本次训练营，笔者基于STC32G12K128设计了一款通用性兼可玩性的核心板/开发板。板载LED/KEY/RGB/BLE 5.0 /SPI常用脚序插座（可满足大部分SPI模块，特别是OLED的拓展）/IIC常用脚序插座（可满足大部分IIC模块接入拓展）/TF卡模块/XGZP68系列绝压传感器模块/无源蜂鸣器等。另外设置了外部VREF可选开关（2.4999V和3.3V），以及离线使用电池供电和低功耗时快速放电的可选开关。

其中相关模块的设计，可见下图：

由于核心板设计紧凑，空间有限，仅把最常用的P0口尽数引出，P0口相关的外设和部分引脚功能也在上图中标注出来。

一、实物展示

二、外形设计

作为开发板，应具备有启蒙和快速应用的功能，这是核心的功能需求。
设计要点1：因此需要引出一组到多组的GPIO口。定位简单入门，小巧型，核心板，因此这里选1组~2组；
设计要点2：板载程序下载模块，一个核心板同时具备下载和编程两种功能，就可以更方便用户使用，而不需要过多的"文具"——这里必须要补充说明一下，这里是自嘲，不是针对在座的各位。因为我是差生，而且我文具贼多；
设计要点3：Type-C口，跟上潮流！
设计要点4：最大限度地聚合核心板要素，能够最大限度挖掘STC32G12K128的性能；
设计要点5：拥有LED和KEY这类交互要素；
设计要点6：能够开发一般类器件和模块拓展（如OLED模块，传感器模块等）（常用的外设SPI/IIC/USART/PWM等）；
设计要点7：帅；
设计要点8：核心板应拥有layout指南的规范，按照通用规范做系统电路，增设ESD等电路措施，以便二次开发工程师进行直接cv；

但我希望它普通，但又不平凡。这可能很矛盾，但思量后发现并不冲突。因此多了下方一个设计要点>>>

设计要点9：该板本身可以直接做一个项目，而不需要连接任何模块或线缆。
笔者预期想做一个跟水有关的项目：
【3m~5m深度的水下压力检测】笔者不是专门给钓鱼佬的开发的哈，悉知。
这个项目需要几个东西：（1）数据采集（2）数据保存（3）离线电源

增加清单
需求	对策
压力数据采集	绝压传感器（XGZP68系列）
数据保存	BLE 5.0 或 TF卡离线存储
离线电源	电池供电接口

基于上述设计要点，笔者对器件等进行简易布局和估算后，可以得到如下的外形图
（也许各位客官看着感觉很马六，但是实际上初稿仅仅是只有30x75的边框和四个d=2mm的定位孔而已，都是调了一版又一版本调出来......再说下初稿其实不是这个，初稿寄了，最后彩蛋给大家放一下。）

三、原理图设计

（1）芯片核心与外围设计【使芯片正常工作必备的电路部分】

2024年6月18日，在1000块钱的诱惑下，读了2天STC数据手册，总结出来一个事儿：STC芯片正常工作，只需要（以STC32G12K128-35I-LQFP64为例）

STC芯片工作必备要素表（最低要求）
序号	说明
①	电源脚PIN19接1.9V~5.5V电压，电源脚PIN21接GND
②	VREF+脚PIN20要么接VCC和PIN19共脚，要么接参考电源，有这个脚的芯片不可悬空该脚
③	UCAP脚PIN17接一个100nF的退耦电容到GND

就是这么极致的简单！！！

（2）实现USB硬件直接下载的电路【一个芯片同时可以下载和运行程序】
也是那1000块钱，笔者在研究了手册之后，发现STC芯片硬件USB直接下载程序，过程极其简便：
在P3.2口低电平的时候，给MCU供电，直接进入USB下载模式，等待程序烧录。
①设计一个拉低P3.2口的按键电路：

