51核心配件相关--第一个项目--初学笔记

主要为第一个51项目 元器件工作原理理解

原理图绘制

电源模块

1.TypeC

(1)SHELL两个引脚接地， 是为了提供静电保护的功能。

(2)CC1 2两个触点连接 大电阻在分别接地  是协议规范。

(3)DP = D+ = D positive         DN = D- = D negative

(4)VBUS 是 电源总线

(5)自恢复保险丝

(6)C2 C5 两个电容器，与VIN_5V 是并联关系，起到的作用是 让VIN_5V 的电压输入更加平稳，有过滤杂波的作用。（简称滤波）。因为各种原因 上流电源可能会带来一些电压波动，加上两个电容过滤杂波 可以确保我们后边的电路更好的工作。

10uF 的电容比较大  可以应对一些低频干扰 ， 100nF  的容值比较小  它的充放电速度 和 响应的敏感度更好一些，因此可以应对一些高频干扰       。 1uF = 1000nF

问题1：CC1   CC2引脚的作用***

1。CC 触点 与 快充芯片进行充电协议的协商    2.协商设备身份，用来判断传输方向

（判断谁是主设备 谁是从设备  谁给谁供电支持）（即承载连接过程中的传输方向确认和正反插确认）

先5V供电，然后CC引脚与快充芯片进行协商，是否符合充电协议，符合的话就把自己所支持的电流和电压组合发送给充电设备  ，   若没有快充芯片  电源电压是5V 

补充知识：

本次使用的是贴片元件，贴片元件 比插孔原件 重量更小，贴片元件对机器的批量生产更加友好 即贴片元件成本低。

 封装0402 的电容大小正好  

2.LDO = low dropout regulator（低压差 线性 稳压器）

1.VOUT->固定输出电压是3.3V。  （3.3V  要写成3V3，不能写 " . "）

2.低压差：4.5V以上可以做到稳压输出（在最大输出电压内，比如18V，无论给多少电压，都变成3.3V输出。但是做不到升压功能 ，下限    正常输出需要电压上+1.2V  = 4.5V为最小电压才可以稳定输出3.3V，即4.5-18V）（低压差 指最小输入电压为 4.5V）

3.线性：指的是稳压器内部的工作原理，输入与输出3.3V中 相差的多余的电压 ，被LDO分掉了，都以热量的方式耗散的，因此LDO的发热量还是比较大的，随着输入输出电压差值越来越大， LDO的发热量也是越来越大。

4.电容C3 C4做滤波，对输出电压做 稳定电压 处理。

5.    3.3V对于嵌入式开发来说，有很多  接外设接传感器 是标准电压 ，还可以提供5V供电

补 MCU 是单片机

标题1 和标题2   是电源模块

补充  以后再自己做电路项目的话

1.OSHW 是开源硬件的英文缩写，而 Hub 是集合的意思， OSHWHub 就是 开源硬件集结号 。 OSHWHub就是将优质的开源硬件工程集合在一起的一个平台，类似于软件托管平台GitHub。

2.数据手册

3.自创

小技巧：排号使用  扇出网络标签，导出  exel  ，修改，完了再导入！

MCU最小单元模块

单片机  外部晶振  复位按键 三个是最小单元模块（该单片机加上外部的辅助电路 称之为最小系统）

查看单片机芯片 数据手册 可能会找到相应的参考电路

oshwhub.com   可以在开源平台参考别人的电路

3.MCU STC89C52RC    （单片机）

RXD 和 TXD 想写两个引脚  可以使用短接符号

为什么不把MCU接到3.3V？电子元件任何时候都不会按照极限值选型，必须要留有一定的冗余。

5V  是  早期的标准电压 。 3.3V也是标准电压（电压降低的好处，  发热量可以明显降低，现代高性能设备中，可以降低到1V多的电压即可正常工作）

1.  C6 C8 两个电容做滤波从处理。虽然说从电源出来的电本来就是经过了滤波处理，但 TypeC接口到单片机，中间还是有一定的距离，那么中间的导线可能会和其他的导线有一定的交错 或者 贴近的关系，这样会受到 电磁的影响 或者其他影响，就可能会导致单片机的供电再次有一些波动  再次不稳定的状况。因此再接两个电容滤波处理更好。

