一.项目介绍

B站jhp工作室课程学习记录

1.热焊盘概念：在 layout 中，引脚与大面积的铺铜完全连接，容易造成过分散热而产生虚焊。因此对于接地引脚与大面积敷铜连接时，需要将实铜连接的方式，变为十字空心连接，以减少焊接中热量对周围的传导，便于人工焊接。

2.阻抗的概念：PCB 阻抗，是高速信号在走线时受到的综合阻碍作用。它由线宽、与参考地间距、板材绝缘特性等决定，控制阻抗是为了避免信号反射、失真，保证高速电路稳定工作。

3.SI9000与嘉立创阻抗计算神器工具学习使用

4.共面单端和共面差分就是线周围有包地处理

（1）阻抗线可以设计在外层（如上表四种形式均为外层阻抗），也可以设计在内层

（2）阻抗值的大小依产品设计及芯片类型定，一般的情况下，元器件厂商有设定好信号源和接收端的阻抗的（如 SDIO：单端 50ohm，USB：差分 90ohm）

（3）阻抗线一定要有阻抗参考层，一般以相邻的接地或电源层做参考层（如顶层阻抗线，那么参考层一般为第二层）

（4）阻抗参考层作用是为了给信号提供回流路径，并起电磁屏蔽作用，因此阻抗线对应的参考层位置必须是实心铜皮覆盖。

5.声源小车设计框图

二.电路设计部分

声音检测放大电路设计

（一）麦克风偏置与输入拾音模块（MIC1、C1、R2）

这是电路的信号输入端，负责将声音转换为微弱的电信号。

1. MIC1：6*5mm 规格的驻极体麦克风，内部集成场效应管，必须外接直流偏置才能正常工作，输出叠加在直流偏置上的音频交流信号。
2. R2（680Ω）：驻极体麦克风的偏置上拉电阻，VCC 通过 R2 给 MIC 内部的场效应管提供工作电流，是驻极体 MIC 的标准外围电路。
3. C1（1nF）：高频去耦 / 滤波电容，与 R2 组成 RC 滤波网络，一方面滤除 VCC 电源中的高频噪声，给 MIC 提供干净的偏置电源；另一方面滤除 MIC 输出的射频杂波，避免高频干扰进入后级放大电路。

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（二）隔直耦合与运放静态偏置模块（C3、R4、R3、Vref 1.2V）

负责隔离前后级的直流分量，同时给单电源运放提供稳定的静态工作点，避免信号失真。

1. C3（10μF）：隔直耦合电容，只允许 MIC 输出的音频交流信号通过，完全隔离前级的直流偏置电压，避免直流分量影响后级运放的工作点。
2. R4（10K）：限流 / 阻抗匹配电阻，限制输入信号的电流，同时匹配前后级阻抗，减少信号反射。
3. R3（100K）+ Vref 1.2V：运放同相端直流偏置电路。本电路中 LMV358 运放采用单电源供电（正电源 3.3V、负电源接地），无法处理负电压信号，因此必须给输入端提供一个中点直流偏置，让音频交流信号可以围绕这个直流电平正负摆幅，避免负半周被削波失真。
   • 静态无信号时，运放同相端（3 脚）的直流电压固定为 1.2V，为运放提供稳定的静态工作点。
   • TP3 为测试点，可监测同相输入端的信号与直流偏置是否正常。

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（三）同相交流放大模块（核心：LMV358 运放，R7、R9、C5）

这是电路的核心放大单元，将麦克风的微弱音频信号放大 100 倍以上，是典型的单电源同相交流放大电路。

1. 核心芯片 LMV358：低功耗双路运算放大器，这里只用了其中一路，单电源 3.3V 供电，8 脚为正电源、4 脚为地。
2. 电源滤波（R1、C2）：A_3V3 通过 R1（10Ω）+ C2（100nF）组成 RC 低通滤波，给运放提供干净的电源，滤除电源高频噪声，避免运放自激、保证放大稳定性。
3. 负反馈与放大倍数设计：
   • 反馈回路：运放输出端（1 脚）→ R7（100K）→ 反相输入端（2 脚）→ R9（1K）→ C5（10μF）→ 地。
   • 直流特性：C5 对直流相当于开路，直流反馈系数为 1，运放直流增益 = 1。根据运放 “虚短” 特性，静态时反相端电压 = 同相端 1.2V，输出端静态直流电压也稳定在 1.2V，保证工作点不漂移。
   • 交流特性：C5 对音频交流信号相当于短路，同相放大的交流增益公式为 Av = 1 + R7/R9 = 1 + 100K/1K = 101倍，可将毫伏级的麦克风信号放大到伏级，满足后级检波需求。
4. 测试点：TP4 监测反相输入端信号，TP1 监测运放放大后的输出信号，可用于调试放大倍数、排查失真问题。

