電路設(shè)計(jì)與制作實(shí)用教程（Allegro版）課件 【Ch01】基于SM32核心板的電路設(shè)計(jì)與制作流程

電路設(shè)計(jì)與制作實(shí)用教程(Allegro版)基于SM32核心板的電路設(shè)計(jì)與制作流程第一章普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材·卓越工程師培養(yǎng)系列1什么是STM32核心板什么是STM32核心板1

STM32核心板正面視圖如圖1-1所示，其中J4為通信-下載模塊接口(XH-6P母座)，J8為JTAG/SWD調(diào)試接口（簡牛），J7為OLED顯示屏接口(單排7P母座)，J6為B00T0電平選擇接口（默認(rèn)為不接跳線帽），RST（白頭按鍵）為STM32系統(tǒng)復(fù)位按鍵，PWR(紅色LED)為電源指示燈，LED1(藍(lán)色LED)和ED2(綠色LED)為信號(hào)指示燈，KEY1、KEY2、KEY3為普通按鍵(按下為低電平，釋放為高電平)，J1、J2、J3為外擴(kuò)引腳。STM32核心板背面視圖如圖1-2所示，背面除直插件的引腳名稱絲印外，還印有電路板的名稱、版本號(hào)、設(shè)計(jì)日期和信息框。STM32核心板是由通信-下載模塊接口電路、電源轉(zhuǎn)換電路、JTAG/SWD調(diào)試接口電路、獨(dú)立按鍵電路、OLED顯示屏接口電路、高速外部晶振電路、低速外部晶振電路、LED電路、ST32微控制器電路、復(fù)位電路和外擴(kuò)引腳電路組成的電路板。

什么是STM32核心板1STM32核心板要正常工作，還需要搭配一套JTAG/SWD仿真-下載器、一套通信-下載模塊和一塊OLED顯示屏。仿真-下載器既能下載程序，又能進(jìn)行斷點(diǎn)調(diào)試，本書建議使用ST公司推出的ST-Lik仿真-下載器。通信-下載模塊主要用于計(jì)算機(jī)與STM32之間的串口通信，當(dāng)然，該模塊也可以對(duì)STM32進(jìn)行程序下載。OLED顯示屏則用于顯示參數(shù)。STM32核心板、通信-下載模塊、JTAG/SWD仿真-下載器、OLED顯示屏的連接圖如圖1-3所示。

2為什么選擇STM32核心板為什么選擇STM32核心板2231作為電路設(shè)計(jì)與制作的載體，有很多電路板可以選擇，本書選擇STM32核心板作為載體的主要原因有以下幾點(diǎn)。

