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【单片机嵌入式Arduino实战】手把手做打印机_哔哩哔哩_bilibili

  • 针对零基础学习者,课程提供了一条完整的学习路径,涵盖从基础理论到最终系统集成的全过程。
  • 学习周期建议:约 30 天,每天投入 1-2 小时。
基础知识 -> 绘制原理图 -> 绘制PCB -> 生产板卡 -> 焊接调试 -> 软件环境搭建 -> 外设驱动调试 -> 代码整合 -> 整机安装使用
  • 该路径旨在确保学习者掌握所有相关知识点,从硬件设计到软件驱动调试及最终系统整合。
  • 针对有基础后关注硬件的学习者,约20天周期。
  • 流程:基础知识 → 绘制原理图 → 绘制PCB → 生产板卡 → 焊接调试 → 直接烧录课程提供的现成部件快速上手。
  • 特点:跳过软件开发部分。
  • 针对零基础直显学习网件的学习者,约20天周期。
  • 流程:基础知识 → 下载资料包 → 用课程提供的生产文件或与其他学员拼单购买现成板卡发现网口端口外设驱动网件编写网件整合整机安装调试
  • 特点:省去绘制原理图、PCB设计及网件调试,专注网件章节。
  • 针对已有硬件基础的学习者,旨在快速完成项目开发。

  • 学习周期:约 15 天。

  • 流程:

    1. 购买现成 PCB 或板卡。
    2. 搭建软件开发环境。
    3. 进行外设驱动调试与代码整合。
    4. 完成整机安装。
  • 优势:跳过从零开始的硬件设计与焊接环节,直接进入软件与系统集成。

  • 无论选择哪条路径,建议配合视频与配套文档同步学习。
  • 遇到学习难点时,可在文档对应位置添加评论,通过与讲师或其他学员互动来解决疑惑。
  • 动手实践是关键:仅看视频或代码往往会产生“看懂了”的错觉,必须通过以下方式内化知识:
    • 动手画图
    • 动手写代码
    • 动手做实验
  • 验证理解:如果无法亲手实现功能,说明并未真正掌握该知识点。
  • 课程结构图:利用提供的思维导图链接,可以清晰查看各章节内容,根据个人需求快速定位并跳转至对应章节学习。
  • 学习进度标识:在学习路径中,黄色图标标记的部分代表“基础章节”,建议优先从这些基础内容开始学习。
  • 课程提供针对编程初学者的专项引导,涵盖从环境搭建到基础语法的全流程。
  • 核心学习内容包括:
    • 程序注释:如何添加代码说明。
    • 基础语法:变量、常量、运算符、判断语句与循环结构。
    • 基础外设实验
      • LED点亮
      • 串口使用
      • 定时器使用
      • 电位器使用
  • 学习目标:通过这些基础模块的实践,为后续复杂系统开发打下逻辑基础。
  • 利用现成模板加速设计:当遇到不会绘制的电路或需要快速构建项目时,可以直接下载现成的工程文件,使用立创EDA专业版直接导入并调用。

  • 模块化设计思路

    • 核心逻辑:先学习并掌握模版电路的原理,确保在能正常运行的前提下进行修改和功能添加。
    • 优势:通过“模板抄写”与后续优化,是实现复杂项目开发最快捷的方式。
  • 工程导入流程

    1. 下载工程压缩包。
    2. 在立创EDA中直接导入。
    3. 打开原理图与PCB文件进行对照学习与二次开发。
  • 引脚对应关系验证:在原理图设计或编程过程中,若不确定外设驱动模块与芯片引脚的对应关系,可通过查看原理图与 PCB 设计文件,进行引脚映射核对。
  • 固件获取与开发
    • 若遇到不熟悉的模块,可下载配套工程文件,在立创EDA中打开并参考其源码进行二次开发。
    • 即使仅关注硬件学习,也可利用提供的工程文件快速上手。
  • 快速烧录与调试
    • 课程提供固件快速烧录方法,涵盖驱动安装、烧录工具下载、固件烧录及快速使用指南。
    • 针对烧录过程中的常见问题,文档内设有专门的排查指南以供参考。

第六模块:整机安装与外壳采购

Section titled “第六模块:整机安装与外壳采购”
  • 文章持续更新所需物料采购:电池电路板打印头外壳
  • 电路板(PCB):自己生产或拼单。
  • 电池:在电机中找到;打印头同。
  • 外壳:文章罗列下载打印文件、配件购买方式及规格,根据此准备材料。
  • 后续提供完整安装教程,从零安装整机。
  • 不想学APP源码编写:直接下载。
  • 跨平台支持:提供 Android 和 iOS 两个版本的 APP,涵盖了移动端交互的完整方案。
  • 学习资源获取
    • 若需深入研究 APP 与硬件设备间的通信协议与交互逻辑,可直接下载配套的 APP 源码进行分析。
    • 文档中提供了针对性的说明,帮助学习者理解移动端如何与硬件实现数据互通。
  • 实践建议:根据个人需求选择,若仅需使用功能,直接下载安装即可;若有二次开发需求,可利用源码进行针对性学习。
  • 便携性:作为一款手持打印机,支持电池供电,便于外出使用。
  • 应用场景:支持打印线片、错题、单词、标签贴等。
  • 推荐工具:使用支持 OpenAPI 的 AI 生成工具。
  • 优势:通过输入产品关键特性(如手持、电池驱动、打印功能等),AI 可辅助快速生成标准化的需求文档,简化从概念到文档的转化过程。
  • 自动化生成文档:利用平台内置的工具,通过输入产品名称和核心关键词,在约20秒内自动生成包含产品概述、目标定义及详细需求描述的完整产品需求文档 (PRD)。

  • 操作流程

    1. 在功能界面输入产品名称。
    2. 在需求描述栏填入核心关键词。
    3. 点击提交,系统自动完成文档构建。
  • 应用价值:通过结构化输入,快速将模糊的想法转化为规范化的文档,明确产品定义与开发目标。

  • 文档二次开发:AI 生成的初始需求文档可能包含冗余功能,需在原型基础上进行删减与修改,最终将其转化为正式的产品开发文档。
  • 实践价值:将 AI 生成的文档作为基准,通过人工筛选与优化,能显著减少从零编写文档的时间成本,快速明确产品定义与开发目标。
  • 效率提升:建议在日常学习与工作中积极借用 AI 工具,通过结构化输入(如核心关键词)辅助完成繁琐的文档撰写与分析任务。
  • 核心目的:利用工具辅助而非完全依赖,目的是通过缩短基础准备时间,将更多精力集中在技术实现与逻辑优化上。
  • 分析步骤

    1. 需求定义:基于产品核心特性(如手持、电池驱动、打印场景等)梳理关键需求。
    2. 文档构建:通过 AI 工具将模糊的想法转化为标准化的 PRD(产品需求文档)。
    3. 功能筛选:剔除不必要的功能点,保留核心业务逻辑。
    4. 输出执行:将优化后的文档作为后续硬件设计与软件开发的技术依据。
  • 围绕电池供电关键词,衍生出电源管理相关电路模块设计。
  • 紧凑布局:小型化要求电路板设计更精密,通常采用多层板(如双层或多层PCB),满足有限空间的功能集成。
  • 组件选择:打印机部分需选择合适的硬件组件。
  • 热敏打印机模块
    • 核心功能:支持打印热敏纸。
    • 关键外设:
      • 热敏电阻:用于监测打印头温度,确保打印质量与安全性。
      • 缺纸传感器:实时检测纸仓内是否有纸,防止空打。
      • 步进电机:通过驱动电路控制纸张的进出,实现打印过程的自动化。
      • 加热模块:通过驱动电路实现热敏打印动作。
  • 设计逻辑
    • 围绕打印机这一核心需求,拆解出温度监控、纸张检测、动力传输(步进电机)及打印加热四个关键子系统,确保硬件设计的完整性。
  • 第三个标准:稳定性高,厂家不会中途倒闭。
  • 第四个标准:资源丰富。
  • 最终选择est32芯片。
  • 下一步:根据芯片 data3(手册)绘制主控原理图。
  • 前提:先学习硬件基础知识(分为物…)。
  • 在依据芯片手册(DataSheet)绘制主控原理图前,需先掌握硬件基础知识。
  • 学习内容将分为多个部分,旨在为后续电路设计提供理论支撑与实践指导。
  • 第三步:学习用立创EDA从0快速设计一口芒卡的基本步骤(与需求无关)。
  • 第四步:绘制主控芯片最小系统原理图(添加外围电路使其能运行)。
  • 获取途径:通过官方下载页面获取对应操作系统(Windows/Linux/Mac)的安装包。
  • 学习资源:安装包内附带详细的安装文档,遇到安装或使用问题时,可通过软件内置的“帮助”菜单查阅相关文档。
  • 激活流程:软件安装完成后,需下载并使用对应的激活文件进行激活,以确保软件功能正常使用。
  • 设计起点:完成软件安装与激活后,即可开始进行板卡设计。
  • 设计逻辑
[需求分析] -> [原理图设计] -> [PCB布局布线] -> [打样/生产]
  • 核心原则:遵循标准化的工程设计流程,是确保硬件项目从概念到实物转化的基础。
  • 设计示例:制作ASP32最小系统板卡(最小板卡)。

  • 完整步骤

    1. 根据设计需求创建对应原理图
    2. 绘制原理图
    3. 根据原理图创建PCB
    4. 进行PCB布局布线
    5. 最终检查
    6. 导出生产文件进行生产。
  • 操作起点:软件安装完成后,打开软件开始实现过程。

  • 工程创建:在软件界面直接点击“新建工程”即可开始设计,并可自定义工程名称。
  • 工程查看与导入
    • 若需查看现有工程(如光敏灯或Mini打印机)的实现方式,可通过“导入专业版”功能将工程压缩包导入。
    • 导入后可直接查看原理图与PCB布局,是学习他人设计思路的有效途径。
  • 设计起点:创建或导入工程后,第一步通常是进行原理图设计,这是后续PCB布局布线的基础。
  • 进入编辑界面:双击原理图文件,即可看到原理图界面,用于编辑原理图。
  • 绘制准备:明确要画的原理图类型(如ESP32的一个原理图)。
  • 资源查找:访问这一个热心的官网,在产品里面找到一个模组这个概朗这个这一个菜单,点进去找到对应的一个芯片,比如说我们用的是ESP32系列
  • 获取途径:访问芯片官网,进入“产品” -> “模组”菜单,选择对应的芯片系列(如 ESP32 系列),即可下载该芯片的官方技术手册(Datasheet)。
  • 手册核心内容
    • 基本介绍:包含芯片的特性概览、引脚定义及功能说明。
    • 外围原理图:手册中提供了标准的“外围设计原理图”,这是绘制最小系统板卡时的权威参考依据。
  • 应用意义:无论使用哪种品牌的芯片,遵循官方提供的设计参考是确保硬件功能正常、电路设计规范的最直接方式。
  • 灰色NC引脚:不画/忽略。
  • 非核心端口(如下载口):初期不画。
  • 优先绘制:电源供电电路 + GND连接,确保芯片正常工作。
  • 组件参数参考

    • 芯片手册(Datasheet)不仅提供引脚定义,还包含关键的阻容参数(如电阻阻值、电容容值)及电源引脚的推荐电路。
    • 绘制时应严格遵循手册建议的电容/电阻配置,确保芯片供电稳定性。
  • 原理图绘制流程

    1. 搜索芯片:在EDA软件库中搜索目标芯片型号(如 ESP32 系列)。
    2. 筛选选型:根据项目需求(如封装、资源需求)在搜索结果中选择具体芯片。
    3. 放置元件:将选定的芯片符号拖入原理图编辑界面。
    4. 参考手册连线:依据 Datasheet 中的典型应用电路,连接电源、地(GND)及必要的配置引脚。
  • 设计技巧

    • 善用软件的搜索与筛选功能,快速定位不同型号的芯片。
    • 遵循“先核心后外围”的原则,优先保证芯片供电正常,再逐步添加功能模块。
  • 模块化采购策略:当原理图设计过于复杂或难以实现时,可直接在立创商城搜索并购买现成的功能模组。
  • 工程数据复用
    • 在商城页面获取模组的唯一型号(编号)。
    • 将该编号复制并粘贴至EDA软件的搜索框中,可直接定位并调用该模组的原理图符号。
    • 这种方法能直接获取模组的引脚定义及参考电路,减少手动绘制错误。
  • 成本与信息获取:商城页面不仅提供模组,还直接展示了元器件的实时价格信息,便于在设计初期进行成本控制。
  • 快速放置与布局:搜索到目标模组后,直接点击“放置”即可将其导入当前原理图工程,随后即可进行后续的连线与布局工作。
  • 引脚功能对应:原理图中的模组引脚与商城中的实物引脚一一对应,通过查看商城页面可直观理解每个引脚的物理位置和功能。

  • 关键外围组件:除了基础供电,芯片手册通常会建议添加特定的电容(如 22uF 电容)以确保电源稳定性。

  • 设计验证流程

    1. 在芯片手册中确认外围电路配置(阻容参数)。
    2. 在立创商城搜索对应模组编号。
    3. 将模组符号放置到原理图中,利用其预设的引脚定义和参考电路,减少手动配置错误。
  • 元件放置与调整:
    • 将模组放置到原理图后,若方向不合适,可使用键盘上的空格键快速旋转元件方向。
  • 关键外围电路补充:
    • 依据芯片手册推荐,除了电源和地,还需添加滤波电容以确保稳定性。
    • 操作示例:在EDA库中搜索并添加 100nF (即 0.1uF) 电容,封装选择 0603,用于电源去耦。
  • 设计规范:
    • 严格遵循芯片手册中建议的容值和封装规格,这是保证硬件电路运行稳定的核心依据。
  • 电源添加后:需增加RC延时电路
  • 示例配置10k电阻0603封装)。
  • 操作步骤:在库中搜索10k电阻10603的封装,然后放置进来。
  • 非必要组件剔除
    • 针对芯片手册中提供的完整参考电路,并非所有部分在最小系统板卡中都是必须的。
    • NC引脚与辅助功能:原理图中标记为NC(Not Connected)的引脚可直接忽略;非核心功能端口(如调试下载口)在初期设计阶段可暂时不画,以简化电路复杂度。
    • 功能性辅助元件:部分用于保护或特定模式切换的辅助按键或电路,若非项目核心需求,可选择不添加以节省空间和成本。
  • 设计决策依据
    • 硬件设计应遵循“以最小化核心功能为优先”的原则,确保芯片能够正常上电运行是第一步,后续功能可根据需求逐步扩展。
  • PSRAM模组EN引脚:若模组内部集成PSRAM,需在EN引脚(银桨)添加10k上拉电阻
  • 端口类忽略:此处端口相关内容基本可先不加。
  • 最小电路组成模组 + 最基本外围 + 电源
  • 下一步:开始连线

