4、硬件设计基础：原理图设计工具（立创EDA）入门、电源电路设计（3.3V/5V）、时钟电路设计

好，咱们开始动手画原理图了。

说实话，很多初学者一上来就盯着芯片手册看，恨不得把每个引脚都背下来。我个人习惯是——先选工具，再搭骨架。工具顺手了，后面画起来才不憋屈。

4.1 立创EDA：为什么选它？

市面上原理图工具不少，Altium Designer、PADS、KiCad……但咱们做第一台示波器，我建议你用立创EDA。原因很简单：

• 免费，而且没有功能限制。不像某些软件，画到一半弹窗让你买授权。
• 云端协作，你换个电脑，登录账号就能接着画。我在公司用Altium，回家还得拷文件，烦得很。
• 元件库丰富，立创商城上卖的元件，基本都能直接搜到封装。省去自己画封装的麻烦。
• 国产，中文界面，对新手友好。

你可能会问：“用这个会不会不够专业？” 嗯，我见过不少产品级的板子就是用立创EDA画的。工具只是工具，关键看你怎么用。

4.2 立创EDA入门：从新建工程到放置元件

打开立创EDA，注册登录。然后点「新建工程」，给工程起个名字，比如“MyFirstScope”。

界面分三块：左边是元件库，中间是画布，右边是属性面板。别被密密麻麻的按钮吓到，咱们只用到几个核心功能。

4.2.1 放置元件

在左边搜索框里输入元件型号。比如搜“STM32F103C8T6”，双击就能放到画布上。我刚开始用的时候，总找不到元件，后来发现——搜型号要精确，少个字母都不行。

常用的几个快捷键：

• R：旋转元件
• W：画导线
• Ctrl+S：保存（这个最重要，我吃过亏）

4.2.2 画导线与网络标签

元件放好后，用导线连起来。但别把所有线都画出来，那样图会乱成一团。我的做法是：能用网络标签（Net Label）的地方，尽量用标签。比如电源VCC、GND，直接放个标签，比拉一根长线清爽得多。

举个例子：

// 网络标签用法
// 在VCC引脚上放一个标签，写上“+3.3V”
// 在另一个需要3.3V的地方，也放一个同名标签
// 电气上它们就连通了

这样做的好处是，原理图可读性高。你想想看，一张图上全是交叉的线，后期查错能把你逼疯。

4.3 电源电路设计：3.3V和5V从哪来？

示波器需要多组电源。模拟前端运放通常用±5V，主控芯片STM32用3.3V，ADC可能也需要3.3V或1.8V。咱们从最简单的开始——用USB供电，产生5V和3.3V。

4.3.1 5V电源：直接从USB取

USB接口的VBUS就是5V，但直接拿来用有风险。我建议加一个自恢复保险丝（PTC）和TVS管做保护。电路很简单：

USB_5V —— [PTC 500mA] —— 5V_OUT
                |
              [TVS 5V] —— GND

PTC防止短路时烧USB口，TVS管防静电。我在项目中遇到过，USB热插拔时会产生尖峰，不加TVS管，芯片容易莫名其妙挂掉。

4.3.2 3.3V电源：用LDO稳压

5V转3.3V，最稳妥的方案是LDO（低压差线性稳压器）。推荐AMS1117-3.3，便宜又好买。电路如下：

5V_IN —— [C1 10uF] —— [AMS1117-3.3] —— [C2 10uF] —— 3.3V_OUT
                |                              |
               GND                            GND

输入输出各加一个10uF电容，作用是滤波和防止自激振荡。有人问：“能不能用DC-DC？” 可以，但DC-DC有纹波，给模拟电路供电时容易引入噪声。示波器是测量设备，电源纹波越小越好。所以，模拟部分我坚持用LDO。

电源轨	电压	最大电流	推荐芯片
数字3.3V	3.3V	800mA	AMS1117-3.3
模拟5V	5V	200mA	78M05
模拟-5V	-5V	100mA	ICL7660 + 79L05

注意，模拟和数字的电源要分开走线，最后在一点汇合。这叫“星型接地”，能有效减少数字噪声串入模拟电路。

4.4 时钟电路设计：给STM32一个心跳

没有时钟，芯片就是一块死硅。STM32F103有两个时钟源：

• HSE（高速外部时钟）：通常用8MHz晶振，经过PLL倍频到72MHz。
• LSE（低速外部时钟）：32.768kHz晶振，给RTC用。

咱们示波器需要精确采样，所以HSE必须用外部晶振，不能用内部RC振荡器——内部RC温漂大，测出来的波形频率不准。

4.4.1 8MHz晶振电路

电路极其简单：

STM32_OSC_IN —— [8MHz晶振] —— STM32_OSC_OUT
                |                |
              [C1 22pF]       [C2 22pF]
                |                |
               GND              GND

两个22pF电容是负载电容，用来匹配晶振的谐振频率。具体值要看晶振手册，但22pF是通用值，大多数情况下都能起振。

我踩过一个坑：晶振离芯片越近越好。有一次我把晶振放得远了点，走线绕了一大圈，结果死活不起振。后来查资料才知道，晶振走线长了，寄生电容会改变谐振频率。嗯，从那以后，我都是把晶振紧贴着芯片放。

4.4.2 32.768kHz晶振（可选）

如果示波器需要实时时钟（比如记录采样时间），就加这个。电路和8MHz一样，只是电容换成12.5pF左右。

不过说实话，对于第一台示波器，这个可以先不画。咱们先把核心功能跑起来，RTC后面再补也来得及。

4.5 本章小结

咱们今天干了三件事：

1. 学会了立创EDA的基本操作——放元件、画导线、用网络标签。
2. 设计了电源电路——USB取5V，LDO转3.3V，加了保护器件。
3. 设计了时钟电路——8MHz晶振给主控提供心跳。

这些是硬件设计的“骨架”。下一章，咱们要给这个骨架加上“肌肉”——模拟前端电路，也就是信号调理部分。到时候，你会看到运放、电阻、电容怎么配合，把微弱的信号放大到ADC能采样的范围。

别急，一步一步来。硬件这东西，急不得。