項(xiàng)目10智能光電電路設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、學(xué)會(huì)AltiumDesigner21版本軟件，包括下載、安裝AltiumDesigner21軟件，安裝好以后對(duì)軟件的設(shè)置、基本操作等等。2、設(shè)計(jì)智能回收桶電路。3、設(shè)計(jì)智能手環(huán)電路。項(xiàng)目10智能光電電路設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)智能光電應(yīng)用開(kāi)發(fā)工作過(guò)程中在完成對(duì)產(chǎn)品的功能和性能需求評(píng)估后，就是要對(duì)主控芯片、外圍電路進(jìn)行選型，主控芯片涉及資源、存儲(chǔ)容量及速度、IO口分配、接口資源、外圍電路的可靠性等進(jìn)行具體分析和對(duì)比。結(jié)合智能光電應(yīng)用開(kāi)發(fā)電路設(shè)計(jì)典型工作任務(wù)與工作過(guò)程，具體工作任務(wù)可分解為原理圖設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。原理圖設(shè)計(jì)：電路原理圖是指說(shuō)明電路中各個(gè)元器件之間電氣連接關(guān)系的圖紙。依托需求分析選擇合適的電子元器件，參考電子元器件的手冊(cè)，將智能光電電路設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為各部分功能的原理圖。PCB圖設(shè)計(jì)：PCB圖是用來(lái)安裝、固定各個(gè)實(shí)際電路元器件并用銅箔進(jìn)行走線，實(shí)現(xiàn)元器件正確連接關(guān)系的圖紙。根據(jù)原理圖選用的電子元器件，參考手冊(cè)繪制元件的PCB封裝，然后進(jìn)行板子外形設(shè)計(jì)、布局，并實(shí)際要求進(jìn)行布線，最后完成PCB圖的繪制，然后進(jìn)行PCB投板，完成PCB加工生產(chǎn)。項(xiàng)目10智能光電電路設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)PCB設(shè)計(jì)的可制造性分為兩類(lèi)，一類(lèi)是指印制電路板的加工工藝；另一類(lèi)是指電路接結(jié)構(gòu)上的元器件和印制電路板裝配的工藝性。一般的PCB加工廠家，受制造能力與生產(chǎn)能力的影響，會(huì)非常詳細(xì)的給開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)人員提出PCB相關(guān)的要求，最大程度滿足PCB電路板的可實(shí)施生產(chǎn)與制造。作為一名智能光電開(kāi)發(fā)工程師，應(yīng)該對(duì)所設(shè)計(jì)的PCB電路板裝聯(lián)工序流程有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，這樣就可以避免犯一些原則性的錯(cuò)誤。在選擇組裝方式時(shí)，除考慮PCB的組裝密度，布線的難易外，必須還要考慮裝配的工藝流程，同時(shí)考慮到企業(yè)本身的裝配工藝水平。10.1常用電路設(shè)計(jì)軟件智能光電應(yīng)用開(kāi)發(fā)電路設(shè)計(jì)軟件是智能光電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)必不可少的軟件，通常此類(lèi)軟件均具有電路原理圖設(shè)計(jì)、電路優(yōu)化、電路測(cè)試等強(qiáng)大的功能。軟件設(shè)計(jì)功能多樣，界面簡(jiǎn)約、操作一目了然，可極大方便用戶、幫助用戶快速完成硬件電路設(shè)計(jì)。學(xué)者需要對(duì)設(shè)計(jì)類(lèi)軟件有一個(gè)清晰的認(rèn)知，即無(wú)論何種設(shè)計(jì)軟件都只是一個(gè)工具，關(guān)鍵是軟件的應(yīng)用與設(shè)計(jì)思想。10.1.1ALTIUMDESIGNER電路設(shè)計(jì)軟件AltiumDesigner是原Protel軟件開(kāi)發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。AltiumDesigner除了全面繼承包括Protel99SE、ProtelDXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還做了許多改進(jìn)并增加了很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA、PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起。AltiumDesigner電路設(shè)計(jì)軟件主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。這套軟件通過(guò)把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)的完美融合，為設(shè)計(jì)者提供了全新的設(shè)計(jì)解決方案，使設(shè)計(jì)者可以輕松進(jìn)行設(shè)計(jì)，熟練使用這一軟件使電路設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率大大提高。10.1.2PADS電路設(shè)計(jì)軟件PADS軟件是MentorGraphics公司開(kāi)發(fā)的電路原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具軟件組包，它包括PADSLogic、PADSLayout和PADSRouter。PADS是國(guó)內(nèi)從事電路設(shè)計(jì)的工程師和技術(shù)人員主要使用的電路設(shè)計(jì)軟件之一，以其強(qiáng)大的交互式布局、布線功能和易學(xué)易用等特點(diǎn)，在通信、半導(dǎo)體、消費(fèi)電子、醫(yī)療電子等當(dāng)前最活躍的工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。PADSLayout/Router支持完整的PCB設(shè)計(jì)流程，涵蓋了從原理圖網(wǎng)表導(dǎo)入，規(guī)則驅(qū)動(dòng)下的交互式布局布線，DRC/DFT/DFM校驗(yàn)與分析，直到最后的生產(chǎn)文件（Gerber）、裝配文件及物料清單（BOM）輸出等全方位的功能需求，確保PCB工程師高效率地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。10.1.3KICAD電路設(shè)計(jì)軟件KiCadEDA是一款用于印刷電路板設(shè)計(jì)的開(kāi)源自由軟件包，遵守GNU的GPL版權(quán)協(xié)議，最初由法國(guó)人Jean-PierreCharras于1992年推出，現(xiàn)由KiCad開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)維護(hù)。KiCad支持英語(yǔ)、法語(yǔ)、德語(yǔ)、意大利語(yǔ)、中文、日語(yǔ)、韓語(yǔ)等22種語(yǔ)言版本。KiCad軟件包含原理圖設(shè)計(jì)、線路板繪制、電器規(guī)則檢測(cè)、符號(hào)庫(kù)設(shè)計(jì)、封裝庫(kù)設(shè)計(jì)、3D視圖功能、Gerber查看、線路板實(shí)用計(jì)算等工具。值得注意的是，KiCad是一個(gè)跨平臺(tái)的工具，在Linux和Windows系統(tǒng)中都可以使用圖形操作界面，非常方便使用。此外，KiCad生成Gerber文件很簡(jiǎn)便，PCB畫(huà)好以后可以直接生成Gerber文件，不用擔(dān)心文件格式。