单片机pcb设计步骤说明

单片机pcb设计是一个非常烧脑的过程，这个过程对于整个产品的开发设计都非常重要，很多单片机新手对于单片机pcb设计步骤不是很清楚，下面这篇文章就单片机PCB设计步骤和一些细节问题进行了说明，一起来了解一下吧!

　　设计电路板pcb结构可以分为基本的六个步骤：方案分析、电路仿真、原理图组件设计、原理图绘制、设计组件封装以及设计pcb板，下面是每个步骤的详细说明。

　　一、方案分析

　　这是单片机pcb设计的第一步，根据功能要求进行方案分析，需要分析原理图怎么设计，这一步将会直接影响到pcb板的规划。

　　二、电路仿真

　　为了确定所有的电路是否正确，在设计电路原理图的时候，需要进行仿真验证。

　　三、设计原理图组件

　　这一步就是根据原理图设计原理图组件，可以建立自己的组件库，再选择最合适的一套进行组装

　　四、绘制原理图

　　完成原理图后，就可以进行绘制原理图了，需要用 ERC工具查错，直到没有原则性错误。

　　五、设计组件封装

　　需要自己设计组件，并建立新的组件封装库。

　　六、设计 PCB 板

　　首先画好 PCB 板的轮廓，确定工艺要求，然后把原理图传输到PCB内，接着在网络表中布局和布线，最后用一条线查错。

引用：单片机pcb设计步骤说明-深圳宇凡微

单片机控制板的PCB设计还应注意哪些点？

设计电路板最基本的过程可以分为三大步骤：

例如，输入输出走线应尽量避免平行，以免产生干扰。两信号线平行走线必要是应加地线隔离，两相邻层布线要尽量互相垂直，平行容易产生寄生耦合。电源与地线应尽量分在两层互相垂直。线宽方面，对数字电路PCB可用宽的地线做一回路，即构成一地网(模拟电路不能这样使用)，用大面积铺铜。

下面这篇文章就单片机控制板PCB设计 需要注意的原则和一些细节问题进行了说明。

元器件布局

在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路(ROM、RAM)，如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。

去耦电容

尽量在关键元件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。大的电感可能会在Vcc 走线上引起严重的开关噪声尖峰。防止Vcc走线上开关噪声尖峰的唯一方法，是在VCC与电源地之间安放一个0.1uF的电子去耦电容。如果电路板上使用的是表面贴装元件，可以用片状电容直接紧靠着元件，在Vcc引脚上固定。最好是使用瓷片电容，这是因为这种电容具有较低的静电损耗(ESL)和高频阻抗，另外这种电容温度和时间上的介质稳定性也很不错。尽量不要使用钽电容，因为在高频下它的阻抗较高。

在安放去耦电容时需要注意以下几点：

地线设计

在单片机控制系统中，地线的种类有很多，有系统地、屏蔽地、逻辑地、模拟地等，地线是否布局合理，将决定电路板的抗干扰能力。在设计地线和接地点的时候，应该考虑以下问题：

逻辑地和模拟地要分开布线，不能合用，将它们各自的地线分别与相应的电源地线相连。在设计时，模拟地线应尽量加粗，而且尽量加大引出端的接地面积。一般来讲，对于输入输出的模拟信号，与单片机电路之间最好通过光耦进行隔离。

在设计逻辑电路的印制电路版时，其地线应构成闭环形式，提高电路的抗干扰能力。

地线应尽量的粗。如果地线很细的话，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，导致电路的抗干扰能力下降。在布线空间允许的情况下，要保证主要地线的宽度至少在2-3mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。

要注意接地点的选择。当电路板上信号频率低于1MHz时，由于布线和元件之间的电磁感应影响很小，而接地电路形成的环流对干扰的影响较大，所以要采用一点接地，使其不形成回路。当电路板上信号频率高于10MHz时，由于PCB布线设计的电感效应明显，地线阻抗变得很大，此时接地电路形成的环流就不再是主要的问题了。所以应采用多点接地，尽量降低地线阻抗。

其他

·电源线的布置除了要根据电流的大小尽量加粗走线宽度外，在PCB布线设计时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身一致在PCB布线设计工作的最后，用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满，这些方法都有助于增强电路的抗干扰能力。

