任务介绍
参照XIAO SAMD21重新设计一款MCU核心板，要求：
- 使用TQFP-48封装的器件替换掉原设计中的QFN-48封装的器件，器件的资源跟原设计一致，只有封装发生了变化
- 用到的MCU芯片需在DigiKey官网 上有货且正常售卖
- 核心板上的其它器件以及管脚连接与原设计完全一致
- 核心板的样式、尺寸跟原设计一致
- 考虑到TQFP-48封装的器件（9x9mm）相对于原设计中QFN-48封装的器件（7x7mm）占板面积稍大，自己设计的核心板可以将部分元器件放置在背面
注：PCB设计工具需用KiCad（官方邮件赠送了课程），或最终提交的文件需是KiCad文件，详见大赛主题阶段1要求和项目提交内容。
模块介绍
基于设计需求，主控芯片选用ATSAMD21G18A-AU（TQFP-48封装），全新构建的MCU核心板集成14个功能引脚：11路数字接口、10路PWM输出（标记为D1-D10）、11路模拟输入通道以及1路专用DAC输出引脚（D0）。该板载资源包含SWD调试焊盘、I²C接口、SPI接口和UART接口各1组，同时配置串行通信指示灯（T/R）与通过引脚复用的可编程状态指示灯（L），其LED系统采用四色指示方案——电源运行（绿色）、L状态指示（红色）、数据接收RX（黄色）和数据发送TX（蓝色）。
核心板通过Type-C接口实现供电与程序下载功能，设计双复位按钮实现物理重启操作。在硬件架构上，芯片内置DC-DC转换电路支持3.3V/5V双电压输入，所有数字I/O引脚严格限定3.3V电平以避免损坏，通信接口完整保留I²C（SDA/SCL）、SPI（MISO/MOSI/SCK）和UART（RX/TX）信号组，QTouch功能支持A0、A1、A6至A10共7个电容触摸通道，物理尺寸控制为21×17.8×3.5mm的紧凑型设计。
芯片的得捷链接：
原理图和PCB模块介绍
原理图
PCB
3D效果图
基于32位ARM® Cortex®-M0+架构的SAMD21G18微控制器构建高性能核心，该芯片以48MHz主频运行，配备256KB闪存与32KB SRAM存储资源，为复杂任务提供强力支持。其卓越兼容性支持Arduino IDE开发环境，21×17.8mm的拇指尺寸配合直插式引脚设计，既满足面包板快速原型开发需求，也可便捷集成至可穿戴设备及紧凑型项目。
在接口扩展层面，该板集成11路数字/模拟复用通道（其中10路支持PWM波形输出）、1路高精度DAC信号输出，并完整配置标准开发接口：包含SWD调试端口、I²C总线接口（SDA/SCL）、UART串行通信接口（RX/TX）以及SPI三线制接口（MISO/MOSI/SCK），形成完备的嵌入式开发解决方案。板载电源管理通过DC-DC转换模块支持3.3V/5V双电压自动切换，所有数字IO限压保护机制有效防止过压损伤。
主要性能指标和管脚定义
主要性能指标
项目 | 技术参数 |
|---|---|
处理器核心 | ARM Cortex-M0+架构（SAMD21G18），主频最高48MHz |
闪存存储器 | 256KB容量 |
运行内存 | 32KB容量 |
模块外形尺寸 | 21×17.8×3.5毫米 |
供电电压范围 | 3.3V或5V直流输入 |
电源/编程接口 | Type-C连接器 |
数字I/O通道 | 11路 |
模拟输入通道 | 11路 |
电容触摸感应 | 7通道（对应引脚A0/A1/A6-A10） |
串行通信接口 | 1组UART |
I²C通信接口 | 1组 |
SPI通信接口 | 1组 |
通用I/O引脚注意事项： MCU的工作电压为3.3V。请确保连接到通用I/O引脚的输入电压不超过3.3V，否则可能损坏芯片。
电源引脚注意事项： 板载DC-DC转换电路可将5V输入降压为3.3V，因此可以通过标有5V-PIN的引脚使用5V电源为整个模块供电。
管脚定义
管脚编号 | 管脚名称 | 功能属性 | 管脚编号 | 管脚名称 | 功能属性 |
|---|---|---|---|---|---|
1 | PA02_A0_D0 | 输入输出 | 14 | +5V | 电源 |
3 | PA10_A2_D2 | 输入输出 | 12 | 3V3 | 电源 |
2 | PA4_A1_D1 | 输入输出 | 13 | GND | 电源 |
7 | PB08_A6_D6_TX | 输入输出 | 8 | PB09_A7_D7_RX | 输入输出 |
4 | PA11_A3_D3 | 输入输出 | 11 | PA6_A10_D10_MOSI | 输入输出 |
5 | PA8_A4_D4_SDA | 输入输出 | 10 | PA5_A9_D9_MISO | 输入输出 |
6 | PA9_A5_D5_SCL | 输入输出 | 9 | PA7_A8_D8_SCK | 输入输出 |
板上标识表
标识符 | 功能名称 | 上电状态 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
D6 | L | 熄灭 | 可编程控制的状态指示灯 |
D2、D3 | 串行通信指示灯 | 熄灭 | 可编程指示通信状态 |
D5 | PWR | 点亮 | 3.3V系统工作电压正常指示 |
eZ-PLM上新建物料和项目的截图
物料添加
项目上传
心得体会
这次复刻的实践，让我深刻体会到保持设计简洁与可靠的重要性。核心芯片的选择奠定了功能基础，而围绕着它的外围电路，则更需要细心布局与连接。在有限的空间里，力求每一条走线清晰准确，每一个元件的安排都考虑到实际使用的便利与稳定。电源的处理特别关键，确保其纯净稳定。最终成品的紧凑尺寸，既继承了原设计的精髓，也力求在可靠性和日常操作的友好度上有所提升。整个过程是在理解基础上的实践，确保核心功能稳固，同时方便使用。
豆腐Orz
Tide慢即是快