②选用一枚有EN引脚的LDO芯片，同样用按键控制MCU电源使能：

【下载程序步骤：按住P3.2_KEY，按下POWER_SW_KEY，松开POWER_SW_KEY，进入USB下载模式】

（3）TYPE-C输入电路设计和ESD相关设计：
①这里注意到需要用TYPE-C进行USB通信，因此需要至少16PIN以上的TYPE-C接口，USB线路的ESD选用通用的2路ESD（USBLC6-2SC6），为了适配TYPE-C取电，需要将CC1和CC2分别通过5.1k电阻接地；
为了适配可能不焊接ESD芯片节约成本，这里放置两个22R电阻位，R10和R11用来替代ESD芯片（2选1）

②对输入电源做tvs浪涌抑制和简单滤波

（4）做交互LED、KEY、BEEP
①电源指示灯，这里参考了STC8051U大学计划实验箱V1.0版本的原理图，使用NPN+P-MOS的方案来控制MCU电源使能，顺便点个电源灯，告诉用户，系统接入了+5V电：

②LEDs，这个不是随便选的，这里P6.0和P6.1除了具备GPIO功能外，还能映射PWM外设。后期可以用PWM进行点灯。点灯工程师福音。

③PWM点灯都来了，上一个RGB放在板中间，这是超人的光之信仰：

④由于板子的篇幅，同宽度只能再放一个KEY了，选择P5.4口，P5.4口可以映射到RST功能【这里的R16和C17选焊，一般不需要，因为STC已经将外部复位做到片内了，极致简约的外围！】：

⑤增加一个蜂鸣器，无源蜂鸣器，使用PWM驱动：

（5）VREF和BAT接口设计

这个VREF电路时借鉴大佬的，暂不知设计者是谁，但是大家可以来这个贴子欣赏一下大佬的分析：
一个很精妙的高精度电压基准电路 by micespring

为了省流，大家也可以直接看如下公式：
V_U2_PIN1 = 2.495/220K*(220K+120K) = 3.86V
I_431 = (VCC-2.495)/2M + (3.86-2.495)/680
(忽略2M时)I_431 = (3.86-2.495)/680 = 0.002A = 2mA = 431的手册数据最佳电流值

假设VCC每变化1V，431的工作电流变化1/R7 = 0.0000005A=0.5uA。连1微安都不到。431永远工作在2mA的恒定电流中，任VCC如何变化，都不会发生改变。保证其能一直输出稳定的参考电压。

电池电路接口就不过多介绍，简单说就是用0603的封装，到时候用来焊接电池的正、负极。
为了避免电池和LDO电源冲突，这里使用肖特基二极管，同时配合上面的肖特基二极管，用来选择MCU电源。

（6）外部晶振，简单做一个外部低速晶振，在恶略环境下使用外部时钟源提高RTC的精度

（7）绝压传感器模块，IIC通信

（8）BLE 5.0蓝牙，主用透传功能（RF-BM-4044B4，必要时直接开发芯片CC2460，保留二次开发接口）

（9）TF卡模块，使用SPI协议（注意保留各端口上拉电阻，实际上STC芯片内部可以单独设置上/下拉）

（10）最后，做一个排针拓展，常用SPI排序和IIC排序，为了对称，把PWM拉2各，在拉1组串口：

看一眼完整的图

四、PCB设计

接下来就是layout作业，此处省略100字。
（1）前期已经设计好基本的外形、对主要元器件进行了合适布局layout工作主要是.....此处省略100字；
（2）设计丝印——重要。对重要的功能进行丝印覆盖，特别是接口部分，拓展接口进行文字功能描述，方便用户进行对照使用和拓展其他模块接入！

五、焊接和组装

反正我焊完了，那么就可以大声说：有手就行！

备注：如果你没有焊完，那就按照先焊接贴片，然后焊接按键...这种传统手艺进行就行。不是很难就不过多进行说明。

六、部分电路模块电压节点测试

（1）焊接完电源部分，测试VCC和GND是否短路，再接入TYPE-C测试LDO输出是否≈3.3V；

（2）焊接完VREF部分，测试VCC和GND是否短路，再接入TYPE-C测试LDO输出是否≈2.495V；

（3）焊接完全部，测试VCC和GND是否短路，再接入TYPE-C测试其他例程！

七、核心板例程/程序设计

（1）GPIO_点灯

点灯大师上线，由于是第一个工程，笔者会特别特别特别详细，和大家汇报一下如何使用环境和编程，如果只需要例程或知道如何编译下载程序的，可以跳过本节。【本节是啰嗦模式】
①先看硬件，硬件中三颗LED的功能：PWR_LED插入TYPE-C就点亮，起到电源指示灯的作用；
LED2和LED3分布在核心板下方，使用低电平驱动（大白话就是低电平的时候，该LED点亮，同理，非低电平则熄灭）
【忘了图的滑滑滑滚轮去上边 第三章 第（4）节查阅】