数据线的宽度应尽可能地宽，以减小阻抗。数据线的宽度至少不小于0.3mm(12mil)，如果采用0.46~0.5mm(18mil~20mil)则更为理想。

由于电路板的一个过孔会带来大约10pF的电容效应，这对于高频电路，将会引入太多的干扰，所以在PCB布线设计的时候，应尽可能地减少过孔的数量。再有，过多的过孔也会造成电路板的机械强度降低。

顺便整理了STM32单片机的八种IO口模式：

STM32八种IO口模式区别

（1）GPIO_Mode_AIN模拟输入

（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空输入

（3）GPIO_Mode_IPD下拉输入

（4）GPIO_Mode_IPU上拉输入

（5）GPIO_Mode_Out_OD开漏输出

（6）GPIO_Mode_Out_PP推挽输出

（7）GPIO_Mode_AF_OD复用开漏输出

（8）GPIO_Mode_AF_PP复用推挽输出

以下是详细讲解

（1）GPIO_Mode_AIN模拟输入

即关闭施密特触发器，将电压信号传送到片上外设模块（不接上、下拉电阻）

（2）GPIO_Mode_IN_FLOATING浮空输入

浮空输入状态下，IO的电平状态是不确定的，完全由外部输入决定，如果在该引脚悬空的情况下，读取该端口的电平是不确定的

（3）GPIO_Mode_IPD下拉输入GPIO_Mode_IPU上拉输入

一般来讲，上拉电阻为1K-10K，电阻越小，驱动能力越强

电阻的作用——防止输入端悬空，减少外部电流对芯片的干扰，限流；，增加高电平输出时的驱动能力。

上拉输入：在默认状态下（GPIO引脚无输入）为高电平

下拉输入：在默认状态下（GPIO引脚无输入）为低电平

（4）GPIO_Mode_Out_OD开漏输出

开漏输出：输出端相当于三极管的集电极。要得到高电平状态需要上拉电阻才行。适合于做电流型的驱动，

其吸收电流的能力相对强（一般20ma以内）。

（5）GPIO_Mode_Out_PP推挽输出

推挽输出：可以输出高，低电平，连接数字器件;

（6）GPIO_Mode_AF_OD复用开漏输出GPIO_Mode_AF_PP复用推挽输出

复用开漏输出、复用推挽输出：可以理解为GPIO口被用作第二功能时的配置情况（即并非作为通用IO口使用）

在STM32中选用IO模式

（1） 浮空输入_IN_FLOATING——浮空输入，可以做KEY识别，RX1

（2） 带上拉输入_IPU——IO内部上拉电阻输入

（3） 带下拉输入_IPD——IO内部下拉电阻输入

（4） 模拟输入_AIN——应用ADC模拟输入，或者低功耗下省电

（5） 开漏输出_OUT_OD——IO输出0接GND，IO输出1，悬空，需要外接上拉电阻，才能实现输出高电平。当输出为1时，IO口的状态由上拉电阻拉高电平，但由于是开漏输出模式，这样IO口也就可以由外部电路改变为低电平或不变。可以读IO输入电平变化，实现C51的IO双向功能

（6） 推挽输出_OUT_PP——IO输出0-接GND，IO输出1 -接VCC，读输入值是未知的

（7） 复用功能的推挽输出_AF_PP——片内外设功能（I2C的SCL，SDA）

（8） 复用功能的开漏输出_AF_OD——片内外设功能（TX1，MOSI，MISO.SCK.SS）

通常有5种方式使用某个引脚功能，它们的配置方式如下：

1）作为普通GPIO输入： 根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

2）作为普通GPIO输出： 根据需要配置该引脚为推挽输出或开漏输出，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

3）作为普通模拟输入： 配置该引脚为模拟输入模式，同时不要使能该引脚对应的所有复用功能模块。

4）作为内置外设的输入： 根据需要配置该引脚为浮空输入、带弱上拉输入或带弱下拉输入，同时使能该引脚对应的某个复用功能模块。

5）作为内置外设的输出： 根据需要配置该引脚为复用推挽输出或复用开漏输出，同时使能该引脚对应的所有复用功能模块。

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