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（四）峰值检波与整流滤波模块（R5、D1、R6、C4）

将放大后的交流音频信号，转换为与声音峰值 / 音量成正比的直流电压，实现 “声音越大、输出直流电压越高” 的功能。

1. R5（10Ω）：限流电阻，限制流入二极管的电流，保护二极管和前级运放。
2. D1（1N4007）：整流二极管，单向导通，只允许音频信号的正半周通过，给后级电容充电。
3. C4（10μF）：峰值保持电容，正半周信号通过 D1 给 C4 充电，电容电压会跟随音频信号的峰值；信号负半周时，D1 截止，电容通过 R6 缓慢放电，保持峰值电压。
4. R6（100Ω）：泄放电阻，给 C4 提供放电回路，时间常数 τ=R6*C4=1ms，可快速跟随声音的变化，同时滤除交流纹波，输出平滑的直流电压。
5. 输出与测试点：TP2 为检波输出测试点，Y0 为最终的直流输出，可直接接入单片机 ADC 引脚，实现音量检测、声控触发等功能。

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（五）可控复位开关模块（R8、Q1、Rel Vol）

实现对峰值检波输出电压的可控清零复位，是电路的辅助控制单元。

1. Q1（SS8050）：NPN 型三极管，作为电子开关使用；R8（10K）为基极限流电阻，避免三极管过流损坏。
2. 控制逻辑：
   • 当Rel Vol输入高电平时，三极管饱和导通，C4 通过导通的三极管直接对地快速放电，Y0 输出电压被迅速拉低至 0V，完成峰值电压的复位清零。
   • 当Rel Vol输入低电平时，三极管截止，不影响峰值检波电路的正常工作，C4 正常充放电。
3. 典型用途：单片机检测到声音峰值后，给Rel Vol输出一个高电平脉冲，将 Y0 电压清零，准备下一次声音检测，避免峰值电压长时间保持导致的误判。

红外避障电路设计

（一）红外发射电路（LED1、LED2）

• 功能：向外发射固定波长的红外光，作为检测光源。
• 元件说明：
  • A_3V3 供电，R79/R81(2KΩ) 为限流电阻，计算电流约：I = (3.3V - 1.8V)/2KΩ ≈ 0.75mA，属于低功耗小电流发射，避免红外管过流烧毁。
  • LED1/LED2 为红外发射管，发射的红外光遇到障碍物会反射，被旁边的接收管捕捉。

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（二）红外接收电路（U4、U5）

• 功能：接收反射回来的红外光，将光信号转换为电信号。
• 元件说明：
  • U4/U5 是红外接收二极管（光敏管），反向连接在电路中：无红外光时，漏电流极小；有反射光照射时，漏电流增大，相当于电阻变小。
  • R80/R82(10KΩ) 是上拉电阻，接收管和上拉电阻组成分压电路：
    • 无反射光时：接收管呈高阻态，分压点电压接近 A_3V3（高电平）。
    • 有反射光时：接收管导通电阻变小，分压点电压被拉低（低电平）。
  • 分压点的电压信号，直接送入后级运放的同相输入端（3 脚 / 5 脚）。

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（三）运放比较器电路（IC10A、IC10B，LMV358）

这是电路的核心，将接收管的电压与固定阈值比较，输出数字信号，两路结构完全对称，以左侧 A 路为例：

1. 电源滤波（R78、C62）：A_3V3 通过 10Ω 电阻 +100nF 电容组成 RC 滤波，给运放供电，滤除电源噪声，保证比较器稳定工作。
2. 参考电压设置（反相端 2 脚）：R85(10K)、R86(10K) 组成分压电路，A_3V3 经过两个 10K 电阻分压，反相端电压固定为 3.3V/2 = 1.65V，这是比较器的阈值电压。
3. 比较逻辑：
   • 同相端（3 脚）电压 > 反相端（2 脚）1.65V → 运放输出高电平（接近 3.3V）。
   • 同相端（3 脚）电压 < 反相端（2 脚）1.65V → 运放输出低电平（接近 0V）。
4. 输出电路：运放输出端（1 脚 / 7 脚）串联 R83/R84(1KΩ) 限流电阻，最终输出 RedLight L/RedLight R 信号，可直接接入单片机 IO 口读取状态。

