硬件開(kāi)發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)性的過(guò)程,無(wú)論是經(jīng)驗(yàn)豐富的硬件工程師還是熱衷于動(dòng)手的電子愛(ài)好者,都會(huì)經(jīng)歷相似的步驟來(lái)將想法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品。對(duì)于專(zhuān)業(yè)工程師而言,深入掌握開(kāi)發(fā)流程能夠確保項(xiàng)目的高效推進(jìn),減少錯(cuò)誤和返工,提升產(chǎn)品的質(zhì)量和競(jìng)爭(zhēng)力。而對(duì)于電子愛(ài)好者來(lái)說(shuō),了解整個(gè)流程有助于他們更全面地理解硬件工作的原理,更好地實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)意和想法,同時(shí)提升他們?cè)趯?shí)踐中的技能水平和解決問(wèn)題的能力。
本文主要介紹相對(duì)簡(jiǎn)潔的硬件開(kāi)發(fā)流程,讓大家能直觀的了解產(chǎn)品是怎樣開(kāi)發(fā)的,需要著重注意什么。
如上魚(yú)骨圖,先進(jìn)行需求分析,然后進(jìn)行設(shè)計(jì),再進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,最后再進(jìn)行制作。硬件測(cè)試主要考量原理圖設(shè)計(jì)是否合理,系統(tǒng)測(cè)試能看出是否完全滿(mǎn)足了需求的功能。接下來(lái)將拆分每一個(gè)步驟進(jìn)行介紹。
1、需求分析
重要性
需求分析是整個(gè)環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán),無(wú)論后續(xù)的制作多么的神乎其神,如果沒(méi)有符合用戶(hù)需求,那一切都是無(wú)用功。
如何分析
市場(chǎng)調(diào)研
定義調(diào)研目標(biāo):明確產(chǎn)品需求分析的目的,例如了解市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況、研究用戶(hù)需求等。
收集數(shù)據(jù):采用多種途徑收集相關(guān)數(shù)據(jù),包括市場(chǎng)報(bào)告、行業(yè)數(shù)據(jù)、專(zhuān)家訪(fǎng)談、用戶(hù)調(diào)研等。
分析數(shù)據(jù):對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析,發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)趨勢(shì)、行業(yè)痛點(diǎn)和用戶(hù)需求。
需求定義
定義產(chǎn)品范圍:明確產(chǎn)品的定位和功能,確定產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的范圍和目標(biāo)。
寫(xiě)需求文檔:撰寫(xiě)需求文檔,包括產(chǎn)品描述、用戶(hù)場(chǎng)景、功能需求、非功能需求等。
需求評(píng)審:組織相關(guān)人員對(duì)需求文檔進(jìn)行評(píng)審和討論,確保需求的準(zhǔn)確性和完整性。
需求分解
功能分解:將產(chǎn)品需求按照不同的功能模塊進(jìn)行拆解和歸類(lèi)。
任務(wù)分解:將功能拆解為具體的任務(wù)和子任務(wù),并進(jìn)行任務(wù)分配和優(yōu)先級(jí)排序。
技術(shù)評(píng)估:評(píng)估各項(xiàng)任務(wù)對(duì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的要求和挑戰(zhàn),確定可行性和優(yōu)化方案。
需求優(yōu)先級(jí)排序:根據(jù)市場(chǎng)需求和用戶(hù)價(jià)值,為各項(xiàng)需求確定優(yōu)先級(jí),確定首要解決的需求。
2、原理圖設(shè)計(jì)
使用checklist
當(dāng)我們選定好芯片后,首先需要充分了解芯片
用checklist可以帶來(lái)很多幫助,電路設(shè)計(jì)涉及許多細(xì)節(jié),包括電路設(shè)計(jì)的基本原理、元件選型、布線(xiàn)規(guī)則等。一個(gè)詳細(xì)的checklist可以幫助設(shè)計(jì)師確保每一步都已經(jīng)被仔細(xì)檢查和測(cè)試,沒(méi)有遺漏任何關(guān)鍵步驟,并且設(shè)計(jì)師可以更快地識(shí)別和糾正設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤,而不是在后期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再返回修改,這樣可以大大提高工作效率。
checklist通常包含行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐,按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)可以確保電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量,同時(shí)可以識(shí)別并預(yù)防一些可能的EMC問(wèn)題、過(guò)熱問(wèn)題等。而如果是團(tuán)隊(duì)協(xié)作設(shè)計(jì),使用統(tǒng)一的checklist可以確保所有成員都遵循相同的設(shè)計(jì)流程和標(biāo)準(zhǔn),從而提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作的效率和設(shè)計(jì)的一致性。
部分檢查項(xiàng)目
3、Layout
定義:Layout,也稱(chēng)為PCB布局,是指在PCB上合理地?cái)[放和安排電子元件,以及設(shè)計(jì)這些元件之間的連線(xiàn),以確保電路的功能和性能得以實(shí)現(xiàn)。
步驟
明確硬件總體需求:了解電路板的尺寸、元件數(shù)量、接口類(lèi)型等要求。
繪制原理圖和單板功能框圖:根據(jù)需求繪制電路原理圖,并劃分功能模塊。
確定板框大小:在PCB設(shè)計(jì)軟件中設(shè)定板框大小,以限制布線(xiàn)區(qū)域。
元器件布局:根據(jù)“先大后小,先難后易”的原則,優(yōu)先布局重要的單元電路和核心元器件。同時(shí),要參考原理框圖,根據(jù)主信號(hào)流向規(guī)律安排主要元器件。布局應(yīng)便于調(diào)試和維修,小元件周?chē)粦?yīng)放置大元件,需調(diào)試的元、器件周?chē)凶銐虻目臻g。
布線(xiàn):在元器件布局完成后,進(jìn)行布線(xiàn)設(shè)計(jì)。布線(xiàn)應(yīng)遵循以下原則:總的連線(xiàn)盡可能短,關(guān)鍵信號(hào)線(xiàn)最短;高電壓、大電流信號(hào)與小電流、低電壓的弱信號(hào)完全分開(kāi);模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開(kāi);高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開(kāi)。此外,去耦電容的布局應(yīng)盡量靠近IC的電源管腳,并使之與電源和地之間形成的回路最短。
電氣規(guī)則檢查(ERC):在布線(xiàn)完成后,進(jìn)行電氣規(guī)則檢查,以確保電路設(shè)計(jì)符合電氣規(guī)則,避免潛在的錯(cuò)誤。
4、測(cè)試
明確測(cè)試方向
首先確定硬件的穩(wěn)定性、性能、功能的完整性等方面的測(cè)試目標(biāo)。再界定測(cè)試的具體內(nèi)容,如功能測(cè)試、性能測(cè)試、兼容性測(cè)試等。
其次是分析硬件的功能需求,確保測(cè)試能覆蓋所有功能點(diǎn)。確定硬件的性能要求,如響應(yīng)時(shí)間、傳輸速率,最后再對(duì)硬件可靠性進(jìn)行測(cè)試,確定測(cè)試的目標(biāo)和相關(guān)指標(biāo)。
測(cè)試方式
1、依照設(shè)計(jì)流程,執(zhí)行自我檢查步驟。
2、利用自己或公司以往總結(jié)的核查清單,對(duì)常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行篩查。
3、對(duì)照參考設(shè)計(jì)圖和官方提供的核查項(xiàng)目,開(kāi)展有針對(duì)性的問(wèn)題查找。
4、完成上述步驟后,通過(guò)其他人共同進(jìn)行評(píng)估,作為最終的全面檢查環(huán)節(jié)。
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