硬件工程師招聘筆試題與參考答案(某大型國企)一、基礎(chǔ)知識選擇題（每題3分，共30分）1.以下哪種邏輯門的輸出是輸入信號的反相？A.與門B.或門C.非門D.與非門2.半導(dǎo)體二極管的主要特性是？A.雙向?qū)щ娦訠.單向?qū)щ娦訡.放大特性D.穩(wěn)壓特性3.以下哪種電容的容量一般較大？A.陶瓷電容B.云母電容C.電解電容D.薄膜電容4.常用的單片機(jī)中，8051單片機(jī)的程序計(jì)數(shù)器PC是幾位的？A.8位B.16位C.24位D.32位5.在PCB設(shè)計(jì)中，為了減少電磁干擾，通常會采用以下哪種措施？A.增大走線間距B.減小走線間距C.增加電源層數(shù)量D.減少地層數(shù)量6.以下哪種信號傳輸方式抗干擾能力最強(qiáng)？A.單端信號B.差分信號C.模擬信號D.脈沖信號7.運(yùn)算放大器的開環(huán)增益一般為？A.幾十倍B.幾百倍C.幾千倍D.幾十萬倍甚至更高8.時(shí)鐘信號的占空比是指？A.高電平時(shí)間與周期的比值B.低電平時(shí)間與周期的比值C.高電平時(shí)間與低電平時(shí)間的比值D.周期與高電平時(shí)間的比值9.在數(shù)字電路中，三態(tài)門除了高電平、低電平狀態(tài)外，還有一種狀態(tài)是？A.高阻態(tài)B.中電平態(tài)C.負(fù)電平態(tài)D.懸空態(tài)10.以下哪種電阻的精度較高？A.碳膜電阻B.金屬膜電阻C.水泥電阻D.熱敏電阻二、填空題（每題4分，共20分）1.常見的電壓源芯片有78系列和79系列，其中78系列輸出______電壓，79系列輸出______電壓。2.電感的單位是______，電容的單位是______。3.在PCB設(shè)計(jì)中，過孔的作用是______。4.單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中，中斷優(yōu)先級寄存器用于______。5.信號完整性主要包括______、______和電磁兼容性等方面。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述硬件工程師在產(chǎn)品開發(fā)過程中的主要職責(zé)。硬件工程師在產(chǎn)品開發(fā)過程中承擔(dān)著多方面的重要職責(zé)。在產(chǎn)品規(guī)劃階段，要與市場、研發(fā)等部門溝通，了解產(chǎn)品需求和性能指標(biāo)，結(jié)合自身專業(yè)知識評估產(chǎn)品的技術(shù)可行性，參與制定產(chǎn)品的硬件總體方案。在設(shè)計(jì)階段，負(fù)責(zé)原理圖設(shè)計(jì)，根據(jù)產(chǎn)品功能要求選擇合適的電子元器件，確定電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保電路的穩(wěn)定性、可靠性和性能指標(biāo)達(dá)標(biāo)。進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，合理布局元器件，規(guī)劃走線，考慮電磁兼容性、散熱等因素，優(yōu)化PCB的性能。還要進(jìn)行電源管理設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定、合適的電源。在開發(fā)過程中，進(jìn)行硬件調(diào)試工作，使用各種測試儀器（如示波器、邏輯分析儀等）對電路板進(jìn)行測試，查找并解決電路中的故障和問題，優(yōu)化電路性能。與軟件工程師協(xié)作，確保硬件與軟件的良好配合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的各項(xiàng)功能。在產(chǎn)品驗(yàn)證階段，參與產(chǎn)品的各種測試，如功能測試、性能測試、可靠性測試等，對測試結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，提出改進(jìn)建議。對產(chǎn)品的硬件部分進(jìn)行成本控制，在保證性能的前提下，選擇性價(jià)比高的元器件，降低產(chǎn)品成本。在產(chǎn)品量產(chǎn)階段，為生產(chǎn)部門提供技術(shù)支持，解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的硬件問題，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。還要對產(chǎn)品進(jìn)行持續(xù)的維護(hù)和改進(jìn)，根據(jù)市場反饋和技術(shù)發(fā)展，對產(chǎn)品硬件進(jìn)行升級和優(yōu)化。2.請說明如何進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)中的電磁兼容性（EMC）設(shè)計(jì)。在PCB設(shè)計(jì)中進(jìn)行電磁兼容性（EMC）設(shè)計(jì)可以從以下幾個方面入手：布局方面，將不同功能模塊分區(qū)放置，如將數(shù)字電路和模擬電路分開，避免相互干擾。