任务介绍
题目要求：设计一款USB转SPI的适配器
采用USB Type-C连接器，支持USB2.0数据传输
板卡尺寸：小于35mmx18mm
包含信号：SPI信号线、+5V、+3.3V、GND
主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖
模块介绍
根据任务要求，本次选用STM32F072CBT6芯片设计了一款USB转SPI适配器，此板卡可将计算机的USB协议指令转换为SPI总线信号，适用于高速数据采集、嵌入式设备编程、传感器调试等场景。
(1)STM32F072CBT6 芯片DigiKey链接：
(2)ESD0302TL 芯片DigiKey链接：
(3)PPTC042LFBN-RC 芯片DigiKey链接：
(4)AMS1117-3.3 芯片DigiKey链接：
一、ESD0302TL
核心作用：静电与浪涌保护
1、ESD防护
当用户热插拔USB线缆时，接口可能因人体静电（可达数千伏）产生瞬时高压。ESD0302TL通过 钳位电压（Clamping Voltage） 将高压限制在安全范围（如±15kV），并将电流导向电源地（GND），避免高压击穿后端的USB控制器或SPI转换芯片1。
2、电气过载保护
对USB的电源线（VBUS）和数据线（D+/D-）进行过压保护。例如，VBUS若因充电器故障引入高压（如12V），ESD0302TL会触发钳位机制，防止电压传入敏感电路
3、在这个单板主要涉及具体应用
保护对象
USB差分信号线（D+/D-）：防止数据传输因静电干扰而丢包或错误。
VBUS电源线：避免电源波动损坏SPI转换芯片。
SPI信号线：若SPI接口暴露于外部，可扩展ESD芯片保护SCK、MISO等引脚。
单信号线保护：每个需保护的信号线独立连接ESD0302TL的一个通道，另一引脚接地。
二、PPTC042LFBN-RC
核心功能：提供标准化物理连接
1、SPI信号与电源传输
PPTC042LFBN-RC是一款8针脚、2.54mm间距的双排直插式插座连接器（通孔安装）。用于将SPI信号（SCK、MISO、MOSI、片选CS0/CS1等）、电源（3.3V/5V）及GPIO信号引出至外部设备，实现传输：
2、SPI通信信号：连接SPI从机设备。
3、电源输出：提供3.3V或5V电源，直接为从机供电。
4、扩展GPIO：支持2路通用I/O接口，用于中断控制或自定义信号传输。
5、在这个单板主要涉及具体应用
扩展多从机支持
通过CS0/CS1两路片选信号，可连接两个SPI从机设备，无需额外扩展电路。
简化用户连接
将分散的SPI信号、电源、GPIO集成于单一连接器，避免用户手动飞线，降低接线错误风险。
三、AMS1117
核心作用：电压转换与稳压
1、5V转3.3V
USB接口的VBUS引脚提供5V电源，但SPI控制器和多数SPI外设需3.3V供电。AMS1117-3.3将5V降压至3.3V，确保逻辑电平兼容性，避免高压损坏芯片
2、低压差特性
在1A输出电流下压差仅1.2V（最大1.3V），输入电压≥4.3V即可稳定输出3.3V，即使USB电压波动
3、为SPI接口供电
部分USB转SPI板通过AMS1117输出的3.3V直接为SPI从设备供电，省去外部电源，提升集成度。
4、在这个单板主要涉及具体应用
电源拓扑示例
输入/输出电容：抑制电压纹波，确保稳定性。
电源分配：AMS1117的3.3V输出同时连接SPI主控芯片的VDD引脚、SPI信号电平转换电路及对外供电接口。
原理图和PCB模块介绍
原理图
PCB
一、USB接口与保护电路
1、ESD0302T（TVS二极管）：
用于保护USB数据线（D+/D-）免受静电放电（ESD）损坏。其超低电容（0.2pF）确保高速USB信号完整性，符合IEC 61000-4-2标准（±15kV空气放电/±8kV接触放电）。
2、LSR05（信号线路保护器）：
通常并联在USB数据线上，提供次级ESD和浪涌保护，与ESD0302T形成双重防护。
3、PPTC042LFBN-RC（自恢复保险丝）：
串联在USB的5V电源线上，当电流超过阈值（如042表示0.42A）时阻值剧增，切断供电；故障解除后自动恢复，防止短路损坏后端电路
二、电源管理模块
AMS1117（3.3V LDO稳压器）：
将USB输入的5V降压为3.3V，为STM32F072及其他逻辑芯片供电。其低 dropout 特性确保电压稳定，输出端需搭配10–22μF电容滤波
三、主控制器：STM32F072CBT6
核心功能：
内置USB 2.0全速控制器和SPI外设，直接实现USB协议与SPI协议的转换。
USB端：作为USB设备枚举为虚拟串口（CDC类）或HID设备，通过USB中间层驱动与PC通信。
