拋磚引玉之——淺談如何學好電子設計？
2017-07-20
拋磚引玉之——淺談如何學好電子設計 ?
一、興趣是最好的老師
二、為伊消得人憔悴（厚積薄發）
三、紙上得來終覺淺
四、眾里尋他千百度
五、世界上的第三個蘋果（創新）
六、他山之石可以攻玉
每個人都有自己的獨特的成長經歷，因而也成就著我們各自不同的人生觀、價值觀和世界觀——不同的人生理想。我們的思維方式，生活習慣也都因人而異，所以，我這里講的一些觀點和建議，并不適宜每一個人，大家要抱以懷疑的心態，擇其善者而為之，其不善者而改之。
關于電子是什么，這個界定在書本上和網絡上，都可以方便的找到，關于電子設計的書籍更是琳瑯滿目，畢竟電子相關專業在中國當下還依舊是非常熱門的專業。這些我都不想去細說，也覺得沒有必要去細說。因為，在我看來學好電子設計最關鍵在于一句話：有濃厚的興趣，同時肯下功夫，刻苦專研，學得一手扎實的基礎知識作為積淀，然后在不斷的實踐中，多動手，勤思考，培養和訓練自己的創新思維能力。
簡化總結為一個公式即是：電子設計=興趣+執著+勤動手+勤思考+創新（思維突破）
以下，我將結合我自己的學習經歷和設計經驗，逐一介紹我的這些觀點和建議。
一、興趣是最好的老師
我相信很多同學跟我一樣，在踏進大學之門的時候，對自己的專業都一無所知，非常迷茫，甚至到了大二學了一些專業課之后也是如此，至于自己的個人興趣，早就埋沒在了高考的題海之中。這樣的情況沒有什么可怕的，是當下中國應試教育的失敗和大學生成長成才必須經歷的。（但是可以告訴你，如果你是電子類工科專業的，能夠在大學的前兩年看到我的這篇博文，是值得慶幸的。）
中學時候，我們大家的學習大都是以成績為導向的，很少顧及自己的個人愛好和興趣，因而很多時候學習也是被動的，不快樂的（比如典型的政治課，我想大多數人和我一樣十分的不喜歡，但是為了成績，不得不學）。進入到大學后，大家學習上最大的變化就是沒有以往老師和家長的敦促，沒有繁重的作業題和考試，學習完全由被動轉為主動，學與不學，學這學那，主動權和選擇權完全在個人手中。這個時期是十分關鍵的，既自由又危險。過度的自由，如果沒有一個好的學習動力，就會沉溺于游戲和貪樂玩耍中而不能自拔，然而，相反，如果能夠利用這樣自由的時間和空間，嘗試尋找或者培養自己的興趣愛好的話，就會讓你的大學生活過得精彩、充實、無悔，對你的人生產生積極而深刻的影響。
以上講的興趣之于每個處于迷茫期的大學新生的重要性。進一步，興趣對于我們學習電子設計、尤其是學好電子設計是最為關鍵和重要的。因為電子設計是一門工科專業，不比文科和理科，理論與實踐是緊密聯系的，最終的結果重在實踐上，每一個理論都不是空泛的抽象，而是具體的實物。比如，中學時，我們學習了電子的三個基本器件——電阻、電容和動感，面對書本上的R、C、L及相應的符號，我們對其的理解是非常空泛和死板的，但是，如果你親自見到了它們的實物，并使用它們搭建了一些小電路后，你就會深刻的了解到電阻的限流和分壓作用、電容電感的儲能功能，由微觀的電荷在不同器件中的運動，所產生的宏觀電流電壓的具體表現，對R、L、C及I（電流）、V（電壓）、E（電能）、之間的聯系和公式計算都會深刻不少，同時這些有趣的表面現象也會勾起你對其深入學習和探索的欲望。這就是興趣，這就是愛好所在。
