硬件工程师需要掌握的理论知识包括以下几个方面：

模拟电子线路：

这是硬件工程师的基础，包括了解电阻、电容、电感、二极管和三极管等基本元件，以及掌握模拟电路的设计方法，例如放大电路、加减法电路和开关电路等。

数字电子线路：

需要了解常用的门电路、触发器和时序关系等数字电路知识，这是理解和设计数字电路的基础。

微处理器的应用：

包括单片机的基础，了解其内部工作原理、功能、使用方法以及外围电路等，常用的基础包括51单片机和ARM系列处理器。

EDA软件的使用：

需要学会使用常用的EDA软件，如Protel、AD、PowerPCB等，以便进行电路原理图和PCB的设计及打板制版。

电子学基础：

包括电路理论、半导体器件、模拟电路和数字电路等知识。

计算机组成原理：

涉及计算机硬件组成、指令系统、存储器、输入输出等知识。

信号处理和通信：

包括数字信号处理、通信原理、网络协议等知识。

控制系统：

包括控制系统的设计、传感器和执行器的使用、控制算法等知识。

PCB设计和布局：

熟悉PCB设计的流程和规范，掌握布线技术和信号完整性分析方法。

测试和调试：

了解测试和调试的基本原理和方法，掌握各种测试工具和设备的使用。

项目管理和团队合作：

包括项目管理的方法、团队协作和沟通等知识。

安全和可靠性：

包括硬件安全和可靠性的设计和测试方法等知识。

创新和发展：

包括新技术的研究和应用、产品创新和发展等知识。

专业英语阅读能力：

由于很多硬件相关的规格书和技术文档是英文的，因此具备基本的英文读写能力是非常重要的。

这些理论知识将为硬件工程师提供必要的技能，使其能够设计、开发和测试各种硬件产品，从简单的消费电子到复杂的工业自动化系统。