基於ESP32的桌面小螢幕實戰[2]:硬體設計之充電管理

茴香豆的茴發表於2024-11-06

1. 硬體基礎知識

1.1 原理圖設計、PCB設計、PCB(電路板)、PCBA(電路板+元器件)分別長什麼樣?

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1.2 高低電平

一般可以理解為輸出電壓=VCC就是高電平,輸出電壓=GND(一般是0V)就是低電平,分別用1和0來表示,這個是理想值。
但實際上它也有一個範圍,比如你的微控制器供電壓(VCC)=5V,那麼datasheet裡會說明
高電平最低要達到多少伏,比如給出的是3.7V,那麼在3.7~VCC的範圍內,微控制器都會識別成高電平。
低電平會說明最高能達到多少伏,比如0.8V,那麼GND~0.8V這個範圍內的電壓都會被識別為低電平。

1.3 常見術語

GPIO:通用的數字輸入/輸出介面

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I2C:一種雙向、序列、同步的通訊協議

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SDA:資料線
SCL:時鐘線

SPI:序列外圍裝置介面

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1.4 電阻、電容、封裝

電阻的作用:限流、分流、分壓
電容的作用:濾波、旁路、去耦、儲能
封裝:封裝不同,尺寸不同,影響到焊接難易

2. 繪製原理圖的準備工作

2.1 下載手冊

在“立創商城”搜尋“TP4056”,可以看到TP4056的資料手冊。我們可以參考手冊內容繪製原理圖。

用同樣的方法,下載好其他手冊,就可以開始繪製原理圖了。

2.2 如何繪製原理圖?

  1. EDA下載與工具介紹
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    考慮到上手成本,本專案用立創EDA
    嘉立創EDA官網下載專業版

  2. 從外設選型記錄的編號,把器件放入EDA

    官方提供符號和封裝的,直接使用;官方沒提供的,自己建立

  3. 外設方案由Datasheet、論壇、TB、搜尋確定

  4. 繪製原理圖

3. 繪製原理圖(以充電管理為例)

3.1 匯入檔案

(1)開啟立創EDA,匯入專業版

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(2)無需解壓,直接選擇

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(3)匯入

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(4)選擇工程路徑

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3.2 確定主控晶片的最小系統

樂鑫官網的“硬體-->晶片-->ESP32-->32圖示”找到ESP32

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在“ESP32模組”中找到“ESP32-WROOM32E/32UE”

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點選後,進入技術規格書。在第23頁,有“外圍設計原理圖”

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3V3是電源
EN引腳是復位端,當EN引腳接地時,晶片復位

下圖所示區域是晶振部分,本專案可以刪掉它

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TXD0和RXD0是燒錄口

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IO0用於切換晶片的正常模式和下載模式。下載時,需要將此引腳拉低,正常執行時,保持預設電平即可。

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3.3 外設介面說明

3.3.1 TP和I2C

INT和RST用普通的IO口即可。

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確定SCL和SDA連線的引腳,需要在《ESP32­WROOM­32E ESP32­WROOM­32UE 技術規格書》中找哪個引腳是固定有I2C功能的。

在“表3:管腳定義”的“功能”欄中找I2C,沒有找到。那就去ESP32的datasheet中找。《ESP32­WROOM­32E ESP32­WROOM­32UE 技術規格書》的第30頁提供了連結。全域性搜尋一下I2C,找到下圖所示內容。

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說明ESP32只要支援GPIO的管腳,就能支援I2C。ESP32的datasheet中說明:ESP32 共有 34 個 GPIO 管腳。本專案選用IO32和IO33,因為它們離端子更加近,走線方便一點。

不用IO34和IO35的原因:
在ESP32的datasheet的附錄“A.4. IO_MUX”表格中顯示,IO34和IO35只支援輸入,不支援輸出。

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3.3.2 墨水屏 SPI

在ESP32的datasheet中可以看到,ESP32一共有4個SPI引腳。SPI0和SPI1被用在模組內部的flash裡。所以本專案用SPI2和SPI3。

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從上表中可以看到,只要支援GPIO的管腳,就支援通用SPI。所以就可以選擇走線方便的引腳。

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3.3.3 蜂鳴器 GPIO

普通的GPIO,選擇走線方便的即可。

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3.4 充電管理

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3.4.1 放置晶片

在立創商城搜尋TP4056

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可以看到編號。在立創EDA中搜尋這個編號,可以看到原理圖和封裝。點選放置就能直接用。

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這個型號的晶片典型應用如下圖所示(TP4056的datasheet有這張圖)

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3.4.2 給PROG接一個1.2kΩ的電阻,封裝是0603

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放置上去

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為什麼要接1.2kΩ的電阻?

TP4056晶片的資料手冊中有說明,推薦1.2kΩ

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3.4.3 接2個發光二極體

在立創商城中搜尋LED,找到封裝接近0603的LED,選個紅色的

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在立創EDA中搜尋C19171390

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放置上去

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換個顏色再找一個,在立創商城裡搜尋“LED 發光二極體 綠色 0603”

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在立創EDA中搜尋C7371905

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注:按空格鍵可以更改器件方向。

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ctrl+c和ctrl+v加2個限流電阻

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3.4.4 接電容

過沖可能會擊穿,電容的耐壓值一般選擇2倍以上。5V供電,耐壓值應選擇10V。

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3.4.5 接地、接電源

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3.4.6 USB 端子

專案中用的是C692421

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3.4.7 連線

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把紅框中的+5V改為VUSB

3.4.8 電源端子

電源端子用來接電池。本專案中用的是C2905009

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3.4.9 電池焊盤

電池焊盤官方沒有提供,需要自己建立

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畫方框加一個引腳

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在新彈出的視窗中選擇“異性焊盤”

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在彈出的視窗中點確定。

測量一下剛剛畫的尺寸,是1.026mm。後續可以根據實際需求確定大小。

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下面關聯封裝

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回到原理圖,在庫中找到電池焊盤。注意:要把剛才的元件和封裝圖儲存。

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放置焊盤

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可以看到剛剛畫大了,需要調整一下。最後畫成資料中的樣子就行,

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這樣,充電管理的原理圖就畫好了。下篇文章將繪製主控、墨水屏、TP、USB轉串列埠、蜂鳴器、穩壓的原理圖。

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