這僅是拋磚引玉的一個例子而已，電子世界之大，現象之豐富，生活中之常見和普及，電子產品在日常生活、學習、生產中的作用之巨大，只要大家留心觀察，就會發現太多太多。對于電子這樣一個與現實生活密切相關且觸手可及的專業，對它產生興趣并不是一件難事，但卻是學好電子設計的關鍵所在。只有對電子產生了興趣，你才會去不自覺的留意它，關注它，執著于它，著迷于其中，為之付出。
二、為伊消得人憔悴（厚積薄發）
在對電子或電子設計產生濃厚興趣之后，我們要走進電子世界的本質，必須借助于科學知識，這就是所謂的基礎知識。正所謂，萬丈高樓平地起，沒有一個扎實的基礎，是不可能在電子這個龐大而復雜的世界里面真正有所作為的。
電子雖說是一門工科專業，但是學好它的基礎知識理論確實不容易，需要扎實的數學和物理功底作為積淀，比如模電里面的二極管、三極管模型，基本的基爾霍夫電路（電壓電流）定律、一階二階電路、信號與系統、數字信號處理、圖像處理，控制算法都離不開數學。所以，高數、線代、復變和概論都是必須要掌握好的數學工具；另外，學好大學物理中的電磁學部分，能夠為學習電子專業課提供一個好的理論基礎，因為電子本身就是物理學的一個分支，只不過由于其發展迅速，成果豐碩而變得異常的龐大和復雜。
在專業課的學習方面，電路原理是電子工程實踐的理論指導基石課程，必須學好，學扎實；
其次是模電和數電，它們是現在集成電路學的基礎，關于二極管、三極管、集成運放的模型和具體應用本身也是非常有趣的東西，大家學習的時候不要咬住書本不放，要多動手，自己買個萬能電路板（或稱面包板），順帶幾個電阻電容以及二極管、三極管，親自動手搭建電路，用萬用表、示波器測量觀察，比死記硬背書本上那些公式理論要來得實際和具體深刻得多；
再者是信號與系統、數字信號處理及通信原理和自動控制原理以及電磁場電磁波（或稱微波原理）這五門課，是學習后面通信電子、控制電子、醫學電子、電機電子、圖像電子和應用電子（嵌入式方向）的理論支撐。也毫無疑問的需要學好，學扎實，是厚積薄發的基石所在。
最后是微機原理、單片機技術、EDA原理及技術（FPGA）、DSP原理及技術、圖像處理、計算機網絡、電視技術、現代通信系統、嵌入式操作系統、鎖相技術、天線技術這些專業性和應用性非常強的課程，不一定全部都要學好，視個人興趣愛好而定。但我個人覺得這些課程的相關性和聯系非常大，主要有前面好的理論基礎，學好這些課程也不是難事。
以上我所說的這些基礎理論課和專業課，大多數電子（主要指弱電，包括電子信息工程、通信工程、自動化、光電工程、計算機，微電子、生物醫電）都會涉及。從我作為一個過來人的身份，老實說，學習尤其學好這些課程不容易，需要有相當的毅力和耐心，耐得住寂寞和枯燥，逆流而上。
我想如果大家呆著對電子的濃厚興趣和對電子這個行業的美好未來的憧憬去學習這些課程的話，定能夠做到“為伊消得人憔悴”，痛并快樂著，愉快的學習。快樂不僅存在于生活，也藏匿于學習和工作之中，只是需要我們用心去發掘，用興趣的鑰匙去開啟罷了。
三、紙上得來終覺淺
古人說：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”強調的正是動手實踐在學習過程中的重要性。具體到電子專業的學習上來，更是一語中的。
也許有人會說，學校提供的實踐機會太少，這無可否認，尤其是在本科院校，基本上就是每學期期末有一個專業課的課程設計和一些專業課的實驗課，做的課程設計和實驗都是老生常談的題目，沒有多少創新可言，甚至很多人都坐享其成，竊用以前師兄師姐們的實驗數據和設計工程。在我看來，這些都需要自己親自動手，才能有所收獲，不說其他的，至少通過做這些任務，大家可以掌握基本工具、測量儀器的使用吧，比如萬用表、示波器、頻譜儀、信號發生器等，這也是大家進一步動手實踐的基礎，正所謂“工欲善其事，必先利其器”是也。
