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
- 需求分析。按照需求,设计一个电路原理图。
- 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。
- 绘制原理图元件库。绘制电路中使用到的原理图元件库。
- 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。
- 绘制元器件封装。绘制电路中使用到的元器件的 PCB 封装库。
- 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。
- 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。
- 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:
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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:
- 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)。
- 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。
- 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。
- 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