PS：视频在文末，STC32是一块制作本钱只有10元的单片机：一欠妥心做出了产品级51单片机
一、功能先容
逐梦壹号是这款智能小车的名字。它通过蓝牙连接手机APP遥控。拥有无人驾驶循迹功能。
它以 STC32 核心板为主控，两节 3.7V14500 锂电池供电，经由 7805稳压芯片输出 5V 电压给单片机与其它模块进行供电。
一辆精良的四驱小车，它的功能必须是强大的，逐梦壹号具备以下八项核心功能，且每一项功能都对应了单片机知识点：
车头放置两个 LED，仿照汽车灯光系统，如行驶过程中的单闪，双闪以及近光灯和远光灯的功能，学习单片机的输出功能；利用独立按键，仿照汽车一键启动功能，模式切换功能，学习单片机的输入检测；无源蜂鸣器用于产生音乐及警报功能，学习定时器功能配置；路上没电怎么办，利用电池电压检测功能，ADC 电阻分压网络给单片机采集电池电压，电量过低时会警报，学习 ADC 电压采集功能；四路电机独立掌握，实现小车行走，学习电机驱动“及” PWM 输出功能；前方有障碍物，超声波避障，读取与前方障碍物的间隔，避免撞车，让小车行驶更安全，学习传感器的利用；利用 393 比较器电路与红外光电传感器检测地面黑线，实现小车无人驾驶循迹功能，学习传感器的利用；利用蓝牙模块，通过手机 APP 掌握小车行驶，节制串口协议与数据传输；逐梦壹号功能布局图如下所示：
图 2-1 逐梦壹号功能布局图
二、事理图设计
相信聪明的你已经对逐梦壹号的功能有了一个大致的理解，那么这些功能是如何实现的，它们的电路该当如何进行设计呢？
1.核心板电路逐梦壹号上的主控是一块可拔插的 STC32 核心板，利用核心板的好处是可以自由设计改换主控，而且焊接起来更加方便。
在学习过程中完成逐梦壹号四驱车的设计后还可以用核心板去设计其它的扩展项目，其余核心板尺寸小巧可以直接插到面包板或者洞洞板，实现快递搭建电路模块进行验证。
图 3-1 STC32 核心板电路事理图
图 3-2 STC32 核心板功能布局图
核心板上板载 CH340N 串口芯片，合营程序下载按钮，可以直接进行程序烧录以及串口调试。24C02 Flash 存储芯片用于程序空间的扩展，适应更加繁芜的项目开拓利用 431 基准源给芯片供应稳定的基准电压。作为最小系统必备的独立按键和 LED 灯也是必不可少的单独对核心板进行学习，也能够节制 STC32 的基本开拓能力，接下来要做的便是通过一些扩展项目加强个人能力和培养与项目开拓的能力。
2.电源输入电路
在设计电源电路时须要重点考虑四驱小车整体的事情电压：
比如 STC32 核心板的事情电压是 5V，电机参考电压是 6V，那么电源输入电压就不能低于 6V。常见的供电设备便是外接电池。
一样平常的干电池是 1.5V，那至少须要 4 节电池， 而干电池又不能循环充电，随意马虎造成资源摧残浪费蹂躏。故而选择支持充电的锂电池。
锂电池的种类很多，在详细选型的时候紧张根据体积以及容量来选型。综合考虑小车整体大小，终极选用了 14500 两节锂电池供电，事情电压为 3.72=7.4V。
设计电路如图 3-3 所示：
图 3-3 电源输入电路
图中P1 为双节 14500 的电池座，装上电池后，经由 D1 防反接的二极管，开关 SW1 打开，电源通过 7805 线性稳压器稳压到 5V 输出。
C1 和C2 为电源滤波电容；LED1 为电源指示灯；R5 为限流电阻，这里取 10K，让LED 发光不会太亮，同时也是为了减少项目中所用元件种类；U1 为 7805 稳压器的散热片，避免事情过久芯片发热严重，给它降降温。
3.LED 驱动电路
没有车灯的小车是没有灵魂的，那还必须选择高亮的 LED 用来仿照汽车的旁边车灯。