關于實踐和動手能力的培養，我給的建議是，不要依賴學校實驗室和老師給大家提供，機會很多時候是可以自己創造的。（實驗室那些儀器設備多是作為擺設，留給專家教學評估和展覽用的）
我想大家現在出來讀書，家里經濟條件也不至于太差，即是和我一般農村出來的大學生，也可以通過自己的努力，拿到學校的一些獎學金或者助學金吧。平時個人省吃儉用點，少出去玩一兩次，省出一兩百元錢還是沒有問題的，自己到學校附件的電子市場（要是沒有或者很遠，大可在淘寶網上網購），選購以下器件：
一塊萬用表（40元左右）
一塊萬能板PCB（10元）
焊槍一把（20元左右）
焊錫絲和導線若干（20元以內）
電阻電容電感若干（50元足矣）
二極管（1N4000X系列）三極管（9014、9015、8050、8055）（各3~5只，共計10元不到）
集成運放（op07、741、NE5532）以及74系列數字TTL集成芯片（數選器138、非門7404等）4000系列CMOS集成IC（各1~2片，總計不超過50元）
以上總計在200元左右，便可以做自己很多電路原理，數電模電課程的實驗了。通過自己焊接元器件，認識這些基本的電子元件，搭建書本或者自己設計的電路，實現一些基本的功能和控制、不但可以增加你自己對電子的興趣，也可以加深你自己對電子設計的理解，在實實在在的實踐中，牢牢掌握好電子的基礎理論知識。（注：在網絡上，可以搜到很多有趣的實驗電路圖和電子設計方案/實踐指導電子書）。
在具備以上基礎后，就可以玩一些高級的電子設計了，比如MCU，然后ARM、FPGA和DSP。建議大家可以先學習51單片機，原因有三：首先51單片機，麻雀雖小五臟俱全，是MCU的一個濃縮版，MCU的概念幾乎全部包含；其二，由于其歷史原因，關于51單片機的學習資料和書籍隨手可得，書店、圖書館和網上，即使用鋪天蓋地來形容也是一點不為過的；其三、可操作性強，學習成本低。（學習51單片機，我首推STC89C5X系列，在以上面包板的基礎上，在增加一片STC89C51（價格才6元）、加上一個晶振和兩個電容、以及一個RS232電平轉換電路（成本5元內）即可構成該51單片機的最小系統和ISP下載電路，如果再加上幾個LED的話就可以看到點燈的效果了。其下載簡單方便，只需要一個串口即可下載，如果你和我一樣使用的是筆記本也沒有關系，一條USB轉轉口線即可搞定；學習51單片機，我建議大家使用并掌握好keil這個軟件的使用，它的使用界面和之后大家要接觸的大部分MCU及ARM集成開發環境（IDE）十分類似，學好了keil有益于大家入手其他MCU和ARM以及DSP的開發和設計工作）。
到此，零零總總的大致說了一下自己動手學習電子設計的實踐路線圖。正所謂“師傅領進門，修行在個人”，能否正真學好電子設計，關鍵還在個人。我記得自己曾經看過一個關于魅族總經理黃章前輩的報道，他高中輟學，到深圳打拼，憑著自己對電子的熱愛和對技術的執著追求，最終創造了今天魅族的輝煌。他對電子的熱愛和對技術的執著給我留下了深刻的印象，有人評價說：他是一個包里有10元錢，就肯拿出7元來買電子產品的人。這在大多數看來都是不可思議的，而我卻深為折服。年輕時候的投資，在學習上，在個人所熱愛的事業上，是最值得的，所以不要吝嗇在學校時候的這些小錢，要學會用發展的眼光和經濟的頭腦看待和投資自己的人生。
