一起来学PCB-0.4-STM32F072C8T6最小核心板原理图设计

原理图设计

1.供电单元

我们选用的是低压差的稳压差的电源芯片，LM1117，5V输入，多种输出，我们选择是3.3V输出的。
GND参考大地，相当于电源的负极
数据手册参考电路

我们实际设计的
电容能通交隔直，因此电容可以进行滤波，其中大电容滤低频，小电容滤高频。
滤波电容一般用在电源部分用于保证电源的可靠性

2.按键单元

采用下拉的方式，串联电阻降低功耗，设计4个相同的模块连接到KEY总线上

3.LED单元

LED是一个线性器件，根据数据手册，正向标压是2.0V,正向脉冲电流是50ma,正向电流是50ma，意思是最大可承受50ma电流，工作25ma一点问题没有，但我们是直接接IO口，普通IO口的注入电流最多为5ma,所以我们以5ma进行计算。
计算：(3.3-2.0)V/5ma = 26Ω 因为存在误差，所以我们选择大一点的300Ω
设计4个相同的模块连接到LED总线上

关于IO口承载能力见下图，虽然没有找到原型号的，但大同小异，可以用作参考:

4.继电器模块

查询继电器的数据手册，发现继电器需要工作在5V 71.4毫安的条件下，我们的IO口无法直接驱动，因此我们通过三极管进行电流放大。

图1：继电器数据手册参数:

我们选用的是NPN型 8050 硅型三极管，基级限制是40V， 导通电压是25V，工作最大电流是800ma，我们都能满足
图二：三极管数据手册


数据手册没有标出实际放大倍数，但是标出增益情况

三极管的实际放大倍数受静态工作点抄影响很大。
如果，静态工作点十分靠近饱和区或者截至区，那么三极管的实际百放大倍数很小；
只有设定静态工作点在放大区中点附近，才能发挥管子性能，实际放大倍数接近理论值。
实际放大倍数还受温度、频率、集电极和发射极电压变化等因素的影度响。

根据以上数据，结合实际测试与经验，得出结论为M8050的放大倍数大约在200倍左右。
上图：

续流二极管的作用：继电器的线圈等效成电感，其通过电流不能突变，在三极管从导通到截止的一瞬间必然会形成一个反向电动势，如果不加续流二极管，则很有可能导致继电器烧坏。
下拉电阻的作用是：在单片机上电的时候，其IO口呈现高阻状态，此时可能触发三极管导通，通过下拉电阻，拉低电平。
具体计算如下，我们所需为80ma ,放大倍数为200，则IO口电流为0.4ma,IO口输出3.3V,三极管压降0.7V
(3.3-0.7)V/0.4ma = 6.5K，然后我们加了下拉电阻，阻值为47K，则通过电流约为0.15ma，总电流为0.55ma
2.6/0.55 = 4.72K，所以串联电阻为4.7K.

5. 蜂鸣器模块

老套路，三极管放大

6.MINI-USB接口

我们选用的是CH340G型号USB转串口芯片，根据数据手册指导，该芯片没有内置时钟，需要外接晶振
参考原理图如下：

实际设计：

7.MCU电路

MCU最小电路包含电源滤波电路、复位电路，时钟电路，启动模式电路，下载电路，MCU电路，具体如下：

1. 电源滤波电路
   为了加强电路的稳定性，滤波电容少不了，电容电压不得小于供电电压1.4倍，这里我们选择16V完全满足需求。
   为了保证系统稳定，电源附近必须有滤波电容，在高速电路中，电容还存在等效电感、等效电阻，根据同坐的频率不同选用不同的电容，一般工作咋在10M-50M的电路采用0.1uf的电容，50M以上都采用0.01uf
   

2. 从左上到右下依次是：ST-LINK下载电路，外部时钟电路，启动模式电路，复位电路
   

   • 晶振电路：
     一般无源晶振没方向，这种晶振只有两个引脚，3个引脚的也只是多一个接地
     晶振有负载电容，数据手册上标出为20pF
     计算公式 CL是预期的20pF, Cs是板间电容，只要工作，就有板间电容，一般取5pf,然后晶振旁边的两个电容的溶质一般相等，所以求得 CL1 = CL2 = 30pf
     官方提供的负载电容计算公式
     
   • 复位电路
     单片机内部有一个大约55K的上拉电阻，我们只需要接一个开关和一个0.1uF的电容
   • 启动模式电路
     我们直接把BOOT0拉低,只需要从内部flash启动，另外我们需要接一个电阻用来降低功耗和起保护作用

3. MCU电路，所有VSS引脚接上GND，所有的VDD接上3.3V，连接LED、按键、继电器、蜂鸣器、串口，最后将未使用到的GPIO通过排针引出。
   

8.排针电路

按照需求将未使用到的GPIO进行引出连接到总线上。

结语

上述完成了我们的原理图设计，在设计过程中也存在一些注意事项，比如：

1. 新建图纸的时候首先确定所需要的图纸的大小，设计完成后记得在右下角设置图纸的信息字段
2. 设置前记得打开自动备份、关闭空值覆盖、开启跨页连接等
3. 设置好图纸的颜色配置
4. 设计原理图时的按照需求将原理图分为多个模块，这样设计层次分明便于管理
5. 元器件放置到图纸中的编号一定要正确，否则可能会引起阅读者的误会

当然，也存在一些简单的使用技巧：

1. 熟悉各种常用快捷键可大幅度提高设计速度，比如最常用的走线快捷键为F2
2. 针对同属性的连线尽量使用总线，这样便于设计便于管理
3. 不同页面间的连接可使用页面连接符，当然同一个页面里也是可以使用的