录入设备（3）——51单片机原理图及PCB设计

❤2018.3.25

关于录入系统的原理图和PCB其实之前设计出一个版本了&＃xff0c;是下面这个&＃xff0c;但是因为好多功能还不明确&＃xff0c;所以一直搁着&＃xff0c;现在要准备做实物了&＃xff0c;这下要好好做。

大概就是这样的

这个是控制板&＃xff0c;还有一个驱动板&＃xff0c;没弄好&＃xff0c;就不放上去了。

这次要改的内容主要是把之前用的uln2803驱动芯片换成AQV201&＃xff0c;朱总说这个在PLC上面应用很广&＃xff0c;不过反正我在淘宝上搜了一下没几家有卖的感觉不怎么热门。

这个芯片的资料大概是这样的&＃xff1a;

大概意思就是这是个光耦&＃xff0c;里面有一个或者两个场效应管&＃xff0c;同时起到隔离和驱动的效果&＃xff08;听起来还不错&＃xff09;&＃xff0c;而且驱动电流够大&＃xff0c;里面自带续流二极管&＃xff08;是么&＃xff1f;&＃xff09;&＃xff0c;不需要复杂的外围电路。

除了更改驱动芯片之外&＃xff0c;还要做的的是把USB转串口功能集成到板子上&＃xff0c;用的是CH340芯片。之前我觉得CH340的外围电路太复杂&＃xff0c;自己做比较困难&＃xff0c;可是前几天查了查相关资料感觉还挺简单的&＃xff0c;没有我想象的那么复杂&＃xff0c;而且作为一个完整的产品还是集成度高一点显得专业&＃xff08;汗。。&＃xff09;&＃xff0c;CH340的电路大概是这样的&＃xff1a;

有一些需要注意的地方这篇文章讲的很详细&＃xff1a;

CH340电路设计注意事项

https://blog.csdn.net/jazzsoldier/article/details/70158874

前辈们的文章在下拜读了。

另外我在查TXD和RXD数据线中用不用串电阻的问题的时候&＃xff0c;在知道里查到了这样一句话&＃xff1a;

其实还不太明白&＃xff0c;另外对于到底需不需要串电阻这一点我依然不太了解&＃xff0c;在arduino的原理图里我看到是有串的。

除此之外&＃xff0c;我还借鉴了arduino和扩展板对插的连接方式&＃xff0c;打算把排线连接改为对插。

    ♣啊对&＃xff0c;还有一点&＃xff0c;朱总说最好有个板载5v供电&＃xff0c;不要只用USB口供电&＃xff0c;怕电流不够&＃xff0c;其实我觉得还好吧。。。不过朱总既然这样说了&＃xff0c;我还是弄个降压模块吧。用7805直接把24v降到5v据说发热会很严重&＃xff0c;查了很多资料还是没找到什么好的解决办法&＃xff0c;我打算先用一个7812降到12v再用7805降到5v&＃xff0c;然后再装散热片&＃xff0c;尽量让热量更分散而且更容易散发出去。

❤2017.3.27

今天无意中查到51单片机最小系统有个31引脚需要注意的&＃xff0c;当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点我以前都没注意过&＃xff0c;虽然影响不大&＃xff0c;但是还是要注意细节哈。

参见&＃xff1a;

单片机最小系统

https://blog.csdn.net/mini92/article/details/71191718

❤2017.3.29

altium designer使用技巧&＃xff1a;

1、通过工程→显示差异 实现一个原理图对应一个PCB

2、布线过程中按 * 键能实现切换布线层及放置过孔

3、环路自动消除能防止多余的布线&＃xff0c;如下图

但在Vcc及GND是需要冗余布线的&＃xff0c;大概过程是这样的。。

❤2018.4.4

    前两天在老板多次催促之下&＃xff0c;通了个宵终于把pcb弄完了&＃xff0c;时间原因还是有很多不完美的地方&＃xff0c;这两天比较颓废&＃xff0c;没有记笔记&＃xff0c;今天把笔记补上哈。

