开源方案：15元自制树莓派Pico核心板
来源:芯片大师发布时间:2023-07-053817浏览
询问 AI我花15元做了一块树莓派Pico最小系统核心板，基于RP2040。
本项目的电路代码全部开源，且能用Python、C/C++开发，新手可快速入门。
全文导航（8部分）
硬件说明、电路原理、BOM表、PCB设计+焊接技巧、编程开发、常见问题解答、核心板优势、附件下载。
树莓派核心板由下方7个部分组成，看拆解图，更直观！
1主控芯片：RP2040，QFN-56贴片封装
2存储芯片：SPI Flash
3电源接口：TYPE C
4功能按键：BOOT和复位按键
5LED显示：电源指示和状态显示灯
6调试接口：TYPE C和SWD接口
7外接引脚：引出可编程I/O，方便扩展连接
电路原理
这章会讲解这9个电路模块：电源电路、RP2040主控电路、ADC采样电路、Flash闪存电路、按键电路、晶振电路、LED指示电路、引脚电路、调试接口。
整体原理图赏析RP2040内部有3.3V转1.1V的LDO，不需要担心1.1V的电源问题。
电源采用TYPE-C接口输入VBUS（5V），VBUS和VSYS。通过二极管连接，再通过外部的LDO，（ME6211）输出固定的3.3V。
在LDO的输入/出端加2.2uF和100nF电容滤波。因为RP2040具有USB数据传输功能，所以DP/DN与RP2040相连接。
这里将RP2040的引脚全部引出。
USB_DP和USB_DM引脚必须分别串联上27Ω电阻再与TYPE C连接，不能直接连接。
在RP2040的内部LDO(3.3V→1.1V)的输入(VREG_IN)和输出(VREG_OUT)引脚附近，放置2.2uF的去耦电容，以便提供稳定的1.1V电源。
在RP2040需供电的引脚加上100nF的去耦电容。滤除电源噪声，提供稳定的电源供应。
在绘制PCB时，去耦电容应尽可能挨近芯片引脚放置，注意电源流向进行走线绘制。
TESTEN工厂测试模式引脚，和GND绑定相连接。
RP2040具有ADC功能的GPIO26-29引脚，在IOVDD(3V3)端之间，分别接有内部反向二极管，分辨率为12位。
ADC的基准电压默认为3.3V，C7起滤波作用，R5和R6分压得到1/3的VSYS，与Q1(DMG1012T-7)相连接，可通过GPIO29_ADC3进行电压监视。
W25Q128JVSIQ的引脚与RP2040的QSPIx引脚相连接。
Flash闪存要求RP2040芯片选择输入电压与自己的3.3V电源引脚处于同一电压，否则，它不能正常工作。
所以在W25Q128JVSIQ电源引脚(VCC)附近放置2.2uF和100nF的滤波电容，以便提供稳定的3.3V供W25Q128JVSIQ所使用。
在绘制PCB时，应尽可能缩短连接距离，减少外围电路的串扰，保证信号的完整性。
复位按键与RP2040的RUN引脚相连接，外接上拉电阻使RUN默认稳定为高电平，按下RESET按键，RUN被拉低，板子复位重启。
在按键两端接个100nF电容，可以加快复位响应时间。
启动模式切换按键与RP2040的QSPI_SS引脚串联一个1kΩ相连接，串联电阻防止在BootLoader模式时，按下复位时，还是从BootLoader模式启动，而不是运行Flash的内容。
当RP2040上电时，QSPI_SS引脚将自动默认为上拉，RP2040在启动过程中会检查这个I/O的值，QSPI_SS为逻辑0，RP2040进入引导加载驱动BootLoader模式。
1未按BOOTSEL按键时，复位或上电，从Flash启动，进入normal普通模式
2按下BOOTSEL按键时，复位或上电，将显示为一个RPI-RP2磁盘，进入BootLoader模式，拖放UF2固件进行编程开发
开机时，有短暂一段时间不能保证QSPI_SS引脚的状态，增加一个上拉电阻就可得到保证。
W25Q128JVSIQ这款Flash闪存外部上拉电阻是不必要的，所以标记为NO-FIT，焊接时可忽略不焊。
晶振选用SMD3225-4P封装12MHz的晶振。
在不需要严格时序要求时，可以使用内部振荡器输入。
晶振两旁的15pF电容作用是保证振荡频率更加稳定。
在XOUT中串联1kΩ的电阻用于限流，可以防止晶振过驱导致寿命减少或损坏。选用其他不同的晶振，可能需要调整这些值。
电源指示灯（红），上电时亮起，证明最小系统供电部分正常工作；
状态显示灯（蓝），用于给RP2040的GPIO25引脚测试，通过程序实现亮灭。
引脚使用2个1×20Pin的2.54mm排针孔方式引出，方便扩展项目连接，兼容市面主流的树莓派Pico板。