最小系统原理图连线与电源配置

Section titled “最小系统原理图连线与电源配置”
  • 电源符号添加
    • 在原理图中放置 3.3V 电源符号,用于表示系统的供电网络。
    • 统一命名:将电源符号名称修改为 3V3 以便识别。
  • 电源滤波与稳压
    • 芯片电源引脚需经过两个电容进行滤波处理,确保供电电压的稳定性。
    • 将电容放置在靠近芯片电源引脚的位置,以减少噪声干扰。
  • 引脚对齐与布局
    • 将模组放置在原理图中心区域,通过旋转(空格键)调整方向,使引脚连线更加顺畅。
    • 确认所有电源引脚已正确连接至 3.3V 网络,地引脚已连接至 GND 网络。
  • 元件选择与放置:选择元件,左键点击放置,对齐位置。
  • 接地处理:下方接地处,拉入GND符号,完成该块连接。
  • R11电路连接:电阻一端接3V3,完成R11电路连线。

最小系统原理图可视化调试技巧

Section titled “最小系统原理图可视化调试技巧”
  • 视图调节:在原理图绘制过程中,若视觉上感到拥挤或细节难以辨认,可直接使用鼠标滚轮进行实时放大或缩小,以辅助精准连线。
  • 快速连线操作
    • 使用快捷键 W (Wire) 快速激活连线工具,将各引脚与电源或地网络连接。
    • 确保所有关键引脚(如电源 VCC 和地 GND)连接无误,这是系统稳定运行的物理基础。
  • 电源网络配置
    • 在原理图中放置电源符号,并将其名称统一修改为 3V3,以明确标识供电网络。
    • 放置地符号 GND 并将其连接至所有需要接地的引脚,完成闭合回路。
  • EN引脚(银桨)处理:将线接到EM模组EN引脚(银桨),多余部分散掉,完成该连接。
  • D引脚连线:识别多个D引脚(此处有一个D、那里还有一个D、那边还有D),先将所有D引脚连起来。

自定义电路扩展(如清零开关)

Section titled “自定义电路扩展(如清零开关)”
  • 扩展方式:原理图基本完成后,若需添加按键等电路,按相同元件放置与连线方式操作。
  • 示例:添加清零开关(reset switch),用于芯片复位功能。
  • 操作原则:搜索对应元件符号,放置后连接至相应引脚,确保电路逻辑正确。
  • 开关元件添加:搜索适合模组的开关(按键),原理相同,放置后连接剩余电路。
  • 电源端子配置:添加排针作为电源供电接口,便于外部供电接入。

最小系统原理图电源接口与引脚配置

Section titled “最小系统原理图电源接口与引脚配置”
  • 电源接入设计
    • 推荐使用排针作为外部电源供电端子,便于在实际板卡上进行电源接入与测试。
    • 在原理图中搜索并放置排针符号,将其连接至系统的电源网络(如 3V3)和地网络(GND)。
  • 引脚间距规范
    • 常用排针的引脚间距为 2.54mm,在进行封装选择和 PCB 布局时需确保该间距与物理元器件匹配,以保证后续焊接与安装的兼容性。
  • 电源网络连接
    • 通过放置网络标签或直接连线,将排针的电源引脚与系统主电源网络(3V3)连通,确保外部输入电压能正确供给芯片及外围电路。
  • 网络标签 (Net Label) 使用
    • 当电路布局复杂,连线过长或跨越页面时,使用“网络标签”代替物理连线。
    • 操作:放置网络标签并命名(如 3V3),软件会自动将所有相同名称的标签在电气上连接在一起,无需手动拉线。
  • 连线逻辑
    • 即使不通过导线物理连接,只要两个引脚连接到具有相同名称的网络标签,它们即处于同一电气节点。
    • 这种方式能显著减少原理图中的“连线乱麻”,提升电路图的可读性与整洁度。
  • 设计规则检查 (DRC)
    • 完成连线后,必须执行软件的“检查”功能,系统会自动扫描原理图中的潜在错误(如悬空引脚、网络未连接、重复命名等)。
    • 常见错误排查
      • 检查是否存在未连接的引脚(如遗漏了某些电源或信号引脚)。
      • 验证网络名称是否拼写一致,避免因大小写或拼写差异导致的连接失效。
  • 错误处理
    • 检查报告会列出具体的警告或错误项,点击错误提示可直接定位到原理图中的对应位置,便于快速修正。
  • 原理图转 PCB
    • 完成原理图设计并经过 DRC 检查无误后,可将工程转换为 PCB 布局界面。
    • 使用“导入”功能将所有原理图元件同步至 PCB 界面。
  • PCB 布局基础
    • 板框绘制:在 PCB 设计的第一步,需先绘制一个板框(Board Outline)来定义板卡形状和尺寸。
  • 3D 预览功能
    • 通过点击“3D 预览”按钮,可以直观查看板卡在实际物理环境中的效果。
    • 视觉调试:3D 模式有助于检查元器件布局是否合理、是否干涉,以及确认板卡整体外观。
    • 颜色定制:支持修改板卡颜色(如绿色)和背景颜色(如白色),方便进行视觉展示或审美调整。
  • 元件旋转:在 PCB 布局界面,选中元件后通过键盘上的 空格键 即可旋转元件方向,以适应不同引脚的连接需求。
  • 布局策略
    • 针对电容等滤波元件,应尽可能靠近芯片引脚放置,以实现最佳的信号滤波效果。
    • 布局时需考虑导线的连通性,将元件旋转或平移至便于走线的位置,减少交叉走线。
  • 标签管理:PCB 上的元件标签(如 C1, U2)位置可根据布局调整,确保在板卡上清晰可见,便于后续焊接与调试。
  • 交叉选择布局:点击交叉选择快速布局全地元件,或逐个选择。
  • 元件摆放技巧:电路元件较多时,用此方式方便查找并摆放其他元件,如中口元件放在合适位置。
  • 布局优化:布局后若板卡太大,可调整缩小尺寸,降低生产成本。
  • 空间不足处理:正面放不下时,先将部分元件移到底层(点击选择“为底层”)。
  • 下一步:完成布局后,进行布线。
  • 插针移底层:3D图确认后,将插针放置到底层,避免顶层拥挤。
  • 进入布线模式:按住W键激活布线工具。
  • 焊盘高亮查看:点击焊盘,系统自动高亮原理图中对应连线,确认连接关系。
  • 布线操作:根据高亮连线“练起来”(routing),逐段完成,如V线连接。
  • 多层布线逻辑
    • 由于PCB存在顶层(红色)和底层(蓝色),当布线空间受限或信号路径交叉时,可将元件或走线切换至不同层。
    • 层级切换:在布线过程中,通过快捷键 B 切换至底层,配合 W 键进行布线,系统会根据层级自动处理过孔(Via)。
  • 过孔(Via)应用
    • 当需要将信号从顶层引到底层时,使用过孔连接。
    • 操作:在布线状态下按下 V 键,即可在当前位置放置过孔,实现跨层电气连接。
  • 视觉提示:软件会通过颜色区分层级(如红色为顶层,蓝色为底层),并在布线时提供实时引导,确保不同层之间的连接正确无误。
  • 铺铜 (Copper Pour) 的作用

    • 电气连接:将所有接地(GND)引脚自动连接至铺铜区域,简化布线复杂度。
    • 信号完整性:为板卡提供更完整的接地平面,有助于提升电路的抗干扰能力和稳定性。
  • 铺铜操作流程

    1. 选择“铺铜”工具,框选需要覆盖的板卡区域。
    2. 在设置中将网络选择为 GND
    3. 对顶层和底层分别进行铺铜操作,确保地平面完整。
  • 设计规则检查 (DRC)