②建立以STC32G12K128为核心的KEIL 5 MDK工程：
选择核心

魔术棒设置芯片Memory Model 为XSmall（官方推荐模式）

勾选生产HEX文件，并设置下HEX的具体格式（HEX-386）

建立.C文本作为main.c（程序会写在这里）（注意下引用头文件）

将P6.0和P6.1设置为推挽输出模式（学会看手册）


再写逻辑（LED2和LED3交替闪烁，闪烁间隔500ms）

进行编译

下载前准备工作

③观察实验现象

（2）INT0_KEY

中断，顾名思义就是如果给出一个中断信号，（若中断信号优先级高于当前工作）则必须暂停当前行为，去执行对应的中断服务。
在STC32G12K128中，以INT0为例：

INT0相关寄存器操作
寄存器	说明
IE0	外中断0标志位
EX0	INT0使能位
IT0	触发沿（1：下降沿）（0：上升/下降沿）
EA	总中断使能位

按寄存器描述初始化相关参量

编写中断服务函数

编写事件触发

观察实验现象

（3）PWM_BEEP

了解无源蜂鸣器驱动方法：
从数据手册中，可以看到当蜂鸣器驱动频率达到共振频率@4kHz时，声压达到最大值，约为83dB（具体共振频率和最大声压分贝要在所选用的器件数据手册查询得）


常用的驱动方式见笔者原理图，或者下图：

那么该例程的核心工作就是编程一个4KHz的、占空比为50%的、PWM波形即可让蜂鸣器BB

打开数据手册，查询PWM频率计算方法：

设工作主频为24MHz，不分频，则理论算得：
PWMx_ARR = (24MHz / 4kHz) - 1 = 5999

设置占空比

初始化PWM相关

可以编写逻辑【预设使用按键INT0，切换蜂鸣器的状态：蜂鸣器响时，两个LED亮起；蜂鸣器静默时，两个LED熄灭】

备注：初始化LED和INT0的内容前期例程描述详细，这里略去讲解（实际已经写在例程中）避免过多冗余。
观察实验现象

（4）TIM0_

定时器中断定时触发事件，是单片机应用的基础课，常用于各种自动程序中，拥有广泛的应用场景。

以TIM0为例，建立工程，完成定时1秒触发事件任务：

这次先建立逻辑（定时1ms中断1次，则1000次中断触发事件任务：任务是翻转LED2和LED3的电平，实现交替亮灭）

补充定时器0初始化和定时器0中断服务函数（直接参考官方库函数即可）

在1ms中断函数中，将1ms的标志位置为高，返回到主函数中进行处理

观察实验现象

(5)USB_HID_DEBUG

笔者设计图纸中，TYPE-C直接联通了STC32G12K128内部的USB，因此可以利用STC提供的API进行USB-HID协议打印，用作程序类串口调试。
需要使用STC官方提供的一套"stc_usb_hid_32g.LIB"库文件，就可以简便的使用USB接口进行数据通信：

将该库添加到工程中：

按照STC-USB-HID规范，调用STC的API：
添加必要程序：

主循环里添加USB接收判断、应答指令并简单写一个P32按键触发：

在STCAI-ISP工具中，按下图进行操作设置：

按下P32/INT0按钮，触发打印：

(6)BIT_WS2812B

笔者大意失算了，这款MCU没有DMA直传到PWM，但问题不大，咱们用传统异能！
先了解WS2812B的解码协议：24bit（RGB 888）数据传输，菊花链式的每颗WS2812B都截获24bit，后将数据以不高于800KHz的速度传递给下一颗：