高頻電路盡量靠近接口，減少信號傳輸距離，降低輻射干擾。敏感元件要遠(yuǎn)離干擾源，如時(shí)鐘源、大功率器件等。布線方面，采用多層板設(shè)計(jì)，合理設(shè)置電源層和地層，電源層和地層要緊密耦合，以減少電源噪聲。信號線盡量短而直，避免直角和銳角走線，減少信號反射。對于高速信號線，要進(jìn)行阻抗匹配，防止信號失真。差分信號線要等長、等間距布線，以保證差分信號的對稱性，減少共模干擾。接地方面，建立良好的接地系統(tǒng)，采用單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地或混合接地方式。數(shù)字地和模擬地要分開，最后通過磁珠或電感連接到公共地。接地平面要盡量大，以降低接地阻抗。去耦電容方面，在每個集成電路的電源引腳附近放置合適的去耦電容，以濾除電源線上的高頻噪聲。去耦電容的選型要根據(jù)電路的工作頻率和電流大小來確定。屏蔽方面，對于一些容易產(chǎn)生輻射干擾的元件或模塊，可以采用金屬屏蔽罩進(jìn)行屏蔽。屏蔽罩要良好接地，以提高屏蔽效果。抑制元件方面，在信號線上可以使用磁珠、電感等元件來抑制高頻干擾。在電源線上可以使用濾波器來濾除電源噪聲。3.試分析單片機(jī)系統(tǒng)中晶振電路不穩(wěn)定可能的原因及解決方法。單片機(jī)系統(tǒng)中晶振電路不穩(wěn)定可能有以下原因及相應(yīng)解決方法：原因一：晶振本身質(zhì)量問題。晶振可能存在制造缺陷、老化等問題，導(dǎo)致其頻率穩(wěn)定性變差。解決方法：更換質(zhì)量可靠的晶振，選擇知名品牌和高質(zhì)量的產(chǎn)品，并且在采購時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)和測試。原因二：負(fù)載電容不匹配。晶振需要與合適的負(fù)載電容配合才能正常工作，如果負(fù)載電容值不合適，會影響晶振的頻率和穩(wěn)定性。解決方法：根據(jù)晶振的規(guī)格書，選擇合適的負(fù)載電容值?？梢酝ㄟ^調(diào)試負(fù)載電容的大小，找到最佳的匹配值。原因三：PCB布局不合理。晶振引腳到單片機(jī)引腳之間的走線過長、過細(xì)，或者晶振周圍有其他干擾源，會導(dǎo)致信號衰減和干擾，影響晶振的穩(wěn)定性。解決方法：優(yōu)化PCB布局，縮短晶振引腳到單片機(jī)引腳之間的走線長度，加粗走線寬度。將晶振放置在遠(yuǎn)離干擾源的位置，如遠(yuǎn)離大功率器件、時(shí)鐘線等。在晶振周圍設(shè)置接地保護(hù)環(huán)，減少外界干擾。原因四：電源不穩(wěn)定。晶振對電源的穩(wěn)定性要求較高，如果電源存在波動、噪聲等問題，會影響晶振的正常工作。解決方法：采用穩(wěn)壓電源為晶振供電，在電源線上添加濾波電容，濾除電源噪聲?？梢允褂么胖?、電感等元件進(jìn)一步提高電源的穩(wěn)定性。原因五：環(huán)境溫度變化。晶振的頻率會隨環(huán)境溫度的變化而變化，如果環(huán)境溫度變化較大，會導(dǎo)致晶振頻率不穩(wěn)定。解決方法：選擇溫度穩(wěn)定性好的晶振，或者采用溫度補(bǔ)償晶振（TCXO）。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，考慮對晶振進(jìn)行溫度控制，如采用散熱片、風(fēng)扇等散熱措施，或者將晶振放置在溫度相對穩(wěn)定的區(qū)域。四、計(jì)算題（20分）已知一個RC串聯(lián)電路，電阻R=10kΩ，電容C=0.1μF，輸入電壓為一個幅值為5V、頻率為1kHz的正弦波信號。求：1.該電路的時(shí)間常數(shù)τ。根據(jù)時(shí)間常數(shù)的計(jì)算公式\(\tau=RC\)，已知\(R=10k\Omega=10\times10^{3}\Omega\)，\(C=0.1\muF=0.1\times10^{-6}F\)，則\(\tau=RC=(10\times10^{3})\times(0.1\times10^{-6})=1\times10^{-3}s=1ms\)。2.電容上的電壓\(U_{C}\)的表達(dá)式（假設(shè)初始條件為零）。首先求電路的阻抗\(Z\)，\(Z=R+\frac{1}{j\omegaC}\)，其中\(zhòng)(\omega=2\pif\)，\(f=1kHz=1000Hz\)，則\(\omega=2\pi\times1000=2000\pirad/s\)。\(\frac{1}{j\omegaC}=\frac{1}{j\times2000\pi\times0.1\times10^{-6}}=\frac{1}{j\times2\times10^{-4}\pi}=-\frac{j}{2\times10^{-4}\pi}\approx-j1591.55\Omega\)，\(R=10000\Omega\)，所以\(Z=10000-j1591.55\Omega\)。\(\vertZ\vert=\sqrt{R^{2}+(\frac{1}{\omegaC})^{2}}=\sqrt{(10000)^{2}+(1591.55)^{2}}\approx10126.6\Omega\)。