外观

三、电路板设计 ​


   了解完基于天空星的简易万用表硬件电路原理后接下来进行原理图与PCB电路板设计环节，原理图设计部分包含了元器件选型、元器件搜索以及原理图整理的内容；PCB设计部分包含边框设计、元器件分类布局、PCB走线与设计检查、PCB生产与打样等内容。

1 原理图设计 ​

1.1 工程创建 ​

   打开嘉立创EDA专业版编辑器（ https://pro.lceda.cn/editor ）， 登录账号后选择创建工程， 输入工程名称：基于天空星的简易万用表，系统会自动创建一个工程项目，接下来就在该项目中完成天空星的简易万用表原理图&PCB设计。

   创建好工程后打开左侧工程列表中的Schematic1图页，在右侧画布区域放置元器件进行连接，底下的PCB1是用来绘制PCB图的页面，设计流程是先完成原理图的设计后再到PCB设计。

   若器件较多，一个原理图页放置不下，也可以在原理图中点击鼠标右键进行新增图页，一个板子中能存在多个图页，但一个板子中仅能存在一个PCB板图纸。

1.2 元器件搜索 ​

   元器件搜索的方式有三种途径，第一种可以在左侧的常用库中找到官方提供的参考库进行放置，优点是比较方便，缺点是库种类较少；第二种方式是通过顶部菜单栏中的放置按钮选项，可以看到器件实物图与参考价格、数据手册等信息；第三种方式是在软件底部面板中搜索放置器件，这种方式的好处是可以看到所选器件的符号、封装与3D模型效果图。

使用技巧：熟悉使用快捷键可以大大提升设计效率哦~

1.3 元器件放置 ​

   为了方便初学者学习，该项目提供了完成电路图中所需的元器件清单，可以直接根据器件清单中提供的器件编号及备注信息进行元器件的搜索和放置。以底部面板搜索器件为例，在原理图工作区打开底部库面板，选择器件类目，在搜索栏中输入器件编号，进行搜索找到对应元器件点击放置在画布中即可。里面的M3铜柱在EDA左侧常用库的最后一项可以找到并放置。

1.4 物料清单 ​

序号器件名称器件参数数量器件封装器件编号
1LCKFB-LSPI-SkyStar-GD32F407VET6-LITELCKFB-LSPI-SkyStar-GD32F407VET6-LITE1DIP-80_L44.97-W69.97-P2.54X2-LS35.9C20607214
2电容100nF14C0603C14663
3屏幕1.8寸TFT11.8寸TFT屏模块-8PINC2897371
4按键4.5*4.5mm3SW-SMD_4P-L4.5-W4.5-P3.00-LS7.0_TS-1009S-03826C455243
5电容1uF2C0603C15849
6电阻1K4R0603C21190
7电阻0R1R0603C21189
8LDOLP5907MFX-3.3/NOPB1SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BRC80670
9电阻10K8R0603C25804
10三极管S80501SOT-23-3_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.9-BRC2146
11蜂鸣器HNB09A031BUZ-TH_BD9.0-P5.00-D0.6-FDC96102
12与门SN74AHC1G08DBVR1SOT-23-5_L3.0-W1.7-P0.95-LS2.8-BRC7467
13电阻10R5R0603C22859
14肖特基二极管1N5819WS2SOD-323_L1.8-W1.3-LS2.5-RDC191023
15NMOS2N7002K1SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BL-1C3008053
16保险丝BSMD0603-010-36V2F0603C18377604
17TVS管SJD12C40L013SOD-123_L2.8-W1.8-LS3.7-BIC313287
18黑表笔24.245.21ANT-TH_L33.0-W12.0_BLACKC7437327
19固态继电器GAQY212GSX2SOP-4_L4.3-W4.4-P2.54-LS6.8-TRC19271988
20三极管SS85501SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BRC7420371
21电阻100K6R0603C122538
22电阻470K2R0603C416762
23电阻22K2R0603C705830
24运算放大器LMV358MM/TR2MSOP-8_L3.0-W3.0-P0.65-LS5.0-BLC2926391
25运算放大器LMV358MM/TR2MSOP-8_L3.0-W3.0-P0.65-LS5.0-BLC2926391
26PMOSAO34014SOT-23-3_L2.9-W1.4-P1.90-LS2.6-BRC727156
27电阻100R1R0603C122970
28电阻1K1R0603C110776
29电阻10K1R0603C95204
30电阻100K1R0603C122538
31运算放大器LMV3211SOT-23-5_L2.9-W1.6-P0.95-LS2.8-TLC686637
32电阻10mR1RES-SMD_L6.4-W3.2-R2512C2903468
33电阻3R2R0603C322143
34电流检测放大器TP181A1-CR1SC70-6_L2.1-W1.3-P0.65-LS2.3-BLC2902349
35红表笔24.245.22ANT-TH_L33.0-W12.0_BLACKC7437326

