一些做“飛卡智能車”時候的總結

寫在前面的話:

      很有幸帶隊參加了11-14屆的全國大學生智能車競賽，經歷了從”飛思卡爾杯”到“恩智浦杯”的轉變。由最初的攝像頭組，到最後的六個組別都有涉及（沒有涉及創意組有點小遺憾）；由最初的淘汰於省賽，一個彎道都過不去，到最後的電磁三輪，電磁直立組西部一等，攝像頭四輪全國13名。我本人無論從技術上，還是帶隊經驗上，乃至團隊管理上都收穫頗豐。
      在我看來，智能車比賽真的是一個很好的本科入門級比賽，在這裏，有一個相對良好的生態。智能車製作，山外論壇上80%的帖子我都看過，卓晴老師的公衆號更是一個不拉（至今也常看），有些學生的提問，卓老師的回覆更是反覆的刷。還有正點原子，凡億PCB論壇，以及逐飛科技，藍宙電子，龍邱，泰慶，呆萌俠等等淘寶電商的QQ維護。都使得這個不算大也不算小的國內智能車圈異常的活躍。
      除了良好的生態，一個簡單的小車控制，融合了基礎的C語言操作，PCB基礎入門操作，車模機械結構分析，以及自動控制原理中PID控制，多傳感器簡單融合等諸多操作，也算麻雀雖小，五臟俱全了。
      比賽中和卓晴老師也簡單聊過幾句，在此也感謝競賽組委會的付出，也感謝學院多位老師的支持和配合。使得一批又一批的智能車人能夠在實戰技術中快速成長起來。爲後續的發展奠定基礎。（當然，也可以看到，很多智能車人都成了苦逼的技術人員，在社會的電子科技大軍中嶄露頭角）

一些零碎的總結：

     實際製作過程中，太深的理論很少涉及，大多是基礎操作，但是小tips還是蠻多的，有時候一個不注意就要卡好久。趁着最近在整理總結，不妨發出來。（沒有什麼邏輯上的先後順序，看到哪寫到哪，看到多少寫多少，只是以前的整理）