    • 在完成布线与铺铜后,必须运行 DRC 检查,以发现潜在的短路、间距不足或未连接的网路问题。
  • 3D 效果预览

    • 完成设计后通过 3D 视图查看最终效果,确认元件摆放合理及铺铜覆盖情况,这也是验证设计是否符合预期的直观方式。
  • 布线问题排查
    • 若在布线过程中发现原理图连线错误,应返回原理图进行修正。
    • 关键操作:删除错误的连线,重新运行DRC检查,确保所有电气连接正确无误。
  • 生产文件导出
    • 确认DRC检查无误后,即可将设计导出为生产文件(Gerber文件)。
    • 操作路径:在软件菜单中选择导出,生成用于PCB制造的标准化文件,直接提交至工厂进行下单生产。
  • 系统完整性
    • 整个流程涵盖了从原理图设计、PCB布局布线、铺铜、DRC检查到最终导出生产文件的全生命周期。
    • 这种模块化设计思路(最小系统 + 外围扩展)是进行复杂硬件开发的基础。
  • 资源获取与学习
    • 官方文档(Datasheet)是设计的核心依据。
    • 建议通过立创EDA官网查看详细教程,深入了解各功能的具体实现细节及注意事项。
  • 上传平台:设计完成后,直接上传至立创平台
  • 参数填写
    • 数量:填写生产数量。
    • 厚度:根据需求选择,无测试点可跳过。
    • 交期:选择交付时间。
    • 个性化选项:按需勾选。
  • SNT选项:勾选需SNT,意为PCB生产时无T(顶层无阻焊层)。
  • S&T 服务:选择S&T服务可让工厂生产时自动贴好元件,但价格很贵。
  • 手工贴片建议:简单板卡推荐手工贴片和焊接,无需S&T服务。
  • 发货信息:确认发货相关信息后,下单。
  • 新用户优惠:新用户访问立创官网领取优惠券,打样免费。
  • 设计完成:ESP32最小系统板卡设计完毕。
  • 文档参考:文档提供元件选型截图和详细型号说明,有疑问参考文档实现方式。
  • 板卡组成:包含ESP32模组旁路电容RC电路电源接头
  • 局限性:最小电路板仅能让主芯片运行起来
  • 下一步需求:需进一步扩展功能。
  • 当前局限:目前的最小系统板卡仅包含模组、旁路电容、RC电路和电源接头,仅能实现主芯片的运行。
  • 开发调试需求
    • 烧录与调试:若需在电脑上对芯片进行程序烧录和调试,必须增加 USB转串口模块
    • 硬件连接:需额外采购 USB转串口模块,并通过杜邦线连接至板卡的对应引脚(如 TX/RX 引脚)。
  • 下载模式配置
    • 若需进入芯片的下载模式,必须能够控制芯片的 IO0 引脚电平,通常需要通过外部电路或跳线实现。
    • 需引出芯片的 IO0 引脚及 EN (Reset) 引脚,以便进行手动或自动复位控制。
  • USB供电接口:添加USB接口,便于直接通过USB线连接电脑进行烧录和调试
  • 手动下载痛点:每次下载需先将IO0,然后EN引脚接,再接电源,操作繁琐。
  • 自动下载电路:添加自动下载电路,无需手动操作,只需点击电脑下载按钮即可自动完成。
  • 烧录接口需求
    • 原始最小系统仅支持芯片运行,若需烧录与调试,必须引入 USB转串口模块
    • 建议直接在板上集成 USB接口,通过USB线连接电脑,简化开发流程。
  • 下载模式触发机制
    • ESP32 进入下载模式的物理条件:在 IO0 引脚为低电平的状态下,EN 引脚经历从低电平到高电平的跳变。
    • 传统手动下载方式极其繁琐(需手动拉低 IO0 和 EN 引脚再上电),可通过添加 自动下载电路 解决。
  • 自动下载电路优势
    • 实现“一键下载”,点击电脑端下载按钮即可自动完成 IO0 和 EN 的逻辑电平控制,无需人工干预。
  • 模组烧录引脚
    • ESP32 模组预留的烧录口为 TXD0RXD0
    • 模组供电电压通常为 3.3V,设计时需确保电源供给稳定。
  • 接口选择:项目中倾向于使用 Type-C 接口,因其通用性和易用性,但也支持 Mini-B 或 Mini-A 等其他标准。
  • 电压转换需求
    • 电脑 USB 供电通常为 5V
    • ESP32 模组工作电压为 3.3V
    • 必须添加 5V 转 3.3V 的稳压转换电路,以防止过压损坏芯片。
  • 串口转换需求:芯片仅提供串口引脚TX0/RX0),电脑使用USB信号,需添加USB转串口转换电路。
  • 接口添加:首先添加USB Type-C接口。
  • 接口选择:列举常用接口,根据需求自行选择对应封装。
  • 接口选择:芒卡项目选用Type-C,因其在手机和电子设备中通用性强。
  • 基础原理图
    • GND:接地(基础,不赘述)。
    • VBUS:电源线,连接电脑后输出电压(通常5V)。
  • 数据引脚配置
    • DP1 / DP2:连接在一起,作为 USB 数据线的 D+ 信号。
    • DN1 / DN2:连接在一起,作为 USB 数据线的 D- 信号。
  • CC 引脚与电阻配置
    • CC1 和 CC2:必须在每个引脚上各连接一个 5.1kΩ 下拉电阻 到地 (GND)。
    • 功能作用:这两个电阻用于 Type-C 接口的接头检测
    • 缺失后果:若不连接这两个电阻,Type-C 接口将无法识别设备,导致 VBUS 引脚无法输出 5V 电压,从而无法为系统供电。
    • 原理:Type-C 主机端通过检测 CC 引脚的电平状态来确认是否有正常设备接入,下拉电阻提供了必要的信号反馈。
  • 元件导入:复制商品编号,在立创EDA原理图中搜索Type-C元件并放置。
  • GND连接:放置后连接地线。
  • 方向调整:选择元件,按动作键(Space)旋转方向。
  • 连线操作:使用快捷键W键进行导线连接。
  • 引脚标签与网络名称
    • VBUS 引脚添加网络标签,作为电源输出端。
    • 确保所有 VBUS 引脚连接在一起,保持名称一致,便于后续电路识别。
  • 电阻规格:在 CC 引脚上连接一个 5.1kΩ0603 封装电阻,直接下拉接地
  • 连接步骤
    • 放置电阻,一端连接 CC 引脚,另一端连接 GND
    • 调整电阻位置,放出一点以布局整洁。
    • 完成接地后,按 W 快捷键,将 CC 引脚连接至 C12 网络。
  • 未用引脚处理:添加 XX 叉号标记(如 X34 连到 D),代表未用引脚,保持图纸整洁。
  • 电压转换必要性:USB 输入通常为 5V,而 ESP32 模组工作电压为 3.3V,必须添加 5V 转 3.3V 的稳压电路。
  • 电流需求:模组电源的输出电流需满足 500mA 以上,以保证系统稳定运行。
  • 信号转换:ESP32 模组仅提供串口引脚(TXD0/RXD0),而电脑端为 USB 信号,需添加 USB 转串口转换电路实现烧录与调试。
  • 选型关键指标
    • 最大输入电压:6V,满足 5V 输入要求。
    • 输出:3.3V900mA 电流。
  • 筛选条件
    • 输出类型:固定
    • 最大输出电压:>5V(最好 5.5-6V 以上)。
    • 封装:选择合适封装(风光)。
  • 选型操作:在平台搜索符合条件芯片,选定后点击应用,再确认电流参数。
  • 手册内容:包含基本特性及典型应用原理图,用于指导绘制。
  • 典型电路
    • 输入端:旁路电容。
    • 输出端:旁路电容。
    • Vin:接输入。
    • C引脚:接10uF电容。
    • VS引脚:接地。
  • 电路特点:特别简单,先绘制。
  • 电路逻辑连接:
    • 使用网络标签(Net Label)连接同名引脚,避免原理图连线过于杂乱。
    • 若两个引脚名称相同,EDA工具会自动将其视为物理连接。
  • 原理图规范化:
    • 避免直接使用长连线,通过网络标签实现信号跳转,保持图纸整洁易读。
    • 针对未使用的引脚,统一添加 XX 标记并连接至地(GND),明确表示引脚状态。
  • C1引脚连接:接到高电平。
  • 输出标签:直接添加输出标签。
  • 旁路电容:输入端和输出端各放置一个1.068µF电容(0.063封装),用于滤波稳定电压。
  • 功能需求:ESP32 模组通过 UART(TXD0/RXD0)通信,而电脑通过 USB 接口通信,需使用 USB 转串口芯片实现协议转换。
  • 核心芯片:采用 CS340C 芯片,该系列有多种版本(如 C340A、B、C、N、K、E、B),CS340C 具有广泛兼容性。
  • 信号流向
    • USB 端:D+D- 信号线。
    • 模组端:TXRX 串口信号线。
  • 电路实现:将 USB 的差分数据信号转换为 TTL 电平的串口信号,以便于与 ESP32 进行烧录和调试交互。
  • 未用引脚处理:直接打 XX 叉号标记(如 VSS 接地、D 引脚连出)。
  • 输出标签:添加 3V3 标签标识电压。
  • 芯片特性:带有 RTSDTR 控制引脚,用于后续实现自动下载电路。
  • 电路实现
    • USB接口UD+ / UD- 接到芯片对应引脚。
    • 芯片的 ISD / TSD 接到 ESP32TSS
    • 电源和地连接。
  • 操作步骤
    • 复制芯片编号。
    • 查看芯片手册中的参考电路。
    • 放大原理图页面准备绘制。
  • 芯片选择与功能
    • 选用 CS340C 芯片,因其内置 RTSDTR 控制引脚,是实现 ESP32 自动下载电路的关键。
    • 芯片具备广泛的兼容性,能将 USB 的差分信号(D+/D-)转换为 TTL 电平的串口信号(TXD/RXD)。
  • 电路连接逻辑
    • USB侧:将 D+D- 信号线直接连接至 CS340C 的对应引脚。
    • 模组通信侧:将 CS340C 的 TXDRXD 引脚连接至 ESP32 的 RXDTXD 引脚(注意交叉连接)。
    • 电源配置:连接芯片的电源引脚(VCC)和地引脚(GND),使用 3V3 网络标签连接同名电源口。
  • 设计操作建议
    • 绘制前需先在 EDA 软件中通过搜索并复制商品编号来获取精确的元件模型。
    • 务必参考芯片手册中的典型应用电路图,并根据实际需求放大原理图页面,确保布线清晰。
  • 逻辑连接规则
    • USB转串口芯片的 TXD(发送)引脚应连接至 ESP32 的 RXD(接收)引脚。
    • 芯片的 RXD(接收)引脚应连接至 ESP32 的 TXD(发送)引脚。
  • 设计原理:串口通信遵循“交叉连接”原则,确保一方的输出信号能被另一方的输入端正确接收,从而实现双向数据传输。
  • 数据流向
    • TXD:负责发送数据。
    • RXD:负责接收数据。
  • 通信闭环:只有通过交叉连接 TXD 与 RXD,才能实现“一发一收”的完整通信链路,这是串口通信能够正常工作的物理前提。
  • 未用引脚处理:暂时未用引脚全部打叉叉(XX)标记。
  • 电路完成:USB转串口电路绘制完毕,无任何错误。
  • 电源输入清理:删除不需要的档子(电源端子),因USB供电5V经稳压芯片转3V3直接供给芯片。
  • 电路总结:基本USB通电烧录与调试电路完成。
  • 下载模式触发:ESP32进入下载模式的前提是复位过程中DN引脚由低到高跳变),IO0引脚GPIO0)处于低电平
  • 电路实现:自动下载电路模拟此时序,由两个NPN三极管两个电阻组成。
  • 核心逻辑:ESP32 进入下载模式的必要条件是芯片在复位过程中(EN 引脚由低到高跳变时),IO0 引脚必须保持低电平。
  • 电路构成:使用两个 NPN 三极管(如 S8050)和两个电阻(通常为 10kΩ)实现自动控制。
  • 信号控制
    • 自动下载电路通过 USB 转串口芯片的 RTSDTR 引脚信号来驱动三极管。
    • 当电脑端发送下载指令时,通过 RTS 和 DTR 的逻辑组合,自动拉低 IO0 并触发 EN 复位,从而无需手动按键即可进入下载模式。
  • 默认状态EN 引脚有上拉电阻,默认高电平
  • DTR低电平、RTS高电平
    • 该状态下,一侧三极管导通IO0 等于 DTR 电平,即低电平
    • 另一侧三极管截止EN 保持高电平
  • DTR高电平、RTS低电平
    • 一侧三极管导通IO0 等于 RTS 电平,即低电平
    • 另一侧三极管截止EN 保持默认高电平
  • DTR和RTS均为高电平
    • 两个三极管均截止
    • ENIO0 均为默认高电平
  • DTR=0, RTS=1:DN电平为0,IO0电平受限(低)。
  • DTR=1, RTS=0:DN等于RTS(0),IO0等于DTR(1)。
  • DTR/RTS同时0或1:EN和IO0电平由芯片端电路决定,均为1。
  • 同极性特殊规则:DN=RTS,IO0=DTR。
  • 逻辑限制:DM和IO0不可能同时为01100111。
  • 下载模式前提:IO0需保持低电平。
  • RC延时电路的作用:在自动下载电路中加入电容(如1uF),利用其充电过程产生延时,确保 ESP32 在复位过程中(EN 引脚由低变高时)能够稳定维持 IO0 为低电平,从而可靠地进入下载模式。
  • 逻辑实现
    • 自动下载电路通过 RTS 和 DTR 信号控制三极管导通,进而拉低 IO0。
    • 加入电容后,即使 RTS/DTR 信号发生变化,电容的充放电特性也能保证 IO0 保持低电平足够长的时间,以满足 ESP32 芯片进入下载模式的时序要求。
  • 设计优势:通过 RC 延时避免了因信号切换过快导致芯片无法正确识别下载模式的问题,使整个自动下载过程更加鲁棒。
  • 状态设置DTR=1, RTS=0
  • 初始逻辑EN初始为0IO01(但实际受限保持0)。
  • 电容充电过程:设置DTR=1后,EN电容无法瞬间充满电,初始仍保持0
  • 时序完成:电流充电完成后,IO0仍为0EN变为1,芯片进入下载模式
  • 核心机制:通过DTR/RTS控制时序,利用电容充电实现电源逻辑。
  • 组件放置:在原理图中添加两个10kΩ电阻和两个S8050三极管,用于构建自动下载电路。
  • 连接逻辑
    • 放置电阻和三极管后,将它们与ESP32的 ENIO0 引脚进行连接。
    • 确保电路布局合理,以便后续在PCB设计中进行布线。
  • 设计操作:通过复制元件编号并放置,利用原理图编辑工具将这些组件集成到最小系统设计中,为实现无需手动按键的自动烧录功能做准备。
  • 组件准备
    • 放置两个 10kΩ 电阻。
    • 放置两个 SS8050A-H NPN 三极管。
  • 电路布局
    • 将上述四个组件放置在原理图编辑器中,作为自动下载电路的核心逻辑单元。
    • 布局时确保后续连线能够准确映射 RTS/DTR 信号到 ENIO0 引脚。

自动下载电路Treev组件粘贴与标签配置

Section titled “自动下载电路Treev组件粘贴与标签配置”
  • Treev复制粘贴:将Treev组件从别处复制粘贴到当前位置,便于快速集成。
  • 添加标签:添加RTSDTR网络标签(删除叉叉),延长线条(按w键),抽取标签并重命名为rtsdtrok
  • 连线连接:将IO0EN引脚连线延长,连接到ESP32的对应EN引脚。
  • 电路完成:自动下载电路连线完成后,基本电路绘制完毕。
  • 生成PCB:点击生成PCB按钮,直接应用修改
  • 元件自动导入:所有原理图元件(如Type-C口USB控制电路)自动添加到PCB界面。
  • 设计延后:暂不处理PCB,等所有外设原理图添加完后再统一布局布线。
  • 新增电路:添加 Type-C 端子、上拉电路、调试电路和下载电路,提高开发与调试便利性。
  • 最终输出:生成完整原理图 → PCB
  • 下一课预告:逐步添加迷你达音机外围驱动与外设。
  • 学习提醒:打开工程,一步步绘制原理图;完成后自行重做,加深记忆。
  • 设计目标:实现产品不接电源线即可在户外独立工作。
  • 供电方案:在电路中引入锂电池作为电源。
  • 关键注意事项
    • 锂电池并非直接连接,需考虑充放电管理与电压转换。
    • 需特别注意电池供电时的电平逻辑与芯片供电匹配问题。
  • 外围电路扩展:在最小系统基础上,通过添加电池接口电路,满足移动化需求。
  • 设计原则:确保电池供电时,系统各引脚电平状态符合芯片手册定义的逻辑,避免因供电方式改变导致芯片无法正常启动或进入调试模式。
  • 设计目标:实现产品脱离电源线独立工作,满足户外使用需求。
  • 动力电池优势
    • 普通锂电池最大输出电流通常在1C左右(如2000mAh电池仅2A)。
    • 动力电池支持10倍20倍输出电流,满足打印头瞬间高功耗需求。
    • 若用普通电池,打印时可能因电流不足导致文字模糊。
  • 供电参数:动力电池电压3.7V - 4.2V。
  • 充电管理:添加N14054芯片进行充电管理。
  • 设计逻辑:在最小系统基础上集成动力电池与充电管理电路,确保移动供电能力。
  • 芯片特性
    • 高集成度:专为锂电池充电设计,封装小巧,便于紧凑型产品布局。
    • 充电电流:最大充电电流可达 500mA,具体电流大小可通过外部电阻调节。
  • 典型应用电路
    • 充电指示:通过 CHRG 引脚连接 LED,充电时点亮,充满后熄灭。
    • 电流设定:充电电流由 PROG 引脚外接的电阻决定。
      • 设定公式:$$I_{BAT} = (V_{PROG} / R_{PROG}) \times 1000$$
      • 示例:若使用 2kΩ 电阻,最大充电电流约为 500mA;若使用 20kΩ 电阻,则为 50mA。
    • 设计建议:为了保证充电电流充足,建议使用 2kΩ - 3kΩ 左右的电阻。
  • 目的:通过控制充电电流大小,确保电池在不同场景下安全、高效充电。
  • 实现方式:根据产品对充电速度的需求,通过调整 PROG 引脚的电阻值来配置充电电流,从而优化电源管理方案。

充电芯片备选方案(更大封装)与 N14054B 原理图准备

Section titled “充电芯片备选方案(更大封装)与 N14054B 原理图准备”
  • 备选芯片:另一款成熟充电方案,提供更大充电电流,但封装更大。
  • 选型逻辑:因封装更大,选择 N14054B;若需更大充电电流,可选该备选芯片。
  • 电路特点:基线简单,多一个指示灯支持;通过原理图控制充电电流。
  • 绘制准备:复制 N14054B 商品编号,开始绘制原理图。
  • 外围组件
    • EK电阻(两个)。
    • LED0603(绿色或蓝色),连接至 CHRG 引脚。
  • 电源输入:使用 USB 输入符号。

N14054B充电电路LED限流与电源配置

Section titled “N14054B充电电路LED限流与电源配置”
  • LED电路连接:电流方向从正极通过电阻到LED,再接到CHRG引脚(此端接正极)。
  • 电源输入配置:使用电源符号连接到B端,另一端接3KΩ电阻限流,避免电流过大。
  • D引脚连接:接到电池,使用电池座(购买时电池自带接头)。
  • 输入电源:USB电源接到VBUS(之前打错为VCC),添加网络标签。
  • 装置识别:使用通讯3编号的充电装置。
  • BAT连接:1号引脚接到电池正极(BAT),通过端子接口接入。
  • GND连接:2号引脚接到系统公共地(GND)。
  • 验证:参考原理图确认,2号引脚连接BAT。
  • 电路模块化设计:为了提高原理图的可读性与美观度,将充电管理、LED指示灯、升压电路等功能模块独立分区,并进行左右翻转调整,使信号流向更清晰。
  • 电路复用策略:对于功能相同但位置不同的电路(如多个LED指示灯),可以采取直接复制粘贴的方法,再根据实际位置微调,以提高设计效率。
  • USB电源输入与电池接口
    • 明确USB电源输入为 VBUS,而非 VCC,确保电源网络标签准确。
    • 电池接口采用端子连接方式,方便后续物理组装(电池通常自带接头)。
  • 引脚连接核对
    • 充电装置的 1号引脚 连接电池正极(BAT),2号引脚 连接系统公共地(GND)。
    • 务必参考标准参考原理图核对引脚定义,确保 BATGND 的物理连接与芯片手册要求一致,防止接反导致损坏。
  • 充电指示LED 为充电指示灯。
  • 电流设定:电阻决定最大充电电流(mA级)。
  • 电源管理回顾:5V转3.3V电路已在上节绘制完成,无需重复。
  • 稳压芯片选型
    • 使用 S6217,而非 AMS1117(或 AIS117)。
    • 原因:锂电池电压 3.7-4.2V,AMS1117 有压差(dropout)问题,影响输出稳定性。
  • AMS1117压差问题:压差1.3V,电池3.7V时输出仅2.xV,无法满足3.3V需求。
  • SC6210选型:压差小,电池3.7-4.25V时输出稳定保持3.3V以上。
  • 备选B1110:封装较大,输出电流更大,价格更低。
  • 打印头供电:推荐7.2V电压,除3.3V需求外,还需此电源。
  • 需求:带电池供电产品需监测当前VBAT电压状态。
  • 原理:电阻分压电路。
    • 电池正极接入分压电路。
    • 两个等值电阻串联分压。
    • ESP32 ADC引脚连接电阻中点。
  • 示例VBAT=4.2V,等值电阻时中点电压2.1V,芯片可直接读取。

