大学生智能车竞赛初次尝试经验分享--1（硬件绘制电路，pcb部分）

本人机械电子专业大二暑假参加全国大学生智能车竞赛，之前参加过一些其他类型的比赛有一点基础，由于之前疫情影响所以做智能车比赛断代了，没有学长带也没有思路，从一开始的一头雾水逐渐摸索出我感觉比较实用的经验。

 

一.绘图前基础

1.元器件封装

封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。从结构方面来看，封站经附7最早期的晶体管TO (如T0-89、TO92) 封装发展到了双列直插封装，随后由PH公司开发出了SOP小外形封装，以后逐渐派生出SOJ (J型引脚小外形封装)、TSOP (小外形封装)、VSOP (甚小外形封装)、SsOP (缩小型SOP)、TSSOP (薄的缩小型SOpI及SoT (小外形晶体管)、SOIC (小外形集成电路)等。从材料介质方面来看，金属陶瓷、塑料等很多高强度工作条件需求的电路，如军工和宇航级别仍有大量的金属封装。在智能汽车PCB电路设计中，元件封装的选择要在保证稳定的基础上尽量轻、小，这样能保证智能汽车的整体质量更轻、运行速度更快。在前5节介绍电路原理的部分已经将推荐使用的集成电路元件的封装标注在图片名称后面。

推荐封装

 

2.元件布局

先大后小，先难后易

重要的电路和重要元件进行优先布局

总的连线尽可能短，关键信号线最短，高压电，大电流的强信号与小电流低电压弱信号完全分开

尽量采取对称式，发热元件均匀布置

重点！！！每个元件一定要有一定的空间，方便后面的焊接，调试和维修

3.电路布线

(1)避免在PCB边缘安排重要的信号线， 如时钟和复位信号等。

(2)机壳地线与信号线间隔至少为4mm;保持机壳地线的长宽比小于5:1,以减小电感效应。

(3)已确定位置的器件和线用LOCK功能将其锁定，使之以后不被误动。

(4)导线的宽度不宜小于0.2mm (8mil)，在高密度、高精度的印制电路板中，导线宽度和间距- -般可取0.3mm (12mil)。

(5)在DIP封装的IC脚间走线可应用10-10与12-12原则，即当两脚间通过两根线时，焊盘直径可设为1.27mm (50mil),线宽与线距都为0.25mm ( 10mil),当两脚间只通过一根线时， 焊盘直径可设为.24mm (64mil)、线宽与线距都为0.3mm (2mi)i(6)当焊盘直径为1.5mm时，为了增加焊盘抗剥强度，可采用长不小于1.5m宽 

 

二.硬件的准备工作（绘制原理图pcb图以及必要仿真）：

1.硬件部分与要自己设计需要的电路制成pcb。推荐使用Altium Designer20,AD比较常用所以有多实用的教学视频，另外需要自己了解布线规则，包括信号线，电源线常用的宽度

一些电源电路，驱动电路建议用multisim仿真，没有问题再进行制版

单片机有关的需要仿真的建议还是使用proteus。

2.我们做的是基础四轮项目，一共做了三块pcb板，第一块主控板上有5v和3.3v的稳压电路，为单片机最小系统，舵机驱动，传感器，摄像头，蜂鸣器，lcd屏幕提供稳定的输入（芯片可自行选择，不了解作用的可以参考芯片手册有关输入输出等参考值和芯片手册中给出的推荐电路），主控板中还应有控制显示的五项按键等具体功能的器件（按自己程序需求选择）

稳压电路参考如图：

lm7系列芯片实际使用中会出现大量发热显现

 3.另外驱动板，智能车的速度对驱动板有一定的要求，在绘制驱动板图时对较大输入输出的线路应按照推荐的宽度进行合理的变宽，否则在智能车加速运行时容易将发生铜线爆出的风险。L298N，是一款接受高电压的电机驱动器，直流电机和步进电机都可以驱动。一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作，在6V到46V的电压范围内，提供2安培的电流，并且具有过热自断和反馈检测功能。