LED 灯的阴极接电源地 GND，这里限流电阻取值就稍眇小一些，让LED 电流更大，灯更亮；LED 灯的程序掌握也比较随意马虎，R7 电阻左端连接一个LED-R 的网络标签与单片机引脚连接，当引脚输出高电平时，二极管导通，LED 点亮；利用定时器及延时以及 IO 口输出配置，就可以实现车灯闪烁以及高亮和弱亮的呈现效果了。
图 3-4 LED 灯驱动电路
4.按键输入电路
为了仿照一键启动以及模式切换功能，在智能小车上利用一个独立按键进行掌握，可以实现长按以及短按的功能。
该按键引脚与单片机的中断引脚相连，也可以进行中断实验演示。
检测事理为：单片机的引脚与按键连接，当按键按下时， 按键导通接到 GND 电平，即单片机引脚检测到低电平后见告单片机我已经检测到按键按下的旗子暗记了，你可以去实行 XXX 操作。这便是单片机外部旗子暗记检测的基本事理。
图 3-5 独立按键电路
5.蜂鸣器驱动电路
为了当智能小车能发生发火声音，你可能会想加上一个喇叭，但是同样还须要一个声音旗子暗记的产生，如此设计的话整体电路会变得比较繁芜。
在浩瀚电子元器件中，有那么一种神奇的元件，它可以发出各种腔调的声音，它便是无源蜂鸣器。相对付无源蜂鸣器，它还有个亲兄弟叫有源蜂鸣器。
值得把稳的是这里的“源”指的是振荡源而不是电源。
有源蜂鸣器只要通上电就可以发出响声，无需外围电路设计，缺陷是只能固定发出某个频率的腔调， 不能变动。
而无源蜂鸣器不能直接通电利用，还须要外部输入一个振荡旗子暗记，缺陷是外围电路设计相对繁芜些，但能够自由掌握蜂鸣器输出的声音，我们就可以利用无源蜂鸣器这一特性天生一些美妙的音乐了。
图 3-6 无源蜂鸣器驱动电路
由于单片机的 IO 口驱动电流太小，不能直接驱动无源蜂鸣器，以是须要专门设计一个驱动电路，如图 3-6 所示。
S8050 三极管起开关浸染，当输入旗子暗记为高电平时，三极管导通，蜂鸣器发声。二极管 D2 为续流浸染，保护蜂鸣器不会破坏。
6.ADC 检测电路
ADC，即仿照旗子暗记转数字旗子暗记的转换器。
电压旗子暗记是一个仿照值，一贯不断的变革状态的，利用单片机的 ADC 功能，可以将变革的电压状态转换成我们所须要的电压参数。
我们所用的锂电池电压为 3.7V 不代表电池满电电压是 3.7V， 而是 4.2V，当电池电压为 3.7V 时电量仅剩 20%，此时应把稳充电。
有了 ADC 电压检测功能就可以很方便的时候监控电池的容量，再结合无源蜂鸣器做一个电量过低的警报，提醒我们该去充电了。
逐梦壹号利用两节锂电池供电，即 4.22=8.4V，这个电压是不能直接接到单片机的 IO 口的，随意马虎破坏单片机。通用的处理办法是利用电阻进行分压或者说利用运放电路将电压降落到单片机容忍的电压以内。
这里我们利用了三颗 10K 的电阻进行分压，取 1/3 电压点接到单片机的 ADC 引脚。
图 3-7 ADC 电阻分压电路
7.电机驱动电路
电机驱动是小车的根本所在。单片机直接输出的电流太小，不敷以带动小车行走。
电机电路采取了 RZ7899 电机专用驱动芯片，该芯片外围电路大略，非常适宜智能小车等小型电机驱动运用。它由逻辑输入端口 BI 和 FI 掌握电机提高、退却撤退以及制动，合营单片机 PWM 输出可以掌握电机转速。
在焊接时把稳在电机上并联一个 104 的瓷片电容起着防滋扰的浸染。电机则利用的 N20 电机，小巧精细，电机焊接时利用排针直接与电机掌握引脚连接，十分方便，小车的安装后续可不雅观看组装视频。
图 3-8 电机驱动电路
8.超声波避障电路
为了避免逐梦壹号在行驶过程中涌现撞车事件，利用了一个超声波模块放置在小车车头。
超声波模块的型号为 HC-SR04，利用四个引脚与单片机连接，分别是 GND、VCC、Trig 以及 Echo 引脚。
撤除电源引脚，只须要两根旗子暗记线就可以检测超声波，也能检测前方障碍物的间隔，检测事理方法将在软件部分讲解。