2.  扇出网络标签： 再给 芯片 做网络标签时，使用扇出网络 导出 到Excel文件里操作  再进行导入操作。（芯片 网络标签 填写技巧）

  4.排针 （不是最小系统之一）

排针选型的三个注意事项：

排针的个数  22P 还是 20P 。         针脚的间距。         最好选择方针。

5.***MCU外部晶振

1.  1号和3号引脚接的石英  不分正反， 2号4号引脚可以悬空和接地，建议接地，以抗电磁干扰

2. 外接 负载电容  C11 ：20pF      的选择，是选的晶振商家提供的参数。

 3.CPU的晶振频率越高 ，CPU的性能越强， 强相关 关系

4. 石英晶振  禁止铺铜。 填充类型--多边形--类型 选禁止区域--禁止选项 选铺铜

  计算机与电子电路中1兆 等于 100万             货币中：1兆 等于 1万亿

无源晶振（内部就是加了极板的  石英晶体）

时钟电路 ：像这种有晶振参与的，产生特定稳定的这样一种电路 称为时钟电路。上图黄色圈中的

有源晶振 

OUT输出时钟信号

***6.复位按键

1.作用：通过单片机上的RST引脚 来做一个状态重置的操作（复位 Rset）

2. RTS引脚的作用：给RST引脚 稳定高低电平的输出，直接接到电源或者接地。但为了有一个手动控制的需求，设置一个开关 按一下就是高电平，不按就是低电平。

当直接VCC和GND相接会短接，产生非常大的电流，所以加一个超大电阻，当到高电平时，10K欧姆电阻 ，起到一个限制电流作用，保护电路板不会被烧毁 。

***像这种芯片上的引脚 ，中间不串联任何用电器，直接通过一个电阻接到GND的情况，这种电阻称之为下拉电阻。

（下拉电阻 阻止 的选型，会影响到下拉的强度。）

如果通过一个阻值较小的电阻，可以把引脚的电压水平拉的更接近零伏 ，这种情况称为强下拉 

如果通过一个阻值比较大的电阻，100K甚至以上，电压水平就没有那么靠近零伏，称为弱下拉。

3.电容作用：断开开关时，高电平信号不会瞬间变成低电平，加上电容 可以延长高电平的时间！（延时作用） 这样单片机可以有效扑捉到这个（延长高电平）信号，能避免复位按键失灵。

 

***解释：开关按下后，电容的电被放空了，当开关断开后，电源开始对电容充电，充电的路劲自上而下，电容没有电的时候，就相当于一个导线。随着电容的充电，电容的阻值会越来越大，从而该电容就会和下面的电阻进行分压，随着电容不断地充满，电容的阻值越来越大，承担分走的电压越来越多，所以RST引脚的电压水平就越来越低。高电平信号延长的方式。 

因此想要将高电平信号延长的更长，让电平下降的更慢，可以将电容的容量提升的更高一些，这样充电时间会被延长，阻值增大 变得更慢，分压分的更慢，信号响应的被延长了！ 

程序烧录模块

7.CH340N烧录模块元器件布局

芯片的电路连接，查看数据手册  会有参考电路连接

1.RTS# 衔接 自动冷启动电路

2. RTS# ： request to send ， 在CH340N芯片空闲时 保持高电平，当下载程序时，就会把电平拉低到零伏，一直保持，持续到芯片下载程序完毕，C3400N再次回到空闲状态，再次把电平拉到高电平。（带 #  表示  低电平时有效状态，即数据传输状态为低电平状态）

 3. 该芯片每次烧录前  需要要自锁开关断一次电（根据厂商要求）

4. RXD   Receive Data     接收数据

     TXD    Transmit Data   发送数据

背景知识： CH3400在给单片机发送数据的时候，是通过一会拉到高电平一会拉到低电平，变成二进制编码  不停的发送给MCU。

补充模块

8.单片机电源开关

可以通过自锁开关来控制VIN_5V 和 VCC两个网路的导通

MCU（单片机）挂在后边，这样便可以通过 自锁开关来控制单片机的电源，给它供电就相当于给单片机开机，如果把开关断开 就相当于 给单片机关机

9.***P0上拉电阻（排阻）

问题：***为什么单片机上P0开头的这写引脚，需要通过一个十千欧的电阻来做上拉的操作？

答案：因为51单片机的数据手册明确说明了P0口是开漏输出，说明不具备输出高电平的能力，因此设置核心板时加了一个上拉电阻。

补充知识：单片机内部的代码可以控制单片机引脚输出的电压，有两种实现方式。

(1)推挽输出:(push pull)P沟道MOS管低电平有效

(2)开漏输出             ：

引脚接的MOS管的漏极，MOS管在没有控制电路进行干预的情况下，默认是开路状态。所以这个引脚被称为  "开漏输出"。 开漏输出最大的优点 主要是可以做跨电平的 控制。

引脚直接通过一个电阻连到 VCC，这种电阻被称为 上拉电阻

10.***自动冷启动电路

掉电再上电  称为冷启动

***MOS管  P沟道的   ，高电压截止， 低电平导通

（***MOS管  N沟道的   ，高电压导通，低电压截止）

问题：为什么MOS管的栅极 要放一个十欧姆的电阻？

(10--100欧都可以，选10欧姆，经验选型万金油)

答：这个电阻主要为了解决MOS管 有些情况工作不稳定的一些问题。

（涉及两个效应 1.振铃效应，元件有寄生电感。解决方法：在MOS管的栅极上串联一个电阻，加上一定阻尼，可以一定程度上削弱振铃效应。当然电阻不能加的太大，另外一个效应 2.米勒平台）

（RTS# ： request to send ， 在CH340N芯片空闲时 保持高电平，当下载程序时，就会把电平拉低到零伏，一直保持，持续到芯片下载程序完毕，C3400N再次回到空闲状态，再次把电平拉到高电平）

