作者： 立創EDA官方
工程主頁鏈接： https://oshwhub.com/course-examples/wu-lian-wang-shi-zhong

簡介：
立創EDA&高校聯合實驗室培訓用例：基于ESP-C3-12F物聯網時鐘設計

1、專案介紹

通過專案的學習，可以學到以下內容：

學習根據資料手冊設計電路的能力；
學習電路PCB設計軟體的使用；
掌握DS1302時鐘芯片的驅動；
學會通過WIFI調取網路時間顯示；
物聯網專案開發環境及驅動代碼的學習；

專案中選用的ESP-C3F-12FWIFI模組主要特性如下：

集成低功耗WIFI和藍牙系統級芯片（SOC）
芯片內置400KB SRAM，384KB ROM以及4MB Flash
提供豐富介面，包括常用的UART、PWM、SPI、I2S、I2C、ADC、溫度傳感器和多達15個GPIO
支持多種休眠模式，深度睡眠電流小于 5uA

2 總體設計方案

該專案設計系統框圖如下圖所示：

該電路使用USB 5V進行供電，經過一個AMS1117-3.3V進行降壓給芯片進行供電，板載CH340N程式下載電路，用于給ESP-C3-12F進行程式燒錄及串口連接，增加三路按鍵進行手動調時功能，兩個LED進行指示供電及聯網狀態；顯示電路選用了一塊MAX7219芯片驅動兩個四位數碼管，顯示時分秒資訊；為保證斷網情況下繼續走時，使用DS1302時鐘芯片，保障斷電及斷網情況下能保持時間記憶走時，

3 硬體介紹

看完這種原理圖后大家是否看懂了每個電路模塊的電路圖呢，如果沒有的話我們一起來分析一下該專案組成的電路是如何設計出來的，

3.1 ESP-C3-12F核心電路

在使用ESP-C3-12F模組設計電路時需要注意以下幾點：
（1）3腳EN為使能引腳，需要進行上拉，高電平使能，芯片作業，在這里外接一個按鍵接地可以控制芯片復位；
（2）默認情況下IO9內部已經上拉，當IO9為0時才能進入下載模式，所以可以在IO9后面加一個按鍵進入下載模式；
（3）建議使用LDO供電，如果使用DC-DC，要求紋波不大于30mv，

3.2 LED及按鍵電路

為了有一個更好的互動體驗，該專案設計了5個按鍵與兩個LED燈，

各個器件功能及IO連接情況如下：

RST	連接IO	功能說明
RST	IO3	復位按鍵
DOWMLOAD	IO9	程式下載按鍵
KEY1、KEY2、KEY	IO10、IO18、IO19	調時功能按鍵
LED1	IO3	芯片使能狀態指示燈
LED2	IO0	聯網狀態指示燈

3.3 電源電路

電源部分使用了一個Micro USB進行供電，配合一個撥動開關實作電源的控制，降壓電路采用了一款非常經典的AMS1117-3.3V的芯片，只需要兩個100nf進行濾波就可以達到很好的效果！

3.4 USB轉TTL電路

程式下載部分使用了沁恒的CH340N進行設計，該電路結構簡單無需外接晶振，在使用5V供電時8腳不需連接電源；使用3.3V作業時需要連接電源，這點需要留意！

3.5 數碼管驅動電路

數碼管內部其實就是一個點陣LED燈組成，如果每個介面都和單片機相連，會浪費大量的IO資源，所以我們需要設計一個數碼管的驅動電路，驅動芯片有很多種，比如常見的有74HC595、TM1640、TM1650等芯片，各種芯片功能大同小異，該專案中選用了MAX7219對兩個四位數碼管進行驅動，該芯片使用3線串行介面與單片機傳輸資料，可以很方便地對多位LED進行控制，在進行數碼管選型的時候注意該芯片驅動的是共陰極LED驅動，不能用來驅動共陽極LED，

3.6 時鐘電路

為保障設備斷網后還能繼續走時，使用DS1302設計了一個時鐘電路，DS1302電路簡單，帶一個紐扣電池使設備斷電后繼續走時，使用一個32.768KHz的晶振給芯片提供精準的時鐘源，