电池电压检测电路的优化与MOS管开关

Section titled “电池电压检测电路的优化与MOS管开关”
  • MOS管开关的移除
    • 在最新版本中移除了电池检测电路中的 MOS 管开关。
    • 原因:电路中已添加了物理开关,电池电流不再直接进入检测电路,而是先经过物理开关,因此在开关关闭时不会产生额外的静态电流损耗。
  • 电路原理图简化
    • 通过移除冗余的 MOS 管开关,简化了原理图设计,降低了复杂度和潜在的故障点。
  • 电池电压检测逻辑
    • 当物理开关处于闭合状态时,电池电压通过电阻分压网络被 ESP32 的 ADC 引脚读取。
    • 这种设计确保了只有在系统上电时才进行电压监测,避免了电池的持续放电。
  • 添加原因:直接连接电池分压电路会造成持续电流损耗,即使设备未工作。
  • MOS管作用:充当电子开关,防止静态功耗。
  • 控制逻辑
    • ADC引脚低电平(D电平)时,MOS管导通,电池电压通过分压网络接入ADC测量。
    • ADC引脚高电平时,MOS管截止,切断电流路径,避免电池损耗。

电池检测电路 PMOS 选型与原理图绘制

Section titled “电池检测电路 PMOS 选型与原理图绘制”
  • PMOS 管选型
    • 任意 PMOS 管均可,电流 1A 或 2A 足够(检测电流很小)。
  • 原理图绘制步骤
    • 放置一个 PMOS 管
    • 添加两个 10k 电阻(可从前文复制),串联分压。
    • 分压中点接到 B 点,再完成连接。
  • 电路位置:电池侧,ADC1N引脚接入芯片内部。
  • 组件添加
    • 一个10k电阻(作用后续说明)。
    • BAT(电池正极)连接上端。
  • 连线处理:连通电路,美化线条。
  • 输出配置:中点输出至芯片内部ADC
  • 命名规范:与之前一致,统一为ADC示意名。
  • 上拉电阻作用:芯片启动时状态未知,通过此10k电阻拉到VBAT
  • 初始状态:MOS管未导通,电位保持与VBAT电压一致。
  • 模块状态:电源检测原理图完成。
  • 设计目的:开发调试时测试打印机电机/打印机问题,作为简单功能测试;后续可作功能按键。
  • 原理图特点:非常简单。
  • 电路绘制:按键按下时信号拉低,简单用电阻连接信号线或模块。
  • IO引脚:使用IO5NC的IO5均可用)。
  • 上拉修改:在IO5引脚添加上拉电阻
  • 注意事项4567引脚相关说明。
  • 通用IO使用:除了IO5,其他IO引脚可作通用输入输出,后续编程需修改。
  • BTM连接:名称为BTM,连接确认。
  • 遗漏补充:需连接ADC线power ADC
  • ADC引脚查找:查芯片手册/官网,列出可用ADC引脚,均可使用,有些引脚无ADC功能。
  • ADC引脚选择:选34号营甲(有ADC标签)。
  • 模块调整:移出模块,添加en标签。
  • 连线实操:挪动模块,连接至34号营甲作为ADC模拟输入口
  • EN引脚作用:ADC的死能引脚通知光开关
  • 引脚选择:支持任意IO1系列引脚,选用第4个引脚,更换需修改代码。
  • 接口优化:使用箱口,外观更好看。
  • 模块完成:当前模块已简解完毕。
  • 蜂鸣器处理:初始版本使用,但发现用处不大且产生噪音,后移除;原理图中不需要
  • 设计需求:迷你打印机无屏幕,通过LED灯指示设备运行状态。
  • 状态定义
    • 熄灭:待机时。
    • 强烈状态:有连接时。
    • 快闪:运行异常或故障时。
    • 慢闪:正常打印时。
  • 电路结构LED一端接电阻接到电源,另一端接到IO引脚
  • 控制原理:利用ESP32的通用IO引脚输出高低电平,直接驱动LED的亮灭。
  • 引脚选择:使用ESP32的通用IO引脚(如IO18)进行控制,确保该引脚具备GPIO功能即可。
  • 设计验证:完成原理图绘制后,需运行检查工具以排查潜在的连接或配置问题。
  • 问题修复
    • 若检查显示错误(如引脚连接异常),需定位至具体位置进行调整。
    • 针对未正确配置的引脚或网络标签,及时修正并重新命名,确保与系统设计一致。
  • 封装更新:在原理图调试过程中,可根据需要更新元件封装,确保与实际采购或布局需求匹配。
  • 初始计划:寻找打印头电机热敏电阻距离传感器等元器件,组合实现打印头功能。
  • 后续发现:搜索过程中找到一款现成产品。
  • 模组集成内容:包含电机打印头热敏电阻缺纸检测传感器,所有部件封装在一起。
  • 使用优势:高度集成,使用简单,只需连接引出的接口即可。
  • 项目应用:最终采用此完整打印机芯简化硬件设计。
  • 接口设计:打印机芯通过 FPC(柔性印刷电路)排线引出接口,简化了 PCB 布线与功能设计,无需单独布线电机、传感器等组件。
  • 工作原理
    • 热敏打印:通过加热打印头使热敏纸特定点位变色,从而形成图案或文字。
    • 注意事项:长时间持续加热可能导致打印头受损,需合理控制加热时间与频率。
  • 核心组件
    • 打印头
    • 电机
    • 热敏电阻
    • 缺纸检测传感器

打印机芯热敏电阻温度监测原理

Section titled “打印机芯热敏电阻温度监测原理”
  • 监测目的:通过热敏电阻实时监测打印头温度,防止因长时间加热导致打印头损坏。
  • 工作逻辑
    • 一旦检测到温度过高,系统将停止打印并触发报警。
    • 由于无需极高精度的测温,设计上采用简单的分压电路即可计算出热敏电阻的阻值,进而推算出温度。
  • 电路实现
    • 利用热敏电阻与固定电阻构成的分压网络,将温度变化转换为电压信号,供主控芯片采集。
    • 具体的电路拓扑通过分压公式计算,实现低成本、高可靠性的温度监控。

打印机芯热敏电阻分压电路实现

Section titled “打印机芯热敏电阻分压电路实现”
  • 电路拓扑:利用热敏电阻(THER)与固定电阻(R1)构成串联分压网络。
  • 连接方式
    • 热敏电阻一端接地 (GND)。
    • 另一端连接至固定电阻,固定电阻另一端接 3.3V 电源。
    • 分压点连接至主控芯片的 ADC 引脚,通过采集电压值计算电阻阻值,进而推算打印头温度。
  • 电路示意图
3.3V
|
R1 (10K)
|
+---- ADC 引脚
|
THER (热敏电阻)
|
GND
  • 设计逻辑:无需高精度测温,通过简单的分压公式 $$V_{out} = V_{in} \times \frac{R_{THER}}{R1 + R_{THER}}$$ 即可实现可靠的温度监控,防止打印头过热损坏。

打印机芯热敏电阻温度监测逻辑

Section titled “打印机芯热敏电阻温度监测逻辑”
  • 温度转换原理
    • 打印机芯内部集成的热敏电阻(THER)阻值随温度变化。
    • 通过构建分压电路,将阻值变化转化为电压信号($$V_{out}$$),供主控芯片的 ADC 引脚采集。
  • 数据处理方式
    • 公式计算法:利用热敏电阻与温度的数学关系公式,将采集到的电压值实时转换为具体的温度数值。
    • 查表法:通过预先建立的“热敏电阻阻值-温度”对照表,根据当前电阻阻值推算对应的温度范围,实现更简单的逻辑判断。
  • 应用意义
    • 无需高精度测温,仅需确保在温度过高时能及时触发停止打印或报警机制,从而保护打印头免受热损伤。
  • 低精度实现:精度要求不高,直接用公式法即可轻松计算温度。
  • 电路连接准备:打印机芯内有两个热敏电阻端引脚
  • 手册查阅:规格书中明确说明哪两个引脚用于连接热敏电阻。

打印机芯热敏电阻电路连接实战

Section titled “打印机芯热敏电阻电路连接实战”
  • 电路逻辑:将打印机芯引出的两个热敏电阻引脚(THER)接入分压电路。
    • 逻辑:一端接地 (GND),另一端通过 10K 电阻上拉至 3.3V 电源。
    • 采集:分压点(即 10K 电阻与热敏电阻连接处)直接接入 ESP32 的 ADC 引脚进行电压采样。
  • 电路原理图示意
3.3V
|
R1 (10K)
|
+---- ADC 引脚
|
THER (打印机芯热敏电阻引脚)
|
GND
  • 实现细节
    • 查阅打印机芯手册,确认 FPC 排线中对应热敏电阻的两个引脚编号。
    • 采用简单的分压公式 $$V_{out} = V_{in} \times \frac{R_{THER}}{R1 + R_{THER}}$$,通过 ADC 采集的电压值推算热敏电阻阻值,进而通过公式或查表法获取当前温度。
  • 电源纹波电容:添加电容建立电源纹波,提升温度检测精度。
  • 接地配置:下端直接接地。
  • 最终引脚:TN引脚,通过ADC读取电压判断热敏电阻阻值。
  • 下一步:绘制电路图。

打印机芯热敏电阻电路绘制实操

Section titled “打印机芯热敏电阻电路绘制实操”
  • 电路组件准备
    • 需要一个 10K 电阻作为上拉电阻。
    • 需要一个 0.1uF 电容用于滤波,以平滑电源纹波并提高 ADC 采样精度。
  • 绘制操作步骤
    • 从库中调用 10K 电阻并进行复制,通过空格键旋转以匹配布局方向。
    • 查找并添加 0.1uF 电容,将其并联在热敏电阻两端或作为滤波电容接入电路。
    • 整理原理图连线,确保热敏电阻引脚、上拉电阻、滤波电容与 ADC 引脚正确连接。
    • 确认电路拓扑:热敏电阻一端接地,另一端连接至上拉电阻和 ADC 采样点,电容并联在采样点与地之间。
  • 添加0.1微法电容
  • 电阻一端接地 (GND),另一端接3.3V电源。
  • 分压点接ADC引脚,读取电压以判断热敏电阻阻值。
  • 连接热敏电阻的两个引脚到TM引脚上。
  • 添加网络标签,以便识别。
  • 连接步骤:热敏电阻一端接完后,将另一端接到打印机芯的FPC排线
  • 端子规格:FPC使用1.0间隙端子
  • 元件获取:打开对比工程,搜索端子,复制其编号粘贴使用。
  • 端子连接逻辑:最终FPC排线直接接入此端子。
  • 热敏引脚提取:将打印机芯热敏电阻的两个端子引脚接出,先放置在此端子上。
  • 引脚识别:确认热敏引脚具体位置(规格书标识)。

打印机芯FPC排线引脚定义与计数规则

Section titled “打印机芯FPC排线引脚定义与计数规则”
  • 引脚计数逻辑:打印机芯FPC排线的引脚编号顺序是从排线端开始依次计数(例如 1, 2, 3…)。
  • 引脚对应关系
    • 打印机芯手册中定义的引脚编号(如 14, 15, 16, 17)与实际 FPC 排线上的物理引脚位置严格对应。
    • 接口定义需严格参考手册,确保原理图中的网络标签与物理引脚功能匹配。
  • 为什么计数从一端开始
    • 这种顺序是为了与 FPC 连接器(座子)的物理引脚布局保持一致,确保安装时引脚一一对应,避免信号错位导致电路故障。
  • 一号引脚确定:根据打印机芯与端子接线方向(光连对齐)判断广角是否为一号引脚。
  • 引脚对应:使用14和15,对应机芯内16和17
  • 接地连接:其中一个广角引脚直接接到(GND)。
  • 另一个管角连接:接到前一段,完成此部分连接。
  • ADC引脚选择:在普通晶片端选一引脚作为ADC采样引脚。
  • 对比确认:参考对比图确定具体引脚位置。
  • 指定引脚:使用4号引脚作为ADC采样引脚。
  • 可选引脚:其他带有ADC标识的引脚均可使用。
  • 电路连接:3.3V 接到 10K 电阻,通过端口引脚接入。
  • 热敏电阻配置:热敏电阻一端接此点,另一端通过 15号引脚 接到 GND
  • 温度计算:读取此点的 ADC 值,计算电压得出温度。
  • 分压测温逻辑:采集分压点电压,计算热敏电阻阻值,根据公式得出当前温度,判断打印头是否过热。

温度计算

Rt = R25 * exp( B * (1/T - 1/T25) )
  • Rt:当前温度电阻值
  • R25:25°C标称值
  • B:B值参数
  • T:绝对温度(K)
  • 打印机在工作时必须检测是否有纸张,若无纸张(缺纸)时强行打印,会导致打印头(热敏头)因缺乏纸张散热而受损。
  • 光电传感器:利用打印机芯内部集成的反射式光电传感器进行检测。
  • 工作逻辑
    • 当传感器检测到纸张时,输出特定电平信号。
    • 当传感器未检测到纸张(缺纸)时,系统通过该信号触发保护机制,禁止打印机继续工作,从而保护打印头。
  • 电路核心:打印机芯内部集成的反射式光电传感器,包含发射管接收管,中间为比较大小电路(比较器)。
  • 工作逻辑
    • 无纸时:光线无法反射到接收管,输出高电平
    • 有纸时:光线被纸张反射到接收管,输出电平变化
  • 设计目的:检测缺纸信号,禁止打印防止热敏头过热损坏。
  • 电路集成与参考
    • 绘制原理图时,可直接参考芯片厂商提供的参考设计进行调整。
    • 厂商提供的方案通常已通过各种检测验证,一般无需修改,直接使用即可。
  • 参数调整策略
    • 若后续需要调整光电检测的灵敏度或检测距离,可以通过修改电路中对应的电阻值来实现。
  • 原理图绘制流程
    • 遵循厂商参考图进行连线,确保信号逻辑与内置的反射式传感器匹配。
    • 确认输出引脚连接到主控芯片的相应接口,以便系统实时监测纸张状态。
  • 位置确定:选定FPC排线对应行,确认左边光电传感器位置。
  • 手册查阅:下载并打开打印机芯芯片手册。
  • 接口识别:手册下方三个接口即光电传感器接口。
  • 三个端口接线:根据这三个口进行连接,形成完整电路。
  • 电路一致性:与之前电路相同。
  • Sanar电阻作用:上拉电阻,保持默认电平输出。
  • 电阻值选择:4.7K 或 10K 影响不大。
  • 比较器选型:使用LM393比较器作为核心元件。
  • 编号复制:从参考电路图中复制LM393的编号,放置到对应位置。
  • 电阻配置:添加56k 0603电阻及其他不同阻值的电阻。
  • 额外电阻规格
    • 24k 0603:放置于上方参考位置。
    • 15k 0603:紧邻24k电阻,进一步完善分压电路。
  • 配置顺序:先56k 0603,再24k 0603,最后15k 0603,确保阈值精确。
  • 10k电阻复制:从参考电路复制10k 10k电阻,Ctrl+C Ctrl+V粘贴到输出端口。
  • 电路绘制完成:基本电路绘制完毕。
  • 连线开始:连接上方线路。
  • 3.3V电压连接:接到3.3V电压这一段,再接到3V3电源。
  • B点连线:下面部分接到B,连到上方。
  • 连接确认:OK,完成连线。