另外，積極參加各類電子設計競賽和今早參與學校導師的科研實驗項目也是非常能夠鍛煉大家動手能力的。就我個人而言，是一個積極參加這些活動的典型例子，從大三上開始參加電子設計競賽到現在，大大小小的電子設計競賽參加過有10來個，正是在這些競賽得過程中，培養和鍛煉了自己的實踐能力和電子設計水平，每一次競賽都是一個挑戰和大膽的嘗試，是突破、是拼搏，難忘這過去的三個春夏秋冬，那些廢寢忘食，兢兢業業、挑燈夜戰的日日夜夜；難忘那些拼搏奮斗后的喜悅和興奮；難忘那些曾經跟我一起走過來的老師和同學。
大家可能會懷疑我所說的這些，覺得我哪有這么多精力，不是還要上課嗎？我的回答是，你不知道我一個人為了自己的所愛（我這里是指電子，而非人，坦白說我自己至今沒有談過戀愛，或許這也為我節省了很多時間），做到“為伊消得人憔悴”的時候，痛并快樂著的生活是最為充實而精彩的。我希望大家在今后的與電子相伴的學習、生活和工作中也同樣能夠享受到和我一樣的快樂！
四、眾里尋他千百度
工程師與一般技術工人的區別在于——工程師能夠在現象和問題中思考出解決問題的辦法。電子設計本身絕不是也不應該是一項體力活，而是在創造，需要用心思考。
電子設計是一門非常實用的學問，它要解決的是現實生活中切實存在的問題。一方面，問題的產生原因很多，矛盾也很多，另一方面，任何事物和人都是聯系和發展的，這些認識論和方法論的基本觀點告訴我們，必須要學會用腦用心去思考問題，運用已知的科學理論和方法，才能透過現象，去偽存真，抓住其本質，找到根本的解決方法（注：這些是哲學的觀點和理論，我個人并不喜歡政治課，但這些東西是思想上的一般道理，適用于我們每個人的日常生活、學習和工作的方方面面，不限于電子設計，我們應該牢記，并時刻用它們來指導我們的思想和言行）。
就電子設計而言，勤思考也有一些方法和思路可循，這里我主要結合自己的學習經歷談一些自己總結的思考方法和思路，希望能夠對大家有所幫助。
首先，在遇到問題時，思考的第一步應該想到和考察的是這個電子設計的原理有沒有問題，因為電子設計本身也是一門科學實踐，每一個設計都有其理論基礎，不可想當然的。比如PCB板調試問題，如果你的原理圖設計都還存在問題，你就沒有辦法要求你的電路板這個實物委曲求全，實現你想要的功能了；再比如程序設計問題，如果你連基本的原理都沒有搞明白，你有何來清晰的編程思路呢？
其次，電子設計問題的檢查思路應該先硬件后軟件，因為電子設計中硬件電路是系統功能賴以實現的基礎，只有硬件設計好了，才能在軟件設計上游刃有余，一帆風順。
再者，遇到問題時，要懂得聯系的思考和發展的思考方式，很多東西道理都是很簡單的，但如果你沒有想到，就會覺得很難，甚至不可思議。
所謂聯系的思考就是，解決其他問題的辦法也可以移花接木的運用于當前問題的解決，比如嵌入式設計中，很多MCU或者ARM的設計軟件在編譯原理和過程上大同小異，這設計軟件使用中遇到的問題很多時候都可以用類比的方法從其他軟件上找到解決。