    ♣之前问了朱总个问题&＃xff0c;光耦是在单片机输出高电平的时候触发好&＃xff0c;还是低电平触发好&＃xff0c;朱总说从原理上来说没什么区别&＃xff0c;但是有一点&＃xff0c;当输出高电平时触发的话要考虑单片机复位或开机时&＃xff0c;所有引脚都是输出高电平这样的情况&＃xff0c;也就是说当所有引脚输出都是高电平时&＃xff0c;不能对整个系统造成不利的影响&＃xff0c;所以如果会有影响的话&＃xff0c;那就还是用输出低电平触发的方式比较好。get√

    然后还有个特别需要注意的地方&＃xff0c;手动布线的时候一定要一面走横线一面走竖线&＃xff0c;然后最后再把影响不到的线优化&＃xff0c;如果一开始就随意走那到最后会很抓狂。。。另外手动布线的顺序一定要把握好&＃xff0c;最好不要一块一块的布线&＃xff0c;这样后面有线需要穿过去的时候就很难受。。。最好是把连接多的线先布好&＃xff0c;比如数据总线。

    然后就是这个版本的PCB图上一下哈&＃xff0c;为了清晰点我先把敷铜去掉了。

控制板&＃xff1a;

驱动板&＃xff1a;

    还是要吐槽一下一根一根的布线真的很辛苦的&＃xff01;

第一版PCB实物图奉上&＃xff1a;

❤ 2018.5.14

其实早就应该补充了&＃xff0c;上次的板子焊好之后是这样的&＃xff1a;

基本能满足功能&＃xff0c;但是确定还是很大的&＃xff0c;供电模块体积太大了&＃xff0c;为了控制发热选择了用7812和7805级联的方式&＃xff0c;还加装了散热片&＃xff0c;其实从测试情况来看发热量其实并不严重。

另外一个很大的问题就是通讯不稳定。

这个就很严重了&＃xff0c;经过压力测试&＃xff0c;串口连接会不定期的断开&＃xff0c;我把所有的芯片和元件都换过一遍还是会出现&＃xff0c;所以怀疑是布线的问题&＃xff0c;表现就是晶振不起振。我查了很多资料&＃xff0c;好像这个问题还不是很罕见&＃xff0c;有很多自己设计通选模块电路的同学都遇到过这种情况&＃xff0c;也有人提供了各种解决方法&＃xff0c;但是这些方法我经过测试并没有显著效果。其中提到最多的问题就是差分线的布线方式问题&＃xff0c;里面强调了要用差分布线的方法&＃xff0c;但是我查了很多资料都没有能够确切地了解什么是差分布线&＃xff0c;还有比如说在数据线上加上拉&＃xff0c;在晶振上并联电阻等等方法我试过都没能够解决问题。

这个网址讨论了一些处理方法可以参考&＃xff1a;

点击打开链接

我最后的决定是不用自己设计的电路&＃xff0c;买现成的模块&＃xff0c;这个在现在看来是最能够解决问题并且成本最低最有效的方法&＃xff0c;但是实际上对于我来说依然不知道该怎么去处理。所以如果将来有大神指点我再回来更新吧。

大概第一代PCB就是这样了&＃xff0c;我以为朱总换方案之后我的工作差不多就结束了&＃xff0c;但是没想到朱总又心血来潮搞了一个新的设计&＃xff0c;然后我又脑洞大开的提了很多“建议”所谓自己挖的坑跪着也要填上&＃xff0c;所以就有了下面这版设计。

这版本来朱总就是打算把之前的电磁铁部分换成圆形的&＃xff0c;然后接我上次那个控制器&＃xff0c;但是我就很厉害了&＃xff0c;我说这个完全可以把控制和驱动都集成在上面嘛&＃xff01;于是又挖了个坑&＃xff0c;为了在这么小的板子上放上所有的东西&＃xff0c;我更改了不少封装&＃xff0c;更改了电源模块&＃xff0c;用了10mil的布线和8mil的间隔&＃xff0c;还好勉强放下了&＃xff0c;不过稳定性怎么样就不知道了&＃xff0c;毕竟24v驱动电压和5v控制电压混合在一起&＃xff0c;想想就不靠谱。。。&＃xff08;摊手&＃xff09;