缺纸检测电路的电源与信号配置

Section titled “缺纸检测电路的电源与信号配置”
  • 电源连接规范
    • 将电路的 3.3V 供电端正确连接至系统 3V3 电源网络。
    • 确保比较器及传感器供电路径清晰,避免电源干扰。
  • 信号路径优化
    • 信号输出端 B 需通过合理的走线连接至上方电路,确保逻辑电平能够准确传输至主控芯片的检测引脚。
    • 确认所有节点连接无误(OK),完成缺纸检测模块的物理连线。
  • 信号读取逻辑:芯片读取信号高低,判断是否有纸张遮挡传感器。
  • 输出信号重命名:改为phintphrint
  • 输入端处理:添加输入标签,连接输入端。
  • 排线反接识别:FPC排线反接,3号引脚实际为下方第三个引脚。
  • 连接配置:将3号引脚连接至28号引脚
  • 命名修改:改名为PH1
  • 连线确认:该点连接至对应位置。

热敏电阻电路电源与电阻配置实操

Section titled “热敏电阻电路电源与电阻配置实操”
  • 电源接入:接一个3.3V电源(对比之前图也可)。
  • 30号引脚:直接接地。
  • 180欧电阻:接至30号引脚并接地,需查找180欧电阻。
  • 电路美化与接地:拖拽元件美化布局,发射机端接到地。
  • 引脚对应规则:端子上下对调,对应1、2、3号引脚
  • 3号引脚确认:实际为发射机,按顺序连接1-2-3完成接线。
  • 信号特性:比较器输出为高低电平信号,可接至任意支持输入的引脚。
  • 引脚选型:参考电路图,使用 IO35 连接比较器输出至芯片端。
  • 电路完成:通过最高电瓶高低电平判断当前是否有纸张。
  • 信号特性:有反射时为低电平,无反射时为高电平
  • 复制提示:将支印这一块复制过来作为指示。
  • 添加文本标签标注状态(如有纸/无纸逻辑),便于后续代码编写。
  • 工作模式:采用逐行打印方式,通过电机控制打印纸的进给。
  • 电机作用:在打印完一行后,电机驱动打印纸向前移动一行,为下一行打印做准备。
  • 系统控制:通过电机驱动电路实现对打印纸的精确拖拽,从而完成整个图像或文本的打印。
  • 后续任务:需深入分析打印机芯内部电机驱动电路的控制逻辑。
  • 电机类型:采用两相步进电机,通过精确控制步进脉冲实现打印纸的逐行进给。
  • 供电电压范围:支持 3.5V 至 8.5V 的工作电压。
  • 电源设计建议
    • 由于电机供电电压与锂电池的输出电压范围(约 3.7V - 4.2V)高度重合,可直接使用电池供电,无需额外的升压或降压电路。
    • 满足电机工作电压的同时,简化了电源管理系统的复杂性。
  • 驱动能力约束:由于主控芯片(如 ESP32)的 IO 引脚驱动电流能力较小,无法直接驱动步进电机。
  • 驱动逻辑:必须引入专用的电机驱动芯片或驱动电路模块,以放大控制信号并提供电机运行所需的电流。
  • 选型需求:由于主控芯片 IO 电流不足,必须引入专用驱动芯片,讲者推荐 L293DL298
  • 选型考量
    • 封装尺寸:优先选择封装较小的芯片,以适应小型化设计需求。
    • 成本控制:考虑元器件采购价格,避免高昂的驱动成本。
  • 替代方案:鉴于 L293D 和 L298 封装过大且成本较高,在小型化设计中选用 TC1508 驱动芯片。
  • 选型优势
    • 尺寸紧凑:相比传统驱动芯片体积更小,更适合小型化 PCB 布局。
    • 成本效益:价格仅为 0.925 元左右,显著降低了 BOM 成本。
  • 性能匹配:TC1508 能够满足打印机两相步进电机的驱动需求,且支持锂电池直接供电。
  • 工作电压2.2V 至 5.5V,满足打印机电机范围 3.5V 至 8.5V
  • 供电方式:可直接使用电池供电。
  • 驱动能力:电流满足电机需求。
  • 引脚配置原则
    • NC 引脚:无需连接任何外部电路。
    • VDD 引脚:直接连接电池电源端,实现供电。
    • INA/INB/INC/IND 引脚:作为控制信号输入端,直接连接至主控芯片的通用 IO 口,用于接收驱动电平信号。
    • GND 引脚:直接接地。
  • 电机驱动连接
    • 芯片的输出引脚(OUTA/OUTB/OUTC/OUTD)直接连接至打印机芯电机的对应接口,完成驱动电流的传输。
  • 电路设计要点
    • 采用简洁的直连方式,利用芯片内部逻辑处理控制信号,无需复杂的外围电阻或电容配置,极大简化了 PCB 布局空间。
  • 输出引脚连接OUTA/OUTB/OUTC/OUTD 直接接到打印机芯步进电机的 4根线(A-A、B-B线位)。
  • 控制方式:电机硬接引脚接到芯片端,由芯片控制驱动。

C89480 电机驱动芯片引入与电源连接

Section titled “C89480 电机驱动芯片引入与电源连接”
  • 电机驱动时序:通过高低电平序列控制,实现电机一步步向前行进。
  • 芯片引入:从标准工程复制 C89480 芯片,放置指定位置。
  • 电源连接:VDD 端直接接电池电源。
  • 电源引脚VBAD 供电。
  • 输入引脚:4个控制引脚 pin A、B、C、DIN1、IN2、IN3、IN4 表示。
  • 输出端接地:输出端接地处全部接上。
  • 标签修改:改标签名,把地改好,先完成接地。
  • 输出引脚连接OUTA/OUTB/OUTC/OUTD 接到打印机芯步进电机网标线(打印头启动电机线)。
  • 重命名规则:NA-、A+、B-、B+,对应电机相位线。
  • 端口位置:1号口位于绑定一侧。
  • 27-30号口:对应四个特定位置。
  • 标签连接:将标签(如NA-)连接至对应端口。
  • 端子对调灵活性:电机端子可以对调。
  • 代码时序调整:对调后,在写代码时注意相应时序。
  • 连接顺序:按A+ → B- → B+顺序。
  • 电路总结:打印机电机驱动电路很简单。
  • 连接器类型:EN线系30-pin FPC连接器。
  • 信号组成:除了热敏电阻、缺纸检测传感器和电机外,还需连接其他信号。
  • 功能:VH引脚用于打印头的加热,是核心加热模块。
  • 电路原理:提供打印头加热所需电流,实现打印功能的关键功率输入。
  • VH电源规格:推荐7.2V电压,预留3-4A电流。
  • GND连接:直接接D
  • VDD逻辑电源:接3.3V(芯片手册VDD端指定)。
  • 通道号:位于下方部分。
  • 打印头结构:一行包含384个点,由6个通道控制,每个通道控制48个点(6×48=384)。
  • 控制策略:逐通道控制,每次瞬间最多打印64个点,降低VH电流,保护硬件。
  • 锁存引脚功能:打印头接口包含一个锁存(Latch)引脚,用于控制数据更新的时序。
  • 设计考量
    • 打印头若同时驱动所有384个点,瞬间电流极大,设计难度较高。
    • 通过引入6个IO口控制6个打印通道,可实现分时驱动,降低瞬时电流。
  • 数据传输
    • CLK(时钟线):用于同步数据传输。
    • LAT(锁存线):当数据传输完成后,通过LAT引脚触发,将缓存的数据一次性更新到打印头输出端。
  • 电路实现
    • 在原理图中添加6个IO控制线,配合锁存引脚,实现对384个点的分段精确控制。
  • 数据传输流程
    • CLK(时钟线):用于同步数据传输,确保数据按位准确移入。
    • DI(数据线):串行输入待打印的点阵数据。
  • 锁存(LAT)引脚作用
    • 充当数据缓存的“闸门”。
    • 在完整的一行或一段数据传输完成后,通过LAT引脚触发,将缓存的数据一次性同步更新到打印头的输出端。
    • 这种机制避免了数据传输过程中打印头出现不稳定的闪烁或错误打印。
  • 分段控制实现
    • 通过6个IO控制线配合锁存引脚,实现对384个点的分段精确控制,确保系统在低功耗和低电流负载下稳定工作。
  • 通信协议:打印头数据传输采用 SPI 通信 模式。
  • 简化连接:由于仅需两根线(CLK 和 DI),可将其简化为单线时钟触发模式。
  • 时序同步
    • CLK(时钟线):负责同步数据传输,确保每一位数据准确移入。
    • DI(数据线):串行输入待打印的点阵数据。
    • 锁存机制:数据传输时先暂存在内部寄存器,待数据传输完成后,通过 LAT(锁存引脚) 触发,将数据一次性更新到输出端,避免传输过程中的闪烁或误打印。
  • 控制逻辑
    • 打印头内部状态更新依赖于锁存引脚的电平跳变(上升沿或下降沿触发)。
    • 需在电路中为锁存引脚配置相应的控制逻辑,确保数据在打印前已完整加载。
  • 单次打印数据量:每一轮打印需发送 384 个 bit 的数据。
  • 字节换算:$$384 \text{ bit} / 8 = 48 \text{ byte}$$
    • 每次打印仅需向打印头发送 48 个字节的数据即可完成一行打印。
  • 引脚特性:打印头接口中的 DO(数据输出)引脚在当前应用中无需连接。
  • 设计逻辑:由于系统仅需向打印头发送数据进行打印,无需从打印头读取状态,因此该引脚可悬空,无需额外占用 IO 资源。
  • VH电源需求:打印头VH引脚需7.2V电源,现存供电仅有5V3.3V及电池3.7V-4.2V
  • 解决方案:添加升压电路,将低电压转换为7.2V
  • 选型原因
    • 输入电压范围:支持 2.5V 至 5.5V,兼容现有的电池供电系统。
    • 输出电压能力:最高可升压至 9V,满足打印头所需的 7.2V 电压需求。
    • 可调性:输出电压可通过外部电阻分压网络进行调节。
  • 输入匹配:直接利用电池供电作为输入,因其处于芯片输入电压范围(2.5V-5.5V)内。
  • 电压调节:通过芯片手册提供的输出电压计算公式,配置分压电阻,从而精确设定输出为 7.2V。
  • 电路实现:在原理图中引入 AP2005 芯片,并按照手册推荐的参考电路进行外围电容与电阻的配置,以实现稳定的电压提升。
  • 输出电流:可达4.5A
  • 电流需求原因:打印头单点功率约0.27W,整行打印需充足电流支持。
  • 电压调节:通过外部两个电阻比例调节,设定输出为7.2V
  • 设计依据:升压电路4.5A输出满足打印头整行打印需求(单点~0.27W)。
  • 瞬时负载:单通道同时控制最多64点(非整行)。
  • 功率计算:$$0.27\text{W/点} \times 64 = 20\text{多W}$$。
  • 电流需求7.2V下约2.5A
  • 外围电路相对简单。
  • 输入端:两个旁路电容,降低电源高频纹波。
  • 输出端:两个旁路电容
  • Vin:接输入。
  • C引脚:接10uF电容。
  • VS引脚:接地。
  • 电路设计原则:外围电路设计应简洁,重点在于输入输出端的滤波处理。
  • 输入端配置:并联两个旁路电容,用于滤除电源的高频纹波,确保升压芯片输入端的稳定性。
  • 输出端配置:同样配置两个旁路电容,以保证输出电压的平稳与低噪声。
  • 关键引脚说明
    • Vin:接入电池供电电源。
    • C引脚:外接 10uF 电容,用于芯片内部逻辑或补偿。
    • VS引脚:直接接地,作为系统的参考地。
  • 功能:通过调整 OC 引脚连接的 33k 电阻,可以设定升压电路的最大输出电流限制。
  • 设计逻辑
    • 默认配置下,该电阻决定了芯片的过流保护阈值。
    • 若需限制输出电流以保护打印头或降低整机功耗,可通过增大该电阻阻值来实现。
    • 这种机制允许在不同打印需求下灵活调整电路的电流输出能力,防止过大的电流对打印头造成损坏。
  • 电流限制电阻:默认33k,电流稍大更好。
  • 电感:默认3.3µH
  • 二极管SS54,支持大电流。
  • A1/A2焊盘:决定输出电压调节。
  • 输出电流限制 (OC引脚)
    • 通过连接在 OC 引脚上的 33k 电阻来设定最大输出电流限制。
    • 默认使用 33k 电阻以获得较大的电流输出能力,满足打印头高负载需求。
    • 若需降低电流以保护电路,可根据芯片手册提供的公式调整该电阻阻值。
  • 核心外围组件
    • 电感:选用默认的 3.3µH 电感,保证升压效率。
    • 二极管:选用 SS54 型号,其特性支持大电流通过,确保在高负载下电路稳定。
  • 输出电压调节 (A1/A2焊盘)
    • 电路板上的 A1 和 A2 焊盘用于配置分压网络,从而精确设定输出电压为 7.2V

AP2005升压电路电压计算与绘制起始

Section titled “AP2005升压电路电压计算与绘制起始”
  • 输出电压计算:$$(1 + \frac{1k}{1k}) \times 0.6V = 12 \times 0.6V = 7.2V$$
  • 原理图绘制起始:放置两个33kΩ 0603电阻于下方
  • 输出电压配置
    • 依据公式:$$V_{out} = (1 + \frac{R_{up}}{R_{down}}) \times 0.6V$$
    • 为实现 7.2V 输出,采用分压电阻配置:1kΩ10kΩ,$$(1 + \frac{10k\Omega}{1k\Omega}) \times 0.6V = 12 \times 0.6V = 7.2V$$
  • 原理图绘制起始
    • 复制 AP2005 编号,放置于指定位置。
    • 添加输入输出电容
    • 放置 1k10k 电阻于下方区域,准备后续连线。
  • 输入/输出电容:使用47μF稍大容量电容,搭配12006规格(一个输入、一个输出)。
  • 高频滤波:额外添加100nF电容,用于高频滤波。
  • 封装规格:所有电容采用0603封装。