1. 功放不做成貼片元件在於輸出功率問題，貼片元器件的功率一般較小；
2. 20mil線寬–>1A電流，0.5mm過孔–>1A電流
3. 絲印常見規格搭配 5/24 , 5/30, 6/45
4. 原理圖繪製，格點修改爲5mil, view->grid;
5. 原理圖檢查選項中，將懸浮網絡，單端網絡，修改成致命錯誤，然後編譯；
6. PCB板框的選取：先選取任一線段，然後按下TAB，則和他相關聯的線段都會選中；
7. 焊盤上不要打孔，容易出現漏錫和立碑；
8. 敷銅完之後要進行割銅操作，防止天線效應；
9. Shift + H 關閉左上角的信息欄；
10. 畫板子時，先把絲印改成10/2 mil，然後統一移動到器件中間進行操作；
11. 敷銅可以直接選擇實心銅，注意間距設置好，同時GND迴路要加粗，通過規則設置；
12. 過孔最好統一進行蓋油處理，選擇Solder Mask Tenting;
13. 鑽孔的板廠能力：0.3mm，即 12/24mil, 過孔大小選擇爲 $x$ -->$2x$$\plusmn$ $2$mil， 舉個例子： 12 -->12*2 $\plusmn$ 2 即可選12/24 mil;
14. 如果快捷點有衝突，在工具欄找到custom ->快捷鍵排序，找到對應的快捷點，然後取消固有的快捷鍵即可；
15. 扇孔的好處：1）縮短迴流路徑；2）打孔佔位；
16. 走線的時候要求迴路，即包裹面積儘量小，這樣對外吸收的輻射小；
17. 一般情況下，阻抗要求 100$\Omega$,USB差分線爲 90$\Omega$
18. 縫合地過孔，減小回流路徑，天線部分用地過孔包裹；（晶振同理）
19. 調整絲印的時候，只打開絲印層，阻焊層，板框層即可；
20. 絲印到絲印 2-4mil 即可；
21. 規則中阻焊外擴2.5mil。 反焊盤8-10mil即可，反焊盤太大會造成，當過孔密集時，容易有孤島；
22. 規則中阻焊到阻焊 4-6mil，天線 小於 2mil;
23. 在設計時應儘量讓佈線長度儘量短，以減少由於走線過長帶來的干擾問題，特別是一些重要的信號線，比如時鐘線，務必將其振盪器放在離器件很近的地方；
24. 爲了減少線間串擾，應該保證線間距足夠大。當線中心距不少於3W倍線寬時，則可保持70%的電場不互相干擾，成爲3W規則。如要達到98%的電場不互相干擾，可使用10W的間距。
25. 電解電容濾除低頻信號，獨石電容，瓷片電容濾除高頻信號；
26. PCB中同一網絡的佈線寬度要保持一致，線寬的變化會造成線路特徵阻抗的不均勻，當傳輸的速度較高時會產生反射，在設計時應儘量避免這種情況；
27. TPS7350 小壓差，最大電流500ma, KEA單片機，5V*15ma;
28. L298N 內含2個H橋，最高驅動電壓爲46V，總驅動電流爲4A，每個H橋2A；
29. MC33886 驅動電壓40V，驅動上限頻率10Khz, 內部集成輸出保護，可實時監測欠壓，過溫，短路等故障，最大驅動電流5A；
30. BTN8982 導通內阻$10m\Omega$；在25°下，上管內阻（5.3m$\Omega$）與下管內阻（4.7m$\Omega$）之和；限流77A，每個BTN驅動芯片內部集成一個上管（P溝道MOSFET）和下管（N溝道MOSFET）；
31. 功率開關器件MOSFET，開關速度可達KHz至MHz:
32. 由於電機驅動工作時電流較大，會在電機啓動或突然加速時出現電池電壓被拉低的現象，因此爲了儘量降低電池電壓的波動，需要設置低頻濾波電容，主要用於能量緩衝；
33. register變量的注意事項：1）必須是能被CPU寄存器接受的類型；2）register變量可能不存放在內存中，所以不能用取地址符（&）；3）只有局部變量和形參可以作爲register變量，全局變量不行；4）靜態變量不能定義爲register;
34. 電機在高頻開關狀態下的電磁干擾以及寄生電感產生高壓，電弧現象—> 續流二極管；
35. 與前驅相比，後驅結構使車模轉向能力更強，更有利於高速過彎。當然，後驅結構較前驅更容易出現車輪打滑的情況；
36. SD卡遵循SPI協議，要求時鐘頻率爲100KHz~400KHz；SD卡本身爲NAND FLASH芯片+ 控制芯片；SD卡的速度等級由Class標註，10爲最快；SD卡共9pin，其中3根電源線，1根時鐘線，1根命令線，4根數據線；SD的時序是以CLK的上升沿有效；SD卡初始化識別階段，時鐘頻率400KHz, 數據傳輸過程25MHz (高速模式下50MHz)。Stm32系列支持SDSC<2G , 2G<SDHC<32G，對於SDXC>32G 不支持；
