学习目标

  1. 掌握STC8H最小板设计
  2. 熟悉查阅芯片手册

  3. 熟悉串口芯片外围电路

    学习内容

    PCB设计流程

  4. 原理图设计

根据电路的功能要求，进行电路图的设计和修改，确定电路的功能和连接方式。

  1. PCB布局布线(PCB Layout)

将设计好的原理图，进行合理布局摆放，然后进行连线。

  1. 检查设计优化

对原理图设计进行优化，对布局走线进行优化

  1. PCB打样

将设计好的PCB板下单，交给工厂进行生产

  1. 开发板验证

拿到生产好已经贴片完成的PCB板，进行程序的烧录验证。

原理图设计

原理图设计是电子产品设计的第一步，主要是通过符号和连接线的方式表达电路的结构和连接方式。原理图设计的主要任务包括：

  1. 电路功能分析和设计：了解所需的电路功能，并将其分解为基本的电路模块，再对每个电路模块进行详细设计。
  2. 电路符号设计：选择电子元器件的符号，并按照电路连接关系进行布置。
  3. 电路连接设计：根据电路功能和电路符号，将各个电子元器件之间的连接关系绘制出来。
  4. 标号和标识设计：对各个电子元器件进行编号、标识，方便后续的布板、生产和维修。
  5. 电路模拟和验证：通过模拟软件对电路进行仿真和验证，确保电路的正确性和稳定性。

通过原理图设计，可以清晰地了解电路结构、功能、元器件型号和参数等信息，为后续的PCB布局和生产提供重要的依据。

PCB Layout

PCB布局和布线是将原理图转换为实际PCB的过程。在这个过程中，需要完成以下任务：

  1. 将所有电路元件放置到PCB板上，按照原理图的连接方式确定元件的位置，以保证信号的传输和电路的稳定性。
  2. 根据元件的位置和信号线的走向，设计合适的电路布局。电路布局是指在PCB板上规划元件位置和信号线走向，以最小化信号线的长度、交叉和干扰，保证电路的性能和稳定性。
  3. 进行PCB布线，将电路元件之间的信号线连接起来。在布线过程中需要考虑信号线的长度、走向、宽度、厚度、阻抗匹配、信号完整性等因素，以最小化信号噪声、串扰和延迟。
  4. 添加必要的信号层、电源层和地层。为了减小信号线之间的干扰和串扰，常常需要采用多层PCB设计。在PCB设计中常常包括顶层、底层、信号层、电源层和地层等层次。
  5. 完成PCB板的布局和布线后，需要进行电气规则检查（ERC）和信号完整性检查（SI）等工作，以确保电路的正确性和可靠性。

最后，将设计好的PCB板制作成实物，并进行测试和调试，确保电路的性能和可靠性。

总之，PCB布局和布线是PCB设计中非常重要的环节，它直接关系到电路的性能和可靠性。在设计中需要综合考虑电路的复杂性、元器件的种类和特性、信号传输的特点等因素，以实现最佳的电路性能和可靠性。

最小系统参考

  1. 串口烧录方案参考

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  1. USB烧录方案参考

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ISP（In-System Programming）：在系统编程，指的是通过编程接口或通信接口（如USB、UART等）将程序下载到嵌入式系统的内部存储器（如微控制器或FPGA）中，而无需将芯片从电路板上拆下来。

IAP（In-Application Programming）：在应用编程，指的是在嵌入式系统运行时，通过特定的机制或协议来更新或下载程序，通常是通过网络连接或外部存储介质。

线性稳压器

线性稳压器（Linear Regulator）是一种电子元件，它可以将不稳定的电压输入转换为稳定的输出电压。它的基本原理是将输入电压通过晶体管或MOS管等控制元件调整至稳定电压输出，通过降压、升压或变换电压等方式使得输出电压在给定负载变化时保持恒定。
线性稳压器的优点是工作稳定、噪声低、纹波小、线性好、响应快，可以很好地保证稳定的输出电压。它适合用于对输出电压精度要求高、输出电流小的场合，如电子电路的模拟电源、精密仪器等。
缺点是效率低，因为在控制元件上产生的过剩电压会被耗散为热量。同时，由于线性稳压器的原理，输入电压必须高于输出电压，因此不能用于升压应用。
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串口芯片

USB串口芯片是一种集成了USB接口和串口通信功能的芯片，主要用于将串口设备连接到计算机或其他USB主机设备上。相对于传统的串口芯片，USB串口芯片具有更高的数据传输速率和更广泛的应用范围。
USB串口芯片通常包括以下主要组件：

  • USB接口控制器：用于管理芯片与USB主机的通信，包括接收和处理USB传输的数据包等。
  • 串口控制器：用于管理串口的通信，包括波特率、数据位、停止位等参数的设置，以及数据的发送和接收等。
  • 数据缓冲区：用于存储数据，以平衡USB主机和串口设备之间的数据传输速率，以及缓存数据以避免数据丢失或冲突。

常见的USB串口芯片有CH340、FT232、PL2303等，这些芯片通常需要与主控芯片或单片机结合使用，以实现串口通信功能。
CH340串口芯片5V供电电路:
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CH340串口芯片3V3供电电路:
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电压基准芯片

电压基准芯片是一种电子元器件，用于提供稳定的电压基准。它通常用于需要精确电压参考的电路中，例如模拟信号处理、精密测量和校准等领域。
电压基准芯片通常由一个高稳定性的参考源和一组放大器、滤波器和反馈电路组成，以提供一个具有非常低漂移和噪声的电压输出。电压基准芯片的输出电压通常是固定的，并且可以在几个微伏到几个伏之间进行选择。
电压基准芯片的使用可以大大提高电路的稳定性和精度，从而提高整个系统的性能和可靠性。
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串口和HID切换

我们有两种模式进行固件下载烧录：

  1. 使用USB直接下载 （使用D+、D-）
  2. 使用串口烧录（使用TXD、RXD）

可以根据需要切换两种模式，因为有两个引脚要进行同时切换，所以我们选用双刀双掷开关：
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思考：

为什么串口芯片的TXD接二极管的阴极，MCU的RX接二极管的阳极。可以保护MCU，却不影响数据传输呢？

答案：请先思考后再查看单片机下载程序时需要冷启动，即先点击下载后上电，由于TXD是输出引脚，如果没有此二极管，就会有电流通过这个引脚流入单片机，影响单片机的冷启动。
那数据传输时是否会影响呢？并不会：

  • 当串口芯片（CH340）输出高电平时，二极管截止，由于单片机RX引脚带内部上拉，此时RX收到高电平
  • 当串口芯片（CH340）输出低电平时，二极管导通，单片机RX引脚被拉低，此时RX收到低电平

  • 因此串口芯片输出高低电平时，单片机RX引脚同样能接收到高低电平，不影响数据传输。

    练习题

  • 设计一个STC8H的核心板

  • 设计一个小闹钟