前景

家里有个以前做的挺漂亮的床头灯，这次想通过本次竞赛培训活动，学习知识，将这个以前的作品改造成物联网设备。

折腾记录

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• 电路板与外壳的制作装配：博客链接
• 代码：Gitee链接

  选型篇

左选右选，最终还是选用了stc15f104w 这款单片机。

本来不太想用stc15f104w，感觉io口不太够用，但根据功能数了一下，跟esp-01s用串口传输数据，占用俩io；连接触摸感应芯片BS801B，占用一个；ws2812使用esp-01s的那一个io口控制，这样一来甚至还多出几个io呢。

下面说说我整理出使用stc15f104w的优势

• IO口数量适合
• 以前写过stc15f104w的程序，对它也比较熟悉。
• 它有sop-8的封装，引脚少，体积小。
• 它内置晶振，上电就能用，不需要外围电路（这一点我很喜欢）。
• 宽电压范围供电：5.5-3.8V

也考虑过stm32f103c8t6，80c51这样的老牌单片机，但前者的io浪费得厉害，后者还得配外围电路，晶振啊电容啊什么的，占地方。经过上边的比较分析，终于打定主意就用stc15f104w了。

大概需要用到的是 STC15F104w、ESP-01s、AMS1117、BS801B、NCE3401AY等

这些元器件的电压参数如下

名称	工作电压(V)	备注
STC15F104w	3.8-5.5
ESP-01s	3.0-3.6
BS801B	2.2~5.5

绘制电路结构逻辑图篇

这，是一个让人头秃的步骤

但是做好了之后可以为整个开发过程提供极好的指导作用。

• 功能思维导图

• 电路原理与总体结构框图

• 电源结构框图

绘制原理图篇

我的灯的外壳的骨架是木条，存放电路的地方长这个样子：

可以看到，左边留有type-c接口位置的木框厚度为5mm。

这意味着我必须选一个比较长一点的type-c母座，不然公头插进去够不着。

我把立创商城的所有母座都翻了一遍后，只找到了几个比较符合要求的：

• 立式的-1

不用它的原因：用这个的话，焊好口朝上，位置不对。虽然说可以给他单独搞个小板，但是呢......麻烦啊，还得给小板连线啊什么的，这样太麻烦了。

• 立式的-2

不用它的原因：同上 ，而且我焊工太渣，但引脚太多还是贴片的（焊这样的type-c有过惨痛教训）， and ......

• 卧式-直插

采用原因：引脚较少，画板子的时候把封装重新编辑一下，把引脚那一端移到板子边缘就好了。

BUT...

正当我开开心心的去画原理图的时候，发现一个问题

（左图来自商城规格书）

？？？？？？这都是啥 这都是干啥的？ 哪个是哪个？？？？？？

短暂的思索了一会儿，我觉得这应该可能在type-c的引脚定义里面有，浏览器走一波~

不出所料

OK了，终于可以愉快的画电源部分了~

• TYPE-C电源接口

note: 那四个 “0” 是母座金属外壳的四个孔位，可以接地处理也可以不接。我选择不接地是因为，我感觉的烙铁功率不太够，接地的话散热太快了不好焊（指大面积铺铜接地处理的情况下）。

• 3.3V电源

• 绿波电龙（滤波电容）

• 触摸芯片

note: 查看手册，手册推荐的应用电路图中，Kout接了个上拉电阻

关于拉电阻的问题我也搞不太明白，但我的理解是：

使用拉电阻，可以将这条信号线上的电平强制设置为一种稳定的状态，通过上拉/下拉来选择要配置为什么状态，即平时的时候是高是低。这条信号线上要检测的信号为高电平，就配置为下拉电阻；要检测的信号为低，那就配个上拉电阻。

以本设计为例，我电路图配置的是：有触摸输出低电平，那么就把拉电阻设为上拉电阻。当无触摸的时候，信号线一直为高电平，而当人触摸后，Kout输出低电平，这时上拉电阻那条电路产生向BS801B内部流动的电流，而Kout输出低电平相当于接地，这样一来，信号线就被拉低了，线路上就产生了单片机要检测到的低电平信号。

故将原理图修改，添加上拉电阻：

• WS2812灯带部分

开关mos我直接照着手册画的，NCE3401AY的手册图：

 又出大问题...

