工程师：电子产品项目，电路方案到底该如何去开发设计？
本文由【芯片哥】原创撰写，来源：今日头条

工程师，在电子产品项目开发领域，从事的工作可以细分为两类

• 类别一：硬件工程师，也叫电子工程师，主要负责处理电子产品项目的硬件电路原理图方案设计以及PCB Layout的布线设计；
  
• 类别二：软件工程师，主要负责处理电子产品项目的代码程序方案设计，通过汇编语言、C语言或者VHDL语言开发编写相应的功能软件；
  

之所以划分这么细致，主要是因为“术业有专攻”，尤其是在大公司更能体现出，分成硬件研发小组与软件研发小组。

硬件工程师，在研发项目设计，更多关注的是如何根据项目的功能要求，开发出相应的电路方案；对于一个新的电子产品项目，工程师该如何从零到一开始去展开设计它的电路方案呢？有没有什么好的研发经验可以借鉴呢？
电子产品项目，电路方案到底该如何去开发设计？相信这是工程师非常希望了解的内容，一般可以总结为4点

• 项目功能需求分析
  
• 硬件电路框图方案设计
  
• 详细电路原理图设计
  
• 电路功能测试验证
  

为了更好的描述电路方案是如何从零开始，通过这4点完成项目的开发设计，芯片哥以RKE电路项目开发案例说明

项目功能需求分析
工程师，在面对一个新的电路研发项目，首先需要处理的工作是分析项目的功能需求，也就是确定电路方案设计需要实现的目标；只有瞄准项目功能需求目标，才能找准电路方案设计的方向，才可避免一些不必要的方案讨论。
RKE电路项目，也叫做汽车遥控门禁项目，主要是通过遥控器控制汽车的解锁与关锁，实现汽车防盗的功能；工程师在电路开发设计时，可以分析出它实现的功能包含
1）汽车喇叭的控制
喇叭的作用主要是用于声音的提示，在汽车被盗时，RKE可以通过控制喇叭发出鸣笛声，用以警告。
2）汽车大灯的控制
大灯的作用主要是用于晚间的照明以及提示，在汽车被盗时，RKE可以通过控制大灯的闪烁亮灭，用以警告。
3）汽车门禁的控制
门禁的作用主要是用于栓锁汽车，在没有遥控器的条件下，防止其他人轻易地打开汽车。
4）汽车车窗的控制（可选项）
车窗的作用类似于门禁，主要是用于栓锁汽车；在停车时，通过RKE，可以遥控控制车窗的紧闭。
5）汽车遥控器的信号接收
遥控器的作用主要是实现RKE的无线控制，远程操作即可完成汽车的解锁与上锁等功能；

为了更清楚地描述RKE项目的功能，工程师可以用流程图的形式呈现出，以便直观地做出电路分析。

硬件电路框图方案设计
工程师在分析完项目的功能需求后，接下来需要做的工作是将抽象的功能流程图转换成具体的硬件电路方案。以RKE电路项目案例为说明，讲述具体的设计过程是如何展开的
（a）喇叭电路

喇叭，作为一个发声电子元器件；它的电路工作原理是只需接通电源，使电流流过，喇叭便会发出声音。

工程师，设计电路控制喇叭的电源，即可实现控制喇叭的作用；具体的电路设计方案是使用达林顿管ULN2003，因为达林顿管的驱动电流相比较普通三极管要大。
（b）大灯电路

一个大灯使用常识：在开启左转向灯或者右转向灯时，会伴随发出“滴答滴答”的声音。

基于此要求，工程师会使用继电器驱动大灯，主要是因为继电器在开启或者关断时会产生类似于“滴答滴答”的声音，正好符合大灯的设计功能。
（c）门禁电路
通过分析门禁的控制原理得知，其主要是利用电机带动杆杠实现栓锁与解锁功能；工程师设计电路控制电机的正反转，就可以实现门禁的栓锁与解锁。

电机的正反转，实现的途径是控制电机的电源A与B两端的极性；电源A极性为正﹢，电源B极为负﹣，电机正转；电源A极为负﹣，电源B极性为正﹢，电机反转。

双刀双掷继电器就能很好地解决输出不同极性的电源；同时在门禁电路中采用继电器控制电机，也是由于在大灯电路中采用了继电器；同一类型器件的大批量采购，可以节约采购的成本。
（d）遥控电路
对于RKE项目，遥控电路主要是遥控器信号的射频接收电路；为了节约项目的开发时间，加快项目研发进度，此处的射频接收电路则直接采用433MHz的射频接收模块电路，用于处理遥控器的信号。
（e）开关量电路
开关量电路，包含按键输入信号处理电路与车速信号、碰撞信号以及发动机转速信号电路等等；由于这些信号是属于数字信号，本质上是同一类型，工程师可以将其统一设计电路处理；具体可以采用数字三极管DTA114为核心器件来设计。
（f）电源电路
RKE电路项目控制器，其工作的电源是由车载电瓶12V与发电机电源12V提供；显然12V不能直接被其他电路系统处理，例如射频接收模块电路的工作电压是5.0V。工程师需要设计电源电路，将12V电压转换成5.0V电压，用以提供其他功能电路工作。典型的设计方案是采用NCV4264，不是采用常用的78M05，主要是因为静态功耗因素。
（g）单片机电路
单片机作为整个RKE电路项目的控制运算芯片，它的选型一般是首先确定外围电路的特性，比如