驱动板我们采用的时l298n这种经典的驱动芯片，参考如图

电机驱动板还有一个地方要特别注意，就是电机控制信号的电平转换：硬件设计中，常用的芯片以及传感器都是TTL电平

74HC244三态缓冲 器/线驱动器用于电动机驱动信号的输出
在电动机驱动信号的传输中，推荐使用74HC244来实现提高驱动能力、保护单片机
的目的。下面先了解一下74HC244 
74HC244概述
74HC244是一款高速CMOS器件，74HC244 引脚兼容低功耗肖特基TTL (LSTTL)系列。74HC244是8路正相级冲器/线路驱动器，具有三态输出。该三态输出由输出使能端10E和2OE控制。高电平将使输出端呈现高阻态。
74HC244与74HC240逻辑功能相似，只不过74HC244带有正相输出。
 74HC244特性
74HC244的特性如下:
8路总线接口:
正相三态输出;
路。748 2 5
兼容JEDEC标准no.7A:
 ESD 保护;
HBMEATSED2-A114-C超过200V
MEID5ED2-A115-A 超过200V;
可选多种封装类型;
温度范围为40~850C和40~125C工州
基于上述特点，74HC244为单向缓冲，适用于增强单片机驱动信气号的电平调节。在智能汽车制作过程中，使用74H024可以将3V的单片机输出的pWM信号转换为5)
单向传输的特点，当信号在传递天
与此同时，基于该芯片智能汽车运行的稳定性，
信号:同时增强其驱动能力。脚不受影响，大大提高了
程中受到干扰时，还能还能有效保护单片

 

 4.最后一块pcb板是电磁传感器的，我们做了六路的电磁传感器，特别注意运放芯片的使用，了解好芯片的具体功能和使用方法，下面介绍一下常见的运算放大器。

OPA140一个高精度、低噪声、轨至轨输出的1MH带宽的JFET运算放大器芯片，OPA对精度要求较高的低噪声电路，如模拟信号的采样放大电路等。
非常适合用出具有以下特性。
OPA140芯片
极低极低的温漂:仅有1pV/C:
极低的偏移电压:仅有120uV;
输入偏置电流最值为10pA, 非常低，在电路中可以不使用平衡电阻::极低的1/1噪声: 250nVp 0.1- 10Hz范围:
低电压噪声:5.1nV/√Hz ;
压摆率为20V/us:
较低的电源电流: 2mA最大值:
输入电压最低可以低至负电源电压:
单电源工作电压范围: 4.5~ 36V;
双电源工作电压范围:+2.25~ +18V;
无相位反转。
除了OPA140单运放封装，还有一一个芯片内集成了完全相同的2个或4个OPA140的型号，分别为0PA2140和OPA4140,供用户灵活选用。
OPA211是一个低噪声、低功耗的精密运算放大器芯片，其带宽在100倍增益时可以达到80MHz,相比0PA140带宽更高，较为适合一些频率 稍高的场合。
OPA211芯片具有以下特性
低电压噪声: 1kHz时为1.1nV1NHz ;
o极低的1/f噪声: 80nVpp， 0.1~ 10Hz范围;
总谐波失真+噪声(THD+N): -136dB (G=1, f= 1kHz);
失调电压:最大125μV;
失调电压温漂: 0.35uV/'C;
低电源电流: 3.6mA/通道;
单位增益稳定;
增益带宽积: 80MHz (G=100)， 45MHz (G= 1);
压摆率: 27V/us;
16位稳定时间: 700ns;
宽电源范围: +2.25~+18V, 或4.5~ 36V;
轨至轨输出;
输出电流: 30mA。

除了0PA211单运放封装，还有一一个芯片内集成了完全相同的2个OPA211的型号，P2211, 供用户灵活选用。

单片机最小系统板由比赛方提供型号不需要自己制作