0，1码根据输入码型图，可知道在一个周期中，T0L占比高为0码，反之为1码：

码元周期最小值为0.89us，码型时间的典型值如下表所示：

那么对一个IO口来说，首先设置为准双向口或者推挽输出（建议），0码则需要先置为高+少量延时+置为低+大量延时，满足0码型时间；同理，1码需要先置为高+大量延时+置为低+少量延时，满足1码型时间。

那么us级别的延时，使用_nop_()指令：NOP指令执行时间 = 1/systemCLK * 1T
假设主频是24MHz，那么一个NOP指令的时间约为0.0416us，我们建立一个表格方便构写满足时许：

WS2812B码型表 us
	高电平	低电平 /
1码	0.595us	0.295us
0码	0.295us	0.595us

WS2812B码型表 NOP MIN
	高电平	低电平
1码	0.55/0.0416 = 13.22	0.2/0.0416 = 4.80
0码	0.2/0.0416 = 4.80	0.55/0.0416 = 13.22

WS2812B码型表 NOP typical
	高电平	低电平
1码	0.595/0.0416 = 14.3	0.295/0.0416 = 7.09
0码	0.295/0.0416 = 7.09	0.595/0.0416 = 14.3

WS2812B码型表 NOP MAX
	高电平	低电平
1码	1.2/0.0416 = 28.84	0.35/0.0416 = 8.41
0码	0.35/0.0416 = 8.41	1.2/0.0416 = 28.84

写进函数备用：

写两个应用程序：
单色呼吸灯：

幻彩呼吸灯：

观察实验现象（只放幻彩）

(7)IIC_XGZP68

STC32G硬件IIC需要切换到对应的引脚，笔者使用P3.2和P3.3组：


还需要主机模式时，注意将对应IIC引脚设置为准双向口，特别时SCL，此时为输出模式。由于外部笔者焊接上拉电阻，因此设置为开漏输出：

IIC通信，需要知道模块IIC地址，从数据手册中进行查询：

注意地址需要左对齐，符合标准的8bit IIC通信协议：

所用的型号XGZP6828D，寄存器列表：

在这个列表中，可知读取0x06、0x07、0x08，获取大气压力测量数据；读取0x09和0x0A获取温度测量数据

数据按照MSB CSB LSB进行对齐并转换运算，运算公式参考数据手册：

同理温度数据也如此进行转换。

用上前面章节的USB_HID进行数据打印调试：在程序中，先读取数据，再点灯提示，再输出打印数据

观察实验现象

(8)BLE_USART

主要使用透传功能，在原理图中，笔者BLE模块连接到P1.0和P1.1口：
需要将S2_S设置为0，映射引脚

BLE需要将EN引脚置为0，使能模块，让其蓝牙模块可以被手机端连接

还需要将BRTS置为0，当且仅当有数据需要发送时

在程序中，对USART2进行设置：115200波特率，中断使能，接收使能：

写一个简单的透传验证程序，定时发送”ABCD”：

观察实验现象
（这个较大，参考附录文件）

(9)单板成项，项目构建思路：

https://www.bilibili.com/video/BV17B8qeqECN/

八、附录

【附录1】STC IDE MDK环境安装说明
注：需要安装KEIL MDK 5，安装C251编译环境。并使用STCAI-ISP V6.94H工具将STC系列芯片的头文件导入到KEIL MDK 5中，才可以进行相关的例程使用。
下载地址：
STCAI-ISP V6.94H 完整版
STCAI-ISP V6.94H 精简版
【附录2】相关数据手册
相关数据手册包含在例程中，pdf格式，
【附录3】例程/程序设计参考引用说明
注：本开源工程中大部分例程参考官方例程进行改写，下载地址：STC官方库函数（STC32G12K128）
【附录4】初稿彩蛋
初稿仿UNO-R4-WIFI版的查理灯阵和MEGA2560的布局也挺帅阿啊啊，但超了点长度，寄了。

初稿是STC32G12K128+STC8H2K08U做全功能引出。本文开源的PCB阉割了至少2组IO口。

------------------本文到此-------------------------------------------------------END--LINE-----
相关文件可以在附件中获取哦，路过给个赞呗~！