从零开始画原理图：一个STM32最小系统的实战教学
你有没有过这样的经历？打开Altium Designer或者KiCad，面对满屏的工具栏和弹窗，手握鼠标却不知道从何下手。想画个简单的电路图，结果连电阻都放不上去——别担心，这几乎是每个电子新人必经的“入门劫”。
今天我们就抛开那些复杂的术语堆砌，用最接地气的方式，带你完整走一遍PCB原理图设计全过程。不讲空话，只讲实战。我们以一个基于STM32F103C8T6的最小系统为例，手把手教你如何从一张白纸画出能打样生产的原理图。
为什么先学原理图？因为它才是电路的“灵魂”
很多人误以为画PCB就是布线、铺铜、打孔，其实不然。真正的起点是原理图（Schematic）。你可以把它理解为建筑的施工图纸——它不告诉你墙有多厚、门朝哪开，但它决定了房间怎么布局、水电怎么走。
在EDA软件里，原理图的作用是：
- 定义元器件之间的电气连接关系
- 生成后续PCB设计所需的网表（Netlist）
- 输出采购用的BOM清单
换句话说：原理图画错了，PCB做得再漂亮也是废板。
所以，哪怕你是零基础，也必须先把这一步踩实了。
第一步：准备“积木”——元器件库与符号创建
你要搭房子，总得先有砖头吧？在原理图设计中，这些“砖头”就是各种元器件：电阻、电容、芯片……但它们不是实物，而是图形符号 + 引脚定义 + 属性参数的组合体。
常见误区
很多初学者一上来就想自己画所有元件，结果花了一整天还在折腾STM32的引脚排列。其实大可不必！
现代EDA工具（比如Altium、KiCad）都自带丰富的官方库。像电阻、电容、常用IC这些，基本都能直接调用。真正需要手动创建的，往往是以下几种情况：
- 某款新型传感器没有现成符号；
- 芯片封装特殊（如QFN、BGA）；
- 自定义模块（如电机驱动板）。
实操建议
对于STM32F103C8T6这种常见MCU，优先搜索社区库或厂商提供的集成库。如果实在找不到，再动手创建也不迟。
创建时注意三个关键点：
1.引脚顺序要和数据手册一致—— 别把PA0接到PB0上；
2.每个引脚标明电气类型—— 是输入？输出？电源？高阻态？
3.务必关联正确的PCB封装—— LQFP48 ≠ TSSOP20，焊不上就完了。
⚠️ 小贴士：给每个元件填好“制造商型号”字段，将来导出BOM时可以直接用于采购，省去二次核对的麻烦。
第二步：让元件“说话”——电气连接与网络标号
现在砖头齐了，接下来就是把它们连起来。这时候你会遇到两个工具：导线（Wire）和网络标号（Net Label）。
导线 vs 网络标号：什么时候该用哪个？
- 导线适合短距离、局部连接，比如晶振两端接两个电容；
- 网络标号更适合长距离、跨页连接，比如全图共用的电源线。
举个例子：你的STM32有10个VDD引脚，难道要用导线一个个拉到稳压器输出端？显然不现实。更合理的做法是：
1. 给稳压器输出加个标签3V3；
2. 所有VDD引脚也标上3V3；
3. EDA软件会自动识别这是同一个网络。
这样不仅整洁，还能避免“漏接电源”的低级错误。
高效技巧：善用电源符号
大多数EDA工具提供专用的电源端口（Power Port）符号，比如：
-VCC/5V/3V3表示正电源
-GND表示地
使用它们的好处是：
- 自动生成全局网络，无需手动连线；
- 支持跨页连接；
- ERC检查更准确。
不过要注意命名规范！别一会写3.3V，一会写3V3，软件可不会认为它们是一回事。
第三步：稳住别慌——电源与去耦电容设计
数字电路最怕什么？电压波动。尤其像STM32这种高速MCU，内核切换瞬间电流突变，容易产生噪声干扰自身工作。
解决方案很简单：去耦电容。
怎么配？记住这个黄金搭配：
| 电容值 | 类型 | 作用 | 数量 |
|---|---|---|---|
| 0.1μF | 陶瓷电容（X7R） | 滤除高频噪声 | 每个VDD/VSS对之间至少一个 |
| 10μF ~ 100μF | 钽电容或电解电容 | 提供瞬时储能 | 每颗IC附近放1个 |
放置位置也有讲究：
-越靠近电源引脚越好；
- 回路面积尽量小（即电容正负极到芯片的距离都要短）；
- 地端走线优先连接到最近的地平面。
💡 经验之谈：如果你发现MCU偶尔复位、ADC读数跳动，第一反应应该是查去耦电容是否到位。
第四步：别急着交作业——做一次完整的ERC检查
画完原理图≠完成任务。就像写代码要编译一样，你得运行一次电气规则检查（ERC, Electrical Rule Check）。
