外观
三、电路板设计
了解完STC89C52四驱智能小车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走线与设计检查等内容。
1 原理图设计
1.1 工程创建
打开嘉立创EDA专业版软件(https://pro.lceda.cn/editor), 登录账号后选择创建工程, 输入工程名称:【单片机】STC89C52四驱智能小车设计,系统会自动创建一个工程项目,接下来就在该项目中完成STC89C52四驱智能小车设计的原理图与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。
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
在立创商城里面的所有器件都有一个唯一的商品编号,可以将这个编号复制后在元件库中搜索得到,例如该项目中小车主控STC89C52RC这款芯片的商品编号是:C14022,在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。
1.4 物料清单
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。
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。完成元器件放置后接下来进行电路图的连接设计后一定要检查电路,错误的原理图会生成错误的PCB,导致电路无法正常工作。
2 PCB布局与走线
2.1 边框设置
智能小车的外形可以在专业的CAD软件里面设计后将DXF软件导入到嘉立创EDA专业版里面作为板框层—即PCB的外形,也可以直接在软件里面根据自己的想法进行设计创造。
STC89C52四驱智能小车结合电路结构特性设计而成,完美地将所有元器件合理地摆放在车体上,即使不加外壳也显得十分好看。
2.2 PCB布局
在进行PCB设计一定需要注意的是布局的合理性,在有限的板子空间内放置电池、电机、核心板以及各种电路模块。布局合理性指的是输入输出接口能操作方便,各电路模块摆放在同一区域且摆放整理。
在对智能小车进行布局时只需要根据小车的功能区域进行摆放,四个电机分布在两侧,超声波模块放前面,光电循迹传感器靠近车头,电池盒和核心板位置放中间位置,电源及开关放车尾便于操作。这样一顿操作下来其实小车整体布局已经出来了,左右两翼可以根据电路情况摆放蓝牙模块以及蜂鸣器电路。总结下来就是先放核心器件,再摆放其它次要器件,器件布局时按各个电路模块放置,考虑电气特性,摆放整齐合理。
2.3 PCB走线
一个好的布局相当于完成了PCB设计的一大半工作。在PCB走线时需将电源线适当加粗,网络线粗细程度为:GND线>电源线>信号线。在STC89C52四驱智能小车设计中,主电源输入线宽为25mil,VCC及+5V网络线宽为25mil,常规信号线为15mil,电机驱动处使用80mil粗导线连接,提高导线过流与散热能力。
2.4 整理与优化
PCB 走线完成后接下来进行下一步,整理与优化。这一个步骤需要像菜市场挑菜一样,细细检查,把一些可能存在的问题依次排除,最后在加上丝印标记以及 logo 就可以完成整个 PCB 的设计了,可根据以下步骤逐一优化 PCB:
(1)第一步:检查 DRC,根据提示解决 DRC 错误
DRC(设计规则检查)的检查在 PCB 设计里面尤为重要,为了避免走线遗漏以及走线太近等问题的出现,在完成 PCB 设计后需进行 DRC 检查。点击嘉立创 EDA 顶部工具栏的“设计”-“DRC 检查”,也可以使用快捷键 “\” 打开底部面板,选择 DRC,点击“检查 DRC”,检查出问题后点击问题的对象即可在PCB 中定位到错误的地方,根据报错解释进行修改即可。图 4-13 的错误提醒就是忘记连接 GND 导线了,当然这个问题可以用敷铜功能快速解决。
(2)第二步:放大 PCB,逐步检查走线连接情况
这一步其实就是用鼠标滚轮放大 PCB,从电源输入部分再到单片控制电路逐一排查,对整体走线进行优化。需要检查的地方有:导线超过焊盘冒尖、导线折角过长、差分等长走线未对齐、焊盘出线方向不对、导线太细、导线间距太窄、电源走线不合理等基础问题,检查完毕后还需要对整体 PCB 进行添加泪滴操作,以加固焊盘与导线的连接,避免焊接过程中过热导致导线铜皮脱落。
(3)第三步:添加丝印及 logo 标识
走线优化完成便我们的 PCB 设计已经接近尾声了,为了让这份辛苦有一个好的收尾,丝印标记以及 logo 添加也是必不可少的。智能小车上需要外接一个蓝牙模块以及超声波模块,设计时需要留意是否有明显标记引脚功能,防止模块插反报废。接口位置标记后接下来需要对所有的元器件位号进行整理,位号摆放位置需一致,空间允许的情况下还可以把元件的参数也显示出来,在焊接时就显得十分方便了。最后再合适的位置加上自己喜欢的图案以及 logo,完成 PCB 的设计。