原理图画到STC15f104w单片机了，就在我 吃着火锅唱着歌 查着资料听着歌的时候，我发现

它！没！有！串！口！！！ 这咋办啊，虚拟串口我不见得会写啊！

咋办啊这~

老话说得好： 官网是个好东西

网上找太杂，便先去官网逛逛吧 ~_~

一如既往的辣眼睛，往下翻

卧槽我看见了什么

库函数是个好东西！

真是太棒了！！

这是它的描述，真香

模拟串口引脚的定义方法如下

总结 : stc15f100系列没有硬件串口，所以想要使用串口，应该使用软件模拟串口来实现。单片机的P3.0（5脚） 为RXD，P3.1（6脚）为单片机TXD，下载时也是用这俩口，需要冷启动。

我不想把用P3.0、P3.1当做与ESP-01s通信的串口，因为调试程序时需要反复下载代码验证，如果用3.0、3.1口的话，还得一直拔插ESP-01s，这样是很麻烦的。而且由于高度限制（板子高度需要小于1cm）的原因，我应该不会用排针母座，而是直接把ESP-01s焊在板子上，所以我必须另找IO。

于是 原理图成了这样

完美了，刚刚好把所有IO全部用上。开始的时候计算的还有盈余，现在刚刚好，不多也不少。

• ESP-01s

在画这个的原理图的时候，我遇到一个问题：串口电平匹配问题。

以下是解决过程

note: 单片机的串口输出的高电平与其供电电压一致。

ESP-01s的串口电平是3.3V，最大耐受也是3.3V。

也就是说，它的RXD无法接收来自STC15f104w这款5V单片机的ttl串口电平，会导致ESP-01s的损坏。

但是呢，（3.3V）TXD --> RXD（5V） 是不需要做处理的，为什么呢？

通过查看手册

STC15系列单片机的手册，我们可以发现，只要输入电压大于2V，就会被判定为高电平。ESP-01s的高电平是3.3V，会被识别判定为1，高电平。

经过以上分析我们知道：只需要做（5V）TXD --> RXD（3.3V）这一路的电压匹配即可。

经过群里许多人的帮助，我最终选择了 74LVC1T45这款电平转换IC

将它布置在单片机的TXD上

现在可以进行下一步操作了：画ESP-01s的电路。

有几点注意>

• esp-01s我是要直接焊在板子上的，所以它的下载/运行模式切换电路是需要有的
• 串口下载的时候，需要将esp-01s的串口与单片机的引脚断开连接，因为单片机的IO状态默认不是高阻态，会干扰下载。

原理图如下

notes:  测试ws2812灯带的时候，我一开始是直接把灯带的输入端接引脚，结果发现现象很奇怪。莫名其妙的一会儿能用一会儿不能用，很不稳定，百思不得其解啊。

不过我很快发现一个被我忽略的点：又是电压匹配

esp-01s的io输出电压的高电平与其vdd一样，是3.3V。而3.3V，可能不会使ws2812芯片判定为高电平。

这是ws2812的手册。从这里我查到，ws2812把高于0.7*VDD的信号电压认为是高电平。我的ws2812的VDD即供电电压是5V。所以，高于3.5V的信号才会被当作高电平；也就是说，我们的esp-01s的3.3V的高电平，是被当作低电平来处理的，ws2812的信号输入端一直都是低电平。

对esp-01s的输出做一次电压转换才可以使用。

我采用的是1N4148而不是1N4007，是因为4148的开关速度要比4007快，不会出现其他问题。

前面贴出来esp-01s的原理图，就是已经补全了的完整的电路图，带有io口的电平转换。

• 外部调试下载接口

上图包含调试下载接口以及esp-01s的启动模式（运行/下载）切换

• CH340下载电路

至此，原理图部分顺利结束

绘制电路图篇

其实没啥说的，怎么画板子看官方教程就好，我就不班门弄斧了。

按照外壳空间大小设计板子尺寸

按这个尺寸设计布局，到时候把板子调试测试好，用热熔胶固定到壳子里。

因为我这板子不涉及到高速电路，所以布线在DRC规则下随便布，基本上就是个连连看游戏。

（自动布线功能可以用来验证当前布局是否可行，原理图我已经做好模块化，分模块手动布线即可。）

唯一要注意的是esp-01s的布置，其手册相关如下：

好了，开始画板

大概是这个样子：

在丝印上添加亿点注释：

软件篇

软件开发信息

硬件	开发软件	使用的库
ESP-01s	arduino	FastLED库、Blinker库
STC15F104w	keil	STC15系列官方库

参考网址

blinker Arduino支持库

FastLED库说明文档-太极创客

• ESP-01s部分 左选右选才选好要使用的物联网平台和要使用的led驱动库 blinker也支持像阿里云那样的自定义软件布局，也能支持天猫精灵，相当不错。

代码：还没写完

未完待续......