从0到1入门STM32最小系统板——绘制原理图之器件选型

本次我们选择的芯片是STM32F446RET6，使用立创EDA进行原理图绘制。

文章目录

从0到1入门STM32最小系统板——绘制原理图之器件选型
- 0.芯片
- 1.电源电路
- - 1.1.电源芯片
  - 1.2.去耦电容
- 2.晶振
- - 2.1.晶振选型
  - 2.2.电容计算
  - 2.3.晶振原理图
- 3.下载电路
- - 3.1.接线端子
  - 3.2.SWD原理图
- 4.复位电路
- - 4.1.简易复位电路
  - 4.2.按键设计
- 5.检查
- - 5.1.人工检查
  - - 5.1.1.VDD，VDDA
    - 5.1.2.VSS
    - 5.1.3.BOOT0，BOOT1
  - 5.2.立创检查
  - - 5.2.1.警告
    - 5.2.2.错误
- 6.注意事项

0.芯片

芯片的选型在本篇中先不讲解了，先挖一个坑，等过一阵详细单独写一篇博客讲一下。

芯片这里我选择的是STM32F446RET6。打开立创EDA，新建工程后，打开原理图。按按Shift+F快捷键打开器件库，输入“STM32F446RET6”进行搜索，结果如下：

点击图片进入立创商城，下载其数据手册，数据手册一定要保存好，一定要好好查阅，笔者的建议是单独放在一个文件夹中以备查看。回到EDA，点击放置，找到合适的位置，左键进行放置，右键取消放置。如下所示：

我们修改其位号，并将电源引脚、时钟引脚等引出：

1.电源电路

1.1.电源芯片

我们一般使用USB接口对开发板直接进行供电，然而USB接口输入电压为5V，超过了芯片电压3.3V，因此为了让板子正常工作，我们需要将其进行降压，一般使用LDO来实现这个功能。

LDO即low dropout regulator，是一种低压差线性稳压器。这是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78XX系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2V~3V，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5V转3.3V，输入与输出之间的压差只有1.7v，显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况，芯片制造商们才研发出了LDO类的电压转换芯片。（来源百度百科）

常用的型号有AMS1117-3.3和LM1117-3.3等，当然也可以选择其他更合适的芯片。我们在立创EDA中按Shift+F快捷键打开器件库，输入“LDO 3.3”进行搜索，在筛选中选择“线性稳压器(LDO)”，并应用筛选，如下图所示：

LDO一般没有特别的要求，只需要注意最大输入电压即可。笔者初步选择的是C347376这款，进入立创商城：

最大输入电压是8V，我们USB输入的是5V，够用。下载其数据手册查看参考电路设计：

VIN和VOUT和地之间都连了一个电容，C1的作用有2：

第一个作用是滤波，可以滤除VIN中的噪声；
第二个作用是可以让VIN的电压缓慢上升，起到一个软启动的效果。当VIN上电以后，C1会先进行充电，充电结束后VIN值变为5V；

C2的主要作用也可以看作是滤波。

回到立创EDA，点击放置，找你喜欢的位置单击鼠标左键放置，然后右键取消放置。到这里还没有结束，我们还需要根据数据手册上的基本电路放置两个电容，再次按Shift+F打开器件库搜索“1uf 50v”，在筛选中类型选择“贴片电容(MLCC)”，封装选择“0603”，品牌选择“村田”、“三星”、“国巨”和“风华”四个常用品牌，并应用筛选，如下图所示：

第一个3分钱，价格可以，简单看一看参数可以用，点击放置，在相应位置放置两个电容，如下图所示：

选中LDO，空格两下进行翻转，然后先给VIN接VCC，VOUT接+3.3V，VSS接地：

然后我们再把两个电容接入原理图中：

注意要调整一下注释到合适的位置，同时注意改一下位号便于阅读。

1.2.去耦电容

去耦电容存在的意义最主要是为了去除电源的噪声，想更充分了解去耦电容可以移步B站大佬圈圈的视频大小不合适？位置不对？退耦电容将怎样影响电路工作_哔哩哔哩_bilibili。那我们去耦电容的大小如何进行选择呢？