10.1.4ALLEGRO電路設(shè)計(jì)軟件Allegro是Cadence推出的先進(jìn)PCB設(shè)計(jì)布線工具包。Allegro提供了良好且交互性強(qiáng)的工作接口和強(qiáng)大完善的功能，它和前端產(chǎn)品Cadence、OrCAD、Capture的結(jié)合，為當(dāng)前高速、高密度、多層的復(fù)雜PCB設(shè)計(jì)布線提供了完美的解決方案。Allegro擁有完善的Constraint設(shè)定，用戶只須按要求設(shè)定好布線規(guī)則，在布線時(shí)不違反DRC就可以達(dá)到布線的設(shè)計(jì)要求，從而節(jié)約了煩瑣的人工檢查時(shí)間，提高了工作效率。它還能夠定義最小線寬或線長(zhǎng)等參數(shù)以符合當(dāng)今高速電路板布線的種種需求。Allegro軟件中的ConstraintManger提供了簡(jiǎn)潔明了的接口，方便使用者設(shè)定和查看Constraint聲明。它與Capture的結(jié)合讓E.E.電子工程師在繪制線路圖時(shí)就能設(shè)定好規(guī)則數(shù)據(jù)，并能一起帶到Allegro工作環(huán)境中，自動(dòng)在擺零件及布線時(shí)依照規(guī)則處理及檢查，而這些規(guī)則數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)值均可重復(fù)使用在相同性質(zhì)的電路板設(shè)計(jì)上。10.1.4ALLEGRO電路設(shè)計(jì)軟件Allegro除了上述的功能外，其強(qiáng)大的自動(dòng)推擠push和貼線hug走線以及完善的自動(dòng)修線功能更是給用戶提供了極大的方便；同時(shí)具備強(qiáng)大的貼圖功能，可以支持多用戶同時(shí)處理一塊復(fù)雜板子，從而大大地提高了工作效率。它還支持利用選購(gòu)的切圖功能將電路版切分成各個(gè)區(qū)塊，讓每個(gè)區(qū)塊各有專職的人同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到同份圖多人同時(shí)設(shè)計(jì)從而縮短時(shí)程的目的。10.1.5ORCAD電路設(shè)計(jì)軟件ORCADCapture(以下簡(jiǎn)稱Capture)是一款電路設(shè)計(jì)工具軟件，它是當(dāng)今世界最流行的原理圖繪制工具之一，具有簡(jiǎn)單直觀的用戶設(shè)計(jì)界面。Capture軟件繪制的電路原理圖可以與PADS同步，在日常開(kāi)發(fā)工作中，許多工程師都是使用Capture繪制原理圖，然后使用PADS-Layout繪制PCB。10.2小米智能回收桶電路設(shè)計(jì)一個(gè)成熟硬件電路的形成過(guò)程是設(shè)計(jì)者進(jìn)行原理設(shè)計(jì)、電路仿真、原理圖確定、實(shí)物制作、環(huán)境測(cè)試、參數(shù)性能指標(biāo)極限測(cè)試等,當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),再迭代、再測(cè)試，直到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。智能光電電路設(shè)計(jì)具體工作任務(wù)分以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)元件原理圖封裝、設(shè)計(jì)原理圖、設(shè)計(jì)元件PCB封裝、設(shè)計(jì)PCB圖、PCB投板。針對(duì)以上具體工作任務(wù)流程，學(xué)者既可以進(jìn)行單項(xiàng)實(shí)訓(xùn)，又可以進(jìn)行綜合實(shí)訓(xùn)，以掌握具體工作任務(wù)中設(shè)計(jì)到的知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)面。本節(jié)列舉一個(gè)案例，進(jìn)行智能光電電路設(shè)計(jì)單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)的敘述智能光電應(yīng)用開(kāi)發(fā)電路設(shè)計(jì)具體工作任務(wù)工作流程。10.2.1需求分析及功能設(shè)計(jì)隨之時(shí)代和科技的發(fā)展，人們生活水平逐漸提高，智能回收桶已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。在實(shí)際應(yīng)用中，多數(shù)智能回收桶都具備智能感應(yīng)功能，當(dāng)有人離開(kāi)或者在紅外感應(yīng)范圍之外，桶蓋會(huì)自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉。智能回收桶使得人無(wú)需接觸回收桶，解決了衛(wèi)生感染的隱患，能夠防止交叉污染。智能回收桶具有耗電量低、智能、使用壽命長(zhǎng)、密封性好等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)得到青睞。隨著社會(huì)的發(fā)展，人工智能技術(shù)得到普遍應(yīng)用，我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，智能回收桶作為智能家居的細(xì)分市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模也隨之增長(zhǎng)。10.2.1需求分析及功能設(shè)計(jì)分析市場(chǎng)產(chǎn)品并結(jié)合智能光電發(fā)展，智能回收桶需具備以下功能：一鍵打包、觸摸感應(yīng)、自動(dòng)換袋、震動(dòng)檢測(cè)、紅外感應(yīng)、超載打包、常開(kāi)模式、超長(zhǎng)待機(jī)、無(wú)線組網(wǎng)、溫度測(cè)量、異常報(bào)警、電壓測(cè)量等。需求分析完成后，將需求轉(zhuǎn)換為電路功能，使用成熟電路設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)智能光電產(chǎn)品電路功能。分析并對(duì)比市場(chǎng)智能回收桶產(chǎn)品需求，擬在原小米智能回收桶基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)改造，故設(shè)計(jì)了以STM32口袋機(jī)為主控單元的智能回收桶系統(tǒng)，如圖9-1所示：10.2.1需求分析及功能設(shè)計(jì)10.2.1需求分析及功能設(shè)計(jì)直流電機(jī)電路電路實(shí)現(xiàn)一鍵打包、自動(dòng)換袋、常開(kāi)模式等功能；稱重檢測(cè)電路完成超載打包；電源管理電路實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)待機(jī)；氣體測(cè)量電路實(shí)現(xiàn)異常報(bào)警。其他功能電路的作用不一一列舉。主蓋電機(jī)的功能：打開(kāi)或關(guān)閉主蓋，當(dāng)垃圾已滿的時(shí)候，通過(guò)主蓋電機(jī)動(dòng)作，打開(kāi)主蓋，取出已經(jīng)裝好的垃圾袋；小蓋電機(jī)的功能：打開(kāi)或關(guān)閉小蓋。當(dāng)需要投放垃圾時(shí)，通過(guò)小蓋電機(jī)動(dòng)作，打開(kāi)小蓋，投放垃圾；投放結(jié)束后，小蓋電機(jī)延時(shí)關(guān)閉，關(guān)閉小蓋。打包電機(jī)：垃圾裝滿后，自動(dòng)將垃圾袋封口。風(fēng)機(jī)：提供負(fù)壓，使得新裝入的垃圾袋自動(dòng)展開(kāi)。