器件选型

ADC和DAC一般采集和输出的是模拟信号，为了稳定测量和传输这些模拟信号，我们会采用一种SMA接口，对于SMA座子，分为内层和外层接口，内层传输信号部分，外层接地，可以将线与连接座子通过螺纹进行对接，采用这种接口不会出现像杜邦线一样信号干扰特别大，以及接口松动的问题，提高信号传输的稳定性和信号质量。在电赛中，所有涉及到信号的部分，都会使用SMA进行连接，所以在单片机开发板上预留SMA的接口连接方式。

除了信号部分的接口之外，单片机还需要外接一些模块

STM32开发板电源设计

LDO

LDO的串联分压原理，LDO的压差实际上分到了串联分压的三极管的电阻上，电阻在大压差的情况下就会疯狂发热，是的LDO的效率非常低。因此LDO的压差一般就只有几V左右。LDO是串联分压，所以只能降压。因为输出电流同样需要流过串联分压的三极管的电阻，如果电流很大，电阻也会疯狂发热。

应用场景：低压差，低纹波，低噪声

DCDC

BUCK

BOOST

基准电压源就是提供基准电压的电源芯片，相比于普通的电源芯片，如LDO,DCDC，它可以提供高精度的电压

这个电路的功能就是稳定输出一个2.5V的电压基准,TL431也可以输出一些别的电压基准，只需要略微改进一下这个电路的接法。

通过改变R1和R2的值，就可以输出任意的电压基准，最后的电压输出，不能是无限大，根据数据手册，必须小于36V，即最后的输出电压是在VREF到36V之间。

STM32的电压基准源电路就是使用TL431来作为电压基准源

PCB的走线也会耦合很多很多的系统噪声，最后我们的电源信号就会出现很多这样的杂波，在电源附近放一个晓得滤波电容，就可以过滤掉我们这些杂波信号，来让单片机的引脚获得一个稳定的直流电。

实际的电源可以看成是一部分稳定的直流电压加上一部分不稳定的交流电压，而后面这些负载需要这部分稳定的直流而不需要交流。

单片机在工作时，也会产生一些噪声，这些噪声就会耦合到电源轨道上，噪声也需要电容进行一个去耦。电容隔直通交，噪声由于是一些交流分量，所以它就可以通过电容进行释放，而不会通过电源引脚进入到负载中，保证负载得到的是干净的电

电源纹波

接地弹簧的作用是为了减小我们测量时接地回路的大小，进而减小测量时耦合到的噪声。

选择示波器通道1，耦合方式选择交流耦合，因为纹波属于交流分量，带宽限制选择20M，可以滤除一些不需要的系统噪声，探头选择1:1，垂直分辨率选择50mv，开发板上电，接12V的DC电源，将探头和接地弹簧点在DCDC输出端的电容上，这样可以使测得的电源纹波比较准确。

如果想看到电源输出的完整波形，可以打到直流耦合档，点击Auto

STM32电赛开发板原理图设计

立创EDA总是在这个地方报错，可去掉勾选，如果不使用SMT,直接自己去焊接，这一项其实是不需要的

CC1是快充的识别引脚，需要接5.1K的电阻进行下拉，保证输出的是5V的电压

螺钉式接线端子经常容易插反，接一个二极管，SS54是一个肖特基二极管，导通压降比较小，而定电流可以达到5A

输入是12V电压，应选耐压值比较高的电容，这里选铝电解电容

大电容靠近电源输入端，小电容靠近芯片，小电容选择了一个0603封装的陶瓷电容（这里需要闹压值为16V以上，否则容易击穿）

RH与BOOT之间的电容是自举电容，自举升压，为DCDC开关管提供一个驱动电压

开关有6个引脚，上面3个引脚为一组，下面3个引脚为一组，中间的是公共端，如果把开关打到左边，1 2和4 5就接通，把开关打到右边，2 3和5 6就接通，所以我们只需要用其中的一组引脚，另一组开关接地，防止在焊接时出现引脚铜皮脱落的情况

