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立创 EDA 项目实战

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制作流程​

传统电路设计与制作流程

  1. 需求分析。按照需求，设计一个电路原理图。
  2. 电路仿真。使用电路仿真软件，对设计好的电路原理图的一部分或全部进行仿真，验证其功能是否正确。
  3. 绘制原理图元件库。绘制电路中使用到的原理图元件库。
  4. 绘制原理图。加载原理图元件库，在 PCB 设计软件中绘制原理图，并进行电气规则检查。
  5. 绘制元器件封装。绘制电路中使用到的元器件的 PCB 封装库。
  6. 设计 PCB 电路板。将原理图导入到 PCB 设计环境中，对电路板进行布局和布线。
  7. 输出生产文件。输出生产相关的文件，包括 BOM 清单、Gerber 文件、丝印文件以及坐标文件。
  8. 电路板制作。按照输出的文件，进行电路板打样和贴片，并对电路板进行验证。

STM32 核心板电路简介​

通讯下载模块接口电路​

具备通讯和程序下载功能，可以通过该模块实现计算机与 STM32 之间的通讯，也可以用于固件下载，或仅仅是为了提供 5V 供电（该模块也可以输出 3.3V 电压）。

电源转换电路​

电源转换电路是将 5V 输入电压转换为 3.3V 输出电压。通讯下载模块的 5V 与 STM32 核心板电路的 5V 网络相连接，二极管 D1（SS210）的功能是防止 STM32 核心板向通讯下载模块反向供电，二极管上会产生大约 0.4V 的正向电压差。

JTAG/SWD 调试接口电路​

独立按键电路​

OLED 显示屏接口电路​

晶振电路​

LED 电路​

STM32 微控制器电路​

外扩引脚​

焊接说明​

电烙铁正确使用方法

  • 电烙铁在使用之前先接上电源，数分钟后待烙铁头温度升至焊锡熔点时，蘸上助焊剂（松香），然后用烙铁头刃面接触焊锡丝，使烙铁头上均匀地镀上一层锡（亮亮的薄薄的就可以）。这样做，可以便于焊接和防止烙铁头表面氧化。没有蘸上锡的烙铁头，焊接时不容易上锡。
  • 在进行普通焊接的时候，一手烙铁，一手焊锡丝，靠近根部，两头轻轻一碰，一个焊点就形成了。
  • 焊接时间不宜过长，否则容易烫坏元件，必要时可用镊子夹住管脚帮助散热。
  • 焊接完成后，一定要拔掉电烙铁的电源，等电烙铁冷却以后再收起来。

焊接步骤

  • 第1步：焊接 U1（STM32F103RCT6 芯片）。验证标准：使用万用表，确认 STM32 芯片各相邻引脚之间不能短路，芯片引脚与焊盘之间也不能虚焊。这一步非常关键，尽管繁琐，但是绝不能疏忽。
  • 第2步：焊接电源电路部分，包括 U2、C16、D1、C17、C18、L2、C19、PWR、R9、R7、R8、J4。每焊接完一个元器件，都要用万用表测试是否有短路现象，即测试 5V、3.3V 和 GND 三个网络有没有相互之间短路。
  • 第3步：焊接 R6、R14、R15、R20、R21、LED1、LED2、Y1、C11、C12、L1、RST、C13、R13。每焊接完一个元器件，都要用万用表测试是否有短路现象，即测试 5V、3.3V 和 GND 三个网络有没有相互之间短路。
  • 第4步：焊接 C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C14、C15、Y2、R16、R17、R18、R19、J7。每焊接完一个元器件，都要用万用表测试是否有短路现象，即测试 5V、3.3V 和 GND 三个网络有没有相互之间短路。注意：JTAG/SWD 调试接口（J8）的缺口向外。
  • 第5步：焊接剩余器件，包括 C8、C9、C10、R10、R11、R12、KEY1、KEY2、KEY3、R1、R2、R3、R4、R5、J8、J6、J1、J2、J3。每焊接完一个元器件，都要用万用表测试是否有短路现象，即测试 5V、3.3V 和 GND 三个网络有没有相互之间短路。