10.2.2新建工程首先新建一個(gè)工程，點(diǎn)擊File->New->Project，彈出創(chuàng)建工程的對(duì)話框，其中ProjectName為工程名稱，這里使用默認(rèn)名稱PCB_Project。Folder為文件存儲(chǔ)路徑，選擇好路徑后點(diǎn)擊Create創(chuàng)建工程。工程創(chuàng)建完成后，開(kāi)始為工程添加文件：執(zhí)行File->New->Schematic添加原理圖文件；執(zhí)行File->New->PCB添加PCB圖文件；執(zhí)行File->New->SchematicLibrary添加原理圖封裝庫(kù)文件；執(zhí)行File->New->PCBLibrary添加PCB封裝庫(kù)文件。添加完成后點(diǎn)擊保存。圖9-2是新建的完成后的工程截圖，其中每個(gè)文件作用為：PCB1，PCB圖在此文件內(nèi)繪制和保存；PcbLib1，PCB封裝庫(kù)在此文件內(nèi)繪制和保存件；Sheet1，原理圖在此文件內(nèi)繪制和保存；SchLib1：原理圖封裝庫(kù)在此文件內(nèi)繪制和保存件。10.2.2新建工程10.2.3原理圖設(shè)計(jì)（1）直流電機(jī)電路：LV8548芯片是2通道低飽和電壓正向/反向電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC，內(nèi)置剎車(chē)功能，最大IGBT集電極電流1A，適合12V系統(tǒng)產(chǎn)品中的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)或一個(gè)并聯(lián)使用的直流電動(dòng)機(jī)，或者可以完全驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。智能回收桶殼體已經(jīng)安裝好三個(gè)電機(jī)，分別為主蓋子電機(jī)，小蓋電機(jī)，打包電機(jī)，參考LV8548芯片手冊(cè)，將三個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路利用AD21軟件設(shè)計(jì)出來(lái)，如圖9-3、9-4所示，其中F1、F2、F3為自恢復(fù)保險(xiǎn)，防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)引起的電路過(guò)大而燒毀電機(jī)。R21、R25、R26、R27、R28、R29為下拉電阻，默認(rèn)LV8548輸出關(guān)閉，P8、P10、P12端子接電機(jī)。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)10.2.3原理圖設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)電機(jī)電流較大，所以這里選擇大電流NMOS管驅(qū)動(dòng)，其中R13為柵極限流電阻，R14為下拉電阻，默認(rèn)Q4關(guān)閉。驅(qū)動(dòng)電路如圖9-5所示。各端口網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，單片機(jī)IO端口對(duì)應(yīng)如表9-1所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)10.2.3原理圖設(shè)計(jì)10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(2)觸摸檢測(cè)與紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)：智能回收桶外殼以及集成好觸摸檢測(cè)與紅外檢測(cè)電路，所以外圍驅(qū)動(dòng)板只需要設(shè)計(jì)一個(gè)端口，通過(guò)接插件端口連接到STM32口袋機(jī)IO口。電路原理圖設(shè)計(jì)如圖9-6所示，各端口網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，單片機(jī)IO端口對(duì)應(yīng)如表9-2所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(3)震動(dòng)測(cè)量與電壓測(cè)量電路設(shè)計(jì)：震動(dòng)傳感器電路、電壓檢測(cè)電路見(jiàn)圖9-7，震動(dòng)檢測(cè)傳感器型號(hào)SW-1801，R20為上拉電阻，默認(rèn)輸出低電平，當(dāng)檢測(cè)到震動(dòng)時(shí)傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)。電壓檢測(cè)電路R30與R31為分壓電路，降低輸入單片機(jī)端口電壓，將電壓限制在單片機(jī)參考電壓范圍內(nèi)，C23為濾波電容，D4為鉗位二極管，將電壓鉗制在3V以內(nèi)，保護(hù)MCU外設(shè)ADC電路。震動(dòng)檢測(cè)信號(hào)從STM32F407的PD7進(jìn)入，電壓信號(hào)ADC-BATT從STM32F407的PA4進(jìn)入。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(4)氣體測(cè)量與溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)：氣體測(cè)量傳感器型號(hào)為MQ5，R15為分壓電阻，C21為濾波電容，將傳感器輸出電壓送入單片機(jī)ADC模擬輸入端口，測(cè)量傳感器信號(hào)值。(5)溫度測(cè)量傳感器型號(hào)為DS18B20，采用單總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，R16為上拉電阻，C22為退耦電容。將DQ與單片機(jī)引腳相連，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)讀取。電路原理圖設(shè)計(jì)如圖9-8所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)使用STM32口袋機(jī)下方右側(cè)簡(jiǎn)易牛角端子與驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行連接，所以驅(qū)動(dòng)電路部分也需要繪制一個(gè)相對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)易牛角，根據(jù)需求在新建的原理圖中完成此部分電路繪制。MQ-5輸出的模擬信號(hào)從STM32F407的PB1進(jìn)入，經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換得到氣體濃度；DS1820輸出的數(shù)字信號(hào)從STM32F407的PF11進(jìn)入。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(6)無(wú)線數(shù)傳電路設(shè)計(jì)：無(wú)線數(shù)傳電路P1、P2為雙列直插的端子，可接入杰創(chuàng)科技MINI433Mhz無(wú)線數(shù)傳模組，也可接入其他通信模組，P20為端子可接入Lora無(wú)線模組，數(shù)據(jù)通信方式通過(guò)2路四選一模擬開(kāi)關(guān)74HC4052芯片門(mén)電路進(jìn)行控制。電路原理圖設(shè)計(jì)如圖9-9所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)各端口網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，單片機(jī)IO端口對(duì)應(yīng)如表9-3所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(7)稱重檢測(cè)電路設(shè)計(jì)：稱重檢測(cè)芯片型號(hào)為CS1237，P17端子接稱重傳感器，U6為2.5V參考電壓芯片，F(xiàn)B1與C18、C19組成Π型濾波電路，凈化稱重芯片電源。