電流\(I=\frac{U}{Z}\)，輸入電壓\(U=5\sin(2000\pit)\)，\(I=\frac{5\sin(2000\pit)}{10126.6}\)。電容上的電壓\(U_{C}=I\times\frac{1}{j\omegaC}\)，\(U_{C}=\frac{5\sin(2000\pit)}{10126.6}\times(-j1591.55)\)。根據(jù)相量法，\(U_{C}=\frac{5\times1591.55}{10126.6}\sin(2000\pit-90^{\circ})\approx0.786\sin(2000\pit-90^{\circ})V\)。五、綜合設(shè)計(jì)題（30分）設(shè)計(jì)一個基于51單片機(jī)的簡易數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)，要求能夠?qū)崟r(shí)測量環(huán)境溫度，并通過數(shù)碼管顯示溫度值。請說明設(shè)計(jì)思路，畫出硬件電路圖，并給出主要的程序代碼框架。設(shè)計(jì)思路本簡易數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)以51單片機(jī)為核心，利用溫度傳感器采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，將采集到的模擬溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，將其轉(zhuǎn)換為實(shí)際的溫度值，然后通過數(shù)碼管驅(qū)動電路將溫度值顯示出來。硬件電路圖主要由以下幾個部分組成：1.51單片機(jī)：作為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和控制。2.溫度傳感器：采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，它可以直接輸出數(shù)字溫度信號，與單片機(jī)連接方便。DS18B20的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的一個I/O口相連。3.數(shù)碼管顯示電路：采用共陰極數(shù)碼管，通過74HC573鎖存器進(jìn)行驅(qū)動。數(shù)碼管的段選線連接到74HC573的輸出端，位選線通過三極管進(jìn)行驅(qū)動，連接到單片機(jī)的I/O口。4.電源電路：為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，采用5V電源供電。主要程序代碼框架```cinclude<reg51.h>//定義數(shù)碼管段碼表（共陰極）unsignedcharcodeSEG_CODE[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//定義DS18B20數(shù)據(jù)線連接的單片機(jī)引腳sbitDQ=P3^7;//定義數(shù)碼管位選引腳sbitLSA=P2^2;sbitLSB=P2^3;sbitLSC=P2^4;//延時(shí)函數(shù)voiddelay(unsignedinttime){unsignedinti,j;for(i=0;i<time;i++){for(j=0;j<123;j++);}}//DS18B20初始化函數(shù)bitds18b20_init(){bitpresence;DQ=1;delay(1);DQ=0;delay(500);DQ=1;delay(60);presence=DQ;delay(440);returnpresence;}//向DS18B20寫一個字節(jié)voidds18b20_write_byte(unsignedchardat){unsignedchari;for(i=0;i<8;i++){DQ=0;_nop_();DQ=dat&0x01;delay(60);DQ=1;dat>>=1;}}//從DS18B20讀一個字節(jié)unsignedchards18b20_read_byte(){unsignedchari,dat=0;for(i=0;i<8;i++){DQ=0;_nop_();dat>>=1;DQ=1;if(DQ){dat|=0x80;}delay(60);}returndat;}//讀取DS18B20的溫度值intread_temperature(){unsignedcharLSB,MSB;inttemp;ds18b20_init();ds18b20_write_byte(0xCC);//跳過ROM操作ds18b20_write_byte(0x44);//啟動溫度轉(zhuǎn)換delay(750);ds18b20_init();ds18b20_write_byte(0xCC);//跳過ROM操作ds18b20_write_byte(0xBE);//讀取溫度寄存器LSB=ds18b20_read_byte();MSB=ds18b20_read_byte();temp=(MSB<<8)|LSB;temp=temp0.0625;returntemp;}//數(shù)碼管顯示函數(shù)voiddisplay(inttemp){unsignedchardigit1,digit2,digit3;dig