SPI端：配置为主机模式，提供SCK、MOSI、MISO、CS引脚，支持四种时序模式及最高18MHz时钟。
时钟源：
FC4STCBMF（8MHz晶振）为STM32提供主时钟，经内部PLL倍频至48MHz（USB必需频率）。
四、工作流程
1、USB接入：
PC通过USB发送数据 → 经ESD/LSR05防护 → STM32的USB接口接收。
2、协议转换：
STM32解析USB数据包，提取指令后通过SPI外设转发（如设置SCK频率、CPHA模式）。
3、SPI通信：
STM32拉低目标设备的CS引脚 → 按时序发送数据至MOSI，同时读取MISO响应（全双工）。
4、返回数据：
SPI从设备响应数据 → STM32打包为USB数据包 → 传回PC。
模块主要性能指标和管脚定义
模块主要性能指标
STM32F072CBT6
核心处理器 | Arm Cortex-M0 |
内核规格 | 32-位 |
速度 | 48MHz |
连接能力 | CANbus,HDMI-CEC,I2C,IrDA,LINbus,SPI,UART/USART,USB |
外设 | DMA,I2S,POR,PWM,WDT |
I/0数 | 37 |
程序存储容量 | 128KB |
程序存储器类型 | 闪存 |
EEPROM容量 | - |
RAM大小 | 16Kx8 |
电压 -供电(Vcc/Vdd) | 1.65V～3.6V |
数据转换器 | A/D 10×12b; D/A 2x12b |
振荡器类型 | 内部 |
工作温度 | -40℃~85℃(TA) |
安装类型 | 表面贴装型 |
供应商器件封装 | 48-LQFP(7x7) |
封装/外壳 | 48-LQFP |
管脚定义
一、电源与地线引脚
1 | VBAT | 备用电池供电（3V），用于断电时维持RTC和备份寄存器
8 | VSSA | 模拟地（ADC/DAC参考地）
9 | VDDA | 模拟电源（2.0-3.6V），为ADC/DAC供电
23, 35, 47 | VSS_1/2/3 | 数字地（需全部接地）
24, 36, 48 | VDD_1/2/3 | 数字电源（2.0-3.6V），需全部接3.3V
二、系统核心引脚
7 | NRST | 低电平复位（外部复位信号输入）
5 | OSC_IN | 外部主晶振输入（4-32MHz）
6 | OSC_OUT | 外部主晶振输出
3 | PC14 | 低速晶振输入（32.768kHz RTC）或GPIO
4 | PC15 | 低速晶振输出（32.768kHz RTC）或GPIO
44 | BOOT0 | 启动模式选择0（高电平：系统存储器启动；低电平：主闪存启动）
20 | PB2/BOOT1 | 启动模式选择1（上电后复用为GPIO）
三、调试下载接口
34 | PA13 | SWDIO（默认调试接口）或GPIO（带FT，5V容忍）
37 | PA14 | SWCLK（默认调试接口）或GPIO（带FT，5V容忍）
39 | PA15 | JTAG_TDI（可重映射为GPIO）
40 | PB3 | JTAG_TDO（可重映射为GPIO）
38 | PB4 | JTAG_TRST（可重映射为GPIO）
四、GPIO与复用功能引脚
带FT标记：支持5V电压容忍（如PA0-PA7、PB0-PB1等）。
复用功能：每个GPIO可配置为外设接口（如USART、I2C、ADC等）。
PA0-PA15 | GPIO | TIM2（PWM）、ADC_IN0-7、USART2、I2C1
PB0-PB15 | GPIO | SPI1/I2S、CAN、USB、DAC_OUT
PC6-PC15 | GPIO | I2S2、HDMI-CEC、电容触摸感应
部分高复用引脚示例：
PA9 | USART1_TX / TIM1_CH2
PA10 | USART1_RX / USB_ID
PA11 | USB_DM / CAN_RX
PA12 | USB_DP / CAN_TX
PB6 | I2C1_SCL / USART1_TX
PB7 | I2C1_SDA / USART1_RX
五、其他功能引脚
PC13 | GPIO/侵入检测/RTC输出（防拆机触发清零）
PA0 | GPIO/WKUP（待机模式唤醒）
PA5-PA6 | GPIO/SPI1_SCK/MOSI/DAC_OUT
PB8-PB15 | GPIO/CAN/I2S
eZ-PLM上新建物料和项目的截图
使用了eZ-PLM系统上传了自工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料支持手动添加。
物料添加展示图
项目详情图
心得体会
初步学习了原理图和pcb的绘制，还非常生疏，非常感谢硬禾科技提供这次学习机会
空耳-空耳-
南小冰冰冰