参考教程：【教程】零基础入门PCB设计-国一学长带你学嘉立创EDA专业版 全程保姆级教学 中文字幕（大师篇已更新）_哔哩哔哩_bilibili
1、51单片机核心板元件选型
（1）单片机最小系统是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对于51系列单片机来说，单片机、晶振电路和复位电路组成了一个最小系统。晶振电路是单片机的振荡电路，通过晶振来放大输出信号；复位电路则用于重置单片机的系统状态，使其重新初始化。
（2）对于初学者来说，建议选择STC89C52系列的51单片机，以下也是选择STC89C52RC这款单片机进行实验，选好单片机以后需要从生产厂家处获取对于的数据手册，直接找到单片机最小应用系统一节，确认晶振频率和复位电路。
（3）单片机最小系统中的电源是指能量的来源，其中将VCC（40号脚）和GND（20号脚）视为电源的输入和输出，接地端（电源负极）则用于与地面形成电气连接。手册中提到可以从USB取电，不过电脑的USB接口输出的是5V的电源，而51单片机接受的是3.3V的电源，为此需要使用LDO芯片AMS1117进行电压转换（并非只有这一种芯片有此功能）。
（4）单片机固然重要，但它往往是为了控制外围电路而存在，所以还需要设计外部功能电路，比如LED灯电路等。
2、51单片机核心板原理图设计
（1）在开始页新建一个工程，命名为"51单片机核心板"，并同步更改板子、原理图和PCB的命名。
（2）电源电路绘制：
①在库中找到6P的Type-C接口，将其添加到画布中，其中GND接地，VBUS接正极，CC与快充功能有关，此处不涉及快充。
②在常用库中找到R0805电阻，在画布中添加两个，并将其阻值更改为5.1kΩ（双击其原本的阻值即可更改，拖动标注即可更改其位置）。
③将两个5.1kΩ的电阻分别连接到CC1和CC2（单击灰色原点即可引出导线，再单击另一个灰色原点或另一条导线上的某一处即可完成连接，中途单击空白处可以拐弯，且绘制完成后也可进行调整），同时电阻的另一端以及芯片的GND引脚、EH端需接地GND，GND在工具栏中可以找到。
④将芯片的VBUS引脚接到5V电源上，5V电源在工具栏中可以找到。
⑤在库中找到SS3235S开关元件，将其添加进画布中，该开关有两侧触点，实际上这里只用一处触点即可。
⑥SS3235S开关元件用不到的一侧触点全部接地（不允许有引脚悬空），另一侧触点一端连接5V电源，另一端要将电送入LDO芯片AMS1117进行电压转换，此处用+5V的网络标签替代。
⑦在库中找到AMS1117元件并将其添加进画布（要选择3.3V的），将其两个VOUT直接连接，作为电源输出，连接+3.3V网络标签，VIN作为电源输入，连接+5V网络标签，GND接地即可。
⑧为了指示电源的工作状态，在常用库中找到LED0805并添加进画布中并接在+3.3V标签后方，另一端接地（注意二极管的正负极性），不过单单接一个二极管电流可能过大，于是需要在中间再添加一个1kΩ的电阻。
⑨根据AMS1117元件数据手册的参考电路，需要两个10微法的滤波电容，这里可以在常用库中选择0805贴片封装的陶瓷电容，分别添加2个10微法的电容和2个0.1微法的电容，做一个双电容滤波，效果会更好。
（3）单片机最小系统电路绘制：
①在库中搜索STC89C52，将其添加到画布中（前缀相同，功能可能相同，但封装会不同）。
②为单片机连接上电源，其中正极附近一般需要加一个去耦电容。
③为单片机的每一个引脚添加网络标签，标签名与单片机对应的引脚名称相同即可，方便后续设计其它模块电路时使用。
（4）晶振电路绘制：
①复制一份单片机XTAL1和XTAL2的网络标签，并在库中搜索12MHz的晶振，将其添加进画布中。
②12MHz晶振电路还需要两个47pF的谐振电容，负载电阻可选，对此需要再添加两个47pF的0805贴片封装的陶瓷电容，按照数据手册中的参考电路进行原理图绘制。
（5）复位电路绘制：
①根据参考电路进行绘制即可，此处不再赘述。
②当板子上电时，电容充电，RST短接+5V，呈现高电平，触发复位功能；当板子上电一会后，电容充电完成，RST与+5V断路，通过R4连接GND，呈现低电平。基于此，可以用一个按键并联电容，按下按键时电容放电，松开按键后电容充电，以此实现按键复位的功能。