VDD是单片机的数字电源，为STM32的数字部分供电，如一些IO口的控制逻辑，CPU,存储设计电源   

数字信号是一些由高低电平组成的信号，模拟信号是一个连续的信号

ADC、DAC、PLL锁相环等模拟部分如果还用数字电源进行供电，和模拟之间就会产生一些干扰，最好将数字电源部分和模拟电源部分进行隔离，数字地和模拟地的隔离

对于STM32这种典型的模数混合元器件，模数的隔离的使用非常常见。

实际PCB和理想的原理图之间的区别：接地线看似是一个电阻为0的导线，实际的PCB中，连线是靠铜箔实现的，而铜箔的电阻不可能为0，而是有一个比较小的电阻。数字电路在运行时会产生一些工作电流，在A点产生一个电压U，导致模拟电路接地的点的电位不等于0，U往往非常不稳定，是一个波动的电压，会随数字电路的工作状态而产生变化，而模拟电路里有一些像DAC、ADC这样的电路，需要很高的采样精度，而不稳定的波动的接地点还会导致采样精度的下降。这就相当于数字电路的噪声通过公共的地线耦合到了模拟电路中，进而影响到了模拟电路的精度。模拟电路也会通过公共地线影响到数字部分，但因为数字电路只有高低电平，抗干扰能力要比模拟电路强很多。

为避免噪声耦合，采用如下接法，通过独立的接地线连接到公共地上，进而避免了造成之间的相互干扰

实际在画PCB过程中，实现单点接地有很多方案，如可以将数字地和模拟地进行一个分割，在电源的入口部分，通过0Ω电阻进行连接；也可以将数字地和模拟地分隔之后，将电源入口放在数字地上，将模拟地通过一小块铜箔进行连接，这两种方法都可以实现单点接地，进而实现模数地之间的分离。单点接地的元件，除了0Ω的电阻，我们还可以用磁珠（可以理解成一个带阻滤波器），以及一些感值比较小的小电感，而对于0Ω电阻，其实不是完全没有电阻，而是一个阻值很小的电阻，一般来说在毫欧级别，对所有频带的信号都有一个小幅度的衰减。关于数字电源和模拟电源之间的隔离，除了采用0Ω电阻进行连接之外，还可以在模拟电源这边放置一个小电容来达到滤波的作用。

VCC+3.3表示数字电源

VBAT引脚接的是一个1.8V到3.6V的电池，在单片机内部，这个引脚连接到了RTC时钟以及唤醒逻辑电路，这个电池的主要功能就是在单片机断电之后，继续为RTC时钟进行供电，保证我们RTC时钟的计时功能不受影响。这种小电池，在电脑主板上也有

在3.3V上电的情况下，不消耗电池上的电量，而在3.3V系统电源断电的时候，重新使用电池上的电给VBAT供电

电源选择电路：假设系统是断电状态，没有VCC+3.3V，对于下面的二极管来说，属于导通状态，因为左边有一个电池电压，对于上面的二极管来说，处于一个关断的状态，因为左侧没有电压；这时系统电源上电，首先假设两个二极管都不导通，然后分别计算两个二极管之间的压差，纽扣电池电压到不了3.3V，对于上面的二极管来说，上面的压差比下面的大，因此上面的二极管优先导通，导通之后3.3V就会来到二极管的右侧，对于下面的二极管来说，没有一个正向偏置的电压，所以下面的二极管不导通，因此在系统上电时，会优先由3.3V供电。这样就保存了电池的电量。

对于TL431外围的电路连接，有两种接法，一种是产生固定输出电压，也就是等于VREF2.5V的一个电路；下面的电路，可以通过分配这两个电阻值来产生任意的输出电压，这里采用上面这种，2.5V是在STM32允许的2.5V到3.3V之内的。电压基准源是处于ADC电路的

对于Vka=Vref,看曲线A,曲线纵坐标是工作电流，横坐标是负载电容的取值，曲线下面包围的面积表示电路不能正常工作，会产生震荡，所以电容的取值要在曲线A的左侧或者曲线A的右侧，这里取10uF的电容，保证电路不会出现震荡。

把BOOT1和PB2通过短接标识符连接在一起，表示它们是一个网络标签。BOOT引脚是单片机启动模式的选择引脚，通过配置BOOT引脚上电时的高低电平，就可以选择单片机的启动模式。通过排针加跳线帽的方式就可以配置BOOT引脚上的高低电平。