電路原理圖設(shè)計(jì)如圖9-10所示：10.2.3原理圖設(shè)計(jì)各端口網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，單片機(jī)IO端口對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：WE_DIO接PB0，為傳感器的數(shù)據(jù)輸出，給出稱重?cái)?shù)據(jù)信號(hào)WE_CLK接PF2，為時(shí)鐘輸入，即ARM的時(shí)鐘送給傳感器，支撐傳感器正常工作(8)電源管理電路：電源管理電路用以配置各部分電壓，并對(duì)各部分供電電路提供電源保護(hù)，電路如圖9-11所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)電源管理電路中各部分功能如表9-4所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)圖9-12電路中TPS54332D為開(kāi)關(guān)型DCDC直流穩(wěn)壓芯片，電路設(shè)計(jì)參考芯片手冊(cè)，輸出電壓計(jì)算公示VO=0.8x(1+R1/R2),理想輸出電壓5.2V，電壓誤差±0.2V即為正常。U5選用AMS1117-3.3低壓差線性穩(wěn)壓芯片，將前級(jí)5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V?！ぞC上所示，電源管理電路共輸出3個(gè)不同的電壓值，分別為12V、5V、3.3V。為系統(tǒng)中各部分功能電路供電。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(9)主蓋檢測(cè)開(kāi)關(guān)電路設(shè)計(jì)：用以檢測(cè)，主蓋開(kāi)關(guān)狀態(tài)，R33為上拉電阻，默認(rèn)主蓋關(guān)閉時(shí)為高電平輸出狀態(tài)，主蓋開(kāi)啟輸出低電平，電路如圖9-13。主蓋檢測(cè)開(kāi)關(guān)電路檢測(cè)端口對(duì)應(yīng)STM32F407的PD15。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)(10)紅外發(fā)射管驅(qū)動(dòng)電路：桶內(nèi)LED驅(qū)動(dòng)電路和加熱絲驅(qū)動(dòng)電路，NMOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)NMOS管柵極為高電平時(shí)，源極和漏極導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。紅外接收與發(fā)射管電路用以檢測(cè)桶內(nèi)是否有將垃圾袋展開(kāi)，其中紅外接受傳感器選用紅外一體化接收頭，型號(hào)為VS1838。紅外發(fā)射管采用940nm波長(zhǎng)紅外發(fā)射管，頭通過(guò)P14端子與紅外發(fā)射管連接，電路如圖9-14左側(cè)兩個(gè)，電路如圖9-14右側(cè)。加熱絲電路用于將垃圾袋進(jìn)行電熱熱化垃圾袋，進(jìn)行垃圾袋封口操作，屬于一鍵打包邏輯功能的一個(gè)環(huán)節(jié)。各端口網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，單片機(jī)IO端口對(duì)應(yīng)如表9-5所示。10.2.3原理圖設(shè)計(jì)10.2.3原理圖設(shè)計(jì)LED與蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路：LED可謂桶內(nèi)提供照明，同時(shí)蜂鳴器可以提供報(bào)警與操作提示功能，電路如圖9-15。LED由PA6控制，蜂鳴器由PF13控制。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)①繪制電路板外形結(jié)構(gòu)根據(jù)智能回收桶電路板區(qū)域外形結(jié)構(gòu)，選擇Keep->OutLayer層繪制電路板外形，并放置電路板定位孔。選中板框外形，然后執(zhí)行快捷鍵D->S->D定義板子外形。如圖9-16所示。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)②更新原理圖并生成PCB文件原理圖設(shè)計(jì)完成后，點(diǎn)擊Design->UpdataPCBDocumentPCB_Trash，生成網(wǎng)絡(luò)表，更新PCB，如圖9-17。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)③元件PCB布局在PCB板設(shè)計(jì)重，PCB布局尤為重要，應(yīng)分析電路板的單元，并根據(jù)功能進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。那么PCB板設(shè)計(jì)布局原則有哪些?這里列出一些需要在進(jìn)行布局時(shí)注意常用的原則。PCB布局的幾點(diǎn)原則：·同一個(gè)功能的電路，進(jìn)行模塊化布局，模塊中各元件采用就近集中原則；·注意退耦電容應(yīng)該靠近芯片，數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi)；·定位孔、標(biāo)準(zhǔn)孔等注意元件位置，避免元件阻礙螺絲的安裝；10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)·元件預(yù)留好元件間距，特殊情況需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整；·發(fā)熱元件不能緊鄰導(dǎo)線和熱敏元件；高熱器件要均衡分布；·插座要盡量布置在印制板的四周，放置的位置需要放別引線拔插。·盡量在電路板的一個(gè)焊接面進(jìn)行布局，同時(shí)在布局時(shí)要考慮接地的完整性。AD21軟件中的PCB圖默認(rèn)為雙面板設(shè)計(jì)圖紙，以上部分原則可以在Design->Rules中進(jìn)行設(shè)置，如圖9-18所示。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)針對(duì)元件間距、定位孔間距等可以在Rules->Electrical->Cleaeance中進(jìn)行設(shè)計(jì)，即根據(jù)實(shí)際要求修改紅色框內(nèi)的規(guī)則。完成規(guī)則設(shè)置。其余部分規(guī)則，退耦電容位置、布局版面等等，需要工程師根據(jù)實(shí)際情況手工進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。規(guī)則設(shè)計(jì)完成后，元件進(jìn)行布局，布局完成后如圖9-19所示：10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)④PCB布線首先需要說(shuō)明的是PCB布線一般為手工布線，至今為止沒(méi)有一個(gè)自動(dòng)布線的功能可以完全取代PCBLayout工程師的技能、經(jīng)驗(yàn)和靈活性。PCB布線既是一門(mén)科學(xué)，也是一門(mén)藝術(shù)，建議盡可能手動(dòng)布線，以確保準(zhǔn)確性和可靠性。以下為幾點(diǎn)PCB布線的常用原則：·根據(jù)電路板外形、特殊元器件的要求，合理的設(shè)置禁止布線區(qū)域?！ぷ呔€應(yīng)避免銳角、直角，采用鈍角方式走線，關(guān)鍵高速信號(hào)線采用蛇形走線方式。