（6）排针引出其它引脚电路绘制：
①一般开发板中会有许多排针直连单片机的引脚，这是为了用户能更灵活地使用单片机，在原理图设计时，可在常用库中找到2个1排16针的连接器和1个1排7针的连接器，将其添加进画布中。
②将单片机的剩余引脚对应的网络编号复制一份，按照下图所示连接到连接器上（这是为了后续绘制PCB时方便布线，切勿乱排）。
（7）按键电路绘制：
①复制两个复位电路中用到的按键元件。
②按键的一端连到单片机的I/O口引脚，另一端接地。
③按键按动时可能会产生抖动，软件中可做按键消抖的处理，硬件中可以给按键并联一个滤波电容过滤噪声。
（8）LED灯电路绘制：
①复制两个电源电路中使用的绿色LED灯。
②LED的阴极连到单片机的I/O口引脚，阳极接3.3V电源（因为51单片机的灌电流大于拉电流，即电流输入能力大于电流输出能力，所以低电平驱动LED效果更佳），接地前需要各加一个限流电阻。
（9）上拉电阻电路绘制：
数据手册中提到，P0口上电复位后处于开漏模式，当P0管脚作I/O口时，需外加10K-4.7KΩ的上拉电阻，当P0管脚作为地址/数据复用总线使用时，不用外加上拉电阻，这里是把P0口当作I/O口使用，故需为每个管脚添加上拉电阻，电阻的另一端接5V高电平。
（10）电源引出接口电路绘制：
目前原理图中已经有地方可以引出+5V电源和+3.3V电源，单片机往往需要外接一些传感器，它们恰恰也需要核心板进行供电，所以需要一个引脚专门引出这些电源，对此可以添加一个1排7针的连接器，并复制两个电源标签和地标签，将它们按照下图所示与连接器连接。
（11）串口引出电路绘制：
①添加1个1排4针的连接器至画布，并复制串口相关引脚的两个网络标签以及+5V和GND。
②按照下图所示接线即可。
（12）至此已经绘制完10个模块的电路，不过目前原理图还是比较混乱的，所以需要将各模块电路按区域划分摆放并添加注释。
①将各模块重新找个位置摆好，争取A4尺寸下能容下所有模块，其中主控芯片最好放在视图中间。
②在菜单栏中选择"放置"→"矩形"，即可在画布中添加矩形，每一个矩形框选一个模块，如果遇到矩形与电路交叉重叠的情况，可以对电路位置进行微调。
③在菜单栏中选择"放置"→"文本"，即可在画布中添加文本。
④在右侧栏中可以写入作者的名字，这样在原理图上也会显示作者的名字。
（13）所有工作做好后保存原理图，并进行DRC检查，只要不报错即可转换为PCB（警告可以视情况忽视）。
3、51单片机核心板PCB设计
（1）基于上面绘制的原理图，点击下图所示按键，将原理图转换到PCB。
（2）板框绘制：
①选择板框层，再在菜单栏中选择"放置"→"线条"→"矩形"，然后将矩形的第一个角放置在原点，尺寸可画个大概，后续根据需要进行调整。
②选中矩形，宽更改为70mm，高更改为40mm，圆角半径更改为3mm（这是因为在焊接元件时直角PCB板容易将手划伤，并且圆角板也更符合现代人审美）。
（3）定位孔绘制：
①在工具栏中找到过孔，依次添加到板子的四个角附近，孔的外直径为4mm，内直径为3mm。
②将左上角的过孔置于（x = 2.6mm，y = -2.6mm处），将左下角的过孔置于（x = 2.6mm，y = -37.4mm处），将右上角的过孔置于（x = 67.4mm，y = -2.6mm处），将右下角的过孔置于（x = 67.4mm，y = -37.4mm处）。
③为避免后续误操作过孔和板框，可选中它们，右键选择锁定。
（4）元件布局：
①布局要求：
1\] 元器件之间应相互平行或者垂直排列，以求整齐、美观；元件排列紧凑，在整个版面上应分布均匀、疏密一致。 \[2\] 必须根据元器件的电气特性和使用特点来布局（这点非常重要），比如：各种接口、按键和排针，需要放在板子边缘以方便插接；对于屏幕和主控芯片等，一般放在板子中央；对于电源电路，一般放在板子的电源输入旁边并且要注意电流路径和滤波电容位置；对于晶振需要靠近单片机晶振引脚摆放；电路工作时产生热量多的元件视情况远离热敏感器件，如热敏电阻。 \[3\] 不要把元器件看成二维物体，而是应该看成三维物体，有时空间有干涉的情况需要考虑。 \[4\] 元件的布局应该采用模块化，也就是同一个模块电路的元件应该放同一个区域，按照就近原则来布局，不能东一个西一个。 ②将图层选回顶层，然后将原理图对应的各模块进行一个预布局，可以在原理图中框选相应模块，按下快捷键Ctrl+Shift+X实现布局传递（交叉选择Shift+X也可），直接选中原理图模块对应PCB中的相应元件。  ③GND在后面通过铺铜进行连接，布局阶段可不考虑GND的飞线，直接将其隐藏即可。  ④将各模块依次放到PCB板区域内，需遵循布局要求，交叉飞线最好能尽量减少。 \[1\] Type-C接口需放置在板子边缘，方便线束插接。 \[2\] 开关最好放置在板子边缘，方便用户使用。 \[3\] 电源电路中容值大的滤波电容离AMS1117较远，容值小的滤波电容离AMS1117较近，不能因为两个电容在原理上并联就调换顺序；电源要先经过电容滤波再给后级。 \[4\] 单片机尽可能放置在板子中央（最好通过坐标属性设定），便于布线。 \[5\] 排针尽可能放置在板子边缘，一是便于用户使用，二是节约板子空间；排针与排针之间预留位置，放置引脚丝印标识。 \[6\] 晶振电路需靠近单片机的晶振引脚放置，并且最好以晶振引脚为轴呈轴对称，保证布线时导线等长（差分线布线）。 \[7\] 复位电路需靠近单片机的复位引脚放置。 \[8\] P0口上拉电阻可以布置在底层，这是为了方便布线。 \[9\] 去耦电容要贴近芯片引脚放置，并就近接地。  （5）布线： ①布线要求： \[1\] 不能信任自动布线。 \[2\] 顶层优先原则------尽量在顶层布线。 \[3\] 电源线（电源网络相关的线）原则上要加粗，因为电源线是要给电路板各个模块供电的，电源线加粗有利于电流在主干道上流通。在日常PCB设计中，在25℃时，对于铜厚为10z（盎司）的导线，10mil线宽能够承载0.65A电流（可将此宽度用于一般信号线），40mil线宽能够承载2.3A电流。 \[4\] 同一层走线拐角禁止90°或者走锐角，推荐走线135°，从原理上讲，锐角直角走线会造成走线阻抗不连续，对于信号的传输有影响。 \[5\] 注意电流路径和电容的摆放位置，电源要先经过电容滤波再给后级，去耦电容要贴近芯片引脚放置，并就近接地。  \[6\] 高频信号线尽可能短，并做好与其它信号的屏蔽隔离（比如打一圈地过孔，形成电磁屏蔽，同时还可以在区域内添加禁止布线层）。 \[7\] 为了降低相邻走线之间的串扰，应尽量避免相邻层平行走线，相邻层信号线应采用正交方向，走线应遵循3W原则（两条线的间距大于3倍线宽）。  \[8\] PCB布线要尽量远离安装孔与电路板边缘。在PCB钻孔加工中，很容易会切掉一部分导线，为了电路板功能，应尽量远离这些位置。 \[9\] 需要添加泪滴，泪滴起到平滑过渡的作用，它可时过孔和导线的连接更加稳固，同时也起到保护焊盘的作用。  \[10\] 尽可能避免布置一大条长斜线，当目标较远时，可以多拐几个弯，原则上虽然允许布置一大条长斜线，但实际操作起来容易影响后续的布线。 \[11\] 差分线布线详细要求：差分线尽量短；优先绘制差分线；差分线上尽量不超过两对过孔（过孔会增加线路的寄生电感，影响信号完整性）；平行紧密走线，避免直角锐角走线；长度差尽量小（控制在5mil以内）；与其它信号网络以及地的距离尽量在20mil以上；在正式项目或复杂PCB设计中还需注意阻抗匹配，较为简单的实验可暂不考虑。 ②布线顺序： \[1\] 密度优先原则：从单板上连线最密集的区域开始布线。 \[2\] 关键元器件优先原则：如DDR、射频等核心部分应优先布线，类似信号传输线应提供专层、电源、地回路，其它次要信号要顾全整体，不可以和关键信号相抵触。 \[3\] 关键信号线优先原则：电源、模拟小信号、高速信号、时钟信号和同步信号等关键信号优先布线。 ③元件布局定下来后，需要将飞线一一"消除"，具体操作就是完成各飞线对应的连线，选择工具栏中的单路布线，再选择一个引脚（或者说焊盘）即可引出连线。连线途中按Tab键可配置线宽，左击空位可以设置拐点；左击目标引脚即可完成连线（右键可以中断连线）；连线完成后可进行微调。  ④修改设置，每次连线可以自动添加泪滴。  ⑤从单片机开始布线，因为单片机最关键，其引脚多且密集，优先级自然最高（注意电源网络暂时不要连接，因为其连线宽度与信号线不同）。 \[1\] 从P0.0开始顺时针连线，以连完一排针脚为首要目标，所以先完成P0和P2口的连线，P4口因过于分散，后续再考虑。  \[2\] 晶振电路要求两根信号线尽可能等长（最好还是轴对称），对此可以选择差分对布线，具体操作为选择菜单栏中的"布线"→"差分对布线"，然后选择晶振电路电容连接XLAT1的焊盘，此时EDA提示新建一个差分对，另一个网络选择晶振电路电容连接XLAT2的焊盘即可，建立了差分对以后，软件会自动检查两个网络标签对应的连线是否等长。   \[3\] 晶振电路的信号频率很高，对此可以在其周围打一圈地过孔（外径24mil，内径12mil，网络选择GND），起到一个电磁屏蔽的作用，并用20mil宽度的连线将过孔全部与地焊盘连接。放置过孔时按Tab键即可设置过孔属性。   \[4\] 为晶振电路放置禁止布线区域，具体操作为在菜单栏选择"放置"→"禁止区域"→"多边形"，然后在晶振电路上围绕地过孔绘制禁止区域（选择多层，其它层也不能有信号线进来），禁止选项为铺铜。   \[5\] 继续顺时针往下连线，优先将P1口引脚和P3口引脚对应的针脚连起来，此时板上已经有非常多的线，难免会遇到布线困难的情况（需要绕很远才把两个比较近的点连起来，不排除无法连接的情况），对此在连线时可以按下Alt+B，打一个从顶层到底层的过孔，这样连线就会绕至底层（如下图的蓝线所示，它们就是布在底层的线），不过需要注意的是，底层的信号线尽可能不要与顶层相邻的信号线平行。  \[6\] 单片机5V电源的滤波电容应尽量靠近电源引脚，上面的布局显然不太满足此条件，故布局需进行微调。  \[7\] 继续完成P4口引脚和对应针脚的连接，此时单片机附近的线越来越密集，仅打一个顶层到底层的过孔已经很难满足需求了，如果在底层也遇到了"此路不通"的情况，可以按下Alt+T，打一个从底层到顶层的过孔，这样连线就会绕回顶层。需要说明的是，打孔有开销，能不打孔尽可能不打孔。  \[8\] 单片机的引出线基本连接完成，将仅剩的飞线消除即可。  ⑥继续完成其它次重要电路的连线（暂时不连电源网络），尽量不要在小元件（如二极管）内部走线。  ⑦连接电源网络，其中线宽需增加，但不要宽于焊盘的宽度（本实验可设为27mil，单片机电源引脚的连出线可设为16.5mil），同时如遇布线受阻的情况，尽量不要打过孔（并非不允许），应当考虑调整布局，同时注意滤波电容在电源网中的连接位置。  ⑧完成连线后，显示GND网络的飞线，虽然GND网络可通过铺铜连接，但要确保全部GND口都能通过铺铜连接在一起（铺铜会绕开一般信号线和电源线，将顶层和底层的空白区域铺满），对此可在GND口附近甚至是布线较少的地方布置过孔阵列将两面铺铜打通，如果有些GND口附近无法放置过孔，可以尝试将其与其它GND口连线，亦或是通过连线加过孔打通连接，使一面的铺铜能与另一面的GND焊盘形成电气连接。  （6）铺铜： ①在工具栏中找到"填充区域"工具，选择"矩形"，将整个PCB版框选。  ②弹出的对话框按下图所示配置，点击"确认"，稍等片刻即可完成顶层铺铜。   ③继续在工具栏中找到"填充区域"工具，选择"矩形"，将整个PCB版框选。  ④弹出的对话框按下图所示配置，点击"确认"，稍等片刻即可完成底层铺铜。   ⑤若还有GND网络的飞线存在，可通过连线、打孔等方式解决，如果只是地过孔和地过孔之间的飞线，可考虑删掉多余过孔；若希望一些未铺铜的区域铺上铜，可在上面打过孔，然后重新铺铜。  （7）丝印绘制： ①绘制丝印前可以隐藏顶层和底层的布线和铺铜，同时需要将操作层选为顶层丝印层。  ②在工具栏中选择"文本"即可进行丝印的布置，首先一些必要的丝印需要加上，必要的丝印尽量绕开过孔（不是非必须，不要为了丝印的完整性随便删除一些重要的过孔）。 \[1\] 排针的各引脚标识可用工具栏中的"折线"工具框起。 \[2\] 电源指示灯标识为"power"。 \[3\] 复位按键标识为"Reset"，按键电路的按键可以其连通的单片机引脚名标识。 \[4\] 电源电路的按键用工具栏中的"圆形"工具标识正反向。  ③必要的丝印添加好后，可以添加一些可选的丝印，如单片机型号（下图丝印效果配置了反相属性）、个人logo等等。  （8）完成以上内容后即可进行DRC检测，如果报错，则根据错误提示信息修改即可。  （9）选择菜单栏中的"文件"→"导出"→"PCB制板文件"，即可导出Gerber文件，此文件可发给商家进行打板。 