跳线帽可以短接1、3引脚或者3、5引脚，就配置了BOOT的高低电平；短接2、4引脚或者4、6引脚就配置了BOOT1的高低电平。

1、3引脚是连接到晶振内部的晶体上的，2、4引脚是连接到外壳上的，所以晶振的输出是1、3引脚，2、4引脚需要接地；晶振还需接一个起振电容

单片机有两种方式复位，上电复位和手动复位，RST引脚检测到一段时间按输入低电平信号后（一般这个信号就是低于0.8V），就会使单片机自动复位。按键按下后RST接地，自然就是低电平。当单片机上电时，电容上的电压不会突变，RST引脚仍然会保持比较短的时间的低电平状态，随着电容的不断充电,RST引脚上的电压也在不断上升，过一段时间之后就会超过0.8V，此时单片机就由复位状态变为了正常工作状态，而低电平保持的时间就是由电阻的阻值和电容的容值共同决定的，根据电容的充电公式可以算出这个时间大概是1.1倍的RC。

在引出GPIO时，有一个重要的点就是GPIO的顺序，引出的顺序是否通顺就决定了之后的PCB布线是否方便，如果只是简单的将GPIO全部复制过来，按这个顺序来画，PCB走线错综复杂，绕在一起；所以要顺着PCB的走线方式来进行放置。

对于一般的单片机而言，灌电流比拉电流要大，所以一般吧GPIO接在LED的负极，这样进入进入单片机的就是灌电流，这样对于LED的驱动能力强一些

电容：硬件消抖，防止因为抖动而产生一些误触发的问题，也可以用软件消抖，电容并联在按键两侧即可，右侧接地，按键按下GPIO会读到一个低电平。

STM32VET6上有4组USART的接口，其中有一组通过type-c引脚和电脑进行通信,另外3组可以自由配置

可将串口的引脚配置为IIC的引脚，串口和IIC都是两根线通信，唯一的区别就是上拉电阻，可以通过软件把串口引脚配置为IIC的通信引脚，可额外加两个上拉电阻，在焊接时可以选择需不需要焊接这个电阻，不含就是串口通讯引脚，焊的话可用作IIC通信

在设计时，经常预留一些电阻作为调试的功能来使用，但有的时候也不焊接或调整阻值之类的

希望板子能板载一个串口转USB的通信芯片，这样可以只通过板子和一根USB线就可以和电脑进行通信了；同时希望板子具有一个串口自动下载程序的功能，这两个功能都是通过CH340C这个芯片实现的.CH340C的晶振已经内置了，因此我们不需要外接晶振

STM32是低电平复位，BOOT1默认的就是低电平

自动下载电路：RTS#DTR#,说明CH340C用的是负电平逻辑，即软件中选DTR低电平复位，实际上最后输出的是一个高电平，RTS高电平实际最后输出的是低电平。DTR1、RTS0，Q1三极管是导通状态，RST这个点的电压就会通过三极管和二极管给到RST引脚（0），Q2导通，BOOT0通过Q2为1，STM32是低电平复位的，BOOT1默认为0，选择进入bootloader,即选择进入下载模式，程序会自动延时100ms，给单片机的复位引脚一个复位时间，确保它能够进入复位状态,在复位的时间节点，单片机采样到了BOOT0上的高电压，单片机进入串口下载模式，会从串口下载程序；之后DTR0，RTS0,Q1关断，RST1，单片机结束复位状态，即释放复位,BOOT1。在程序下载完之后，RTS1，Q2不导通，BOOT0为0，此时按下单片机的复位按键，单片机会从Flash启动，进入正常的工作状态。也可以在软件中配置单片机在下载程序之后，自动开始运行。

PCB

通顺

大电流路径如下几块

抗干扰

先布信号线，再布电源线，最后布地线

shift+m 对铺完铜之后的走线进行调整

shift+b 重建铺铜区

布局先大后小，先易后难，先将重要器件大器件进行摆放，然后是一些其它的小器件

先连接段的线，难走的线先不管，后面可通过打孔换层的方式连接上

重要的连接线：晶振、下载引脚、串口、SPI、IIC、USB,走线时优先考虑，尽量在顶层走完

蜂鸣器，按键、LED灯、排针，这些普通的GPIO引脚，后续只需连接完成即可，无需优先考虑，后续可打孔换层

晶振的连接可考虑类差分

差分对两个导线之间的长度误差在10mil左右

通过铺铜，顶层的GND网络可以以最短的路径和地层的GND网络进行连接

朝向保持一致，回流路径最短

检查DRC会报错，除了移动导线或移动铜皮，还可以重建铺铜区

尽量避免锐角或直角走线

未进行镜空处理

此时周围的铜皮对温湿度的测量就没有太大影响

彩色丝印工艺油墨颜色只能是白色

原理图四要素：元件符号 连接符号 节点 注释

R1 10K(value值)  

