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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