1.5 原理图整理 ​

  完成元器件放置后接下来进行电路图的连接与整理工作，参照以下电路图，完成元器件间的连接，使用网络标签可以替代导线连接，两个相同网络的位置放置相同网络标签即可。接下来按功能模块划分各个电路，使用矩形边框包围住各个电路模块，并用文本加上电路模块标识说明。最好使用设计菜单栏下的检查DRC功能查看电路连接是否有误。

2 PCB布局与走线 ​

2.1 边框设置 ​

  边框与开发板的边框保持一致；需要自行描绘线条或矩形设计。

2.2 PCB布局 ​

  边框放置好后可以将四个螺丝孔放置在板子四周，布局时可以先将大尺寸器件放置在板子内部，进行初步局，使整个板面电路模块清晰，布局合理，方便使用。

  布局时元器件相互连接处有一根淡蓝色的线条，这根线叫做飞线，它起的作用是告诉我们那两个焊盘是相同网络，需要使用导线连接，所以飞线也叫做指引线。但是页面中飞线太多影响布局摆放，在布局走线时可以将GND网络的飞线隐藏，使页面更简洁。隐藏方式是：在左侧“工程设计”列表中选择网络，在搜索栏中搜索GND，在飞线列表中将GND前的眼睛关闭即可。走线完成后别忘了重新打开哦~

  接下来布局时把相关模块电路放到一起，按照飞线的指引摆放，尽可能使飞线水平，走线时减少拐弯，开关接口靠边方便操作，布局时可以使用3D预览功能实时查看布局效果是否合适。最终布局效果如下所示。

2.3 PCB布线 ​

  好的布局已经成功了一半，接下来只需掌握以下几点走线基本要求即可：

  • 建议优先使用顶层走线，走不通的地方切换到底层进行连接；
  • 走线以直线为主，如需拐弯时拐角以135°钝角或圆角优先，减少直角的使用；
  • 走线线宽电源线宽大于信号线，该项目中信号线走线宽度为10或8mil，电源走线使用填充区域大范围连接；
  • 覆铜完成后如果还存在飞线，可通过在存在飞线的位置放置对应网络的过孔或者是调整走线位置使网络能够连接，也可以采用手动接线的方式消除飞线；
  • 走线完成后可在“工具”菜单栏选择泪滴添加，加强焊盘与走线的连接，最后再进行铺铜操作，如果对走线有移动调整也应使用快捷键Shift+B进行重建覆铜。

  完成走线后点击底部面板中的检查DRC按钮，若显示无报错警告，则代表该PCB设计完成。实际设计过程中往往可能出现各种错误，也可以通过检查DRC找到错误点进行修改，确保PCB板设计一板成功！

3 注意事项 ​

1、在绘制原理图中应注意：

  • 按模块电路划分进行绘制，注明电路功能；
  • 在图纸属性上填写工程名称等信息；

2、在采购物料中应注意：

  • 先筛选有库存物料，再筛选价格排序进行购买；
  • 尽量购买同一仓库物料，选择靠近的货仓，缩短交货时间；
  • 购买有多个订单时，可以通过绑定订单方式，节省运费；

3、在PCB Layout中应注意：

  • 滤波电容应注意电流流向，尽量离需滤波元件近一点；
  • 走线优先走直线，需要拐弯的地方以钝角或圆弧为主；
  • 在绘制调整完PCB后加上泪滴，使板子更加美观稳固；
  • 添加丝印标识，注释说明接口功能；
  • JLCJLCJLCJLC指定客编丝印可藏在器件下，成板美观；
  • 项目主要是信号检测，应该优先考虑adc信号的流向以及底层GND的回流路径，由于是两层板，尽量保证，顶层走线顺畅，布局整齐，底层GND完整。