STM32单片机的核心板设计与总结

       相信对于电类专业的同学而言，甚至对于非电类专业的同学，都会遇到需要和嵌入式单片机，和硬件设备打交道的时候。那么，有时我们却不仅仅停留在“使用”的层面，尤其是当懂的一些电路基础知识之后。更有甚者，当我们需要一个能够非常恰切的实现相应功能的硬件支持的时候，也许我们就需要学会PCB设计了，设计属于自己带有“创造性”的电路板。

       在自动控制领域，很多时候需要一个控制器处理相应的逻辑，执行相应的算法。例如执行PID运算，执行图像处理、目标检测与识别等等。能充当控制器核心的东西有很多，而今天的主角便是微处理器---STM32单片机。在智能车中，四旋翼飞行器中，在电子设计竞赛中，都可以用到。

        ok，接下来便开始我的stm32f103核心板的设计过程，整个过程我们屏蔽很多技术细节，而更侧重是一种学习过程和设计历程。也许，你也迫不及待的想制作一款如下的cpu了吧。

          那么，我们先要挪列一下设计到制作的整个流程，也许使得脉络会更为清晰一些。

         1>电路的原理图设计(sche ** tic design)

         2>PCB设计

         3>将PCB图发给制版厂家制作pcb板

         4>为PCB板焊接元器件

         5>电路板

只需要经过上面的5个步骤，便可以设计出一个属于自己的电路板了。

一、电路的原理图设计

       在整个设计阶段中，我们采用Altium Designer软件。那么，我们就需要绘制电路的原理图了。这个原理图文件以.SchDoc为后缀。就是类似如下：

也许看不清楚电路图，但没有关系，我们所要掌握的是方法。那么，我们如何使用AD软件绘制？如何选择对应的引脚封装？如何建立自己的原理图封装库？如何建立自己的PCB库？对于这些问题，都是固化的，我们只需要找相关资料、视频和有设计经验的人，很快便可以解决。对于建立自己的原理图库和封装库，有非常好的3条捷径可走，一条就是从其它库中copy元器件过来；另一条就是从原理图中的菜单栏design下选择Make Sche ** tic Library,在生成的库中再copy过来，PCB封装也是可以这样从PCB图中类似得来；再一条便是component wizard了。

       在STM32核心板原理图设计一环节，最重要的其实是了解芯片的原理。一个核心板要能够工作，我们需要针对该款单片机掌握四个方面的知识。1）单片机的电源供电模块  2)单片机的时钟模块 3)复位(reset)和启动(boot) 4)单片机的程序下载。 如果能够理解这四个方面的知识，不仅仅是STM32单片机，任何一款单片机都可以类似设计。

       那么，如何获取上面的知识呢？则需要阅读芯片的datasheet 和 reference ** nual ，以及针对相应单片机某个模块的更为具体的手册。这些手册都可以登入到官网上下载。

       读完和了解完后，我们就开始原理图设计了吗？其实不然，我们还可以在网上下载纷呈的原理参考，学习并吸纳他人的设计。

        最后，便可以自己的原理图设计了。

二、PCB设计

       当原理图设计好之后，我们便可以开始设计pcb图了。在新建pcb图中，有一个非常好的方法。那边是在Files下选择PCB Board Wizard下新建。

         在pcb图设计中，非常重要的是元器件的整体布局和线路的布局。我们坚持以下几点原则：

1)线路粗细有致，电流的大小与线宽要做好匹配，过孔大小也是如此；2)元器件布局最好能够依照原理图来，尽量使得电流流向能够形成自己的回路，回路交错耦合尽可能小；3）两条线路不可长距离平行；

以上3点是所有PCB设计都应遵循的原则，在绘制stm32的核心板时，我们还应该遵循如下原则。

4)晶振尽可能靠近单片机引脚   5)下载口也尽可能靠近引脚

经过以上几条的原则约束，都是直接或者间接的减少电磁干扰等问题，使得使得单片机能够正常工作。在布线过程中，最理想的情况下应该是自然的，流畅的，能够让线路走起来如光滑的曲线一般，就好比我们开车，都喜欢路的拐弯能够是一个过渡自然的弧度，其实电子也是一样的。

       在PCB设计中，我们常常需要一些小技巧。1）统一更改标注字体大小，可以通过选中一个字体，然后右键选择Find Similar Objects...,然后在Object Kind选择same,之后在Altium Designer的右下角点击PCB,选择PCB Inspector，在这里便可以通过改变Text Height和Text Width而改变字体大小了。2)按shift+空格键可以改变线的类型，按空格键可以改变角度，在属性properties里也可设置rotation。3）按L键可以将线或者元器件在top layer和bottom layer之间切换。等等

       在经过设计之后，对于核心板，往往引脚上走的都是高速信号，因此我们可以通过敷铜，然后在将铜箔与地的网络(GND net)相连,能够起到一定的减小电磁干扰的作用。但是对于无用的铜箔，我们称之为“死铜”，需要在属性设置中勾选Remove Dead Copper，从而去除“死铜”。

最后，便可以设计成如上的pcb板了。

PCB设计完成后，需要进行整体的认真检查。以免由于失误而导致印制的PCB板出现问题。其中一个很重要的就是当线路很多时，可能某些飞线遗漏了而忘记布线，此时可以通过Reports,在General选项卡下点击Report，勾选Routing Infor ** tion，再点击Report，就可以在报表的Routing一栏中看到总共有多少线，布了多少线，以此确保没有遗漏。有时，由于规则问题，编译总会报错，此时可以通过修改规则来解决，因为有些规则并不符合我们的要求，例如线距限制，线宽限制，元件距离限制等等。当然，有时需要在PCB上添加一些引脚时，可以通过edit nets解决。最后遇到确实无法解决的问题时，但又不想重新设计板子的形状尺寸，只能在class中删除所有的class，和netlist中删除所有的nets,之后重新从原理图中update到PCB来，这是无奈之举了。

检查无误之后，便可以送到制版厂商印制PCB板了。

三、将PCB图发给制版厂家制作PCB板

四、为PCB板焊接元器件

       在元器件焊接方面，有一些技巧。如何一个人焊贴片呢？如何一个人焊非常小而且密集的单片机引脚呢？焊错了如何将元器件重新取出来呢？

对于焊贴片，可以先在一个焊盘上点上一点焊锡，贴片的一头便可以先固定上了。

对于单片机引脚，虽然引脚众多，但是只要掌握方法，是非常容易的。首先先在各个焊盘上均匀抹上一点松香（越少越好），然后将单片机的引脚和焊盘对其，再用一点点焊锡，沿着引脚与焊盘接触的外侧边缘，一抹，就可以了。如果两个引脚粘在一起，可以再沾些松香抹开。其实对于这些有缝隙的金属面，焊锡在松香的作用下，会优先的流向缝隙处，如人的毛细血管一般。

对于孔堵上焊锡了，可以先预热，然后用嘴一吹，或者将电路板一振，焊锡就掉了。

对于元器件焊错了，但元器件有多个引脚，则可以采用“以退为进”的方法，将这些引脚用焊锡连成一片，然后只要在一处加热，然后再一振动或者一拔，就可以将元器件取出。

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五、电路板

       至此，终于将核心板制作好了，但是，上电前需要好好检查一番。需要检查的是VCC与GND是否导通，需要检查各个引脚之间的连通性.......经过严格的检查后，那么最终才可以上电。

驴儿先生笔记，不断更新中zzz...