H桥电机驱动电路设计

（一）核心结构：H 桥拓扑

每路电机驱动都由 4 个三极管组成标准 H 桥：

• 左上：Q5（SS8550，PNP）
• 右上：Q6（SS8550，PNP）
• 左下：Q9（SS8050，NPN）
• 右下：Q10（SS8050，NPN）
• 中间J3为电机接口，Motor_5V为电源输入，GND为地。

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（二）三极管与驱动信号详解

1. 上桥臂 PNP 管（Q5/Q6）

• 电源：发射极接Motor_5V，集电极接电机两端。
• 基极驱动：由Motor_L+/Motor_L-信号控制，串联R56/R57（3.3KΩ）限流；基极上拉R46/R47（10KΩ）到Motor_5V，默认基极电位等于电源，管子关断。
• 导通条件：Motor_L+拉低 → Q5基极电位低于发射极，管子导通；反之关断。

2. 下桥臂 NPN 管（Q9/Q10）

• 电源：发射极接GND，集电极接电机两端。
• 基极驱动：由前级Q13/Q14（SS8050）控制；基极下拉R74/R75（10KΩ）到地，默认基极电位为 0，管子关断。
• 导通条件：Motor_L-拉低 → Q14基极无电流、关断 → Q10基极通过R68（10KΩ）上拉到Motor_5V，管子导通；反之Motor_L-拉高时，Q14导通，Q10基极被拉低关断。

3. 前级驱动三极管（Q13/Q14）

• 作用：作为Motor_L-信号的反相器，实现下桥臂的逻辑控制。
• 驱动信号：Motor_L-经R66/R69（3.3KΩ）输入基极，基极下拉R74/R77（10KΩ）到地。
• 逻辑：输入高电平→管子导通；输入低电平→管子关断。

（三）电机工作状态与逻辑真值表（单路）

Motor_L+	Motor_L-	导通三极管	电机状态	电流路径
高（3.3V）	高（3.3V）	无（全关）	停机	无电流
低（0V）	低（0V）	Q5、Q9	正转	Motor_5V→Q5→电机→Q9→GND
高（3.3V）	低（0V）	Q6、Q10	反转	Motor_5V→Q6→电机→Q10→GND
低（0V）	高（3.3V）	无（全关）	停机 / 刹车	电机两端悬空，无电流

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（四）关键辅助元件说明

1. 续流二极管（D6/D7/D14/D15，SS14）跨接在电机两端的 4 个肖特基二极管，用于吸收电机断电 / 换向时产生的反向电动势，保护三极管不被高压击穿，同时降低 EMI 干扰。
2. RC 吸收电路（C61/C62，100nF）并联在电机两端的电容，用于抑制电机换向时的尖峰电压，吸收感性负载的电流突变，减少火花和电磁干扰。
3. 限流电阻（R56/R57/R66/R69，3.3KΩ）限制单片机 IO 口输出电流，防止驱动三极管时过流损坏 IO 口，同时匹配三极管的基极电流需求。
4. 上拉 / 下拉电阻（R46/R47/R67/R68，10KΩ）上拉电阻确保 PNP 管默认关断，下拉电阻确保 NPN 管默认关断，避免浮空导致的误触发。

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（五）电路特点与注意事项

• 优势：纯分立元件 H 桥，成本低、响应快，适合 5V 小功率直流电机驱动；双路对称设计，可同时控制两个电机（如小车左右轮）。
• 注意事项：
  1. 禁止同时让Motor_L+和Motor_L-都为低电平以外的组合，避免上下桥臂直通短路（烧毁三极管和电源）。
  2. 三极管选型为 SS8050/8550，单路持续电流约 500mA，适合小型玩具电机，不适合大功率电机。
  3. 前级驱动的反相逻辑需要注意，避免控制信号逻辑搞反导致电机不转或反向。