嵌入式开发

学习路线

前置学习课程：模电、数电、单片机原理（51）、C++

Arduino 开发板

官方 tutorials

国内太极创客网站提供了非常详细的入门教程，的确是从零开始入门了，但是这会导致他的技术路线被拉得太长，如果有一定基础可以跳过基础部分直接看项目。

智能避障小车

• 设备材料：

设备名称	个数	单价/元
Arduino UNO R3 开发板	1	30
AFMotor 电机拓展板	1	11.21
轮子	4	2.4
tt 直流电机	4	4.6
电池槽 (3 节)	1	3.03
杜邦线（公对公）	一排	4
杜邦线（母对母）	一排	2.31
HC-R6 蓝牙模块	1	12
sg90 舵机 + HC-SR04 超声模块 + 支架	1	13

• 参考程序：github 开源

PCB 设计

PCB 设计分为原理图、PCB 板子布局、PCB 板子布线三部分。

我参考的教程：Expert 电子实验室

原理图设计

流程：元件选型、分模块且参考数据手册画电路图

• 元件选型：感觉需要多积累才能知道哪些功能需要用哪些芯片实现 目前我只停留在别人告诉我用啥我才知道用啥的阶段（ 元件选型后需要查找该元件数据手册，该数据手册上需要着重查看的内容包括：元件封装尺寸、元件典型电路、供电电压、工作温度、工作电压与电流。

  注意如果电源电压与供电电压不一致，需要用线性稳压器转换电压供电值

• 分模块画电路图：每个芯片的电路连接可以查看数据手册，分模块进行设计，比如说：主控模块，电源供电与指示模块、单片机最小实现电路、晶振电路等。
  • 注意电源电流在输入进芯片时需要先进行滤波，滤波电容一般采用100UF与0.1UF并联
  • 在核心主控芯片连接电源时，一般会在旁边加一个100UF的去耦电容
  • 在连接 LED 电源指示灯时，一般需要跟一个1K的分压电阻
  • 51 单片机芯片的引脚灌电流远大于拉电流，所以在连接 LED 时，一般阴极和引脚相连

PCB 布局与布线

善用嘉立创 EDA 专业版的元件跟踪（ctrl + x）和快速布局（ctrl + Shift + X）功能。属于是布局基本功了，能够根据原理图把对应的元件都提取出来，之后再根据自己的需求微调布局即可。

布线：别用锐角走线，布线尽可能对齐。注意：晶振电路与 USB 接口的电路连接需要采用差分布线，以防信号传输失真。

PCB 板子设计流程：

1. 确定板框
2. 确定定位孔位置，并锁定板框与定位孔
3. 根据原理图，按照不同模块把电路元件提取出来（善用元件追踪与快速布局）
4. 调整布局：
   • 一般 USB 接口等要放置在板子边缘
   • 晶振电路放在内部防止信号干扰
   • 主控芯片摆在正中间位置
   • 晶振与 USB 接口要方便差分布线
   • 电源电流滤波时一般采用100UF的电容和0.1UF的电容并联，电流先通过大电容再通过小电容最后输入进元件
   • 电容电阻需要排列整齐，善用对齐工具
   • 必要时可以把元件布置在底层
5. 走线：
   • 在工程设计 - 网络 - 飞线 中先关闭电源线和地线，优先布信号线，从最关键的元件开始，布局要为走线服务；
   • 注意差分布线要设置差分对，误差满足设计规则
   • 一般信号线线宽要求为10mil
   • 一般不在焊盘较宽处引出导线，否则会造成较大的泪滴，应该在较窄处引出
   • 尽可能在顶层布线，必要时通过打过孔在底层走线
   • 布置电源线需要设置较大的线宽，但是线宽不能宽于焊盘宽
   • 多个电源焊盘可以通过填充区域连接，注意填充区域的网络要设置在电源网络，填充区域连接的网络标签要一致
6. 铺铜
   • 在板子上打多个小的地过孔，打在板子空白位置，靠近 GND 焊盘的地方也需要打孔
   • 在顶层和底层分别铺铜，EDA 里有铺铜的选项
7. 丝印调整
   • 对于单片机最小系统芯片，需要把芯片引脚用底座引出，需要在每个引脚旁边标志引脚名称，方便后续程序调试
   • 把电源指示灯的丝印调整为“Power”
   • 加上自己的 logo 等个性化设计
8. 导出 Gerber 方便嘉立创下单

项目实战

51 单片机核心板

元件选型：

关键芯片型号	作用
TYPEC-C-P-DIP2X2	提供电源
AMS1117-3.3	将 5V 电源转化为 3.3V 电压
STC89C52RC 单片机	单片机核心芯片

原理图模块：电源电路（包括 TYPEC 供电、线性稳压器电压转换、开关电路）、晶振电路、复位电路、单片机最小系统电路、按键检测电路、LED 控制电路、电源引出引脚、单片机引出引脚、串口引出引脚、P0 口上拉电阻电路

USB 拓展坞

元件选型：

关键芯片型号	作用
TYPEC-6PIN 母头	提供电源
SL2.1A	将上行信号分配给 4 个下行 USB 接口
USB-A 型母座 180 度 短体 直边	USB 接口芯片
1.5A 快恢复保险丝 -12.6	防止板子短路产生事故

原理图模块：TYPEC 电源电路、USB HUB 主控电路、电源指示和保险丝电路、下行 USB TYPEA 电路

注意：USB HUB 的主控电路中的晶振、4 个 USB TYPEA 模块中 DP,DM 口、TYPEC 上行口的 DP,DM 口、均需要采取差分对布线，防止信号失真。