图 3-9 HC-SR04 超声波模块
图 3-10 超声波模块接口电路
9.红外循迹电路
红外循迹电路因此 ITR9909 传感器为核心，利用 XD393 比较器进行检测输入状态，合营精度调度的电位器，丈量间隔在 1mm~15mm 范围内可调节。
小车循迹一样平常是在白色地板上沿着一根黑线行走，利用红外光在不同颜色的反射情形进行识别：
红外光一贯对外发射，车底如果是白色地板，光芒会被折射回去，此时吸收管吸收到旗子暗记，经由比较器输出低电平，LED 指示灯亮，单片机检测到低电平；如果车行驶在黑线周边，红外光被玄色接管，吸收管吸收不到发射的旗子暗记，此时比较器电路输出为高电平，LED 指示灯熄灭，单片机检测到高电平。循迹实在也便是一个探求黑线以及沿着黑线行走的过程。
图 3-11 红外光电循迹电路（右侧两路）
10.蓝牙接口电路
既然是要做一辆智能小车，那么无线掌握少不了。
常用的智能小车掌握方案有：红外、蓝牙、WIFI、2/4G 等方案。逐梦壹号所选用的是蓝牙掌握，这种办法电路大略，手机便是遥控器，其余还可以学习蓝牙 APP 的设计。
智能小车上利用 HC05 蓝牙主从模块，一共有 6 个引脚。
EN 引脚用于掌握蓝牙模块进入 AT 指令，设置为高电平时，可以设置蓝牙模块的状态与数据传输；VCC 引脚和 GND 引脚为电源输入引脚，输入电压范围为 3.6-6V；TXD 和 RXD 是用于与单片机连接的串口引脚，个中 RXD 接单片机的 TXD，TXD 接单片机的 RXD 引脚，此处需留神不能接反；末了一个引脚为 STATE 引脚，功能是显示蓝牙配对的状态。当蓝牙连接上手机时，该引脚输出高电平。图 3-12 HC-05 蓝牙主从模块
图 3-13 蓝牙模块接口电路
11.电路事理图及器件列表
将以上电路进行整合，我们就得到了下图的整体电路设计图。
图 3-14 逐梦壹号电路事理图
在嘉立创EDA 绘制逐梦壹号事理图时，可按照下表中的器件名称、封装及立创商城编号进行搜索设计，也可以自由选型，设计过程中如有迷惑可查看逐梦壹号事理图设计视频，视频就在文末，以下物料清单仅供设计参考：
三、PCB 设计
完成电路事理图的设计之后那么下一步就来到了 PCB 设计环节。
1.小车形状设计
一辆帅气的四驱小车，那么必须拥有一个精细的车型。
我们可以在网络上找到各式各样四驱车的车型参照设计，如果你恰好会 3D 建模，还可以打造属于自己独一无二的智能小车。
图 4-1 田宫双星四驱车T2 底盘
图 4-2《四驱兄弟》胜利冲锋四驱车
智能小车的形状可以在专业的CAD 软件里面设计后将DXF 软件导入到嘉立创EDA 专业版里面作为板框层—即 PCB 的形状，也可以直接在软件里面根据自己的想法进行设计创造。
逐梦壹号的车型设计时参照了技小新四驱智能小车，结合电路构造特性设计而成，完美地将所有元器件合理地摆放在车体上，纵然不加外壳也显得十分好看。
详细设计方法请查看视频教程。
图 4-3 技小新四驱小车底盘图
图 4-4 逐梦壹号形状示意图
2.PCB 布局
在进行 PCB 设计一定须要把稳的是布局的合理性，在有限的板子空间内放置电池、电机、核心板以及各种电路模块。
布局合理性指的是输入输出接口能操作方便，各电路模块摆放在同一区域且摆放整理。
在对智能小车进行布局时只须要根据小车的功能区域进行摆放：四个电机分布在两侧，超声波模块放前面，光电循迹传感器靠近车头，电池盒和核心板位置放中间位置，电源及开关放车尾便于操作。
这样一顿操作下来实在小车整体布局已经出来了，旁边两翼可以根据电路情形摆放蓝牙模块以及蜂鸣器电路。
总结下来便是先放核心器件，再摆放其它次要器件，器件布局时按各个电路模块放置， 考虑电气特性，摆放整洁合理。详细布局流程与方法请不雅观看视频课程：