4 原理圖及PCB設計注意事項

4.1 原理圖設計注意事項

在進行原理圖設計前，需要先創建工程檔案夾，然后在里面創建一個原理圖圖紙，安裝原理圖內容進行修改檔案名稱，在設計程序中需要注意以下幾個問題：
（1）確保電路正確，這點尤其重要，錯誤的原理圖會生成錯誤的PCB，導致電路無法正常作業；
（2）具體電路設計參考廠商提供的資料手冊，熟讀關于引腳定義內容；
（3）進行器件選型時注意所選器件是否能夠進行采購到，考慮價格、尺寸和封裝等因素；
（4）原理圖設計完成后進行再次檢查電路連線，可使用立創EDA提供的網路規則檢查，重要的還是需要確認各個電路連接正確；
（5）最后對原理圖進行整理，按各模塊進行布局擺放，使頁面整齊干凈，

4.2 PCB設計注意事項

PCB設計是非常重要的，PCB設計成什么樣我們拿到手上的板子也就是什么樣，一張好的PCB設計圖就像一副漂亮的風景讓人不禁立下身來欣賞，如何才能設計出一張漂亮的PCB，首先需要對所繪制的電路整體有一個系統的認識，電源用什么方式進行供電，輸入輸出人機互動部分該如何展示，元器件擺放該怎么合理等等，在畫PCB之前，我們腦子里應該有一張大致的布局圖了，接下來就不能光在一邊比劃了，不能讓靈感消逝，趕緊握起滑鼠開始動手布局走線吧，
PCB設計第一步：外形確定
在設計PCB時，需要先確定想要完成的一個外形，你的板子是做成正方形的、長方形的、圓形的、還是一個海綿寶寶外形的呢？這就需要根據電路的功能和你的個人愛好進行選擇了，

**圖片參考源于：**重慶師范大學物理與電子工程學院無線電協會學生作品，點擊查看工程
PCB設計第二步：元器件布局
外形設定好后接下來就該把元器件放到邊框內部進行布局了，器件布局要考慮幾個原則：

按電路模塊布局，每個電路的核心器件和外圍器件放到一起；
按電路功能布局，特殊器件布局時周邊不能放置元件，避免干擾等；
按器件特性布局，輸入輸出介面應放到板子邊緣，方便操作，
在進行元器件布局時善于使用立創EDA原理圖中頂部選單欄選擇工具的布局傳遞功能（快捷鍵：CTRL+SHIFT+X）可以快速地對元器件進行分類布局展示，該專案元器件布局參考如下：

該布局中，將USB電源輸入與開關放置在PCB板底層左側，頂層兩個四位數碼管并排，下方四個按鍵排列，右上角放置兩個指示LED；底層中間放置電池座，配合下方的兩個銅柱介面用于整個電路板的結構支撐，其余芯片都放置到底層，使時鐘顯示更加美觀，
PCB設計第三步：PCB走線
一個好的元器件布局已經完成了整個PCB設計的一大半作業，但是前面的布局也只能是大概的布局而已，實際需要在進行PCB走線的時候調整，邊畫邊調，直到完成我們腦海中樣子，以下提供PCB走線需要注意以下幾個要點，更多的設計要點還需要我們在設計中不斷積累經驗，提升自己的設計繪圖能力，

（1）電源及信號走線按照信號電流流向，嚴格按照原理圖設計圖進行布局設計，即使它們都連接上去了，沒有報錯，但也要考慮先后順序，先經過A再到B，最后到C，不能直接從A到C到B，這點在初學的時候尤其重要，

如圖所示，電源從C1上方輸入，經過電容C1，流到芯片U1進行降壓后通過C2進行輸出，并且要求電容與芯片靠近整齊擺放，

（2）在PCB走執行緒序中注意線寬設定大小，電源線應比信號線稍微粗一些，可以設為30mil，常規信號線設為15mil，線寬不能設定過細，應考慮工廠生產工藝，列舉嘉立創PCB生產工藝如下圖所示：

（3）在實際走執行緒序中連接兩個相同網路的焊盤用導線連接，導線應優先走直線，橫平豎直，可以通過調整器件布局使兩個點間的連線最短，如果無法保持直線應優先使用135°鈍角或者圓弧走線，保持設計美觀，