(1)核心板包括電源電路、數(shù)字電路、下載電路、晶振電路、模擬電路、接口電路、1/0外擴(kuò)電路、簡單外設(shè)電路等基本且必須掌握的電路。這符合本書“小而精”的理念，即電路雖不復(fù)雜，但基本上覆蓋了各種常用的電路。(2)STM32系列單片機(jī)的片上資源極其豐富，又是基于庫開發(fā)的，可采用C語言進(jìn)行編程，資料非常多，性價(jià)比高，這些優(yōu)點(diǎn)也使ST32系列單片機(jī)成為目前市面上最流行的微控制器之一。初學(xué)者只需要花費(fèi)與學(xué)習(xí)51單片機(jī)基本相同的時(shí)間就能掌握比51單片機(jī)功能強(qiáng)大數(shù)倍甚至數(shù)十倍的STM32系列單片機(jī)。(3)STM32F103RCT6芯片在STM32系列中屬于引腳數(shù)量少(只有64個(gè)引腳)，但功能較齊全的單片機(jī)。因此，盡管引入了單片機(jī)，但初學(xué)者在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與制作STM32核心板的過程中并不會(huì)感到難度有所增加。為什么選擇STM32核心板254(4)STM32核心板可以完成從初級(jí)入門實(shí)驗(yàn)(如流水燈、按鍵輸入)，到中級(jí)實(shí)驗(yàn)（定時(shí)器、串口通信、ADC采樣、DAC輸出），再到復(fù)雜實(shí)驗(yàn)(OLED顯示、UCOS操作系統(tǒng))等至少20個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)基本能夠代表STM32單片機(jī)開發(fā)的各類實(shí)驗(yàn)，為初學(xué)者后續(xù)快速掌握STM32單片機(jī)編程技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。(5)由本書作者編寫的《STM32F1開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)教程》也是基于STM32核心板。因此，初學(xué)者可以直接使用自己設(shè)計(jì)和制作的STM32核心板，進(jìn)入到STM32微控制器軟件設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，既能驗(yàn)證自己的核心板，又能充分利用已有資源。3電路設(shè)計(jì)與制作流程電路設(shè)計(jì)與制作流程3傳統(tǒng)的電路板設(shè)計(jì)與制作流程一般分為8個(gè)步驟：(1)需求分析；(2)電路仿真；(3)繪制原理圖元器庫；(4)繪制原理圖；(5)繪制元器件封裝；(6)設(shè)計(jì)PCB;(7)輸出生產(chǎn)文件；(8)制作電路板。具體如表1-1所示。電路設(shè)計(jì)與制作流程3這種傳統(tǒng)流程主要針對(duì)已經(jīng)熟練掌握電路板設(shè)計(jì)與制作各項(xiàng)技能的工程師。而對(duì)于初學(xué)者來說，要完全掌握這些技能，并最終設(shè)計(jì)制作出一塊電路板，不僅需要有超強(qiáng)的耐力堅(jiān)持到最后一步，更要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，保證每一步都不出錯(cuò)。在傳統(tǒng)流程的基礎(chǔ)上，本書做了如下改進(jìn)：(1)不求全面覆蓋，比如對(duì)需求分析和電路仿真技能不做講解；(2)增加了焊接部分，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓初學(xué)者對(duì)電路理解更加深刻；(3)所有內(nèi)容的講解都聚焦于一塊ST32核心板；(4)每一步的執(zhí)行都不依賴于其他步驟，比如，第一步就能進(jìn)行電路板驗(yàn)證，又如，原理圖設(shè)計(jì)過程可以使用現(xiàn)成的集成庫而不用自己提前制作。這樣安排的好處是，每一步都能很容易獲得成功，這種成就感會(huì)激發(fā)初學(xué)者內(nèi)在的興趣，從而由興趣引導(dǎo)其邁向下一步；聚焦于一塊ST32核心板，讓所有的技能都能學(xué)以致用，并最終制作出一塊STM32核心板。本書以STM32核心板為載體，將電路設(shè)計(jì)與制作分為9個(gè)步驟，如表1-2所示，下面對(duì)各流程進(jìn)行詳細(xì)介紹。電路設(shè)計(jì)與制作流程3電路設(shè)計(jì)與制作流程31.STM32核心板程序下載與驗(yàn)證這一步要求將開發(fā)套件中的STM32核心板、通信-下載模塊、OLED顯示屏、USB線、XH-6P雙端線等連接起來，并在計(jì)算機(jī)上使用MCUISP軟件，將HEX文件下載到STM32F103RCT6芯片的Flash中，檢查STM32核心板是否能夠正常工作。通過這一流程可快速了解STM32核心板的構(gòu)成及其基本工作方式。2.準(zhǔn)備物料和工具根據(jù)物料清單(也稱BOM)準(zhǔn)備相應(yīng)的元器件，根據(jù)工具清單準(zhǔn)備相應(yīng)的焊接工具，如電烙鐵、萬用表、焊錫、鑷子和松香等①。通過準(zhǔn)備物料和工具，可初步認(rèn)識(shí)元器件以及各種焊接工具和材料。電路設(shè)計(jì)與制作流程33.焊接STM32核心板利用開發(fā)套件提供的3塊空電路板，以及第2步準(zhǔn)備的物料和焊接工具，按照說明將元器件焊接到電路板上，邊焊接邊調(diào)試，可將第1步中連通的ST32核心板作為參考。通過這一步操作的訓(xùn)練，讀者應(yīng)掌握電路板焊接技能，熟練掌握電烙鐵、鑷子和萬用表的使用。4.安裝PCB開發(fā)工具本書使用CadenceAllegro軟件作為PCB開發(fā)工具，版本為16.6。安裝CadenceAllegro16.6軟件并進(jìn)行配置。5.設(shè)計(jì)STM32核心板原理圖首先加載原理圖庫(參見本書配套資料包中的AllegroLib1SCHLib文件夾)，然后參照STM32核心板原理圖(參見本書配套資料包中的PDFSchDoc文件夾)，使用OrCADCaptureCIS軟件繪制STM32核心板的原理圖。電路設(shè)計(jì)與制作流程36.設(shè)計(jì)STM32核心板PCB首先將STM32核心板原理圖導(dǎo)入PCB設(shè)計(jì)環(huán)境中，然后對(duì)STM32核心板進(jìn)行布局和布線。7.創(chuàng)建STM32核心板元器件庫創(chuàng)建STM32核心板元器件庫，包括創(chuàng)建焊盤庫工程、通過焊盤庫制作PCB庫。8.輸出生產(chǎn)文件利用CadenceAllegro16.6軟件生成生產(chǎn)文件，包括BOM、Gerber文件、絲印文件及坐標(biāo)文件等。9.制作STM32核心板

STM32核心板的制作包括PCB打樣和貼片，可通過PCB加工企業(yè)的網(wǎng)站進(jìn)行網(wǎng)上PCB打樣下單以及貼片下單。4本書配套資料包本書配套資料包4本書配套資料包名稱為“電路設(shè)計(jì)與制作實(shí)用教程(Allegro版)資料包”（可以通過微信公眾號(hào)“卓越工程師培養(yǎng)系列”提供的鏈接進(jìn)行下載），為了與實(shí)踐操作一致，建議將資料包復(fù)制到計(jì)算機(jī)的D盤，地址為“D:\電路設(shè)計(jì)與制作實(shí)用教程(Allegro版)資料包”。資料包由若干個(gè)文件夾組成，如表1-3所示。5本書配套開發(fā)套件本書配套開發(fā)套件5本書配套的STM32核心板開發(fā)套件（可以通過微信公眾號(hào)“卓越工程師培養(yǎng)系列”提供的鏈接獲得）由基礎(chǔ)包、物料包、工具包組成。其中基礎(chǔ)包包括1個(gè)通信-下載模塊、1塊STM32核心板、2條Mii-USB線、1條XH-6P雙端線、1個(gè)ST-Link調(diào)試器、1條20P灰排線、3塊STM32核心板的PCB空板，物料包有3套，工具包包括電烙鐵、鑷子、焊錫、萬用表、松香、吸錫帶，如表1-4所示。物料包3套2工具包電烙鐵鑷子焊錫萬用表松香、吸錫帶3基礎(chǔ)包1個(gè)通信-下載模塊1塊STM32核心板2條Mii-USB線1條X