U=R i(电阻两端电压电流参考方向相同的情况下，相反在前面加负号)

电阻分类:

插接电阻（体积较大，通过插接引脚的方式进行焊接和组装）

贴片封装：0402 0603 00501206 2512    如0402表示0.04英尺乘0.02英尺

封装越大，能承受的 额定功率 越高

2号：插针排阻  6号:功率电阻 11号12号：光敏电阻

电阻读数：

470×0.1=47Ω   第五段表示精度 

贴片电阻：

104：10×10*4=100K,精度为5%

5112：511×10*2=51.1k.精度为1%  R010:0.01Ω   R003:0.003欧姆

正号表示是电容的正极

表达式使用时必须是关联参考方向（电流的参考方向和电压的参考方向一致）

 

电感（本身不会消耗能量，而是会将电能储存起来）

 

色环（插接）电感读值方法和电阻相同

 二极管：

电源方面，利用二极管的单向导通特性，构成一个整流桥，对交流电的输入进行一个整流

信号处理领域，将二极管与电容构成一个检波电路，对于前级输入的调制信号进行检波

在电源的输入端加入一个二极管进行防反接；

对于一些电源电压不太稳定的场合，加入稳压二极管进行稳压

0.5V右侧是二极管的导通区，二极管在导通时，并不是完全没有损耗的，实际的二极管在导通时，存在一个导通压降

有时在电源的输入端加入一个二极管进行防反接，它的导通压降越小越好，故采用肖特基二极管，有比较低的导通压降

0到0.5的区间二极管是没有电流的，处于一个截止的状态，对于不同的二极管，这个区域的电压也是不同的，当正向电压低于二极管的死区电压时，二极管就会自己关断

 电压轴的负半轴：从0到-40V区间里，虽然反向电压一直在变大，但是二极管的反向的电流非常低，但二极管并非是处于反向的情况下就没有电流，而是有一个比较低的静态反向电流，当反向电压超过反向击穿电压时，反向电流就会猛然增大，同时反向击穿电流就会遏制反向击穿电压继续增大，故二极管在反向击穿区有一种稳压的特性，稳压二极管就是工作在反向击穿区， 

大红旗对应的是负近脚，小红旗对应的是正引脚；引脚短的为负极，引脚长的为正极极

贴片封装的二极管：绿色三角形由正极指向负极，有绿色小点的

左下角黑色的二极管竖线的位置为负极，没有竖线的位置为正极

插接二极管黑色竖线的位置为负极

三极管：

左边为NPN型三极管，右边为PNP型三极管

tips：箭头由P指向N

左边为NPN型三极管，右边为PNP型三极管

PN结是一种特殊的半导体结，它由两个不同类型的半导体材料（通常是N型和P型）组成，它们在它们的交界面形成一个空间电荷区，PN结具有单向导电性

在集电极c与基极b之间构成了一个PN结，这个PN结叫做集电结；在基极b与发射级e之间构成的PN结叫做发射结                                          

对于NPN三极管，简记为两个二极管共阳极接出来一个b级，另外两侧分别是c级和e级  

对于PNP三极管，内部结构简记为两个二极管共阴极连接出来一个b,两外两侧分别是c和e

基尔霍夫电流定律（KCL），基尔霍夫电压定律(KVL)

实质：KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意节点处的反应；KCL表示结点处支路电流间

的约束，与支路上的元件性质无关；KCL方程是按电流的参考方向列写的，与电流的实际方向无关（在列KCL方程的时候，一定要先规定电流的参考反向）。

沿顺时针回路方向来列写方程，同时取电压降为正，从左下角的结点开始看起

KVL的实质反映了电路遵循能量守恒定律，表示结点处支路电压间的约束，与支路上的元件性质无关(无论是直流电还是交流电都可用此分析)；KCL方程是按电压的参考方向列写的，与电压的实际方向无关（根据电流的参考方向确定电压的参考方向）

   理想化：假定这些现象可以分别研究，并且这些电磁元件都分别集中在各元件内部进行，这样的元件称为集总参数元件

用集总参数电路模型来近似描述实际电路是有条件的，他要求实际电路的尺寸要远小于电路工作时电磁波的波长（电磁波在高频状态下波长较小，所以在高频状态下往往不能用集总参数模型）

