1、缘何学硬件

My philosophy of learning can be summed up by the following.

When I am told, I forget
When I see, I remember
When I do, I understand
(Confucius)

Clifford Kelley

\qquad
\qquad 学硬件是自2011年底开始的，尽管之前也曾有过念头，但都没有付诸行动。多年来，我决绝于单位研究项目之外，前因后果，不必细说。不过，如此特立独行，仍能保住饭碗，说明环境尚属宽容，当然也与我自强努力有关。我与世无争、甘于寂寞、循规蹈矩、钻研技术、数年一剑，搏得了一个自封的、领导勉强接受的岗位。

\qquad 2011年春节过后，单位为了保障作业安全，决定要在作业飞机上安装BD监控设备。当时，我在单位从事专业软件开发和设备维护工作，被指排参与了这项任务。本就由于边缘化而倍感危机，遇到这样一件较少扯皮的关联工作，我自然乐于接受并全力以赴。

\qquad 应用BD系统进行监控，可供选择的设备和软件不多，后选产品很快有了意向。测试时发现，BD设备的发射信号会干扰GPS接收信号，这对我们的作业是无法接受的。更换了多种GPS接收机，测试出一国外厂商（今后简称为A厂商或A）生产的某些型号基本不受影响。我开发专业软件时，最初使用的就是A厂商的早期产品，而它明显受影响。

\qquad 在BD天线、GPS天线、天线距离相同条件下，只有特定型号GPS接收机不受影响，它们是如何抑制信号的？靠的是射频前端的抑制技术？还是基带模块的独特算法？抑制同时会导致解算精度降低吗？诸如此类的问题困扰着我。终于有一天，自认有些设备使用经验的我，拆开了两台GPS接收机（一台受信号影响，一台不受）进行比较。结果当然很显然，没有看出任何名堂。更糟糕的是，其中一台制作精细，拆解之后安装不回去了。

\qquad 经历此事，危机感和求知欲促使我下决心，要从零开始学习硬件技术。预则立，当危机不期降临，方能泰然处之。

（图片来源：brocku.ca/brock-news）

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2、开始DIY

我们之目光实为短浅，
但所及之处已照见问题大量，
我等惟有辛勤劳作，方能移步前方。

艾伦.图灵

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\qquad 长期以来，教育缺乏启发性，教授的作用经常只是让学生永远恐惧和厌恶所学的课程。我在大学期间以很好的成绩通过了电子技术这门课程，但留下的印象仅仅是“搞硬件很难的”。这一次，对于年已半百的我，从头开始学硬件自然并不容易，好在我总是带着问题学习并乐此不疲，加之有互联网这本大书提供免费的资料和线索。数年前的互联网环境，就开放程度而言，即便对于科技探索，也已过黄金年代，不过相比现在，更开放，更适合独立、自由的精神。我的思想总是萦绕着问题，我总想抽丝剥茧，将它们一条条捋顺、一层层铺开，但从未真正满意过；我无法用一颗枝繁叶茂的大树将它们层次分明、脉络清晰地连接在一起，没有疙瘩，顺理成章。倘若条件允许，我愿永远沉浸其中，追寻那亘古不变、晶莹剔透、直达每根枝条、每片树叶的客观理性。

（图片来源：baidu.com）

\qquad 生活只是将我拉回现实。我是改革开放后的新三届工科大学生，我有长期自学经历和工作经验，我知道这次该如何做，我要在短时间内打下基础，然后直奔主题。虽然现代电子技术已不再强调用电阻、电容、电感、甚至晶体管搭成具体电路，但它们作为基础知识必须加以了解。学习这样一门实用技术，离不开动手实践，包括：设计工具使用，元器件识别、选购、检测、焊接，电路板设计、制作，等等。数字电路和射频电路是学习重点，有了基本知识后，转而专攻单片机、可编程逻辑器件、以及射频芯片原理与应用电路设计。

\qquad 我的硬件学习大致就是按照以上思路开展的，期间遇到了不少困难和疑惑，但基本都排解了。对我而言，有些条件是必不可少的，首当其冲是方便、廉价的电子元器件购买市场和PCB打样厂家。此外，还有两个重要条件：无所不包的互联网资料和功能强大的EDA工具。我感叹完成它们所花费的巨大劳动，那是坚持理性、心无旁骛、精雕细琢、世代传承的工程结晶。没有它们，我无法前行。对此，内疚和自慰兼而有之，内疚的是对于它们我基本是免费下载和使用的，自慰的是我没有利用它们谋取利益。而一旦意识到一个问题或一件事情是我个人无法逾越或胜任的，就只能选择退缩，尽管会感到沮丧。

\qquad 我至今保留了最初的两件习作，制作形式是最原始的，元器件直接用导线搭接。第一件习作搭接了一个直流电源，包括对220 V交流电进行整流滤波、稳压、分压的电路，如下图。模块接入交流220 V后，看似工作正常，但由于缺乏信号指示，输出电压是否正确，要用万用电表或示波器来验证。在一次用示波器检测时，发生了短路，整个楼层的照明电和动力电瞬间跳闸了。这个电路和这次事故给了我两个教训：实验电路要尽量多地给出信号指示或调试点，要避免直接用交流电或高压电作为输入电源。

图1 导线搭成的直流电源模块

\qquad 第二件习作是一个简易声光报警器，同样用导线直接搭接，制作时吸取了上述教训，制作完成的电路如图2所示。接通报警器的3V直流电源，电路中的发光二极管闪烁，蜂鸣器发出嘀嘀声，进行报警。报警器至今还能工作，因此可以算作我的第一件成功的习作。如果你有兴趣，可以下载简易声光报警器视频和回放它，观察它的演示。

图2 导线搭成的简易声光报警器

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