·器件密度優(yōu)先：從PCB電路中連接關(guān)系最復(fù)雜的器件著手布線?；驈倪B線最密集的區(qū)域開(kāi)始布線。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)關(guān)鍵元器優(yōu)先：如DDR、射頻器件、高頻器件等核心部分應(yīng)優(yōu)先布線，做到高頻器件走線等長(zhǎng)和路徑最短，特殊部分需要進(jìn)行蛇形走線?！りP(guān)鍵走線優(yōu)先：電源、模擬小信號(hào)、高速信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)等關(guān)鍵信號(hào)優(yōu)先布線?！?shù)字地、模擬地要分開(kāi)，對(duì)低頻電路盡量采用單點(diǎn)接地；高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地。對(duì)于數(shù)字電路，地線應(yīng)閉合成環(huán)路從而提高抗噪聲能力?！ね笋铍娙葑呔€應(yīng)該布置得當(dāng)，需先經(jīng)過(guò)電容，再進(jìn)入芯片?！ぷ呔€的寬度應(yīng)該根據(jù)電流或頻率進(jìn)行計(jì)算，信號(hào)線的線寬保持一直，電源線的線寬通過(guò)電流進(jìn)行計(jì)算?？赏ㄟ^(guò)Rules->Routing->Width進(jìn)行線寬設(shè)置，如圖9-20所示，布線完成后如圖9-21所示。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)④PCB敷銅敷銅的主要作用是降低接地線阻抗,多數(shù)的干擾或噪聲是由于接地阻抗太大造成的，同時(shí)PCB電路板中的數(shù)字電路存在大量的脈沖信號(hào)干擾，因此非常有必要降低接地阻抗。對(duì)于信號(hào)完整性要求，鋪地給高頻數(shù)字信號(hào)一個(gè)完整的回流路徑，同時(shí)減少接地網(wǎng)絡(luò)的布線。當(dāng)然還有散熱，特殊器件安裝要求鋪銅等原因。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)PCB敷銅的常用原則：·不同的地之間，如模擬地、數(shù)字地可以通過(guò)0歐電阻或者磁珠或電感連接；·晶振等高頻器件，可以環(huán)繞晶振敷銅，同時(shí)將晶振的外殼接地；·穩(wěn)壓器通常提供電流較大，一定要保持良好接地；·敏感型元器件下方禁止走線，如天線、觸摸傳感器等；·考慮靜電擊穿或外界信號(hào)干擾等情況，鋪地應(yīng)與PCB板邊緣具有一定的距離。敷銅有大面積的敷銅和網(wǎng)格銅，兩種方式。布線完成后可以單擊Place->Polygon進(jìn)行鋪地操作。按下Tab鍵可以修改鋪地屬性，如圖9-22所示。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)【NET】為要鋪地的網(wǎng)絡(luò)，選擇GND網(wǎng)絡(luò)?！綥ayer】選擇要在那個(gè)層進(jìn)行鋪地，這里選擇BottomLayer即在底層進(jìn)行鋪地。選擇Soild（大面積的敷銅）方式進(jìn)行鋪地，選中RemoveDeadCopper移除死銅。這里要說(shuō)明的是鋪地只是敷銅的一種情況，大電流或大面積走線均可采用敷銅形式。學(xué)者在進(jìn)行敷銅時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。過(guò)孔、SMD焊盤(pán)、直插焊盤(pán)的敷銅連接樣式可以在Rules->Plane->PolfgonConnect中設(shè)置。如圖9-23所示。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)敷銅完成后的PCB圖，如圖9-24。設(shè)置好敷銅連接樣式后，單擊Place->Polygon，按下Tab鍵設(shè)置敷銅屬性。然后繪制一個(gè)封閉外形，分別對(duì)頂層和底層進(jìn)行敷銅操作。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)⑦布線信息報(bào)告點(diǎn)擊Reports->BoardInformation在彈出的對(duì)話框中選擇Routinginformation，然后點(diǎn)擊Report，即可彈出布線信息對(duì)話框，如圖9-25。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)可以看到Routinginformation中的Routingcompletion為100%,說(shuō)明全部布線完成。導(dǎo)出BOM清單BMO清單也稱為物料清單是電路板選擇裝配、編制生產(chǎn)計(jì)劃和采購(gòu)計(jì)劃、配套領(lǐng)料、跟蹤物流，追溯任務(wù)、計(jì)算成本、改變成本設(shè)計(jì)不可缺少的重要文件。物料清單表明了產(chǎn)品的組件、子件、零部件和原材料之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，包括每個(gè)組裝件所需的各個(gè)下屬部件的數(shù)量。每種型號(hào)的產(chǎn)品都有自己唯一的物料清單，它決定了構(gòu)成一個(gè)產(chǎn)品所需的全部零部件及其裝配關(guān)系。 點(diǎn)擊Reports->BillofMaterials彈出BOM清單參數(shù)配置對(duì)話框，點(diǎn)擊Export即可導(dǎo)出BOM清單，如圖9-26所示。至此所有的PCB設(shè)計(jì)工作完成。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)4、PCB投板伴隨著當(dāng)代生產(chǎn)工藝的迅速發(fā)展，PCB板加工工藝改變著，不同的PCB廠家，加工PCB板的流程與工藝或多或少都有一些差異。但基本都遵循以下原則：①PCB投板前檢查·確認(rèn)器件封裝及設(shè)計(jì)更改是否正確；·對(duì)所有電源相關(guān)部分的布線進(jìn)行檢查（電源線寬、退耦電容布置）；·高速及關(guān)鍵信號(hào)走線位置確認(rèn)；·設(shè)計(jì)完整性檢查（如是否有未完成的走線、敷銅完整性檢查）；·絲印預(yù)先調(diào)整好，根據(jù)要求做到規(guī)范化；·PCB打印檢查，核對(duì)安裝孔、新器件封裝等以上幾個(gè)方面，根據(jù)需求完成原理圖到PCB的修改后，應(yīng)該借助軟件工具仔細(xì)進(jìn)行檢查，準(zhǔn)備投板前核對(duì)好修改的部分，防止出現(xiàn)不必要的問(wèn)題。10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)②PCB投板流程在PCB檢查完成后，需要將電路板發(fā)到PCB加工廠家進(jìn)行生產(chǎn)，不同廠家的由于加工能力與工藝不同，投板流程也不盡相同，但基本都會(huì)遵循以下幾個(gè)方面：·提供資料給PCB加工廠家；·與PCB工廠溝通或確認(rèn)生產(chǎn)加工工藝標(biāo)準(zhǔn)；·PCB工廠提供報(bào)價(jià)及交期；·確認(rèn)交期和價(jià)格后，雙方簽署合同；·PCB工廠CAM工程師處理生產(chǎn)資料；·確認(rèn)生產(chǎn)稿后開(kāi)始生產(chǎn)；10.2.4PCB圖設(shè)計(jì)·PCB電路板生產(chǎn)好后以自提或快遞的方式送至客戶手中；·板子使用過(guò)程中及時(shí)向PCB廠家反饋并解決。以上為PCB投板的全部流程，不同的PCB板工藝復(fù)雜度和電路復(fù)雜度不同，同一個(gè)項(xiàng)目的電路板可能有多次迭代，以保證最終版本電路的穩(wěn)定性。