USB串口调试接口(USB1)，是树莓派Pico进行重新编程/烧写程序的最简洁方法，通常使用此方式调试。
SWD下载调试接口(H1)，电容为滤波作用，使下载烧录性能更加稳定。
PCB设计+焊接技巧
本章节主要讲解——布局、布线、丝印铺铜、焊接的技巧。
布局技巧
TYPE-C靠左侧板边居中摆放。
2排针间距为17.87mm，放置在板边两侧。
3主控芯片摆放在板子中部位置，方便与扩展引脚的外接排针走线。
4晶振靠近放置在MCU附近，减小干扰。
5SWD调试排针接口放置在板右侧。
6滤波电容紧挨滤波引脚放置。
布线技巧1
电源线宽设置为15mil，信号线宽设置为8mil。
2以顶层走线为主，走不通的线可以放置过孔切换到底层进行连接。
3走线过程中优先走直线，需要拐弯的地方以135°钝角或圆弧为主，横平竖直，保持设计美规。
4晶振走线尽量短，底部不要走线，减少噪声干扰。
5在布线过程中适当放置GND扇孔占位，避免覆铜后GND不完整。
03丝印覆铜技巧1
标记注明板子信息(RP2040最小系统)。
2添加丝印标记按键，外接引脚和调试接口功能。
2在绘制调整完PCB后加上泪滴效果，使板子更加美观稳固。
04焊接步骤1
首先焊接RP2040芯片(U1)，焊接时需先将在QFN封装上锡，或者使用锡膏上加热台/热风枪。
2再焊接TYPE-C，二极管(D1)，按键，Flash(U2)。
2然后再焊接电阻电容，LED和晶振。
2最后再根据需要，选择是否需要焊接排针。
注意事项：
①焊接时可选择嘉立创EDA工具栏中的焊接辅助工具，实时交互方便焊接；
②焊接排针时可用一块空板或洞洞板顶住，防止焊斜，影响使用。
本章节会重点讲解一下——开发环境与固件烧录。
01开发环境
树莓派可以使用MicroPython和C/C++语言进行开发学习。
1MicroPython语言开发时建议使用Thonny IDE。
2C/C++语言开发时建议使用Arduino IDE。
跟着步骤一步步来即可。
1进入MicroPython官网下载UF2固件。
2按住BOOTSEL按键不放。
3将Pico插入电脑的USB串口，电脑会弹出一个RPI-RP2的磁盘。
4点击文件夹下的INDEX.HTM文件，会跳转打开树莓派Pico的官网，INFO_UF2.TXT文件，则是记录板子当前的信息。
5将下载好的UF2文件拖入RPI-RP2文件夹中。
6此时打开的RPI-RP2窗口会自动关闭，树莓派Pico自动重启。同时在设备管理器器可以看到一个通过USB虚拟出来的端口，固件烧录完成。
常见问题解答（3个）
问题1：USB连接传输不起作用，没有弹出RPI-RP2磁盘管理器或串口号
1检查是否没有按住BOOTSEL按键，或者中间松开过。
2TYPE C必须是数据线（充电线不带数据传输功能），TYPE-C的DP/DN未连接好（虚焊）。
3晶振不起振（虚焊或者损坏了）。
问题2：烧录初始UF2固件后设备管理器无法识别/未知USB设备（设备描述符请求失败）
1托拽刷入flash_nuke.uf2清除固件，将Flash中原有内容清除，然后再次刷入初始UF2固件。
2RP2040芯片虚焊或者损坏了，焊接QFN封装时一定得先在引脚处上锡再焊接或加热。
问题3：使用了Zadig导致Pico在bootloader mode(引导加载程序模式)下不会枚举作为存储数据驱动器
1在设备管理器中找到所有RP2的引导驱动。
2右键选择“卸载设备”，勾选“删除此设备的驱动程序软件”（如果弹出询问时）。
3点击卸载，一定要卸载所有RP2相关的引导。
在文章的最后，总结一下这块树莓派核心板的优点吧！
板子尺寸为：53.34mm*22.86mm(2100mil900mil)。
可以在嘉立创EDA免费打板。
2兼容主流树莓派Pico，两排针间距为17.78mm，可适用于洞洞板。
3支持使用MicoPython和C/C++语言开发，方便快速入门学习。
4提供TYPE C串口和SWD接口，方便进行开发和调试。
5板载复位（RESET）和启动模式切换（BOOTSEL）按键。
6支持UF2的USB大容量存储启动模式，用于拖放式编程。
附件下载
本项目电路代码全开源。
如果你也想DIY一块核心板，请戳文末“阅读原文”获取附件。
第一步：点击“阅读原文”文字链
第二步：点击文字链即可下载
第三步：获得文件
在看你就赞赞我！
点击这里查看原工程新闻来源：芯片大师，文中所述为作者独立观点，不代表icspec立场。更多精彩资讯请下载icspec App。如对本稿件有异议，请联系微信客服specltkj。