而發展的思考方式則是指，以一定的假設為前提的超前思考以及合理的前向思維（把問題回歸到過去，去掉一些條件來思考和解決）。比如之前我用三星的arm9芯片S3C2440a，在datasheet上看到這樣一款主要用于消費電子的芯片，怎么會還保留有串口呢，誰見過手機還留有串口的啊？可是之后接觸了一個項目，是完成2440上wince的移植和驅動編寫，在學習和調試wince的eboot和OS底層是，才發現，很多調試都是基于2440的這個串口，通過printf打印的方式定位debug問題的，而且這個時候使用J-link調試時不現實的，在2440上調試Linux系統更是如此。在ARM系統上電初始化的最初階段，很多高級的調試都無法實現，而串口卻只需配置少數兩個寄存器，并且只需要兩根通信線即可與PC連接，是最為簡單實用的嵌入式調試工具。因而，由此，在那之后，我遇到過一些MCU芯片，其調試工具太貴或者根本就沒有引出JTAG口的，我就把串口調試這一找移花接木過來使用，最后順利的完成了調試和設計任務。
很多時候，問題的解決都不可能是一蹴而就的，需要有耐心和毅力，堅持不懈，并不斷地嘗試，更換新的思路和思考方向。除此之外，多讀多看多想，積累一些看似與電子設計毫無關系的知識，也能夠為大家思考問題，解決問題提供思路和幫助。
思想有多遠，人就能走多遠！深邃的觀察洞悉能力，加上敏銳的眼光和深刻的思考，是探索未知世界的利器，是打開智慧神殿大門的金鑰匙
五、世界上的第三個蘋果（創新）
五、世界上的第三個蘋果（創新）
我們中國人不比世界上任何一個國家的人差，但是為什么中國的電子產品，IT行業的發展始終比不上國外，歸根結底問題在于缺乏創新。作為有志于成為新世紀，信息時代優秀IT工程師的我們，更應該時刻提醒自己創新的重要性和緊迫性，從現在開始培養自己的創新意識。
創新之于我們電子設計的重要性和急迫性，我想只要是稍有關注世界IT發展史的人都知道。我們大家作為未來的IT工程師，是IT創新的實踐者和締造手，有責任肩負起創新的重任，實現民族IT的崛起和振新。
創新涉及的概念很廣，方面很多。在我看來，創新精神是個人綜合素質的體現，是最求完美的結果。創新并不是人與生俱來的，需要我們在自己的成長過程中，通過不斷的學習、模仿、鍛煉，一點一點慢慢的積淀和培養。
電子設計的創新，我這里談一下自己的想法和觀點。
首先，需要扎實的專業知識和嫻熟的技術技能，做到厚積薄發。扎實的專業知識和嫻熟的專業技術技能，是我們進行創新思考，創新實踐的基礎和保障。就像一千個不同的人眼里有一千個各異哈利波特一樣，在看待紛繁復雜的客觀事物是，專業知識為我們提供了專業的眼光。看待一個電子產品設計的想法是否創新，能否實現，往往取決于你是否具有相關的專業知識。
其次，要注意豐富自己的生活體驗，貼近真實生活，關注現實世界，有一雙善于發現生活，發現美的眼睛，做真正實用、有用之創新。創新不能憑空捏造，更不能主觀臆想。
再者，要關注前沿，萬不可閉門造車，再做發明輪子式的創新。
最后，一定要有好的執行力和堅持到底的信心。一旦你有了好的想法idea，一定要立刻付諸行動，并堅持到底，否則你的創新很可能成為天方夜譚，癡人說夢。
世界上的第一個蘋果被英國的牛頓摘得，發現了改變世界的牛頓三大定律；第二個蘋果則被美國人喬布斯所得，創造了世界IT業的apple神話；世界上的第三個蘋果呢，是否會就落在我們中間呢？大家拭目以待。
最后，希望我的這篇博文能夠對大家起到一個拋磚引玉的作用，能夠對大家學習學好電子設計有所引導作用。祝愿大家在電子設計之路上收獲自己的人生和價值，獲得無盡的快樂——盡管會風雨兼程。
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