10.3不帶屏的智能藍(lán)牙手環(huán)電路設(shè)計(jì)為加深對(duì)電路設(shè)計(jì)的理解，熟練掌握AltiumDesigner軟件，特提供一個(gè)簡(jiǎn)易的不帶屏的藍(lán)牙手環(huán)硬件電路設(shè)計(jì)，本小節(jié)以“藍(lán)牙運(yùn)動(dòng)手環(huán)”為例，講解各設(shè)計(jì)要點(diǎn)。10.3.1手環(huán)功能需求分析本次設(shè)計(jì)的藍(lán)牙心率防水運(yùn)動(dòng)手環(huán)主要具有以下功能：（1）藍(lán)牙收發(fā)功能。通過(guò)藍(lán)牙與手機(jī)建立長(zhǎng)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向收發(fā)，是一款藍(lán)牙手環(huán)應(yīng)具備的最基礎(chǔ)的功能。（2）供電與充電。穿戴類(lèi)電子產(chǎn)品的供電一般都選用可充電鋰電池，但由于手環(huán)本身體積小巧，限制了鋰電池容量，所以手環(huán)在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，所選的每顆芯片的功耗都要盡可能的小。（3）顯示交互。本小節(jié)要設(shè)計(jì)并制作的手環(huán)不帶LCD屏幕，用戶交互提示可以通過(guò)三顆LED燈的亮滅或閃爍來(lái)體現(xiàn)。（4）運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。手環(huán)一般都帶有三軸傳感器或六軸傳感器，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)檢測(cè)。10.3.1手環(huán)功能需求分析綜上分析，本案例設(shè)計(jì)的藍(lán)牙手環(huán)使用單節(jié)鋰電池進(jìn)行供電、應(yīng)具有姿態(tài)檢測(cè)功能、LED指示燈交互功能、藍(lán)牙數(shù)據(jù)收發(fā)功能。同時(shí)，需要預(yù)留下載與調(diào)試接口，以便后期進(jìn)行代碼下載調(diào)試。藍(lán)牙智能手環(huán)整體硬件框圖如圖9-27所示。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)（1）藍(lán)牙收發(fā)主控單元：本次設(shè)計(jì)選擇Dialog的DA14580作為藍(lán)牙收發(fā)器件。DA14580是目前市面上功耗最低的藍(lán)牙SOC，與其他同類(lèi)藍(lán)牙智能解決方案芯片相比，DA14580擁有更寬的工作電壓范圍和更小的封裝尺寸，非常適合用在穿戴類(lèi)電子產(chǎn)品上。DA14580的集成度非常高，只需要配合極少數(shù)的外部元件即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)體積最小、最具特色的藍(lán)牙智能解決方案產(chǎn)品。DA14580內(nèi)嵌一個(gè)32位ARMCortexM0核心，擁有高達(dá)42KB的內(nèi)存和豐富的外設(shè)資源，無(wú)需外掛其他MCU即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制、通信、計(jì)算任務(wù)。同時(shí)DA14580內(nèi)部還集成了一個(gè)阻抗50Ω的RFIO接口，極大地降低了天線部分的電路設(shè)計(jì)難度。在DA14580芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)的“Specifications”章節(jié)，可以找到這顆芯片最小系統(tǒng)的電路參考設(shè)計(jì)，如圖9-28所示。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)圖9-28所示電路是使用單節(jié)3V紐扣電池進(jìn)行供電的DA14580外圍參考設(shè)計(jì)電路圖。使用3V鋰電池供電時(shí)，需要將電池接到VBAT3V和VBAT_RF引腳上，同時(shí)這兩個(gè)引腳都需要各添加至少1uF容值的旁路電容。在此模式下需要將VBAT1V接地。VDCDC為DA14580內(nèi)部DC-DC變換器的輸出引腳，SWITCH為該DC-DC變換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)引腳，SWITCH引腳需要外接一個(gè)2.2uH的電感以保證DC-DC變換器正常工作。VDCDC_RF引腳需要接到DC-DC的輸出上，同時(shí)VDCDC_RF和VDCDC引腳需要各添加至少1uF容值的旁路電容。DA14580使用SWD接口進(jìn)行代碼下載與調(diào)試，SWD接口總共使用兩根數(shù)據(jù)線，分別是SWCLK和SWDIO。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)XTAL16Mp/XTAL16Mm和XTAL32Kp/XTAL32Km引腳是DA14580外部時(shí)鐘源的輸入引腳，分別需要接入16MHz和32.768KHz的無(wú)源晶振。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，DA14580核心會(huì)選擇16MHz外部晶振作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式時(shí)，DA14580核心會(huì)切換到32.768KHz的時(shí)鐘源以保持系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)基。RFIOp為單端阻抗50Ω的射頻收發(fā)接口，需要接上天線。RFIOm為射頻收發(fā)參考地引腳，這里將其接到板子的供電地上。RST引腳為DA14580的硬件復(fù)位引腳，一般可以將該引腳接在上電復(fù)位電路或者復(fù)位按鍵上，若不需要使用硬件復(fù)位則應(yīng)將該引腳接地。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)（2）姿態(tài)檢測(cè)單元:市面上可見(jiàn)的穿戴設(shè)備幾乎都加入了姿態(tài)檢測(cè)功能。目前大多數(shù)手環(huán)設(shè)備都是利用三軸加速度傳感器或者六軸傳感器來(lái)進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè),其中，利用三軸加速度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)檢測(cè)一般有兩種做法。一是直接采集傳感器的加速度數(shù)據(jù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單地判斷人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。二是事先對(duì)人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行建模，然后通過(guò)算法對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，對(duì)比事先建立好的模型來(lái)判斷人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。利用六軸傳感器進(jìn)行姿態(tài)檢測(cè)的一般做法是先分別測(cè)的傳感器的三軸加速度和角速度，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、姿態(tài)融合解算。不管利用什么傳感器，想要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的姿態(tài)檢測(cè)，都是需要通過(guò)復(fù)雜的算法實(shí)現(xiàn)的，這勢(shì)必會(huì)給MCU帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。