• 根据外围开关量信号的输入与输出电路，确定单片机IO引脚的数量；
  
• 根据外围通信接口的方式，确定单片机SPI与IIC以及UART接口的数量；
  
• 根据外围电路的信号最大频率，确定单片机运行的主频；
  
• 根据外围电路的逻辑运算数据量，确定单片机的RAM与Flash大小；
  

通过上述的分析方法以及结合稳定可靠性因素，工程师可以确定RKE电路项目的单片机具体型号，选择为PIC16F1936。
工程师分析完喇叭电路、大灯电路、门禁电路、遥控电路、开关量电路、电源电路以及单片机电路，能较好地整理设计出RKE项目的硬件电路框图的方案

在硬件电路框图中，电源电路是负责提供整个项目的工作电压，开关量电路是处理各种数字输入输出信号的电路，单片机是负责电路的逻辑与数据运算，433MHz遥控接收电路是作为遥控器信号的解码电路，继电器是负责驱动大灯与门禁的电机，达林顿管是驱动喇叭以及继电器。
详细电路原理图设计
确定完硬件电路框图方案，工程师就可以设计出项目的完整电路图了；在此过程中，工程师主要的工作包含三部分
01 部分
在每个功能模块电路中添加相应的保护器件；如

• 在电源电路中，添加压敏电阻220KD14保护器件，保护电源芯片不被过压损坏。
  
• 在电源电路中，添加防反接二极管1N4007保护器件，保护电源极性接反带来的损害。
  
• 在开关量信号电路中，添加滤波电容104或者102保护器件，保护其他滤波信号不会影响电路。
  
• 在电机驱动电路中，添加压敏电阻330KD07保护器件，保护电机不被高压脉冲击伤。
  

02 部分
将不同功能的模块电路接口连接到单片机引脚；如

• 电源电路的输出5V引脚，连接到单片机的电源VCC引脚；
  
• 开关量输出信号处理电路，连接到单片机的IO引脚；
  
• 射频模块接收电路，连接到单片机的中断引脚；
  
• 达林顿管的驱动电路，连接到单片机的IO引脚；
  

03 部分
把电路图中的所有电子元器件与芯片，它的每一个详细参数都准确计算出；如

• 贴片电阻的阻值、精度、封装以及类型；
  
• 贴片电容的容值、耐压值、封装、材质以及精度；
  
• 二极管的型号与封装；
  
• 三极管的型号与封装；
  
• 芯片的型号与封装；
  

在做完这三部分工作后，工程师就基本完成了整个RKE电路项目的原理图设计；具体的详细电路图参考如下

RKE电路原理图，详细体现了项目的电路设计方案，包含具体的功能以及参数；
电路功能测试验证
也许工程师会认为，开发设计完项目的电路方案之后，项目基本上就已经可以结束了；实则不然，项目的电路方案设计只是理论的验证，方案设计只有通过实际的功能测试验证才能得到认可；
一般而言，电路功能测试验证的检测标准是判断能否实现项目的全部功能，以RKE电路项目为例说明

• 按下遥控器的开锁与关锁按键，RKE电路能否实现电机的正转与反转；
  
• 拨动左右转向灯开关，RKE电路能否实现左右转向灯的开启；
  
• 按下喇叭开关，RKE电路能否实现喇叭发出声音；
  
• 输入碰撞信号，RKE电路能否实现自动解锁功能；
  
• 按下大灯开关，RKE电路能否实现大灯的开启；
  

通过对照项目需要实现的功能，工程师逐一地去测试验证设计的电路方案是否可行；如果测试发现问题，则需要不断地去优化设计，改良方案，升级版本，直至最后通过所有的功能测试验证；
最后的结语
电子产品项目，工程师在开发电路方案，本质上是利用各种不同类型电子元器件与芯片的特性来设计各种不同功能的电路。依据产品项目需要实现的功能，设计出硬件电路的整体框图方案，然后具体设计出详细的电路原理图，最后进行方案电路的功能测试验证，判断设计的电路方案是否存在不足之处，若没有达到项目功能设计要求，则通过不断地优化升级电路方案，直至完成项目的所有功能，这就是电子产品项目电路方案开发设计的方法。
工程师，现在你会了吗？