不过从理论上毕竟实现了&＃xff0c;下面就是等着到货然后装上测试了。

❤ 2018.6.19

我又偷懒了&＃xff0c;漏了好多内容。

板子到了之后经过测试又发现很多问题&＃xff0c;比较严重的是电源模块&＃xff0c;DCDC的封装画反了&＃xff0c;虽然勉强可以焊得上&＃xff0c;但是不知道是什么问题&＃xff0c;一通上24v就冒烟&＃xff0c;吓得我赶紧把他掰下来。。。。

    然后还有个问题就是贴片真TM难焊。。。。

    刚焊好测试的时候一切正常&＃xff0c;在长时间工作测试的时候出现了一个诡异的问题&＃xff1a;工作一段时间之后就会出现两个电磁铁同步动作。

    在排除了是电路板布线的问题之后&＃xff0c;经过观察&＃xff0c;发现同步动作的都是对应单片机固定某几个管脚的电磁铁&＃xff0c;经过逐步排除发现居然是P0口的上拉排阻短接&＃xff0c;使用电烙铁轻点之后排除了部分故障。但是还有一部分电磁铁出现了更诡异的问题&＃xff1a;只有在运行一段时间之后会出问题&＃xff0c;放一段时间问题消失&＃xff0c;这TMD什么鬼。

    后来在经过耐心排查之后发现是单片机管脚之间出现短接&＃xff0c;而且只有在工作一段时间之后才会出现&＃xff0c;我去。。。

    看来手残真的不能焊贴片。

    电源部分的问题依然没有解决&＃xff0c;24v转5v要同时兼顾体积和散热&＃xff0c;确实有点困难&＃xff0c;不过还好经过讨论&＃xff0c;5v供电打算使用外部输入&＃xff0c;所以现在不用费力解决冒烟的问题了。

❤ 2018.6.19

    是这样的&＃xff0c;上一个日期是为了把之前欠的内容补上&＃xff0c;我现在面临的问题是&＃xff0c;之前的东西都要作废了&＃xff01;&＃xff01;&＃xff01;

    因为本人能力有限&＃xff0c;无法同时兼顾扫描和录入的问题&＃xff0c;所以老师找来了欣师兄帮忙&＃xff0c;欣师兄果然见多识广&＃xff0c;针对IO口不足的问题选用了针脚更多的STM32单片机&＃xff0c;从而节省了很大的铺设译码器和锁存器的空间。

    不过针对第一款设备来说&＃xff0c;这个并不是那么需要&＃xff0c;因为空间足够&＃xff0c;所以我就继续做了。但是现在有两款体积更小的设备&＃xff0c;于是我原来的方案就放不下了&＃xff0c;于是就要改成欣师兄的方案&＃xff0c;于是我之前做的所有工作就全白干了。。。。

    不过话说回来&＃xff0c;既然有更先进的方案&＃xff0c;确实没必要在旧方案上费脑筋改进&＃xff0c;我也算是学到了不少东西吧。

    但是但是&＃xff0c;现在的问题是欣师兄的方案在这两款新设备上依然空间有限&＃xff08;主要是布线的问题&＃xff09;&＃xff0c;所以可能需要使用4层板&＃xff0c;关于四层板我查了下相关的东西&＃xff1a;

○ 四层板的布局&＃xff1a;

    一般top和bottom是信号&＃xff0c;里面两层是vcc和gnd

○ 四层板的设置&＃xff1a;

    参考这个&＃xff1a;

百度知道&＃xff1a;AD设置四层板

○ 四层板的设计流程

    包括不同电压Vcc的分割&＃xff0c;模拟地和数字地的分割等等。

    参考这个&＃xff1a;

四层板的设计流程简介

    好了先这样&＃xff0c;剩下的后面补&＃xff0c;我先画着。

❤ 2018.9.14

    是这样的&＃xff0c;其实我觉得这版51单片机的版本已经做的很完善了&＃xff0c;但是鉴于整体改为了stm32的版本&＃xff0c;所以第一款保留51的设计就没有必要了&＃xff0c;于是。。。。

。。。

。。。

    算了从新来吧&＃xff0c;新开一篇文章记stm32版本的。

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