本設(shè)計(jì)選用的傳感器型號(hào)是MPU6050。MPU6050是InvenSense公司推出的全球首款整合性六軸運(yùn)動(dòng)處理組件。MPU6050集成了三軸陀螺儀和三軸加速度傳感器，不僅極大程度地減少了獨(dú)立陀螺儀、加速度計(jì)的數(shù)據(jù)在時(shí)間上的誤差，而且減少了傳感器芯片占用的PCB板的空間。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)MPU6050作為從機(jī)設(shè)備，支持400KHz的I2C通信接口。此外MPU6050還有一組用于連接外部傳感器的IIC接口，MPU6050可以通過(guò)該接口連接IIC接口的外部磁力計(jì)以組成9軸傳感器。最重要的是，MPU6050內(nèi)部集成了一個(gè)數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP:DigitalMotionProcessor)，DMP可直接輸出六軸或者九軸(需外接磁力計(jì))姿態(tài)解算數(shù)據(jù)，而不需要MCU來(lái)進(jìn)行繁瑣的數(shù)據(jù)濾波和融合處理，極大減輕了MCU的工作負(fù)擔(dān)。在MPU6050芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)中介紹了該器件的典型應(yīng)用電路參考設(shè)計(jì)，如圖9-29所示，各關(guān)鍵信號(hào)設(shè)計(jì)要點(diǎn)詳見(jiàn)表9-6。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)(3)電源及充電單元:系統(tǒng)中所用到的芯片的工作電壓，MPU6050為2.375V-3.46V，DA14580為0.9V-3.3V。本設(shè)計(jì)案例使用標(biāo)稱電壓為3.7V的單節(jié)鋰電池給整個(gè)系統(tǒng)供電，鋰電池正常工作電壓范圍是2.5V-4.25V。結(jié)合上表內(nèi)容，選擇用TLV70033DDCT將·電池電壓降壓到3.3V給整個(gè)系統(tǒng)供電。TLV70033DDCT是德州儀器公司生產(chǎn)的低壓差線性穩(wěn)壓器。TLV70033DDCT具有低輸出噪聲、高電源抑制比、低靜態(tài)電流(31uA)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有過(guò)流、過(guò)溫、反接保護(hù)的功能，這使得它成為了大多數(shù)電池供電的便捷式設(shè)備的理想選擇。藍(lán)牙智能手環(huán)的充電方案一般分為兩種，對(duì)比如下:1、手環(huán)內(nèi)置充電電路，充電IC選型要求封裝足夠小、功耗低、效率高、集成度高。除此之外，考慮到安全因素，充電IC必須要有熱保護(hù)、防反接功能。該方案充電電路會(huì)占用手環(huán)PCB相當(dāng)一部分的空間，但是對(duì)充電供電設(shè)備的要求不高，只需輸入電壓在合理范圍內(nèi)即可，可以兼容不同種類(lèi)的供電設(shè)備。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)2、手環(huán)內(nèi)部無(wú)充電相關(guān)電路，該方案不會(huì)對(duì)手環(huán)PCB造成額外的空間開(kāi)銷(xiāo)，并且對(duì)充電IC沒(méi)有特別的要求，同時(shí)可以添加更多的保護(hù)電路。但是該方案的充電器一般需要定制，充電相關(guān)電路放在充電器內(nèi)部。因此該方案一般不能檢測(cè)電池的溫度，無(wú)法根據(jù)溫度智能調(diào)節(jié)充電電流，有一定的安全隱患。此外定制的充電器便捷性不好，成本會(huì)更高?？紤]到便捷性、安全性和成本因素，本設(shè)計(jì)采用第1種設(shè)計(jì)方案。鋰電池充電IC選用一片性能優(yōu)異的單節(jié)鋰電池充電器——TP4056。TP4056是專門(mén)為單節(jié)鋰離子電池或鋰聚合物電池而設(shè)計(jì)的線性充電器，芯片內(nèi)集成功率晶體管，工作時(shí)不需要外接阻流二極管和電流檢測(cè)電阻。TP4056常常被應(yīng)用到MP4播放器、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)PDA和便攜式藍(lán)牙手環(huán)等設(shè)備上。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)TP4056的主要特性如下:1、過(guò)熱保護(hù)，當(dāng)芯片溫度上升到135℃以上時(shí)，芯片內(nèi)部的熱反饋環(huán)路將減小設(shè)定的充電電路以防止芯片過(guò)熱。2、電池溫度檢測(cè)，TP4056內(nèi)部集成有電池溫度監(jiān)測(cè)電路，電池溫度過(guò)高或者過(guò)低時(shí)將暫停充電，防止溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)電池造成損害。3、靜態(tài)電流低，停機(jī)模式下靜態(tài)電流僅為35uA。4、電池輸入防反接保護(hù)。5、充電電流可編程，充電電流最高可達(dá)1000mA。6、采用ESOP8封裝，芯片底部帶散熱焊盤(pán)，散熱效率高。7、強(qiáng)大的熱調(diào)節(jié)功能，在無(wú)過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)的情況下自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流實(shí)現(xiàn)整體充電速率最大化。TLV70033DDCT手冊(cè)中的參考設(shè)計(jì)電路圖如圖9-30所示：10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)根據(jù)手冊(cè)可知，TLV70033DDCT可以不用接輸入電容也可以保持穩(wěn)定，但是一般建議在IN引腳上對(duì)地接一個(gè)0.1uF到1uF的陶瓷電容。該電容用于抵消無(wú)用輸入，改善瞬態(tài)響應(yīng)，抑制噪聲和紋波。為保持輸出電壓的穩(wěn)定，TLV70033DDCT的輸出引腳添加一個(gè)0.1uF或者更大的輸出電容。EN引腳為芯片的工作使能引腳，將EN引腳拉高到0.9V以上時(shí)，TLV70033DDCT將開(kāi)始工作。將EN引腳拉低到0.4V以下時(shí)TLV70033DDCT將進(jìn)入關(guān)閉模式，此時(shí)靜態(tài)電流將降低到1uA。如果不需要進(jìn)行工作模式的切換，一般將EN引腳與IN引腳短接即可。TP4056的數(shù)據(jù)手冊(cè)中的參考設(shè)計(jì)電路圖如圖9-31所示。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)圖9-38中已經(jīng)囊括了TP4056所有的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，虛線框內(nèi)為電池溫度檢測(cè)電路，電阻R1和R2的值要根據(jù)需要監(jiān)測(cè)的電池溫度范圍和熱敏電阻NTC的阻值來(lái)確定。如需禁用電池溫度監(jiān)測(cè)功能則需要將TMP引腳接地。CHRG和STDBY為兩個(gè)漏極開(kāi)路輸出的狀態(tài)指示輸出引腳，這兩個(gè)引腳的輸出狀態(tài)的所有組合方式分別指示TP4056的不同充電狀態(tài)，如表9-7所示。10.3.2手環(huán)原理圖原型設(shè)計(jì)電阻Rprog用于設(shè)定TP4056的最大充電電流，其阻值與最大充電電流Imax之間的關(guān)下為:prog=1200/ImaxRprog應(yīng)選用誤差精度小于10%的電阻，Rprog與Imax之間的關(guān)系可參考表9-8。