱的一个环节。因为我们在大学做项目,它是不需要做E M C测试的。当一个项目需要转化成产品的时候,才会送去做E M C测试。另外我们的大学课程中也没有信号完整性这一块的知识。所以说EMC的测试与整改方法都是在工作之后才能学习到的。另外,这个整改措施也是需要通过大量实践才能学会的;

第十三点,PCB板材的组成以及选用。因为PCB的板材也是会影响板上的信号的,所以需要经过科学理论的计算,去选用PCB的板材。这一块也是在工作以后才会学习到的。

第十四点,代工厂的加工流程及工艺学习。因为硬件工程师,他是负责从产品的设计,到最后产品的生产。所以在生产这个环节,它涉及到了很多工厂的加工流程以及工艺这一块也是需要硬件工程师掌握的。由于硬件工程师有很多不同的细分领域,我所列出的这些知识点,可能只是适用于某一个领域的。但是我认为大同小异,如果你掌握了上述的知识点,基本上就是一个合格的硬件工程师了。好了,如果您觉得对你有用处,请点赞和收藏哦!