37. 阻焊層開窗的方法是切換到Top Solder或者Bottom Solder層，畫線或者填充。儘量不要在元件底部去掉組焊層，否則被元件壓住的部分無法上錫；
38. PCB完成後，一定記得DRC檢查；
39. 根據智能車Logo的規則要求，可以在銅層放置完Logo後，在阻焊層開窗畫一個矩形，讓銅層字符露出來；
40. 板厚默認1.6mm;
41. 對於線性電源，調整管工作在放大區（三極管）或者可變電阻區（場效應管）；而對於開關管，調整管工作在導通和截止兩種工作狀態；
42. 電容的容抗$X_{c}=1/2\pi fc$，電容兩端的電壓不能突變；利用電容的容抗特性，如果把它串聯到電路中，就可以使高頻信號通過過一些，低頻信號通過少一點；反之，如果把他並聯在電路中，則高頻信號被削弱的多一些，低頻信號被削弱的少一些；
43. 大端模式：字數據的高字節存儲在低地址中，而字的低字節存儲在高地址中；小端模式反之；C51採用的是大端對齊；
44. 頭文件的內容沒有絕對的要求，其本身不參與編譯；
45. 基於Cortex系列芯片採用的內核都是相同的，區別主要爲核外的片上外設的差異，這些差異卻導致軟件在同內核，不同外設的芯片上移植困難。爲了解決不同芯片廠商生產的Cortex微控制器軟件的兼容性問題，ARM與芯片廠商建立了CMSIS（Cortex Microcontroller Software Interface Stardard ）標準。
46. STM32有三種啓動方式，通過改變啓動方式，STM32存儲空間的起始地址會對齊到不同的內存空間上，一般情況下boot0必須連接到GND上；
47. 位帶操作：將寄存器中相應位映射成一個32位的地址，這樣可以單獨對某一位進行操作。
48. $\pi$型濾波器包括兩個電容器和一個電感器，它的輸入和輸出都呈低阻抗。因爲器件排布情況而得名。$\pi$型電路因爲元件多，所以其插入損耗特性比RC型及LC型更好。但是在開關電路中，可能會出現“振鈴”現象，所以用時請注意。$\pi$型濾波有RC和LC兩種，在輸出電流不大的情況下用RC，R的取值不要太大，一般幾歐姆到幾十歐姆，其優點是成本低，其缺點是電阻要消耗一些能量，效果不如LC電路。濾波電容取大一點效果也不錯；而LC電路中有一個電感，根據輸出電流大小和頻率高低選擇電感量的大小，其缺點是電感體積大，笨重，價格高，現在一般的電子線路的電源都是RC濾波。
49. 去耦電容一般是接在正負電源之間，濾波作用；在對電源佈線是，優先讓電源導線經過去耦電容，可以1）本集成電路的蓄能電容；2）高頻噪聲。數字電路中典型的去耦電容值爲0.1$\mu F$，這個電容的分佈電感的典型值爲5$\mu H$。即：0.1$\mu F$的去耦電容有5$\mu H$的分佈電感，它的並行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說，對於10MHz以下的噪聲有較好的去耦效果，對於40Mhz以上的噪聲幾乎不起作用。1$\mu F$，10$\mu F$的電容，並行共振頻率在20MHz以上，去除高頻噪聲的效果要好一點。
50. 旁路電容：鋁解電容和鉭電容比較適合作旁路電容，一般爲10~470$\mu F$
51. 功率放大器的主要指標：輸出功率$P_{0}$，放大器效率$\eta$，總諧波失真THD，電源抑制比PSRR。THD：信號源輸入時，輸出信號（諧波及其倍頻成分）比輸入信號多出的額外諧波成分，通常用百分比表示。PSRR：PSRR值越大，音頻放大器的音質就越好。
52. OpenMV–Arm cortex M7內核，216MHz, 512K RAM 。可以完成 偵差分算法， 標記跟蹤，顏色追蹤，人臉識別，眼動跟蹤，光流，二維碼檢測，矩陣碼檢測，條形碼，標記跟蹤，直線檢測，模板匹配，圖像捕捉，視頻錄製等功能。
53. 有源晶振需要外接供電，無源晶振只接2個晶振引腳就可以了
54. 空心杯電機，無鐵芯，效率高，重量輕，響應快，機械常數小於28ms。
55. 半導體三極管是通過基極電流控制集電極電流，屬於電流型控制器件；場效應管是通過柵源之間的電壓或電場控制漏極電流的器件，是電壓控制器件，因而稱爲場效應管；從結構上，可以把場效應管分爲結型（JFET)和絕緣柵（MOSFET，簡稱MOS）；
56. .crf交叉引用文件，主要包含了瀏覽信息，實現函數的跳轉
57. RTOS實時操作系統，硬實時–>規定時間內必須完成；軟實時–>處理過程中超時的後果不嚴格。
58. 本徵半導體是純淨的晶體結構的半導體；將半導體變成本徵半導體的原因是使材料導電可控；