打开芯片的数据手册，找到电特性Electrical characteristics一章，可以找到供电方案Power supply scheme，如下所示：

可以看到VDD和地之间是由数个100nF和一个4.7uF的电容连接：

具体多少个100nF是视我们有多少个VDD需要用而定的，比如我们现在有6个VDD，那我们就需要6个100nF的电容。我们按照上文中同样的方法选择100nF的电容，综合考虑价格、封装、精度、库存等因素进行筛选，最终选择C14663这一款电容。然后笔者又用同样的方法选择了C69335这一款电容。**元器件的选型没有固定的，需要看自己的需求！需要看自己的需求！**笔者这里只是为了方便一些没有自己选择过元器件的人，提供一个选型的思路！

我们把元器件放到原理图中，但是摆放太乱了：

这时候可以使用EDA自带的布局功能使其等距分布，快捷键Ctrl+Shift+H，效果如下：

连线，摆放一下位号：

这里需要注意的是模拟地GNDA和数字地GNDD是不同的，需要分开，二者可以通过一个0Ω电阻进行连接，这里笔者选用的是C21189：

2.晶振

2.1.晶振选型

我们这里选用的是8MHz无源晶振，经过9倍频即可达到72MHz。我们搜索“8mhz”，筛选“无源晶振”，笔者最终选择的是C403948，大家可以自己进行选择。

2.2.电容计算

打开数据手册，需要找到其负载电容：

即12pF。

这里需要补充一个公式：
Cf=Cd∗CgCd+Cg+Cic+ΔCC_f=\frac{C_d*C_g}{C_d+C_g}+C_ic+\Delta C Cf=Cd+CgCd∗Cg+Cic+ΔC
其中：CfC_fCf是负载电容，CdC_dCd和CgC_gCg是两个脚上的对地电容，CicC_icCic是集成电路内部电容，ΔC\Delta CΔC是PCB上电容。Cic+ΔCC_ic+\Delta CCic+ΔC是定值，大概是3-5pF。由于两个脚上的对地电容CdC_dCd和CgC_gCg值相等，因此可以化简为：
Cf=Cd22Cd+Cic+ΔC=Cd2+Cic+ΔCC_f=\frac{C_d^2}{2C_d}+C_ic+\Delta C=\frac{C_d}{2}+C_ic+\Delta C Cf=2CdCd2+Cic+ΔC=2Cd+Cic+ΔC
负载电容CfC_fCf已知，则可求得两个脚上的对地电容CdC_dCd和CgC_gCg值为：
Cd=Cg=2∗[Cf−(Cic+ΔC)]C_d=C_g=2*[C_f-(C_ic+\Delta C)] Cd=Cg=2∗[Cf−(Cic+ΔC)]
我们小PCBCic+ΔCC_ic+\Delta CCic+ΔC的值取3pF即可。因此可以得出：
Cd=Cg=18pFC_d=C_g=18pF Cd=Cg=18pF

2.3.晶振原理图

放置电容，筛选两个18pF的电容，笔者选择的是C107040，放置两个后进行原理图绘制，如下所示：

3.下载电路

STM32的下载有多种方式，为了节省空间，我们选择SWD下载模式，该模式只需要4根线，分别为SWDIO、SWCLK、GND和3.3V。有关下载的部分在这里挖个坑，以后要是发了文章再回来填上这个坑，这里就不再讲了。