原理图设计​

流程

  • 新建 STM32 核心板的 PCB 工程
  • 新建 STM32 核心板原理图
  • 原理图规范化设置
  • 搜索/创建原理图封装
  • 放置 STM32 核心板元器件
  • STM32 核心板元器件连线
  • 检查 STM32 核心板原理图

PCB 绘制​

PCB 规则设置​

设计规则的单位跟随画布属性里设置的单位，此处单位是 mil。

  • 导线线宽最小为 10mil
  • 不同网络元素之间最小间距为 8mil
  • 孔外径为 24mil
  • 孔内径为 12mil
  • 线长不做设置

在 PCB 设计过程中，都要开启“实时规则检测”、“检测元素到覆铜的距离”和“在布线时显示 DRC 安全边界”功能。

布局原则​

布局一般要遵守以下原则：

  1. 布线最短原则。例如，集成电路（IC）的去耦电容应尽量放置在相应的 VCC 和 GND 引脚之间，且距离 IC 尽可能近，使之与 VCC 和 GND 之间形成的回路最短。
  2. 将同一功能模块集中原则。即实现同一功能的相关电路模块中的元器件就近集中布局。
  3. 遵守“先大后小，先难后易”的原则，即重要的单元电路、核心元器件应优先布局。
  4. 布局中应参考原理图，根据电路的主信号流向规律安排主要元器件。
  5. 元器件的排列要便于调试和维护，即小元器件周围不能放置大元器件，需调试的元器件周围要有足够的空间。
  6. 同类型插件元器件在 X 或 Y 方向上应朝一个方向放置。同一种类型的有极性分立元器件也要尽量在 X 或 Y 方向上保持一致，便于生产和检验。
  7. 布局时，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于 2mm，如果空间允许，建议距离保持在 5mm。
  8. 布局晶振时，应尽量靠近 IC，且与晶振相连的电容要紧邻晶振。

布线注意事项​

布线时应注意以下事项：

  1. 电源主干线原则上要加粗（尤其是电路板的电源输入/输出线）。
  2. PCB 布线不要距离定位孔和电路板边框太近，否则在进行 PCB 钻孔加工时，导线很容易被切掉一部分甚至被切断。
  3. 同一层禁止 90° 拐角布线，但是不同层之间过孔 90° 布线是允许的。而且，布线时尽可能遵守一层水平布线，另一层垂直走线的原则。
  4. 高频信号线，如 STM32 核心板上的晶振电路的布线，不要加粗，建议也按照线宽为 10mil 进行设计，而且尽可能布线在同一层。

创建原理图库​

原理图库由一系列元器件的图形符号组成。尽管立创 EDA 提供了大量的原理图符号，但是在电路设计过程中，仍有些原理图符号无法在库里找到或者立创 EDA 已有的原理图符号不满足设计者的需求。因此，设计者有必要掌握自行设计原理图符号的技能，并能够建立个人的原理图库。原理图库创建流程如下：

  • 新建原理图库（.SchLib）
  • 新建元器件
  • 绘制元器件符号
  • 添加引脚
  • 添加元器件信息
  • 添加 PCB 封装

创建 PCB 库​

PCB 库（即 PCB 封装库）由一系列元器件的 PCB 封装组成。元器件的 PCB 封装在 PCB 上通常表现为一组焊盘、丝印层上的外框及芯片的说明文字。

  • 焊盘是 PCB 封装中最重要的组成部分之一，用于连接元器件的引脚。
  • 丝印层上的外框和说明文字起指示作用，指明 PCB 封装所对应的芯片，方便电路板的焊接。

尽管立创 EDA 软件提供了大量的 PCB 封装，但在电路板设计过程中，仍有很多 PCB 封装无法在库里找到，而且现有的 PCB 封装未必符合设计者的需求。因此，设计者有必要掌握设计 PCB 封装的技能，并能够建立个人的 PCB 库。PCB 库的创建流程如下：

  • 新建 PCB 库
  • 添加焊盘
  • 添加丝印
  • 添加属性
  • 保存 PCB 封装