硬件工程师笔试

### 硬件工程师笔试知识点解析 #### 1. 建立时间和保持时间 - **定义**：在数字逻辑电路中，建立时间是指数据必须稳定地出现在输入端之前的时间，而保持时间则是指数据必须在时钟边沿之后保持不变的时间。 - **重要性**：确保数据能在正确的时刻被采样，避免数据读取错误。 #### 2. 竞争与冒险现象 - **定义**：当电路中的两个或多个信号同时发生变化，但变化速度不一致时，可能会出现瞬时错误输出的现象。 - **判断方法**：通过观察波形图或者利用卡诺图分析来识别。 - **消除方法**： - 引入冗余项； - 使用滤波电容； - 采用合适的逻辑门组合。 #### 3. D触发器实现2倍分频及状态图 - **2倍分频电路**：使用一个D触发器，将输出Q反馈至输入D，即可实现2倍分频。 - **状态图**：图形化表示触发器的状态转换过程，有助于理解电路的行为。 #### 4. "线与"逻辑 - **定义**：指多条信号线直接连接在一起形成逻辑与操作的效果。 - **硬件要求**：所有参与“线与”的信号线必须具有足够的驱动能力，以确保在所有输入均为高电平时输出也为高电平。 #### 5. 同步逻辑与异步逻辑 - **同步逻辑**：所有信号的变化都受到同一个时钟信号控制。 - **异步逻辑**：信号的变化不受时钟信号控制，而是根据外部输入的变化而变化。 #### 6. Latch与Register的区别 - **Latch**：由门电路构成，通常由使能信号控制其开启或关闭。 - **Register**：包含一个或多个触发器，通常由时钟信号控制。 - **现代趋势**：更多使用Register是因为其更易于集成于同步电路中，减少亚稳态问题。 #### 7. 锁相环(PLL) - **定义**：一种闭环反馈控制系统，用于保持两个信号之间的相位差或频率差恒定。 - **工作原理**：通过相位检测器比较输入参考信号与反馈信号的相位，调整压控振荡器的频率。 #### 8. 常用逻辑电平 - **TTL电平**：典型工作电压为5V，高电平为3.6V以上，低电平为0.3V以下。 - **CMOS电平**：工作电压范围宽，高电平接近电源电压，低电平接近地电压。 - **TTL与CMOS电平不能直接互连**：因为两者的工作电压和电流特性差异较大，需要使用电平转换电路。 #### 9. 可编程逻辑器件 - **常见类型**：PLA(Programmable Logic Array)、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等。 - **8位D触发器逻辑描述**： - VHDL示例： ```vhdl entity dff_8bit is Port ( clk : in STD_LOGIC; rst : in STD_LOGIC; d : in STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0); q : out STD_LOGIC_VECTOR (7 downto 0)); end dff_8bit; architecture Behavioral of dff_8bit is begin process (clk, rst) begin if rst = '1' then q <= (others => '0'); elsif rising_edge(clk) then q <= d; end if; end process; end Behavioral; ``` #### 10. EDA软件设计流程 - **设计流程**：从原理图设计(Schematic Capture)到PCB设计(Printed Circuit Board Design)，再到最终的样机制作。 - **注意事项**： - 原理图设计时注意信号完整性、电源分配等问题。 - PCB布局阶段需考虑元件布局合理性、布线规则等。 - 调试过程中需关注电源稳定性、信号质量等。 #### 11. 实现逻辑表达式ab+cd - **逻辑门实现**：可以使用两个AND门分别计算ab和cd，然后通过一个OR门将结果合并。 - **CMOS电路实现**：使用PMOS和NMOS晶体管构建相应的逻辑电路。 #### 12. 用二选一MUX和INVERTER实现XOR - **实现方法**：通过一个2:1 MUX和一个INVERTER组成，利用MUX的选择输入作为控制信号，输出即为XOR的结果。 #### 13. 计算组合逻辑的延时范围 - **方法**：根据触发器的建立时间和保持时间，结合电路的具体情况，可以计算出组合逻辑的最大和最小延时。 #### 14. 解决亚稳态问题 - **解决方案**： - 使用同步复位技术； - 引入足够的延时； - 采用多级触发器设计。 #### 15. MOS管实现二输入与非门 - **实现方式**：使用两个PMOS和两个NMOS晶体管构成与非门电路。 #### 16. 集成电路前端设计流程 - **流程**：需求分析、架构设计、模块划分、RTL代码编写、综合、时序分析、验证等。 - **工具**：Verilog、VHDL、ModelSim、Synopsys Design Compiler等。 #### 17. 名词解释 - **IRQ**: Interrupt Request，中断请求。 - **BIOS**: Basic Input Output System，基本输入输出系统。 - **USB**: Universal Serial Bus，通用串行总线。 - **VHDL**: VHSIC Hardware Description Language，超高速集成电路硬件描述语言。 - **SDR**: Software Defined Radio，软件定义无线电。 #### 18. 波形表示D触发器功能 - **波形图**：通常会显示时钟信号、输入信号D以及输出信号Q随时间变化的关系，有助于理解触发器的工作原理。 #### 19. PC Chipset - **定义**：主板芯片组是计算机主板的核心部分，负责管理CPU与内存、外设之间的数据传输。 #### 20. DSP与通用处理器的区别 - **DSP特点**：优化了数字信号处理算法的执行效率，适用于音频、视频等领域。 - **CPU特点**：通用性强，适合各种计算任务。 - **MCU特点**：集成了CPU、存储器、I/O接口等功能，适合嵌入式系统。 #### 21. 补码与偏置码 - **补码**：表示带符号整数的一种编码方式，[−8,7]范围内，[-8]_2 = 1000, [7]_2 = 0111。 - **偏置码**：通过对原码加上一个偏移量来表示，通常用于表示浮点数。 #### 22. 中断概念与流程 - **中断**：外设向CPU发送请求，要求CPU暂停当前任务转而处理中断事件的过程。 - **中断流程**：中断请求、中断响应、中断服务、中断返回。 #### 23. SRAM、SSRAM、SDRAM - **SRAM**: Static Random Access Memory，静态随机存取存储器。 - **SSRAM**: Synchronous Static Random Access Memory，同步静态随机存取存储器。 - **SDRAM**: Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存取存储器。 #### 24. 时域与频域关系 - **关系**：时域表示信号随时间变化的情况，频域表示信号的能量分布于不同的频率分量上。 #### 25. 模拟电子电路总结 - **主要内容**：包括放大器、振荡器、滤波器等基本电路的设计原理和应用。 #### 26. 串行通信与并行通信 - **串行通信**：数据一位接一位地传输，适用于远距离传输。 - **并行通信**：多位数据同时传输，适用于短距离、高速度的数据交换。 #### 27. RS232C高电平脉冲 - **RS232C标准**：规定了逻辑1为-3V~-15V，逻辑0为+3V~+15V。 #### 28. 放大电路的频率补偿 - **目的**：提高放大电路的稳定性，避免自激振荡。 - **方法**：引入负反馈、使用补偿电容等。 #### 29. 耐奎斯特定律 - **定律内容**：为了无失真地重建模拟信号，采样频率必须至少为信号最高频率的两倍。 #### 30. DMA原理与功能 - **DMA**: Direct Memory Access，直接内存访问。 - **功能**：允许外设与内存之间直接进行数据传输，无需CPU干预。 #### 31. IIR与FIR滤波器 - **IIR滤波器**：无限脉冲响应滤波器，具有递归特性。 - **FIR滤波器**：有限脉冲响应滤波器，非递归特性，稳定性好。 #### 32. 基尔霍夫定律 - **基尔霍夫第一定律**：流入节点的电流等于流出节点的电流。 - **基尔霍夫第二定律**：闭合回路中各支路电压降之和为零。 #### 33. 反馈电路 - **定义**：将输出信号的一部分反馈回输入端，用于改变电路的性能。 - **应用**：增益控制、频率稳定等。 #### 34. 有源滤波器与无源滤波器 - **有源滤波器**：使用运算放大器等有源元件构建，性能更好。 - **无源滤波器**：仅使用电阻、电容和电感等无源元件构成。 #### 35. 平板电容公式 - **公式**：\(C = \frac{\epsilon S}{4\pi kd}\)，其中\(C\)为电容值，\(\epsilon\)为介电常数，\(S\)为电极面积，\(d\)为极板间距，\(k\)为介电常数修正系数。 #### 36. 三极管曲线特性 - **特性**：主要包括输入特性、输出特性和转移特性，用于描述三极管的工作状态。 #### 37. 同步电路与异步电路 - **同步电路**：所有信号的变化均受时钟控制。 - **异步电路**：信号的变化不依赖于时钟，而是直接对外部输入做出响应。 #### 38. 上拉电阻选择原则 - **原则**：根据负载电流、输入阻抗等因素确定合理的电阻值，以确保信号的稳定性和可靠性。 #### 39. 同步复位与异步复位 - **同步复位**：复位信号通过时钟边沿触发，确保复位操作的一致性。 - **异步复位**：复位信号不受时钟控制，可能引起时序问题。 #### 40. MOORE状态机与MEALY状态机 - **MOORE状态机**：输出只取决于当前状态。 - **MEALY状态机**：输出不仅取决于当前状态，还取决于输入信号。 #### 41. 多时域设计 - **处理信号跨时域**：使用同步电路设计技巧，如双同步FF、格雷码转换等方法。 #### 42. 信号跨时域的delay范围 - **计算方法**：结合触发器的建立时间和保持时间，以及电路的具体结构来确定。 #### 43. 时钟周期与时序约束 - **条件**：根据触发器的特性参数，计算出满足时序要求的最小和最大时钟周期。 #### 44. 静态与时序模拟 - **静态模拟**：用于验证电路的功能正确性。 - **时序模拟**：用于验证电路的时序特性，确保信号能够在正确的时间点到达目的地。 #### 45. NAND flash与NOR flash - **NAND flash**：容量大、成本低，适合存储大量数据。 - **NOR flash**：读取速度快，适用于程序代码存储。 #### 46. FPGA与ASIC - **FPGA**: Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列。 - **ASIC**: Application-Specific Integrated Circuit，专用集成电路。 #### 47. OTP片与掩膜片 - **OTP**: One Time Programmable，一次性可编程芯片。 - **掩膜片**：在制造过程中直接刻录数据，不可更改。 #### 48. 单片机故障排查 - **步骤**：首先检查供电是否正常，电源电压、接地线路等。 #### 49. 放大电路的频率补偿 - **方法**：通过引入适当的负反馈网络，或者使用补偿电容来改善电路的频率响应。 #### 50. 基本放大电路种类 - **共射放大器**：适用于高频信号放大。 - **共集放大器**：具有高输入阻抗和低输出阻抗，适用于缓冲器。 - **共基放大器**：宽带宽，适用于高频信号处理。 这些知识点涵盖了硬件工程师笔试中的核心概念和技术细节，对于准备相关考试的考生来说非常有用。