设计思路
控制板围绕 STM32F103ZETx（LQFP-144）设计，核心需求来自固件层面的引脚分配：
- USART1（PA9/PA10）：调试串口，通过 CH340C 转 USB-C
- USART2（PA2/PA3/PD7）：现场 RS485 总线，连接传感器和继电器
- USART3（PB10/PB11/PA5）：维护/上行 RS485 总线，连接 G780S 通信模块
两条 RS485 总线独立隔离，互不干扰。现场总线负责日常数据采集，维护总线负责远程配置和固件升级。
PCB 参数
| 参数 | 值 |
|---|---|
| 尺寸 | 100mm × 100mm（双层板） |
| 板厚 | 1.6mm |
| 铜厚 | 1oz |
| 最小线宽/间距 | 0.25mm / 0.2mm |
| 安装孔 | 4 × M3（四角） |
| 设计工具 | KiCad 10.0 + Python API |
核心器件
| 位号 | 型号 | 封装 | 用途 |
|---|---|---|---|
| U1 | STM32F103ZETx | LQFP-144 | 主控 MCU |
| U2 | CH340C | SOP-16 | USB 转 UART 调试串口 |
| U3 | AMS1117-3.3V | SOT-223 | 5V → 3.3V LDO 稳压 |
| U4 | MAX485E | SOIC-8 | 现场 RS485 收发器 |
| U5 | MAX485E | SOIC-8 | 上行 RS485 收发器 |
| J1 | USB-C | GCT USB4105 | 供电 + 调试 |
| J2/J3 | 三位螺丝端子 | Phoenix MKDS 5.08mm | 现场/上行 RS485（A/B/GND） |
| J4 | SWD 排针 | 2×5 Pin 2.54mm | 调试/烧录接口 |
| J5 | UART1 排针 | 1×4 Pin 2.54mm | 独立串口引出 |
| J6 | BOOT0 排针 | 1×3 Pin 2.54mm | 启动模式选择 |
封装约束
| 类型 | 封装 | 说明 |
|---|---|---|
| 电阻、电容 | 0805（2012M） | 通用阻容，便于手工焊接 |
| 钽电容 | 3216（EIA 3216-18） | 10μF 输入/输出滤波 |
| LED | 0603（1608M） | 红/绿状态指示 |
| 晶振 | 3225 4Pin | 8MHz HSE |
电源设计
USB-C 的 VBUS（5V）分两路：
- AMS1117-3.3V：5V → 3.3V，供 MCU 和数字电路
- 直供 5V：给两路 MAX485E 供电，同时为 CH340C 的 VCC 供电
LDO 输入输出各配 10μF 钽电容 + 100nF 陶瓷电容，MCU 的每个 VDD/VDDA 引脚就近放置 100nF 去耦电容。
RS485 电路设计
两路 MAX485E 采用完全相同的电路拓扑：
MAX485E 引脚分配（以现场总线为例）：
RO (1) ── 10KΩ 上拉到 5V ── 20KΩ 下拉到 GND ── STM32 RX
RE (2) ──┐
DE (3) ──┴── STM32 DE 控制引脚（方向切换）
DI (4) ── STM32 TX
GND (5) ── GND
A (6) ── 680Ω 上拉到 5V ── 120Ω 终端电阻（DNP）── 接线端子 A
B (7) ── 680Ω 下拉到 GND ── 同上 ── 接线端子 B
VCC (8) ── 5V偏置电阻（680Ω）确保总线空闲时 A > B，避免接收器输出不确定状态。120Ω 终端电阻默认不焊接（DNP），现场需要时再补。
引脚分配
| 总线 | TX | RX | DE（方向控制） |
|---|---|---|---|
| 现场 RS485（USART2） | PA2 | PA3 | PD7 |
| 上行 RS485（USART3） | PB10 | PB11 | PA5 |
Python 脚本生成 PCB
整个 PCB 文件由 generate_mill_controller_board.py 通过 KiCad Python API 生成，而非手工绘制。脚本完成：
- 器件摆放：根据功能分区布局（MCU 居中，USB-C 右上，两路 485 左右分列，LDO 右侧）
- 网络分配：按固件引脚定义自动分配网络（
+3V3、+5V、GND、各信号线） - 电源走线：3V3 环绕 MCU 形成供电环，各去耦电容就近接入
- 信号走线：USB/CH340C、RS485 现场总线、RS485 上行链路、SWD/LED/BOOT0/NRST 辅助线路
- 铺铜：顶层和底层整板铺 GND，由 KiCad GUI 或 DRC 阶段填充
- 丝印标注：功能分区文字标注
重新生成：
cd D:\Project\Mill\KiCad
& "C:\Program Files\KiCad\10.0\bin\python.exe" .\generate_mill_controller_board.py运行 DRC 检查：
& "C:\Program Files\KiCad\10.0\bin\kicad-cli.exe" pcb drc .\mill_controller.kicad_pcb布局分区
┌──────────────────────────────────────────────┐
│ J2 现场RS485 U4 MAX485E U5 MAX485E J3 上行RS485 │
│ [A B GND] (SOIC-8) (SOIC-8) [A B GND] │
│ │
│ U1 STM32F103ZETx (LQFP-144) │
│ 居中 │
│ │
│ X1 8MHz J6 BOOT0 SW1 RESET U2 CH340C J1 USB-C │
│ 晶振 USB转串口 │
│ U3 AMS1117 LDO │
│ J4 SWD J5 UART1 D1 LED_R D2 LED_G │
└──────────────────────────────────────────────┘当前状态
PCB 已完成器件摆放和网络分配，飞线可见，尚未完成手工布线和铺铜。板卡为 KiCad 10.0 格式，使用 Python API 生成，可随时从固件引脚定义重新生成网络和摆件。
后续工作：在 KiCad GUI 中完成差分对布线（USB DP/DM）、优化电源走线宽度、填充铜皮、运行 DRC 并修正违规。