10.3.3電路圖繪制（1）新建AD工程本案例使用ALTIUMDESIGNER21來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先打開(kāi)AD21，新建一個(gè)工程，為工程添加原理圖、PCB、原理圖封裝庫(kù)、PCB封裝庫(kù)，如圖9-32所示：10.3.3電路圖繪制（2）畫(huà)原理圖封裝接下來(lái)需要繪制所用到的元器件的原理圖封裝，這里以繪制DA14580的原理圖封裝為例作簡(jiǎn)要介紹。根據(jù)DA14580的數(shù)據(jù)手冊(cè)可知，DA14580一共有三種封裝形式，分別是WLCSP32、QFN48和QFN40。本方案使用方便手工焊接并且引腳較少的QFN40封裝，如圖9-33所示:10.3.3電路圖繪制回到AD21，打開(kāi)ex_da14580.SchLib，如圖9-34所示，選擇左下角的SCHLibrary，在彈出來(lái)的視圖框中點(diǎn)擊Add選項(xiàng)添加一個(gè)原理圖封裝，輸入封裝的名稱，最后點(diǎn)擊OK。10.3.3電路圖繪制選擇剛創(chuàng)建的原理圖封裝項(xiàng)，點(diǎn)擊Edit編輯封裝信息，封裝信息；點(diǎn)擊AD21上方Place->Line，調(diào)出繪制線條工具。注意：處于線條繪制功能時(shí)，光標(biāo)是一個(gè)黑色十字星光標(biāo)。在繪制線條模式下按住鍵盤(pán)TAB鍵，AD21將彈出線條屬性設(shè)置界面。在此界面設(shè)置Line線寬為Medium，線條顏色為棕紅色。用該線條在原理圖庫(kù)繪制區(qū)繪制一個(gè)正方形用于表示DA14580的外形，如圖9-35所示。10.3.3電路圖繪制選擇AD21上方Place->Pin，進(jìn)入放置功能引腳模式，如圖9-36所示。10.3.3電路圖繪制同理在放置功能引腳模式下按住TAB鍵編輯引腳的屬性。10.3.3電路圖繪制首先設(shè)置該引腳為1號(hào)引腳，引腳名字為P0_0，將引腳放置在DA14580 左上角左側(cè)邊界。需要注意將Pin腳的電氣連接端(帶十字星標(biāo)記的一端)放置在外側(cè)，電氣連接端可與其他器件的Pin連接，如圖9-37所示。重復(fù)以上操作，根據(jù)DA14580手冊(cè)Pinout信息繪制出完整的運(yùn)力圖封裝如圖9-38所示(注意DA14580正中間還有一個(gè)功率地引腳，引腳號(hào)為0。到此DA14580的原理圖封裝繪制完畢。10.3.3電路圖繪制（3）畫(huà)PCB封裝接下來(lái)需要繪制所用到的元器件的PCB封裝，這里以繪制DA14580的PCB封裝為例作簡(jiǎn)要介紹。打開(kāi)ex_da14580.PcbLib，選擇AD21左下角PCBLibrary，點(diǎn)擊Add新建一個(gè)PCB封 裝項(xiàng)，雙擊新建的封裝項(xiàng)編輯封裝的名字，點(diǎn)擊OK確認(rèn)。如圖9-39所示：10.3.3電路圖繪制10.3.3電路圖繪制在DA14580的數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到PackageInformation章節(jié)，找到DA14580QFN48封裝信息如圖9-40所示：10.3.3電路圖繪制根據(jù)手冊(cè)可知，DA14580外側(cè)的48個(gè)焊盤(pán)均是bxL的長(zhǎng)方形焊盤(pán)，其中b最大為0.25mm，L最大為0.45mm。點(diǎn)擊AD21上方Place->Pad進(jìn)入焊盤(pán)放置模式，如圖9-41所示：10.3.3電路圖繪制在焊盤(pán)放置模式下按住TAB鍵編輯焊盤(pán)信息。10.3.3電路圖繪制如圖9-42所示，設(shè)置焊盤(pán)Designation為1，表示焊盤(pán)與原理圖中Designation同為1的引腳對(duì)應(yīng)。Layer中選擇TopLayer表示該焊盤(pán)為頂層焊盤(pán)，Shape中選擇Rectangular，將焊盤(pán)形狀改成矩形，并設(shè)置焊盤(pán)長(zhǎng)寬為0.25mm和0.9mm(寬設(shè)置成0.9mm是為了方便焊接)。用鼠標(biāo)對(duì)準(zhǔn)1號(hào)焊盤(pán)，長(zhǎng)按左鍵選擇1號(hào)焊盤(pán)(鼠標(biāo)正中間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)綠色十字星)，按住鍵盤(pán)空格鍵調(diào)整焊盤(pán)方向，如圖9-43所示(1號(hào)焊盤(pán)位于DA14580左上角左側(cè)，水平放置)：10.3.3電路圖繪制10.3.3電路圖繪制同理按照一樣的操作方式放置第二個(gè)焊盤(pán)，其中焊盤(pán)1和焊盤(pán)2在水平方向上對(duì)稱，垂直方向上間隔0.3mm，如圖9-44所示:10.3.3電路圖繪制最后，結(jié)合數(shù)據(jù)手冊(cè)的尺寸信息，繪制出DA14580完整PCB封裝，如圖9-45所示：10.3.3電路圖繪制選擇Place->Line，進(jìn)入線條繪制模式，按住TAB將線條設(shè)置為頂層絲印線條，如圖9-46所示：10.3.3電路圖繪制用該線條繪制出DA14580的機(jī)械外形輪廓，如圖9-47所示：到此，DA14580的PCB封裝繪制完畢。10.3.3電路圖繪制（4）原理圖封裝與PCB封裝關(guān)聯(lián)繪制完元器件的原理圖封裝和PCB封裝后，需要將元器件的原理圖封裝、PCB封裝關(guān)聯(lián)起來(lái)。打開(kāi)ex_da14580.SchLib，選擇DA14580封裝項(xiàng)，點(diǎn)擊edit，找到Footprint屬性欄，點(diǎn)擊屬性欄下的Add為原理圖封裝關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的PCB封裝，如圖9-48所示：10.3.3電路圖繪制10.3.3電路圖繪制點(diǎn)擊Browse選項(xiàng)，在Libraries選項(xiàng)中選擇工程的PCB封裝庫(kù)—ex_da14580.PcbLib，選擇對(duì)應(yīng)的PCB封裝—DA14580，點(diǎn)擊OK完成關(guān)聯(lián)，如圖9-49所示：10.3.3電路圖繪制（5）原理圖繪制原理圖一般是分單元進(jìn)行繪制，各單元電路的設(shè)計(jì)需要參考元器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)。本節(jié)內(nèi)容將以充電單元和電源單元為例，詳細(xì)介紹如何在AD21上繪制相關(guān)電路的原理圖，并附上其余單元的完整電路。打開(kāi)ex_da14580.SchDoc文件，選擇Components，選擇本工程原理圖庫(kù)，找到TP4056，右鍵并選擇PlaceTP4056。在原理圖中合適位置放置TP4056。同理，依照參考設(shè)計(jì)，在TP4056外圍放置其余元器件，如圖9-50所示。10.3.3電路圖繪制10.3.3電路圖繪制點(diǎn)擊Place->PowerPort放置電源信號(hào)，如圖9-51所示。10.3.3電路圖繪制雙擊各器件和電源信號(hào)進(jìn)行屬性修改，TP4056電源輸入端更改為5V輸入(USB5V)，電源輸入限流電阻設(shè)置為0.43歐姆，輸入濾波電容更改為10UF。BAT引腳更改為電池輸入電壓VBAT，電池輸入旁路電容修改為10UF，充電指示燈限流電阻更改為1K。在原理圖頁(yè)面按快捷鍵CTRL+W進(jìn)入原理圖連線模式，在連線模式下將元器件的引腳、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接起來(lái)，同時(shí)修改各元器件的位號(hào)。 接著放置電池連接座，電池電壓通過(guò)二個(gè)電阻進(jìn)行分壓接到DA1458