ERC能帮你揪出哪些问题？
| 错误类型 | 后果 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 输入引脚悬空 | 可能导致逻辑紊乱 | 加上拉/下拉电阻或明确接地 |
| 输出引脚短接 | 可能烧毁IO口 | 检查是否有重复连接 |
| 电源引脚未驱动 | 芯片无法供电 | 使用Power Port正确连接 |
| NC引脚误接信号 | 功能异常 | 标记为“No ERC”或断开连接 |
操作建议
- 每画完一页就跑一次ERC，趁早发现问题；
- 对于确实不需要连接的引脚（如某些备用IO），右键设为“No ERC”；
- 保留ERC报告，作为团队评审依据。
有一次我帮同事查问题，发现STM32一直不启动，最后查出来是因为VBAT引脚没接！虽然不用电池备份，但数据手册明确要求接VDD或GND。这类细节，ERC一眼就能看出来。
实战案例：STM32最小系统原理图搭建流程
我们来实战演练一下整个过程。目标：设计一个可以烧录程序、正常运行的STM32F103C8T6最小系统。
1. 新建工程
在Altium Designer中新建一个PCB项目，命名为STM32_MinSys.PrjPcb。
2. 放置核心MCU
从库中找到STM32F103C8T6符号，拖到图纸中央。确认其封装为LQFP48。
3. 添加晶振电路
- 放置8MHz无源晶振，连接OSC_IN和OSC_OUT；
- 两边各加一个22pF负载电容，另一端接地；
- 可添加注释：“CRYSTAL MUST BE PLACED CLOSE TO MCU”，提醒PCB工程师注意布局。
4. 构建电源系统
- 使用AMS1117-3.3V将5V转为3.3V；
- 输入端加10μF电解电容 + 0.1μF陶瓷电容；
- 输出端同样配置双电容滤波；
- 输出命名为
3V3，连接至MCU所有VDD引脚。
5. 设计复位电路
- 复位引脚NRST接10kΩ上拉电阻至3V3；
- 并联100nF电容到地；
- 外接一个轻触按钮，实现手动复位。
6. 引出调试接口
- SWD接口只需两根线：SWCLK 和 SWDIO；
- 加4.7kΩ上拉电阻提高信号稳定性；
- 引出排针，方便连接ST-Link下载器。
7. 加个LED试试手感
- 将PA5引脚通过限流电阻（1kΩ）接LED阳极；
- LED阴极接地；
- 烧录后可以用HAL库控制闪烁，验证基本功能。
8. 全局整理与标注
- 所有电源网络统一命名：
3V3、GND； - 关键信号清晰标注：
OSC_IN、NRST、SWCLK； - 每个元件填写位号（R1、C2、U1等）、封装、型号信息。
9. 运行ERC
点击菜单Tools → Electrical Rule Check，等待结果。
- 发现PA13/PA14报“Unconnected Input”？
- 查阅手册得知这两个引脚默认用于SWD，已被占用，无需额外处理。
- 右键设置“No ERC”即可忽略警告。
10. 导出成果
- 生成网表：用于导入PCB模块；
- 导出BOM：Excel格式，包含位号、型号、封装、数量、制造商，发给采购毫无压力。
那些没人告诉你但很重要的事
❓多个GND符号真的会自动连通吗？
会！只要名字都是GND，即使分散在不同页面，也会被识别为同一网络。这就是网络标号的强大之处。
❓晶振走线长度会影响稳定性吗？
原理图不体现物理长度，但你可以通过添加设计注释提醒Layout人员：“Crystal must be placed close to MCU, keep traces short and symmetrical.”
❓怎么高效管理几十个去耦电容？
利用EDA软件的复制功能：
1. 先放好一个0.1μF电容；
2. 复制粘贴，软件会自动递增位号（C1 → C2 → C3…）；
3. 快速定位到各个VDD旁，完成布置。
写在最后：原理图不是画画，而是工程思维的训练
画原理图看起来像是在“画画”，但实际上是在构建一套严谨的电气逻辑体系。它考验的是你对电路功能的理解、对器件特性的掌握、对设计规范的尊重。
当你能独立完成一个STM32最小系统的原理图，并顺利通过ERC、生成可用BOM时，你就已经迈过了硬件入门最关键的那道门槛。
接下来，无论是学习PCB布局布线、调试信号完整性，还是参与实际产品研发，你都有了坚实的起点。
如果你在实践中遇到了其他坑，欢迎留言交流。我们一起拆解问题，把每一块“绊脚石”变成通往高手之路的垫脚石。