图 4-5 逐梦壹号布局参考图1
图 4-6 逐梦壹号布局参考图 2
3.PCB 走线一个好的布局相称于完成了 PCB 设计的一大半事情。
在 PCB 走线时需将电源线适当加粗，网络线粗细程度为：GND 线>电源线>旗子暗记线。
在逐梦壹号智能小车设计中，主电源输入线宽为 45mil，VCC 及+5V 网络线宽为 30mil，常规旗子暗记线为 15mil，电机驱动处利用 80mil 粗导线连接，提高导线过流与散热能力。
图 4-7 电源线与旗子暗记线线宽比较
图 4-8 电机驱动芯片连接图
走线避免走直角，利用 45°角折线或者圆弧走线，走线以横平竖直为主，须要拐弯时拐角要小，保持走线的都雅性。
图 4-9 圆弧拐角走线（精确）
图 4-10 135°拐角走线（精确）
图 4-11 直角拐角走线（缺点）
图 4-12 拐角折线过长（缺点）
4.整理与优化
PCB 走线完成后接下来进行下一步，整理与优化。
这一个步骤须要像菜市场挑菜一样，细细检讨，把一些可能存在的问题依次打消，末了在加上丝印标记以及 logo 就可以完玉成部 PCB 的设计了，可根据以下步骤逐一优化 PCB：
第一步：检讨 DRC，根据提示办理 DRC 缺点
DRC（设计规则检讨）的检讨在 PCB 设计里面尤为主要，为了避免走线遗漏以及走线太近等问题的涌现，在完成 PCB 设计后需进行 DRC 检讨。
点击嘉立创 EDA 顶部工具栏的“设计”-“DRC 检讨”，也可以利用快捷键“S”打开底部面板，选择 DRC，点击“检讨 DRC”，检讨出问题后点击问题的工具即可在PCB 中定位到缺点的地方，根据报错阐明进行修正即可。
图 4-13 的缺点提醒便是忘却连接 GND 导线了，当然这个问题可以用敷铜功能快速办理。
图 4-13 DRC 检讨窗口
第二步：放大 PCB，逐步检讨走线连接情形
这一步实在便是用鼠标滚轮放大 PCB，从电源输入部分再到单片掌握电路逐一排查，对整体走线进行优化。
须要检讨的地方有：导线超过焊盘冒尖、导线折角过长、差分等长走线未对齐、焊盘出线方向不对、导线太细、导线间距太窄、电源走线不合理等根本问题。
检讨完毕后还须要对整体 PCB 进行添加泪滴操作， 以加固焊盘与导线的连接，避免焊接过程中过热导致导线铜皮脱落。
第三步：添加丝印及 logo 标识
走线优化完成便我们的 PCB 设计已经靠近尾声了，为了让这份辛劳有一个好的扫尾，丝印标记以及 logo 添加也是必不可少的。
逐梦壹号智能小车上须要外接一个蓝牙模块以及超声波模块，设计时须要留神是否有明显标记引脚功能，防止模块插反报废。
接口位置标记后接下来须要对所有的元器件位号进行整理，位号摆放位置需同等。空间许可的情形下还可以把元件的参数也显示出来，在焊接时就显得十分方便了。
末了再得当的位置加上自己喜好的图案以及 logo，完成 PCB 的设计。
四、视频课程
智能小车视频课程<事理图绘制传授教化>如下：
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逐梦壹号的开源文章已经结束，但实践学习之路才刚刚开始，当你结合视频课程连续学习，你将收成：
学习单片机项目电路剖析的方法，学会如何看懂事理图；学习单片机电路设计方法，初步节制元器件选型与数据手册阅读；节制嘉立创 EDA 设计事理图和 PCB 方法，设计属于自己的智能小车；节制元器件焊接的根本方法与硬件调试技能，成为新一代“焊武帝”；学习 STC32 单片机的根本功能和外设利用，上手 STC32 项目开拓；节制嵌入式软件开拓、代码的阅读与 BUG 调试的方法与技巧；希望大家可以通过小车的学习，顺利节制单片机项目的开拓能力！
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