AP2005升压电路电感与二极管实际选型

Section titled “AP2005升压电路电感与二极管实际选型”
  • 电感选型:参考原理图用4.7µH;手册推荐3.3µH,但实测效果不好,故未采用。
  • 二极管选型SS54,支持大电流,满足打印头高负载瞬时需求,确保电路稳定性。
  • 电源纹波:电池供电纹波不如理想。
  • 接地配置:底部全部接地。
  • 输入连接:顶部左侧为电池输入,先经过电感(电杆)。

AP2005 升压电路二极管选型与电路完善

Section titled “AP2005 升压电路二极管选型与电路完善”
  • 二极管选型:使用 SS54 肖特基二极管。
    • 原因:该型号具备优异的大电流处理能力,能够应对打印头在工作中产生的高负载瞬时电流需求,确保升压电路的稳定性。
  • 电路完善实操
    • 放置 SS54 二极管并完成相关连线。
    • 将电路模块向下移动,以便为后续的模块连接预留空间。
    • 完善模块间的地线连接,确保所有组件参考地统一,保证信号完整性。
    • 确认 EN 引脚与使能信号的连接,确保升压芯片能够正常启动。
  • 反馈电路 (FB)
    • FB 引脚通过分压电阻网络连接,用于设定输出电压(目标为 7.2V)。
    • 分压网络末端直接接地,确保参考电位稳定。
  • 使能引脚 (EN)
    • EN 引脚需保持高电平,芯片才能正常工作。
    • 实际连接时,将使能端直接连接至电源输入端,以确保升压电路在供电时自动启动。
  • 输出端连接
    • 升压后的 7.2V 输出端连接至后续的打印头驱动电路,为加热元件提供所需电压。
  • 高频干扰源:升压电路为相对高频信号源,易产生干扰。
  • 布局要点:电源布置完成后,配置其他通道、对应锁存引脚、时钟和数据引脚至芯片端。
  • 后续注意:PCB布线时需特别关注高频信号走线。
  • 通道引脚:11、12、13、14、18、19、20,对应排线这一段。
  • VH加热电源:连接引脚6和7。
  • 额外VH位置:除了原有VH,还有另一个VH位置。
  • 引脚25/26:作为这两个位置,从这里数起。
  • 更远部分:这一块接完。
  • 通道连线:通道号从12开始,这个位置起接。
  • 准确绘制第13位:怕画错时,打开商场图纸对照绘制,或直接复制,确保无误。
  • 通道标注:标注为TB567TB6
  • 锁存引脚:添加锁存引脚并检查确认。
  • 位置与名称:导存引脚2323位于8号位置,名称为23clet
  • 时钟与数据引脚:伴随时钟引脚数据引脚
  • 连接要求:输出时钟和数据不需连接,仅接输入:8984di94clk
  • 地线连接:一个DI、一个CLK对应地线,以及引脚10、11、21、22GND
  • 基本连接完成,剩余NC引脚悬空,不连接(可标记跳过)。
  • 16号引脚:VDD逻辑电源引脚,连接3.3V
  • 26/27号引脚:不需要,打掉/跳过
  • 未用引脚处理:这些不用的头也要连上。
  • 检查要求:没连的引脚要多检查几次,避免板卡生产出来发现线没连上很尴尬。
  • 输出端口定义:打印机芯接口主要作为输出端,需寻找支持 OUTPUT 模式的引脚进行连接。
  • 参考对比:在配置时,建议对比参考电路图,确保引脚定义与实际应用逻辑一致。
  • 连接顺序:原理图中引脚的连接顺序在设计阶段可以灵活调整,但在编写后续固件代码时,必须确保代码逻辑与原理图中的实际物理引脚一一对应。
  • 引脚映射:在绘制原理图时,应明确各功能引脚(如控制信号、数据传输、状态反馈)的物理映射,避免在软件开发阶段出现逻辑错误。

打印机芯数据引脚与电机连接补充

Section titled “打印机芯数据引脚与电机连接补充”
  • 数据引脚还有13和15
  • 漏掉点:电机一端接到打印头软排线
  • 另一端1、2、3、4接到芯片
  • 参考电路补充这些连接。
  • GPIO分配:主控使用19, 21, 22, 23控制电机(NC0不可用)。
  • 引脚映射:21→1, 22→2, 23→3, 4(时序经驱动芯片到打印头电机)。
  • 绘制完成:打印头部分连线完毕,可参考4D工程核对不清楚处。
  • 检查操作:连线完成后运行DRC,出现比较器相关信息可忽略(不影响功能)。
  • 处理方式:直接清空提示,继续下一步。
  • 进度总结:原理图大部分外围模块已完成。
  • 设备上电后不能直接进入常开机状态,必须具备独立控制开关机的功能。
  • 引入专门的“开机”电路模块,通过按键触发主控系统的电源管理,实现对设备电源的有效控制。
  • 在原理图中添加“开机”电路,与现有的Type-C接口、稳压电路及其他外围模块共同构成完整的电源管理系统。
  • 开关机按钮添加:引入物理按键控制整机电源开关。
  • 打印头VH电源快关:非打印状态下关闭VH电源,遵循手册要求。
  • 原理图实现:添加打印头电源卡模块。
  • 必要性:根据打印机手册要求,在非打印状态下必须关闭打印头电源(VH),以节省功耗并保护组件。
  • 实现方式:在原理图中增加专门的“打印头电源卡”电路模块,通过MOS管实现对VH电源的通断控制。
  • MOS管开关:利用MOS管作为电子开关,当控制引脚(VH_EN)为高电平时,MOS管导通,VH电源接通;当引脚为低电平时,MOS管截止,VH电源断开。
  • 控制灵活性:原理图中物理引脚的连接顺序可以根据PCB布局灵活调整,只需在后续固件代码中将对应的GPIO配置为输出并匹配即可。
+-----------+ +-----------+
| 主控芯片 |----->| MOS管开关 |----->| 打印头 VH 电源 |
+-----------+ +-----------+
(GPIO) (VH_EN)
  • 电路设计目的
    • 满足打印机手册规范,在非打印状态下切断打印头(VH)电源,降低功耗并保护组件。
  • 电路实现逻辑
    • 使用 PMOS 管作为高侧电子开关,串联在电源通路中。
    • 栅极低电平(VH_EN=0)时,PMOS导通,VH电源输出;栅极高电平(VH_EN=1)时,PMOS截止,切断VCC电源。
  • 设计灵活性
    • 物理引脚连接顺序可根据PCB布局调整,固件中配置对应GPIO为输出匹配即可。
+-----------+ +-----------+ +------------------+
| 主控芯片 |----->| PMOS |----->| 打印头 VH 电源输出 |
+-----------+ +-----------+ +------------------+
(GPIO) (VH_EN低电平导通)

打印头电源开关电路原理图集成

Section titled “打印头电源开关电路原理图集成”
  • 电路添加:将打印头电源开关电路添加到原理图中。
  • 标签修改:将对应电源路径改为 VBAT
  • VCC IN 连接:连接到升压模块输出。
  • 额外开关:除了打印头开关外,还有另一个开关。
  • 设计必要性:接上电池后设备持续工作,无法自动关机,需添加物理按键实现手动开关机。
  • 电路实现:使用MOS管控制电源通断,按键触发控制信号。
  • 设计挑战:当前电路在电池接入后即持续工作,缺乏手动关机机制,会导致电池电量被耗尽。
  • 电路方案:引入物理按键配合MOS管控制电源通断,实现手动开关机功能。
  • 工作逻辑
    • 类似于打印头电源控制,通过按键触发MOS管的栅极电平变化,从而控制主电源回路的导通与截止。
    • 即使在电池供电模式下,也能通过该电路实现有效的整机功耗管理。
  • 防静电设计:添加开关电路防止手指静电损坏电路,一般建议添加
  • 电路操作复制电路,建议手动绘制以加深理解。
  • 布局调整:将开关置于左侧VBAT 通过开关后输出 VBATout
VBAT ──[开关(左侧)]── VBATout
  • BAT连接修改:将BAT改为通过开关后输入稳压电路(深压)。
  • 3.3V稳压调整:将3.3V稳压置于电池+开关侧,实现供电控制。
  • 整体检查:审查电路,确认无遗漏问题(鱼肉地方),大致完成。
  • 模块化整理:通过为每个功能模块添加名称标签并使用空框(矩形框)进行物理隔离,可以显著提升原理图的可读性和美观度。
  • 布局调整:在原理图设计中,将各个功能模块(如ESP32主控、电源管理、打印头驱动等)进行分区放置,避免电路过于杂乱。
  • 视觉优化:虽然原理图未进行分页处理,但通过模块化框选,可以根据逻辑功能快速定位电路区域,便于后续调试和阅读。
  • 章节结束:原理图整章节完成,整机原理图绘制完毕。
  • 转换操作:原理图转PCB,所有元器件自动添加进PCB工程。
  • 下一环节:进行PCB布局布线。
  • 问题发现:芯片端VH1引脚忘记连接,提示连接了一个元器件。
  • 修复步骤:对比参考原理图,找到VH1实能引脚(位于IO17)。
  • 操作实操copy VH1引脚,放到IO17相同位置补齐连接。

原理图整体检查与电源审查起始

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  • DRC检查清空:清空检查后,无错误和警告信息。
  • 信息忽略:提示信息不影响原理图设计和PCB内容,直接忽略。
  • 整体审查启动:从电源入口开始检查整个原理图,首先查看Type-C接口(开不吸接口)。
  • ADC引脚确认:ADC引脚连接无问题。
  • 打印头引脚检查:通道引脚、时钟引脚、控制数据引脚已连接到主控芯片,无遗漏。
  • Type-C与USB转串口验证:检查Type-C口,USB转串口模块通过**UD+UD-**引脚连接。
  • TXD/RXD连接:TXD和RXD连接到主控芯片的TSD0ISD0,无问题。
  • 自动下载电路:对比检查自动下载电路无问题。
  • 附近链接驱动电路:检查附近链接驱动电路引脚连接情况。
  • 主控芯片IN引脚:主控芯片IN1、IN2、IN3、IN4四个引脚接到附近链接的IN1、IN2、IN3、IN4
  • FPC排线电源连接:将对应线接到转排线的**Mb+Ma+**等引脚。
  • 检查确认:所有检查无问题后,点击转换为PCB按钮。
  • 应用修改:确认后,所有原器件出现在画板上。
  • 下一步:准备后续PCB布局工作。
  • 第一步确定尺寸:PCB板需装入外壳结构,实现紧密配合。
  • 使用开源结构:按线木提供的PCB尺寸绘制。
  • 自绘结构:根据实际情况确定尺寸。
  • 确定尺寸基准:PCB板框尺寸需严格依据外壳结构设计,以确保装配紧密。

  • 单位设置:在绘制板框前,需确保EDA软件单位设置正确(如毫米mm),若原工程为mil单位,需先进行转换以匹配物理尺寸。

  • 板框绘制规范

    • 明确板框长宽(示例:32.5mm x 74.0mm)。
    • 板框外形即为最终PCB板卡的物理外形尺寸。
  • 设计流程

    1. 确认结构需求(使用开源结构或自定义结构)。
    2. 在PCB编辑界面绘制板框层(Board OutLine)。
    3. 确保所有元件布局在板框范围内。
  • 拖拽操作:绘制完成后,将板框拖拽到一个干净的位置(如空白区域),便于后续元件布局调整。
  • 圆角优化:为了提升板卡外观质感,避免直角带来的生硬感,可以在板框转角处添加圆角(Fillet)。
  • 圆角参数:示例中设置圆角半径为 2mm,在EDA软件中通过添加圆角功能即可实现。
  • 设计验证:完成板框绘制与元件布局后,可利用EDA软件的 3D 视图模式 查看板卡整体外观。
  • 应用场景:通过 3D 预览可以直观检查元器件的物理位置、板卡外形以及装配后的空间占用情况,辅助后续的布局优化。
  • 第三步:根据结构安装位置和信号走向进行元器件布局。
  • 注意事项:暴露接口位置,包括 Type-C端口、打印机排线、开关、电视端子、按键。
  • 公版结构:严格按照尺寸标注。
  • 固定位置接口
    • 开关口与调试按键:按外壳开孔位置精确放置。
    • 打印机拨排线:置于板卡中间。
    • 电池端子:对应外壳安装位置。
  • 模组布局:尽可能靠板卡边缘,天线下方掏空以优化信号质量。
  • 其他元器件:可进行微调调整。
  • Type-C端口:离上边缘 1.7mm
  • 开关端子:离下边缘 5.5mm
  • 右边按键:离下边缘 2.5mm
  • 螺丝孔:板上预留两个螺丝孔位置,确保固定稳定。
接口/位置 距离规范
Type-C端口 上边缘1.7mm
开关端子 下边缘5.5mm
右边按键 下边缘2.5mm
螺丝孔 两个固定孔
  • 螺丝孔规格:内孔半径 1.25A,外圆半径 2.0A
  • 设计操作:可直接copy此孔使用,或自行重新绘制。
  • 布局调整:确定规格后,将对应桩子移至精确位置,如先放置 Type-C桩子
  • 定位操作
    • 在 PCB 布局界面,利用测量工具从板卡上边缘向下引出辅助线。
    • 将辅助线距离设置为 1.7mm,作为 Type-C 接口的对齐基准。
  • 放置技巧
    • 选中 Type-C 封装,将其边缘精确吸附于辅助线上。
    • 这种方式确保了接口与外壳开孔的物理对齐,避免后续装配干涉。
  • 大致位置即可:结构已预留一定容量。
  • 向外偏移:桩子略微飘出一点,便于接线。
    • 原因:不吸线,线端有头;结构有厚度,避免接头进不稳。
  • 偏移尺寸:参考示例确定。
  • 元件定位操作
    • 在 PCB 布局界面,利用测量工具从板卡边缘拉出辅助线,设置精确距离(如 1.7mm)作为元器件的对齐基准。
    • 选中封装后,将其边缘吸附于辅助线上,确保接口与外壳开孔位置物理对齐,避免装配干涉。
  • 桩子与连接器布局建议
    • 桩子(端子)放置时可略微向板外偏移,避免因结构厚度或接线头过大导致连接不稳。
    • 布局时结合实际结构预留的容量,通过微调确保接线空间充足。
  • 元器件选择与移动
    • 若在 PCB 界面难以通过拖拽选中特定元件,可回到原理图界面,通过“交叉选择”功能选中目标元件,再返回 PCB 界面将其拖出进行布局。
    • 使用“旋转”快捷键(通常为 Space 键)调整元件方向,以配合走线和接口位置。
  • 往上拉调整:将开关端子向上移动,设置距离为 5mm
  • 向外偏移:略微向外挪动一点,确保露出外壳厚度。
  • 操作优化:手指易按压,避免结构干涉。
  • 查找按键:通过 SW20 找到 2.5mm 侧边按键
  • 旋转调整:按住空锅键让元件旋转位置,对齐结构空间。
  • 尺寸测量:使用测量工具确认距离下边缘 2.5mm
  • 复制操作
    • 选择内孔,按住 Ctrl 键再选择外轨。
    • Ctrl+C 复制,Ctrl+V 粘贴生成新螺丝孔。
  • 定位步骤
    • 切换到当前工程,按 Ctrl+V 粘贴。
    • 拖拽至孔边缘,对齐固定位置。
  • 上方孔:同法,移至上方对应位置。
  • 查看3D效果:检查模组尺寸和位置。
  • 移到下方:选择模组,拖动至下方。
  • 底层放置:选择底层层。
  • 旋转调整:按住Ctrl键旋转位置。
  • 上下微调:位置上下可稍微移动。
  • 排线调整:操作完成后,将打印机较长排线桩子转过来靠边。
  • 尺寸标注:从边缘开始标注排线桩子尺寸(之前忘记标注)。
  • 尺寸微调与复制
    • 一个点定为17.4mm17.42mm
    • 复制尺寸,但发现偏至17.1mm
  • 新增标注
    • 在此处标注1.1mm尺寸。
  • Ctrl + S 保存习惯:绘制PCB时随时养成保存习惯,防止编辑中电脑掉电/意外导致未保存,重绘浪费时间。
  • 布局确认:螺丝孔已摆好,模组位置已摆放并对齐位置,没问题。
  • 层级颜色区分
    • 顶层(Top Layer):红色。
    • 底层(Bottom Layer):蓝色。
  • 3D 视图验证
    • 通过 3D 预览模式检查元器件的物理空间占用。
    • 确认顶层仅放置连接器(端子),模组等其他元件放置在底层,以优化空间布局。
  • 模组放置:将升压模组放置在板卡下方区域,确保走线与信号完整性。
  • 布局调整:在 3D 视图确认位置后,可根据实际结构需求对模组进行水平或垂直方向的微调,确保各模块互不干涉。
  • 放置位置:升压模组固定在此位置后,摆放其他原子元器件
  • 布局参考:参考板卡位置进行对齐,或按样板工程标准对齐。
  • 个性化调整:喜欢异形对齐时,根据需要微调摆放。
  • 操作步骤:先查看样板,逐一对齐其他元器件位置。

