一起来学PCB-0.3-STM32F072C8T6最小核心板构想与基础元器件设计

一. 板子功能构想

1. 定位
   我们要设计的板子的定位是针对学生群体学习使用开发板，因此板子在功能完善的情况下尽可能的降低成本，同时要具有一定的拓展性。

2. 主控
   这里我们来确定主控芯片。ST公司作为行业巨头，其设计的32位控制器在行业内普及度非常高，控制器本身功能也非常完善，学习的价值非常大，作为入门来说是非常棒的选择。其次我们的定位是学习板，对控制没有特殊要求。最后考虑到设计成本，芯片的引脚不能太多，价格不能太高。结合上述考量，我们选定主控为STM32F072C8T6，该处理位为coterx-m0的内核，外部有48个引脚，主频为48M，拥有7个DMA接口、1个AD接口和1个DA接口，12个定时器、2个I2C接口，4个串口，2个低速SPI接口等。总之功能强大，完全满足我们需求，具体可参其考数据手册。

3. 功能
   我们需要一定的外设来学习MCU的功能，考量情况如下：

   1. 我们在设计上使用一个mini-usb接口连接电脑进行供电，同时其信号引脚通过USB转串口芯片与MCU的串口直连，这样既能验证MCU的串口功能，又能解决MCU的供电问题，可谓是一举两得。
   2. LED是学习GPIO基本操作的不二之选，我们预计设计4个LED。
   3. 按键可以用来学习外部中断，是最基本的输入设备，我们设计5个KEY，一个复位，4个控制。
   4. 蜂鸣器可以用来学习定时器，因此我们在设计中添加一个蜂鸣器
   5. 继电器的作用是使用弱电来控制强电，既然学习控制，那肯定少不了。
   6. 考虑我们的板载资源有限，我们将所有GPIO引出到排针上，便于学习者后期进一步扩展
      .
      至此板载功能已经确定完毕，接下来可以进入设计准备阶段了。

二.设计阶段的前置工作

要进行设计，首先得有设计好的元件库供我们使用。一个完成的元件由以下四部分设计：原理图中使用到的元件符号的设计、PCB设计中描述焊盘参数的元件封装的设计、描述元器件电气属性的门封装设计、将原理图符号和元件封装一一对应的元件设计。

1. 可能使用到的元器件

设计前我们首先预估我们所需要的元器件。
根据第一章中的设计需求，我们可能会用到如下元器件：

元件名	主要作用	缩写	前缀
电阻	限流	RES	R
电容	滤波	CAP/CAP+	C/C+
电感	滤波	IND	L
三极管	放大	NPN/PNP	Q
MOS管	做开关	PMOS/NMPS	Q
发光二极管	外设	LED	D
按键	外设	SWITCH	S
蜂鸣器	外设	BUZZER	LS
继电器	外设	RELAY	K
LM1117	电源芯片	LM1117	U
无源晶振	时钟源	XTAL	X
排针	接口	CON	J
STM32	主控	型号	U
CH340	USB转串口	型号	U
MINI-USB	接口	MINI-USB	J

2. 元器件符号设计与电气属性设计

电气属性设计定义引脚编号时一定要以数据手册作为参考，否则随意设置，时间长忘记了当初如何设置的或与其他人进行了工作交接，后期设计修改维护的时候很容易带来不必要的麻烦。
设计流程

1. 元件符号设计
   打开元件编辑期，新建库，新建CAE封装，画图，添加引脚，保存
   2D线缆画线 2D，ctrl+左键是复制

2. 添加门封装
   门封装实际上是给符号赋予电气属性，给符号添加管脚编号
   编辑图形 设置管脚编号，保存

3. 添加元件属性
   在属性一栏，一般添加厂商、封装、价格、型号、值

4. 在图纸中放置，检查是否报错
   注意，二次修改符号的时候，不要修改后直接保存，应该先另存为，然后在元件中关联新的符号，然后再将之前的符号进行删除。否则，元件上编辑的信息可能会丢失。

实际设计参考如下：

• 电阻、电容、电感
  除了极性电容外，这个三种元器件一般不分正负极，因此电气属性设计的时候可以随意指定引脚编号

  电阻：
  
  电容
  
  电感
  
  极性电容，要注意引脚的正负极
  

  • 发光二极管

    

  • NPN型三极管
    

  • PMOS
    

  • 按键
    

  • 蜂鸣器
    

  • 继电器
    

  • 电源芯片，注意电源芯片有4个引脚，最上面的引脚需要设置为信号引脚与2脚相连
    

  • 无源晶振
    

  • 10PIN排针
    

  • 主控STM32F072C8T6
    

  • USB转串口芯片选用的是CH340G，因为成本最低
    

  • MINI-USB接口
    

3.PCB封装设计参考

虽然在立创上购买元器件的会提供封装，但我们另一个目的是为了学习，所以直接参考我们所需元件的数据手册，手动绘制封装。在原理图确定完成后，再根据实际封装进行调整。
PCB封装设计说明

单位设置：UMM 毫米 UM 密尔 UI 英寸，一般我们我们习惯设置为毫米
栅栏设置：设计栅格 0.254 显示栅格 0.254，设置单位为毫米后将栅栏长度与英寸长度进行统一

tip:PCB封装也有其对应IPC-SM-725A设计标准，通用的封装在这里都找的到封装参数
PCB封装的引脚和原理图要一一对应，这样才不容易出错

具体封装参考如下:

• 0806
  SMD贴片的常用尺寸 0806或0603封装等,表示0.6英寸和0.3英寸,1英寸=25.4毫米,这里极性的1脚为负极用于LED的
  
• SOD-123 二极管LED
  
• SOT-23 注意引脚编号
  
• 电源芯片
  LM1117 标准的SOT223封装
  
• 晶振 有标贴也有直插，表贴的制造更简单
  标准的HC-49SM封装
  
• 主控
  STM32F072C8T6 LQFP48
  
• CH340
  SOP-16封装 生成的丝印记得选top层
  

按键 蜂鸣器 继电器 是非标准元件，这时只能看数据手册的参数进行经验设计

• 按键
  焊盘尺寸和丝印尺寸取最大值，貌似是经验!
  

• 蜂鸣器
  直接生成,1脚为正,通孔比直径大0.2-0.3,焊盘比通孔大0.5
  

• 继电器
  
  是否还记得我们在原理图中设置12脚为线圈，34脚为开关，线圈和开关的引脚不存在正负极，所以影响不大

• 电解电容 CAP+ 这里1脚为正，2脚为负

• 

• 连接器，也就是排针
  
  

• MINI USB 比较复杂没有标准，进行手绘
  注意通孔尺寸，已经给出了样式，不需要额外加大了，丝印取外边框最大值