3.1.接线端子

我们需要选择一个4pin的接线端子，用于连接ST-Link。我们搜索“4pin”，筛选选择“线对板/线对线连接器”和“插件,P=2.54mm”，如下所示：

然后按自己的需求进行挑选即可，我选择的是C2905435，大概长这个样子：

3.2.SWD原理图

放置到合适的位置，然后四根线分别接GND、3.3V、SWDIO和SWCLK，接好后如下图所示：

但是问题来了，在芯片中，并没有标注SWDIO和SWCLK：

所以我们还需要去芯片数据手册中查找到底要接在哪个IO口上。搜索SWDIO，很轻松找到了相应的IO口：

我们在原理图上标注好引脚的网络号：

4.复位电路

复位电路相对简单，可以选择有按键复位也可以选择无按键复位。我们这里设计一个有按键复位的电路。

4.1.简易复位电路

我们首先先将基础的复位电路画好。基础的复位电路需要一个电阻和一个电容，组成一个RC电路，电容起到一个软启动的作用，在上电之后，电容先进行充电，缓慢达到3.3V。当电容的充电时间大于芯片复位所要求的时间时，就可以完成复位。这里采用的电阻是10K，选项为C25804，电容是0.1uF，与之前用的相同。电路设计如下：

4.2.按键设计

如何通过按下按键实现复位呢？按下按键以后RST变为低电平，松开按键以后给重新进行电容充电实现软启动，从而进行复位。因此，我们的按键应该接在RST和GND中间。按键选型没有太多要求，笔者搜索的是“按键”，筛选类目选择“轻触开关”，封装/规格选择“SMD”。最终选择了C83206这一款按键，原理图更改如下：

5.检查

5.1.人工检查

5.1.1.VDD，VDDA

我们发现在绘制的时候还没有将+3.3V，VDD，VDDA统一，补充如下：

由于我们不使用备用电源，VBAT也要接到VDD上：

5.1.2.VSS

在芯片中没有将VSS标明，进行补充如下：

5.1.3.BOOT0，BOOT1

发现还没有设置BOOT0和BOOT1为0，但是芯片中并没有直接标明BOOT1，只标注了BOOT0，我们打开手册搜索一下BOOT1即可：

将BOOT1从芯片中引出：

我们将两个引脚下拉：

下拉的原因是为了设置单片机的启动模式，如下表所示：

一些单片机是通过跳线帽来选择启动方式，我们为了简洁，就不再设置跳线帽了，直接都置0。

5.2.立创检查

点击设计，点击检查DRC：

为了便于观察，我们首先清空，然后再次检测DRC：

5.2.1.警告

先查看警告：

意思说一串引脚悬空，这是指芯片上没有用到的引脚，我们把它们都打叉，示例如下：

所有没有用到的引脚都这样操作即可，所有引脚都打叉后清空记录，重新进行检查：

警告已经全部修改结束了。

5.2.2.错误

两个错误都是在这一部分，这一部分我在立创社区电子工程师交流社区_电子发烧友论坛_嘉立创&立创商城旗下专业电子论坛【立创社区】 (szlcsc.com)搜索到了两种解决办法，原贴原理图中经常需要将两个PowerPort短接，专业版短接后会报错 - 立创社区 (szlcsc.com)。

方法一：修改设计规则。在设计中打开设计规则：

将特殊符号含有“全局网络名”属性时，所连导线的名称需要与“全局网络名”的值一致这一项取消检查即可。

设置好后清空日志，重新检查一下，已经没有错误了：

方法二：不使用特殊符号，使用导线添加网络名，如下所示：

这样也可以达到效果，无错误：

个人觉得方法二还是更合适一些，不用修改设计规则，而且也同样非常明晰。

6.注意事项

遇到问题可以从立创论坛上电子工程师交流社区_电子发烧友论坛_嘉立创&立创商城旗下专业电子论坛【立创社区】 (szlcsc.com)搜索答案，作为新手第一次使用立创EDA进行画图还是难免会有很多奇奇怪怪的问题，论坛上说不定就有其他人也有过类似的问题。比如笔者在做这个原理图时就是通过论坛才搜到了错误的解决办法；
如果问题没有搜到结果，可以询问立创的技术支持，注册账号绑定微信后应该会有技术人员加好友的；
保存好数据手册，手册占不了特别多的空间，主要是便于查阅；
到这里最小系统板的原理图已经绘制完成了，但是还需要进行原理图布局，使得别人在阅读原理图时更加方便。笔者计划在下一篇中再加几个其他的设计，所有设计都完成后再进行布局。

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