Type-C 接口在PCB中的交叉选择与移动

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  • 操作步骤
    • 切换到原理图界面。
    • 选中Type-C 接口元件。
    • 右键交叉选择,在PCB中高亮对应器件。
    • 拖拽移动到目标位置(如板边)。
  • 元件旋转放置:选中Type-C接口,旋转至合适位置(如板边)。
  • 焊接空间预留:放置时留足手工焊接空间,避免元件间距过近导致焊接困难。
  • 后续操作:摆放完成后,引入下一个Type-C,右键交叉选择连接充电模块。
  • 布局传递功能:在 PCB 设计界面中,可以使用“布局传递”功能,让软件根据原理图的连接关系,自动将所有元件放置在 PCB 的大概位置。
  • 信号与电源流向分析:通过布局传递后的初步位置,可以直观地观察到电源和信号的流向。在摆放元件时,应结合这些流向进行微调,以优化布线路径。
  • Type-C 接口布局策略
    • 接口通常放置在板卡的边缘位置,便于外部连接。
    • 在放置时,必须预留足够的物理空间以方便后续的手工焊接,避免元件过密导致焊接困难。
    • 放置完成后,可通过原理图与 PCB 的“交叉选择”功能,快速定位并连接相关的充电模块电路。
  • 输入电容标识:芯片输入端这两个电容等标识符,熟悉后可删除
  • 参考依据:直接查看圆里图(封装图)即可确认周边电容位置。
  • 清理目的:简化原理图,避免冗余标注。
  • 首次焊接建议:保留元器件标签(如C41电容标识)。
  • 定位与查阅:在PCB实物上查看位置,对应原理图确认规格和连接。
  • 熟练后处理:熟悉后删除标签,简化设计。

PCB布局电容位置调整与右键操作

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  • 输出电容调整:按住空格键调整输出端两个电容的位置,确保焊接方便。
  • 标签删除:熟悉后删除电容标签,简化布局界面。
  • 后续步骤:摆好大概位置后,选中元件,右键进行操作。
  • 元件对齐:在布局时,可以选中多个元件进行对齐操作(如底部对齐),这能显著提升PCB整体布局的整洁度与美观性。
  • 焊接空间预留:特别是针对芯片周边或接口元件,必须预留充足的物理空间。空间不足会直接导致手工焊接困难,甚至无法进行焊接。
  • LED 摆放建议:对于非核心功能的辅助元件(如LED),可将其放置在PCB板的边缘或上方,避免占用核心电路区域。
  • 位置微调:通过移动元件并配合尺寸标注(如1.1mm),确保元件位置精准,符合设计需求。
  • 实时保存习惯:在编辑PCB过程中,应养成随时使用 Ctrl + S 保存的习惯,防止因意外断电或软件崩溃导致数据丢失。
  • 布局检查:完成初步放置后,利用 3D 预览功能查看元器件(如端子、模组)的物理摆放是否合理,确保其处于预期位置。
  • 链柱放置:放置在板边位置。
  • 连线距离优化:选择位置使连线路径最短,便于布线。
  • 空间利用:该位置无其他元件,可保留使用。
  • 电源流向:电源从一端接入,经过模块内部,从另一端流出。
  • 充电状态指示:配置LED指示灯显示充电状态。
  • 交叉选择布局:选择模块,右键进行交叉选择或布局操作,跳转至PCB侧。
  • 位置调整:放置LDO稳压模块,输入端在一侧,输出端在另一侧,确保合适位置。
  • 输入输出确认:明确模块输入端与输出端方向,便于电源流向。
  • 布局策略:目前的PCB布局属于第一轮初步布局,重点在于确定元器件的大致空间位置,而非追求极致的布线精细度。

  • 微调必要性:在完成初步布局后,后续布线过程中通常需要根据实际走线情况进行反复微调,以达到最优的电气与物理设计效果。

  • 布局工作流

    1. 初步放置:先进行整体的大概布局,明确各模块的电源流向与信号路径。
    2. 后续优化:在布线阶段根据实际连线情况,对元件位置进行精细化调整。
    3. 避免过度精细:在初步阶段不必过度纠结于布线的精细度,应优先保证布局的逻辑合理性与焊接空间。
  • 打印头下方位置及元器件:根据经验/记忆微调位置。
  • 打印头470欧电阻:放置在上方。
  • 不确定位置时:打开参考工程
  • 查找模块:搜索对应模块,如链柱
  • 查看位置右键选择,检查其在PCB中的放置位置。
  • 应用布局:以此为参考,进行自身元器件布置。
  • 标签调整:将奇怪标签(如优势)改为R开头的标准命名。
  • 命名规则:链组(电阻)标签一般以R为开头,便于识别和管理。
  • 标签命名原则:为了保持原理图与 PCB 的一致性与可读性,电阻类元件应遵循标准命名规范,即以字母 R 开头(如 R3),避免使用不规范或易混淆的标签名称。
  • 标签修正:在布局过程中,若发现元件标签命名不规范(如显示为 U11 等非电阻类命名),应及时在原理图或属性栏中将其修改为标准的 R 开头格式,以便于后续的 BOM 表生成与生产管理。
  • 电机芯片位置:放置在电机引脚附近,便于连接。
  • 按键LED布局:挪到按键周围,作为指示灯靠近榜卡。
  • 模块化布局:继续推进各功能模块的精细化布局,确保元器件与对应的接口引脚保持物理上的邻近,从而简化后续布线难度并减少信号干扰。
  • 模组元件放置:将元件直接放到对应模组旁边,放置到底层。
  • 底层切换方法:按B键切换底层布局,或鼠标点击底层图层标签
  • 位置调整:找好位置,适应近线(仿线)模式进行对齐。
  • 两个电容位置:F按键切换正向后,放置在电源旁边2号银甲位置。
  • 注意事项:避免其他不当位置,确保靠近电源以优化布局。
  • 避免覆盖:模组内部放置元件会被覆盖,按置于模组旁边。
  • 两个元件:紧邻模组旁边位置。
  • 另外两个元件:同样处理,置于模组附近。
  • 一烟银角元件:放置在上方位置,确保无覆盖问题。
  • 位置设定:首先确定电池端子的物理位置,将其放置在 PCB 的顶层。
  • 快捷键操作
    • T 键:快速切换至顶层(Top Layer)。
    • F 键:执行镜像翻转,调整元件朝向。
    • 空格键:旋转元件方向。
  • 布局调整:将电池端子放置在预定位置,并根据布线需求通过旋转和镜像调整其方向,以确保引脚连接顺畅。
  • 布局策略:在放置电池端子等关键接口时,需结合 3D 预览(切换至 3D 视图)检查元件与外壳、电池等物理结构的干涉情况。
  • 避免干涉:若 PCB 上元件布局不当,电池接入时可能会顶住元件或在插拔过程中导致元件损坏。
  • 空间预留:对于有电池接入的区域,必须预留足够的空间,确保电池接插件能够顺利安装且不与其他元器件发生物理碰撞。
  • 位置微调:往下挪一点点。
  • 开关电路选择:交叉选择开关电路,若被意外移动,重新移回来。
  • 底部放置:电源这一端相关组件统一放在底下。
  • 位置选择:上方空间紧凑,升压电路模块(AP2005 VH升压)单独置于板卡下方,避免干扰其他电路。
  • 参考工程:仿照参考工程布局,将开关电路VH开关控制升压模块集中于板卡下方一端。
  • 放置位置:ESD保护器件应优先放置在信号输入端(如开关引脚附近),以在静电进入电路前提供有效保护。
  • 布局逻辑:通过将ESD器件紧邻接口引脚放置,可以缩短静电泄放路径,减少对系统其他部分的影响。
  • 底层元件放置:对于需要放置在底层的元件,需先选中目标元件,通过软件图层管理切换至底层(Bottom Layer),再进行精细定位。
  • 布局调整:利用对齐工具或参考线,确保底层元件与模组或其他关键路径保持合理的物理间距,防止布局冲突。

PCB布局中的输入输出选择与屏蔽技巧

Section titled “PCB布局中的输入输出选择与屏蔽技巧”
  • 电池输入输出路径:选择电池输入段到VL输出的路径,上方输入经过VL输出。
  • 干扰屏蔽技巧:布局时若其他元器件干扰,选中干扰元件屏蔽掉,使布局更美观。
  • 复网操作:屏蔽后,对剩余元件执行复网,优化连接。
  • VH开关电路模块:额外处理VH开关电路模块布局。
  • 电路拖拽调整:将电路置于底层,拖至VALT靠近目标引脚位置,确保距离合适。
  • 光电组件处理:调整其他光电元件位置。
  • 外围元件添加:补充三级管(三级光)和电阻,置于合适位置。
  • 核心规则:输入和输出电容必须靠近芯片放置。
  • 目的:遵循手册布局建议,确保AP2005最佳性能
  • 性能优化核心:为确保 AP2005 芯片发挥最佳性能,必须严格遵循芯片手册中的布局建议。
  • 电容放置原则:输入电容(Input Capacitor)和输出电容(Output Capacitor)必须尽可能靠近芯片引脚放置,以减小寄生电感和电阻对电路稳定性的影响。
  • 地平面铺设:芯片下方及GND引脚区域全面铺地,提供良好接地和散热。
  • 主电流走线设计:输入走线加粗,输出经二极管直接输出,回路短粗,支持大电流通过。
  • 电流回路优化:确保DC-DC转换中大电流路径尽可能短,减少损耗。

AP2005升压电路高频电源与反馈布局

Section titled “AP2005升压电路高频电源与反馈布局”
  • 高频主电源开关:主接点带有高频电源开关,保持在小区域内。
  • 反馈电路位置:尽可能靠近主芯片,远离分立器件。
  • 布局参考:参考示例布局,首先调整电感与芯片位置。
  • 初始布局策略:首要任务是调整电感 (L)AP2005 芯片 的相对位置,这是整个升压模块布局的基准。
  • 高频开关区域控制:主电源开关节点涉及高频信号,必须严格限制在极小的物理区域内,以减少电磁干扰。
  • 反馈电路优化:反馈路径必须尽可能靠近芯片引脚,并与分立器件保持距离,防止噪声耦合影响反馈稳定性。
  • 布局参考实践:在进行 PCB 布局时,应参考官方提供的典型示例布局,通过对比调整元件方位,确保信号流向符合电源转换的物理要求。