读懂原理图           

eg:与电源相关的原理图放在左上角

如果原理图有多个图页，尽量将一个功能的电路放在一个图页上，列如第一个图页是电源布部分相关的电路，第二个图页是控制部分相关的电路，第三个图页是和驱动部分相关的电路

系统框图（system diagram）主要描述原理图主要用到那几个功能模块以及模块之间是如何通信的

电源树（power diagram)描述原理图中各路电源是如何产生，例如上图电源由左侧经过一系列变换，最后产生了右侧的一个电源时序图

对于引脚比较多的主控芯片，会放一张GPIO的引脚分配图，标注各个引脚具体与哪些器件连接，以及引脚的功能是什么

看原理图时，能快速通过引脚电压判断请求的电压是多少

有些单片机对启动引脚有一定的要求，可以把注意事项标在单片机的旁边，这样在修改原理图的时候，就会注意这几个IO口的高低电平配置

写网络标签的时候，在前面写上网络标签连接的元件 ，后面写网络标签所对应信号的功能

例如MPU6050_SCL表示这个网络标签连接的是MPU6050这个芯片，对应的功能是SCL

便于下次修改时有对照

PCB设计

PCB:    印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者

       上图是PCB板在没有焊接元件时的照片     

导线在PCB板上就是一段比较细的铜箔，导线在布线时不允许相交，上图是立创EDA PCB设计界面

上图细的铜箔就是导线，导线周围环绕大片的金属铜箔就是铺铜

对于一个PCB设计而言，地线往往很多，对于PCB板而言，拥有一个完整的地平面非常重要，一般会对GND网络进行铺铜（往往在布完信号线之后），铜皮有很大面积，对于大电流和散热流都有很好的效果；对于电源网络，原则上也采用铺铜的方式进行连接

填充一般用在需要过大电流，比如电源线的布线，一般会用铜皮填充来进行一整个区域的布线，有的焊盘是用来定位和固定的，不需要进行焊接

从你提供的图片来看，这是 PCB 布局中的 隔热焊盘（Thermal Pad），不同颜色表示不同的层或属性：

• 红色区域：代表覆铜（铜箔平面层），通常是电源层或大面积的导电区域。

• 黄色线条：表示焊盘轮廓或 Keep-out 区域，用来标识焊盘边界。

• 蓝色线条：表示 过孔或者阻焊层（Solder Mask Opening），即在焊盘上开窗，便于焊接。

• 白色文字（GND，1）：标识该焊盘的网络名称和编号（此处连接到地 GND）。

总结：

• 红色 → 铜皮/覆铜层

• 黄色 → 焊盘边界

• 蓝色 → 阻焊层开窗

• 白色文字 → 网络名称/引脚标识

在你提供的这张 PCB 板图片中，不同颜色的焊盘和区域代表不同层或属性：

• 绿色区域：PCB 的 阻焊层（Solder Mask），覆盖在铜皮上，起到绝缘和防止焊料扩散的作用。

• 黄色焊盘部分：这是 裸露铜（Pad / Via / Through Hole），通常镀有镍金或锡，用于元器件的焊接。

• 白色线条：这是 丝印层（Silkscreen），用于标记元器件位置、编号（如 R2、C9）等，方便装配和检修。

• 深色圆孔：这是 过孔或插件孔（Via / Through Hole），用于电气连接不同层的铜箔，或者插入插件元件的引脚。

总结：

• 绿色 → 阻焊层

• 黄色 → 焊盘（元件焊接位置，镀层铜面）

• 白色 → 丝印层（文字/元件边框）

• 黑色圆孔 → 过孔/插件孔

• 黑色背景：代表 PCB 板的基底（没有铜皮的区域）。

• 红色矩形块（1,2,3,4）：代表 焊盘（Pad），是元器件引脚与 PCB 焊接的区域。

• 黄色线条矩形：代表 丝印层（Silkscreen），通常用来标识元器件的外形轮廓，方便装配与识别。

• 白色数字（1,2,3,4）：表示 引脚编号（Pin Number），对应元器件的引脚序号。

• 灰色小圆点：通常是 定位孔 / 机械孔 / 装配孔，用于定位或者安装固定。

• 黄色箭头：是图示中的说明标记，用于指向关键焊盘（不属于 PCB 图层）。

📌 总结：

• 红色 → 焊盘（Pad，引脚焊接点）

• 黄色线条 → 丝印层（元件外形轮廓）

• 黑色 → PCB 基板背景

• 灰色圆形 → 安装孔 / 过孔

• 数字 → 引脚编号