设计学习板很难?老司机教你用EasyEDA轻松实现

发表于讨论求助 2022-07-30 13:31:58

本文和大家分享如何设计一款学习板，首先是方案选择，学习板应该使用成熟的方案，也就是被广泛应用，潜力被开发得差不多的方案，这样子能够学到的内容就比较多，也能学习到性价比比较高的问题处理办法。学习板使用的方案在网上的配套学习资料要足够多，最好遇到的问题都有网友遇到过，不用自己摸着石头过河，这样子学习成本低，而且效率高。

怎么才能知道所选方案是不是个成熟的并且适合作为学习板使用的方案？基本思路是大厂家的老方案，例如三星的2440、6410等，过去各种培训机构都使用这类方案设计学习板卡。还有一个小窍门就是上万能的淘宝上看看这个方案的学习板的厂家多不多，顺便查看一下厂家配套的资料多不多。再者就是在各大电子社区看这个方案出现的频率高不高，讨论热度如何，顺便物色后续的提问咨询平台。

笔者并不反对系统学习，自己摸索，但是作为这个浮躁的社会的一员，获取咨询，升级技能不够快，就可能会落后于人。顺便提一下，学习板和开发板有所不同，开发板更加功利，用于协助开发某种新产品，通常都是各大厂家的新方案，所以成本较高，入门门槛也比较高，而且问题通常比较多，不建议用于学习。当开发板逐渐成熟后就可能变成开发板，如果方案生命力较强，不在短期内停产的话。

这次设计的学习板使用的方案就很广泛，看它有多广泛？淘宝告诉你，如下：

图1 淘宝截图

这次选择的方案是意法半导体的STM32F103系列芯片，这个系列芯片的好处是，具有JTAG接口，使用MDK开发工具配合JLINK可以直接进行程序的烧写与调试。其它接口齐全，方便扩展显示屏，网口，USB口等。而且采用QFP封装，方便手工制作样板。

设计学习板时需要注意几点：1、扩展性要强，要引出足够多的资源；2、要方便调试和使用；3、还要有趣味性。这些注意事项在接下来的具体设计中逐个与大家探讨。

先上原理图，以镇楼，原理图如下：

图2 原理图

整图较大，导致贴图看不太清楚，后续笔者会挑个别重要的模块具体介绍。

先画主芯片，芯片引脚比较多，要注意准确性，最好是直接使用厂家提供的库，或者前辈用过检验过的库文件，如果不合适再在这些库上稍作调整，也比较省时间，笔者的做法也一样，先到库里面搜索有没有现成的（注意不是笔者想偷懒呵呵），如下：

图3 搜索现成库文件

忘了说了，看到这个界面的时候，如果使用过其它画图工具的朋友可能会觉得比较陌生。笔者这次的设计是使用EasyEDA完成的。这是个基于云端的在线EDA设计工具，打开网页就能设计原理图和PCB。而且有完善的社区，大家都在上面共享自己的设计，还可以对别人的设计发表评论和点赞，笔者觉得是个学习和提升电子设计能力的好地方，再截张图给大家看看，觉得好玩的可以加进来一起玩。

图4 EasyEDA社区

回到正题，系统库中正好有笔者想用的STM32F103RBT6（众人拾柴火焰高，EasyEDA这种云端的设计方式确实挺好的，大家可以共享彼此的库，减少重复工作，不过也需要多一份责任，要是错了就有可能也会坑到别人），将元件放到原理图中

图5 主控芯片

从图5中可看到笔者使用了芯片的一个SPI接口、一个LCD接口和IO口若干。SPI接口用于扩展FLASH，这个有考虑到设计学习板的注意点1，要是程序复杂一点，存储不够了怎么办？IO剩多少都引到接插座中，也是基于注意点1。牺牲了不少资源也要使用LCD接口，这是考虑到注意点3，趣味性，如果没有友好的人机界面，只能看着调试LED指示灯一闪一闪的，确实有点乏味，而且从中也能学习到LCD的驱动原理。

配合下面几个小电路：

图6 最小系统外围电路

其中，有复位电路、调试JTAG接口、滤波电容阵列和启动配置电路，这就实现了方案的最小系统。滤波电容阵列要靠近主芯片放置，以表示PCB设计时滤波电容靠近电源引脚放置。启动配置电路使用接口配合跳线帽的方式，是考虑到注意点2，方便性，不能够为了节省空间而使用跳阻的方式，省的调试的时候焊来焊去的。复位电路一定要加个手动复位按键，也是考虑到注意点2，要不然后续总是要插拔电复位，一来费劲儿，二来容易损坏电源插头。

而下面这组电路就纯粹为了调试方便设计的：

图7 调试电路

电源指示灯、状态指示灯为板卡的运行状态提供最简单的指示方式。而为了方便接电脑，直接将USB转串口芯片放入设计中，省的又要外接USB转串口线，直接使用手机充电线就能调试。

为了方便学习，需要将能够预留的功能都引出来

图8 外扩功能电路

SPI外扩FLASH，既然引出了SPI接口，使用片选接口顺便外扩一个SD卡，以便后续可以做个MP3什么的，可以将音乐放在SD卡里。一组IIC用于外接铁电芯片，用于存储配置，或者研究掉电恢复。

图9 外扩IO

将IO都引到接插座上，可用于驱动显示模块，也能够用于当IO来用，和其它扩展模块进行通信。

原理图设计完成，接下来要设计PCB图，因为是学习用，设计是无需过多地考虑EMC什么的。最好一开始就设想好，学习板用于设计什么原型机，这样子的话可以确定板卡的大小和形状。这次笔者是蹦着智能小车去的，因此板卡大小作了约束。以下是笔者的目标：

图10 智能小车

围观群众会说，笔者这也太好高骛远了，其实不然，网络上就有人使用STM32F103设计智能车的完整方案，淘宝上淘一些结构配件，超声波定位模块什么的，分分钟组装一台智能小车。说不定还能用于参加个智能车电子大赛什么的。

设计完的PCB图如下：

图11 PCB图

设计PCB图的时候需要注意几点：1线宽线距尽可能宽，最好保持在10mil/10mil以上，这样子工艺要求比较低，打样费用就比较低。2、方便组装，四四方方，固定孔XY轴都对称，这样子容易安装到更多的结构中去。可以的话尽量一面放置元器件。3、做好标识，引出来的都是什么信号，方便接线，跳线都表示什么意思，方便跳线。

这次设计PCB的时候发现EasyEDA有个超级好用的工具，如下：

图12 LOGO生成工具教程

点进去是图文教程，教你如何使用这个功能。

说白了就是一个LOGO生成工具。笔者是使用Cadence的老鸟，以前要画个禁止人手直接触摸的标志都得画半天，要画更复杂的LOGO就得上网找SCRIPT帮忙，而往往效果不怎么好，因此笔者都不爱放置LOGO的。没想到EasyEDA这里竟然将这个功能做的如此亲民，找到合适用的图片，点转换就行，图11中笔者故意增加了LOGO以表炫耀。由于这个功能太惊艳了，笔者没忍住做了件无聊的事儿，如下