AP2005 升压电路 PCB 布局实操细节

Section titled “AP2005 升压电路 PCB 布局实操细节”
  • 元件摆放策略
    • 输入端对齐:将输入电容调整至芯片上方,使其与输入信号路径对齐,缩短电流路径。
    • 电容与电阻定位:优先摆放输入/输出电容及反馈电阻,确保它们紧邻芯片引脚,减少寄生参数对电路稳定性的干扰。
  • 布局调整习惯
    • 通过旋转元件方位(如将输入电容旋转至上方),使电路板上的信号流向更加直观、简洁。
    • 布局时应先确定核心元件(电感、芯片)的相对位置,再围绕其放置外围分立器件,确保高频开关回路最小化。
  • SS54二极管调整:将其靠近输出端放置。
  • 冗余元件清理:删除不必要的元件,使布局更美观
  • 整体微调:对每个元件进行细微位置调整
  • 过孔避让:元件靠近过孔时,挪动至合适位置,确保适应性。
  • 丝印布局原则
    • 当板卡存在被挖孔区域时,丝印可能无法正常显示,需根据实际情况调整。
    • 布局完成后,对剩余丝印进行整理与摆放,确保视觉清晰且不干扰功能区域。
  • 信号屏蔽与复网操作
    • 若布局中存在干扰,可对特定区域进行屏蔽处理,提升板卡整体美观度。
    • 针对剩余的未连接区域,执行“复网”操作,以优化地平面完整性。
  • 模块化放置:将电流检测相关电路(如三极管、电阻)统一放置在底层,并进行位置微调。
  • 引脚对齐优化:通过拖拽调整元件位置,使 VALT 等关键信号路径尽可能靠近芯片引脚,减少寄生电感和电阻带来的影响。
  • 空间利用:在周边空旷区域进行布局微调,确保元件分布合理,并执行铺铜(复网)以增强电气性能。
  • 布局完成确认:所有原型件基本布局完毕。
  • 剩余位置调整:针对空旷区域及靠近芯片的位置,进行适应性微调
  • 开关命名修改:将“名声”区域改为开关标识,并调整其位置。
  • 字体选择:为元件标签选择合适的字体,提升可读性。
  • 标签重命名:在布局完成后,将原本标注为“名声”等模糊名称的区域,根据实际功能(如“开关”)进行明确命名,提升电路板的可读性。
  • 字体选择:通过调整元件标签的字体样式,确保在有限的PCB空间内,丝印文字清晰易辨,优化整体视觉效果。
  • 添加位置:在VBATRVH3.3V电源旁添加去耦电容。
  • 作用:净化电源信号,减少噪声干扰。
  • 操作方法:从参考工程复制这些电容模块到当前工程。
  • 复制操作Ctrl+C 选中链柱,Ctrl+V 粘贴放入工程。
  • 放置位置:电机旁边对应位置。
  • 电源配置:使用 VBAT 电源连接。
  • 电源修改:电机驱动芯片电源从VBAT改为VBAT-OUT
  • 开关控制逻辑:开机后VBAT-OUT才供电,避免关机时芯片持续耗电。
  • 应用位置:连接至电机内部供电网络。
  • 添加位置:电机两端电源引脚,靠近电机电源位置。
  • 电容数量:添加两个电容
  • 操作步骤:选择电机端子,添加电容并调整位置。
  • 扩展应用:类似处理打印头电源端。
  • 位置调整:靠近打印头电源引脚添加电容。
  • 作用:净化电源纹波,稳定电机与打印头供电。
  • 电源路径:VH电源从下方输出,打孔回到上层,经过两个电源后供给打印模组。
  • 3.3V配置:打印头周边放置两个3.3V电源
  • 大电流路径:电池输出电源 → 开关电路 → 升压电路 → 打印头供电。
  • 走线要求:大电流电源需加粗走线,确保承载能力。
  • 连接操作:电容、电阻、模块间用导线连接,优先处理电源路径。
  • 大电流路径规划
    • 路径:电池输出 → 开关电路 → 升压电路 → 打印头供电。
    • 关键要求:由于涉及大电流,电源走线必须加粗,以确保足够的载流能力,减小压降与发热。
  • 布线操作优先级
    • 优先处理电源网络,确保主电流路径畅通。
    • 其次连接电容、电阻及其他功能模块,保持走线简洁。
  • 线宽设置
    • 默认布线宽度可根据需求调整,例如设置为 2mm 以满足大电流需求。
    • 快捷操作:按 W 键或通过设计菜单选择“单路布线”模式。
  • 参数修改
    • 在布线过程中,按下 Tab 键可调出设置窗口,直接修改线宽等属性,确保即时生效。
  • 默认线宽:0.254(标准细线框)。
  • 恢复操作
    • 按住 W 键或选择布线菜单 → 单路布线
    • Tab 键,修改为 0.254
  • 示例应用:第一块使用默认线框连接。
  • 区域规则:生亚模块下方禁止走线,设置纲要限制。
  • 避免信号线:链路(链桿)附近尽可能不要走信号线。
  • 走线路径要求:所有走线必须经过链路(链涌)后再进入模块。
    • 示例:LDO模块V-OUT电源从输入端经过链路走到输出端,而不是绕到另一侧再链路连接。
  • 输入路径:从散热处输入电源。
  • 走线顺序:电源先经过电容,再进入芯片
  • 适用模块
    • 升压电路
    • 充电管理芯片
    • LDO稳压
    • 下方电容
    • 生产电路
  • 顺序原则:先布难度高线电源线(本板电源要求较高)。
  • 具体步骤
    • 先走电源线
    • 再布难度高线
    • 最后布常规线信号线(空间充裕)。
  • 地线处理:最后通过铺铜打孔连接。
  • 参考实力工程:观察其走线方向作为布线参考。
  • 清理铺铜查看:若画面杂乱,选择空白处铺铜,按 Delete 键删除,即可看清各层走线
  • 图层切换:选择特定图层,如仙景墙,检查细节。
  • 步骤:找到Type-C接口A5线(连R1链路),点击B点连接。
  • 工具:按住W键进入走线模式,或从工具栏选路线 → 拖拽布线。
  • 飞线提示:在布线过程中,软件会显示蓝色的飞线,指示当前引脚应连接的目标位置。
  • 连接逻辑:根据飞线指引进行布线,若发现连接到特定引脚无法连通,通常是因为原理图设计时该引脚并非设计为相连,应遵循原理图的逻辑规则。
  • 布线修正
    • 若布线路径不合理,可删除现有线段,重新规划路径。
    • 走线时应尽量保持45度角,避免直角走线,以优化信号完整性。
  • 走线优化:在布线过程中,若走线显得生硬或不够平滑,可以适当微调元件位置,使走线路径更加平滑自然。
  • 避免直角:走线时应尽量避免90度直角,采用45度角或圆弧过渡,以减少信号反射和电磁干扰。
  • 微调元件:在布线遇到困难时,不要强行连接,应返回检查元件布局,通过微调位置来优化走线空间。
  • 参考布局:在进行复杂模块(如电源管理或升压电路)的布线时,参考已有的成熟工程布局,可以有效避免走线绕路或交叉干扰。
  • 大电流路径(如此线):略粗,先按住W走出来成45度斜角
  • 走线路径:一方面经过电阻给LED供电,另一方面经过两个电容输入充电管理芯片
  • 挪动元件:将元件向右挪一点,确保布线空间充足。
  • 框尺寸修改:参考实力工程,改为1n x 0.8n尺寸。
  • 调整方向:改变框的方向以优化布局空间。
  • 线宽设置:针对特定引脚(如R1链路),将线宽从默认值修改为0.8,以满足特定电流或物理间距需求。
  • 操作路径
    • 选中目标引脚连线。
    • 在属性面板中找到线宽设置项,将其手动修改为0.8。
  • 应用场景:在PCB布局中,对于电流较大或需要避让其他元件的路径,通过增大线宽(如从默认值调至0.8)可以确保走线的物理强度和电气性能。
  • 走线间距与悬浮预防
    • 即使线宽较宽,也不必担心走线会超出焊盘或产生悬浮现象。
    • 最终设计完成后,必须进行DRC(设计规则检查),系统会自动验证焊盘与走线之间的安全间距,确保电气连接的可靠性。
  • DRC的重要性:DRC不仅能检查电气连接逻辑,还能校验物理间距,是保障PCB生产成品率的关键步骤。
  • 规则遵守:违反设计规则会报错,先完成布线,最后执行检查。
  • LED供电线框/输出段:可窄一点,设为0.8
  • 信号线:用0.254,采用45度线

信号线走线完成与立线铺铜计划

Section titled “信号线走线完成与立线铺铜计划”
  • 信号线收尾:先完成剩余信号线走线。
  • 一边完成确认:当前一边走线已完成。
  • 立线连接策略:暂不走线,后续通过铺铜 + 打孔(Via)方式,让整片立线连通成一片。
  • 电源输入路径:电源通过VBAT输入,将线宽改为0.8,先让这一端连入VBAT
  • 桩子位置调整:不希望电杆/桩子下方走线,调整桩子位置,避免从下方引出。
  • 走线优化:上表然后通过,确保连接顺畅。
  • VBAT输入连线:将VBAT线框改为更宽(因为要走大电流),输入到上面。
  • 走线路径调整:微调位置(参考设定工程),尽可能不要让它走到电杆下方;让它走出来,上表然后连通。
  • 网络标签修改:这里改为N,然后W table。

PCB布线中的过孔(Via)操作技巧

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  • 过孔添加:在布线过程中,按键盘上的 V 键即可在当前位置添加一个过孔。
  • 层间切换:添加过孔后,布线会自动跳转至底层(Bottom Layer),此时走线颜色会变为蓝色,表示已切换至底层走线。
  • 层级管理:若需切换回顶层,可再次按 T 键,随后配合 V 键继续添加过孔进行层间切换。
  • 布线灵活性:通过 TV 键的配合,可以灵活处理复杂电路中跨层走线的需求,确保信号通路连贯。
  • 多过孔需求:大电流走线单个过孔不够,用多个过孔增强电流容量,让线条连接更粗。
  • 添加与复制:先在边沿放置过孔,然后复制过来,实现多孔并联。
  • 层切换辅助:按住B键快捷键进行主标切换,让走线跨层过来。
  • 多过孔复制拖拽:使用Ctrl+V复制拖拽,添加6-8个过孔增强大电流容量。
  • 上层到下层路径:上层走线经过这些过孔穿透到底层,输入连接MOS管
  • 输出侧处理:输出同样采用相同方式,连线连接起来。
  • 输出走线路径:输出经过电感(电杆)窄端输入两个位置。
  • 窄位进线处理:进线后位置变窄,按F键回焦到窄端区域。
  • 位置调整探索:窄位走线时,查看多种调整方式(针对长时间卡顿问题)。
  • 位置上移调整:将上方两个电阻三极管位置往上挪,下方腾出走线空间。
  • 间距紧缩:让元件靠近一点,无需离太远。
  • 删除多余:去除拂出部分(突出部分)。
  • 下方同步:下方区域同样处理,优化整体布局。
  • 整体路径:输入经过放弃管两个电源 → 输出到外部使用,主电流主线完成。
  • 详细流程:从这边输进来出来 → 经过电感生键芯片 → 输入到这一端 → 通过过孔(按V) → 回到上层 → 经过这两个
  • 线宽调整:当前线宽过细(过光),改为1.5
  • 过孔优化:当前过孔较少,添加至6-8个左右。
  • 小线宽连接:剩余线条用较小线框连接。
  • 规格设置:按Table 0.254宽度连信号线
  • 微调处理:线条稍拉出一点
  • 上层返回:当前布线回到上层。
  • 剩余线连接:在限制区域内直接连接剩余线条,很方便。
  • 一端直连:点击一端直接连起来。
  • 间距处理:间距太小时,微调位置往上挪一点。
  • 底层走线:从底部引脚引出,沿底层走较长线条。
  • 层间切换:走到空位,按住V键添加过孔,跳至顶层继续连接。
  • 通用方法:其他端口采用相同走线方式。

PCB布线过孔添加与原理图路由优化

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  • 过孔添加:所有孔连通后,按V键添加单个过孔;布线过程中可在合适位置额外放置多个过孔。
  • 路由优化:若布线困难(如5-6引脚初始对调),返回原理图修改网络位置重新调整。
  • 5号引脚走线:顺利走到位置,按V键过孔,线条无问题。
  • 6号引脚问题:走线时发现冲突,需先删除现有线条重新尝试。
  • 调试技巧:观察过孔位置,眼睛跟随线条确认连通性。

PCB布线过孔添加与原理图代码同步修改

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  • 发现问题:布线后线条出现在错误侧边,不美观。
  • 临时处理:在侧边或上方添加过孔,重路由线条。
  • 优化方案:返回原理图修改网络位置(如L口与Nam口对应)。
  • 后续同步:调整原理图后,代码中也要修改对应端口映射。
  • 分线应用:USB线(UD+UD-)可布分线改善信号质量。
  • 速率考虑:下载速率仅115200bps,无需分线即可满足需求。
  • 布线方式:其他线路按相同方式连接完成。
  • 低通信速率:直接走线即可,通信速率不高无严格要求。
  • 规范版卡优化:添加插分对等长线放置布线,提升专业性。
  • 插分对设置:选择**ud + ud-**作为插分对,应用确定后布线。
  • 拖拽布线:选择分线拖拽,两根线同时布线
  • 信号一致性:强度一致确保时延低
  • 高速优势:支持高速信号传输。
  • 布线路径:走过来、走下来完成连接。
  • 直接布线选项:TS0和IS0也可直接走线,或用插放方式连接,没问题。
  • 末端连接:将这一端通过相同方式连起来。
  • 线长微调:连接时若线长不匹配,稍微微调其他线。
  • 其他线路:无特别注意事项。
  • 参考验证:完成连线后打开参考图查看。
  • 地线连接:将其他地线全部连起来,选择一个GND
  • 顶层铺铜:地线连到顶层铺铜平面。
  • 底层铺铜:连接底层铺铜,也选择GND确认,已铺入。
  • 混合过孔设置:选择2mm混合孔,指定GND网络
  • 框选自动添加:框选区域后自动在对应位置添加过孔,使网卡信号更完整。
  • 手动添加选项:可手动在指定位置添加过孔。
  • 检查操作:在完成所有布线后,点击 DRC(Design Rule Check)进行自动检查。
  • 检查标准:若 DRC 检查结果显示所有指标为 0,则说明板卡布线完整,无短路或未连接错误。
  • 错误排查:若存在非零数值,需根据提示定位未连接的网点或布线冲突,并返回原理图或 PCB 布局进行修正。
  • 避免焊盘放置:添加过孔时,避免放置在元器件**焊盘(Pad)**上,确保焊接质量和电气连接稳定性。
  • 间距违规检测:若布线间距过近,即使电气上已连通,DRC检查仍会报错,需根据提示微调走线间距。
  • 错误排查逻辑:DRC报告是定位设计问题的核心依据,通过逐个排查报错列表中的未连接点或间距冲突,确保PCB布局符合制造规范。
  • 过孔布局规范:严禁将过孔放置在元器件焊盘(Pad)之上,否则会严重影响焊接质量和电气连接的可靠性。
  • 立创默认参数:导线宽度、导线到焊盘距离等,按立创生产服务默认值配置即可。
  • 报错修复:出现错误时,将线框改为0.254mm,重新检查DRC,应解决报错。
  • 禁铜区域设置:在DC-DC升压电路周边放置净子框(keep-out区域)。
  • 铺铜排除:铺铜时,该区域不会被覆盖铜箔,确保电路正常工作。
  • 操作提示:调整距离加强后确认无误,再添加禁铜框。
  • 禁铜区域(Keep-out)的应用
    • 在对 PCB 进行全局铺铜时,针对 DC-DC 升压电路等敏感区域,需手动放置“净子框”(Keep-out 区域)。
    • 作用:防止铺铜覆盖该区域,避免对升压电路的电感和反馈回路产生干扰,确保电路性能稳定。
  • 铺铜区域微调技巧
    • 若发现铺铜未覆盖目标区域或覆盖了不该覆盖的区域,可手动添加或调整矩形禁铜区域的尺寸。
    • 调整完成后,需执行“重新铺铜”操作,使软件根据新的禁铜规则更新铜箔分布。
    • 铺铜更新后,通过观察 GND 铺铜的覆盖进度和完整性,确认设计符合预期。

PCB布局布线完成后的原理图检查与下单准备

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  • 删除测试孔:布局布线网表完成后,删除这两个孔(测试点)。
  • DRC检查通过:确认PCB已完成布局布线,无DRC错误。
  • 原理图复查:重新检查整个原理图其他问题。
  • 下单准备:无问题后进入PCB下单步骤(具体下单详见下一节)。
  • 下单前检查:布局布线完成后,进入下单前检查3D图
  • 干涉检测:确认元器件间无干涉,检查位置和距离是否合适。
  • 目的:避免元器件碰撞,确保设计可行。
  • 端子内部检查:确认端子里面情况无问题。
  • 返回PCB端:点击回到PCB这一端。
  • 下单操作:点击上方PCB试版文件进行下单。
  • 文件处理:也可以把这个文件另行处理。