从零到无学单片机——画原理图、PCB

单片机开发流程:

一、项目评估:
出初步技术开发方案,据此出预算,包括可能的开发成本、样机成本、开发耗时、样机制造耗时、利润空间等,然后根据开发项目的性质和细节评估风险,以决定项目是否落实资金上马。

二、项目实施:
1、设计电原理图:
在做这一步时要考虑单片机的资源分配和将来的软件框架、制定好各种通讯协议,尽量避免出现当板子做好后,即使把软件优化到极限仍不能满足项目要求的情况,还要计算各元件的参数、各芯片间的时序配合,有时候还需要考虑外壳结构、元件供货、生产成本等因素,还可能需要做必要的试验以验证一些具体的实现方法。设计中每一步骤出现的失误都会在下一步骤引起连锁反应,所以对一些没有把握的技术难点应尽量去核实。

2、设计印刷电路板(PCB)图:
完成电原理图设计后,根据技术方案的需要设计PCB图,这一步需要考虑机械结构、装配过程、外壳尺寸细节、所有要用到的元器件的精确三维尺寸、不同制版厂的加工精度、散热、电磁兼容性等等,为最终完成这一步常常需要几十次回头修改电原理图。

3、把PCB图发往制版厂做板:
将加工要求尽可能详细的写下来与PCB图文件一起发电邮给工厂,并保持沟通,及时解决加工中出现的一些相关问题。

4、定购开发系统和元件:
要考虑到开发过程中的可能的损耗,供货厂商的最小订货量、商业信誉、价格、服务等,具体工作包括整理购货清单、联系各供货厂商、比较技术参数、下定单、跑银行汇款、传真汇款底单、催货等等。

5、装配样机:
PCB板拿到后开始样机装配,设计中的错漏会在装配过程开始显现,尽量去补救。

6、样机调试:
样机初步装好就可以开始调试,当然需要有软件才能调,有人说单片机的软件不是编出来而是调出来的,所以这个过程需要用到电烙铁、刻刀、不同参数的元件、各种调试和仿真软件、样机的模拟工作环境等。常常会因为设计阶段的疏忽而不得不对样机动手术,等整个调试终于完成之后,往往样机的板子已经面目全非。

7、整理数据:
到了这一步,项目开发的大部分工作都已经完成了,这时候需要将样机研发过程中得到的重要数据记录保存下来,比如更新电原理图里的元件参数、PCB元件库里的三维模型,还要记录暴露出来的设计上的失误、分析失误的原因、采用的补救方案等等。

8、V1.1
如果项目进入生产阶段或确有需要,可以根据修正后的技术方案按以上各个步骤重做一台完善的V1.1版样机。

9、编写设备文档
包括编写产品说明书、拍摄外观图片等,如果设备需要和电脑通讯,还得写好与电脑的接口标准和通讯协议说明。

我们可以看到,个人开发单片机的时候第一步就是要画原理图与pcb,有了原理图我们才可理清各部分电路的关系,通过pcb验证原理图的合理性,然后再做板子、焊接、敲代码、测试等。

为了画好原理图与pcb,我在网上刷了不少网课,其中最推荐的是桂电二院科协的【学习资料】Altium Designer 20 (AD20)详细教程视频,老师讲得很详细并且附上了讲课时使用的课件与相关文档,非常适合我们边看边学。附上链接:刘涛老师ad20教程;

下面是我用ad画的第一个原理图与pcb

 注意,请一定要边看变画!请一定要边看边画!请一定要边看边画!

我就是先看完全部视频,然后再自己按照指导书上的步骤自己画,结果走了很多弯路,比如找不到元件,找到了元件但元件的pcb封装与指导书的不一致(特别是电阻的pcb封装分普通电阻与贴片电阻),在未来设计原理图的时候也要注意自己需要的是普通的元件还是贴片的元件,两者原理图中看起来是一样的,但是有区别:

                        贴片电阻                                                                        普通电阻

 

在画AD的时候最常见的问题就是在哪里才能找到自己想要的那一个元件,我认为只有多画、多动手才能知道,刘涛老师的文件里有一个叫【刘涛20200314】的老师常用库,里面基本涵盖了我们平时很常见的元件的原理图库与pcb封装库,但那个库里同一类型的东西非常之多,唯有我们自己多动手,我们也能建一个以自己名字命名的库!

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