（当芯片有数据要进行交换或者发送时，它会通过RTS引脚向外发出一个通知。（嵌入式领域中，再发送给数据之前提前通知对方的操作 ，称为 硬件控制流， 作用是让下游接收数据的对象 停下来 ，好好的等芯片把数据都发送完，为了确保接受对象完整的收到数据，用来提高数据通讯的完整性能）

11.MCU供电指示灯

VCC供电，VCC 与 MCU是并联的一起的 ，VCC是通过单片机电源开关来控制的，所以只要单片机有电，这个灯就会亮，单片机没电灯就不会亮。（就算插着USB 这个灯也不亮）

补充知识 模电： P沟道MOS管， 低电平导通。

12.通信指示灯

RXD  TXD空闲状态 默认是高电平。

当CH3400 给单片机发送数据的时候（二进制），通信指示灯就会亮，方便排查一些问题。

补充知识

模电重点  ：电容，二极管，三极管，MOS管

3.3  功能总结
MOS管（N/P沟道）用作开关时，连接的二极管阴极接输入端，阳极接输出端；

MOS管（N/P沟道）用作隔离（使用MOS管防止电流反向流）时，连接的二极管阳极接输入端。

 一篇易懂的MOS管文章链接https://mp.weixin.qq.com/s/odRiAZ_G3y4nzqRiFbY52w

4. 三者区别
二极管和三极管是电流控制元件，通过控制基极电流才能达到控制集电极电流或发射极电流；

MOS管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，MOS管更节能；

MOS管导通时压降小（相当于0V），二极管的导通压降在0.7-1.5V左右。

布局思路：

先对板子的功能模块规划 ，按键放到板子边缘

先画  差分信号布线  优先级最高 等长布线，紧紧挨在一起（受到相同的干扰时，不会影响）

布线->差分对布线

补充复习 电容滤波：电脑手机等电器必须要用直流电，对电流方向敏感

电容滤波：***通过半波整流的方式得到直流电（交流整成直流的方式），加上电容 使电源电压输出更加稳定

家用电源220V 是交流电源。家庭电路中正常工作时用电器最大总功率P=UI，中国家庭电路电压为220V。

补充  全波整流，通过 四个二极管  构成整流桥。全波整流 保留了正弦波的所有波形，只不过是把下边的波掰上去了，效率高，更常用的方式，放一个电容，可以使电压更稳了！ 

总原理图

元器件布局

1. 异形板画法， 画完后，对 板框层 进行锁定。（图层- 板框层-锁定）

2.排针的布局 ：

（1）将两个排针移动到板框内，长排针在上，短排针在下

（2）更改排针图层，放到底层（非常重要）

（3）确保线序（非常重要）

   (4)锁定排针:放置后续操作时不小心拖动排针，导致尺寸出错，我们可以将两个排针锁定。

3.TypeC布局

(1)滤波电容与引脚放的一定要近.

大电容  一般来说要靠近我们的电源 ，容量较小的电容  一般来说要离我们的电源稍远一点

晶振的线  不能打孔，尽可能离单片机要近，线要短，晶振内部不能走其他的线，晶振不能铺铜

注意：丝印肯定不能跟焊盘重叠，一旦丝印跟焊盘重叠了，重叠的这部分丝印就会消失。

空间很小的情况下  位号丝印解决办法：将丝印字体变小（高度） ctrl + F   查找全部 ，全部修改

功能使用技巧

禁止铺铜操作：多边形框

1.Ctrl + R 隐藏飞线，  隐藏芯片飞线 

2.缝合空：防止铜皮起皮，钉的更加牢固。

3.LOGO：

        （1）金属logo  ，在顶层和顶层阻焊层     重合图片。

         （2）丝印logo ， 顶层丝印层，添加图片。

4.修改 字体大小，Crtl +  F ，修改 位号字体大小

如果同学们在布局时，觉得空间实在紧张，可以考虑缩小适当缩小位号丝印的大小。接下来说一下影响位号丝印大小的两个参数：

线宽：指的是字体的笔画粗细。

高度：这个参数指的是字体的大小。

一般来说，当你将字体的大小（高度）降低时，也要将线宽（笔画粗细）适当调小，否则字体会变成一坨。字体也不易太小，否则看着非常费劲。下面是一组位号丝印线宽和高度的推荐组合。

字体高度：30 mil

线宽：4 mil

适用场景：高密度PCB设计

字体高度：40 mil

线宽：5 mil

适用场景：一般密度PCB设计，较好的可读性

​​​​​​​字体高度：50 mil

线宽：6 mil

适用场景：标准设计，良好的可读性

​​​​​​​字体高度：60 mil

线宽：7 mil

适用场景：低密度PCB设计，极佳的可读性

​​​​​​​字体高度：80 mil

线宽：8 mil

适用场景：大型PCB或需要特别强调的标识

5.防抄袭，隐藏位号  ， 厂商挂掉单片机上的字！

6.***排针位号  必须给丝印的操作。在顶层丝印层--填充区域 --类型  线条 ，画一个矩形，先做一条线，然后水平等距分布，（数据手册查找两个排针之间的行间距）然后做阵列，自己修改丝印号。数。

（不然难为自己难为别人！）

    

未完待续~~