基于丝网印刷的开发套件

[导读]PCB丝印常被视为纯粹的技术性产物，而非一种通信媒介。在两种情况下，可用性工作往往被认为比“真正”的工程工作次要。我们需要更加关注用户体验(或开发者体验)，以让所有用户受益，包括初学者和资深开发者。这并不一定意味着要做出权衡，只需在设计和测试PCB上投入更多时间，即使硬件成本没有增加，对初学者和专家来说也可能带来更好的体验。

现代开发板比以往任何时候都更加先进，但要识别正确的引脚仍然可能令人感到困难。

微控制器本身就很复杂，但找到正确的GPIO引脚却不该如此困难。

工程师们已经在各个地方应用视觉设计原则，但似乎这些原则在PCB(印刷电路板)上并不常见。

PCB丝印常被视为纯粹的技术性产物，而非一种通信媒介。在两种情况下，可用性工作往往被认为比“真正”的工程工作次要。我们需要更加关注用户体验(或开发者体验)，以让所有用户受益，包括初学者和资深开发者。这并不一定意味着要做出权衡，只需在设计和测试PCB上投入更多时间，即使硬件成本没有增加，对初学者和专家来说也可能带来更好的体验。

1. 为信息留出空间

由于丝印是用户界面，因此我们应为其留出空间。在大多数开发套件中，所有元件都位于PCB的顶部。这几乎相当于将笔记本电脑的屏幕放在底部，因此你必须不断翻转设备或使用外接显示器。一些元件，如按钮、LED和跳线，可以反向安装或安装在侧面，以避免在两侧进行焊接(这样会增加成本，并占用更多顶部空间)。

所有元件均焊接在底部，使顶部呈现平整外观，并为图形显示留出空间。可通过反向焊接LED灯并安装层压板式USB-C连接器来实现。这也意味着ESP32-S3模块几乎所有连接都需要在PCB上进行反向布线，从而增加了线路的长度和串扰。按钮(用于BOOT和RESET)现在位于USB侧，便于在面包板上接通时按下。用户LED则放置在触发该LED的引脚旁边，也体现了“形式追随功能”的设计理念。

2. 创建视觉层次

GND 和 VCC 以最粗的字体显示，这应提醒用户注意使用这些引脚，同时便于查找。在彩色版本中，GND 和 VCC 也以黑白或红色、橙色表示，以区分不同的电压。

绿色引脚(或白色背景的引脚)是您应首先使用的，它们不连接其他任何设备，且功能完整。模拟输入和触摸感应引脚已做标记。需要注意的是，部分未标注为模拟输入的绿色引脚也可能作为模拟输入使用，但仅在不使用Wi-Fi时才有效。由于ESP32-S3主要用作支持Wi-Fi的开发板，因此我选择不特别说明这一点，以避免混淆。这些引脚仍可用于数字输入输出或触摸感应。

使用风险较高的引脚属于第三层，因为它们在启动时会表现出特定行为，或与某些组件相连。你不希望有人将LED连接到USB的D+引脚上，否则可能导致无法更新电路板上的固件。我曾考虑在该引脚旁边添加警告图标，但更合适的做法是突出显示应使用的其他引脚，因为过多的警告符号容易造成视觉负担。

3. 将标签放置在易于阅读的位置

标签始终位于顶部引脚旁边，底部部分引脚因ESP模块遮挡而未标注。引脚编号不会与铜层上的走线重叠，其他一些文字或标签也不会出现重叠。解决此问题的方法是将顶层移动到中间某一层，这样就能在顶部形成整洁美观的接地平面，同时也能容纳更多铜色文字。

4. 使用一致的命名

命名时我总是先写GPIO编号，因为这是在platformIO或Arduino中用于访问该引脚的编号，之后如果需要，再添加其他信息。

5. 减少编号复杂性

在这种情况下，我选择不改变引脚的顺序;这导致整个布局、分组和编号仍然混乱，当你想要使用第4到第8号引脚时，无法直接按顺序枚举，而需要在代码中创建一个自定义数组。

制造课程

从图中可以清楚地看出，左侧的丝网印刷更像液体，而彩色印刷的版本则更像粉末。倒置的方块明显显示，文字在视觉上变得更细。右侧的字体加粗程度已对白色文字进行了半粗体补偿，黑色文字为粗体;但白色文字仍然比黑色文字显得要粗得多。此外，你还可以明显看到，彩色版本中一些较小的文字与白色丝网印刷相比，可读性较差。这种补偿需要进一步加强。

白色/绿色标记的引脚应配有说明，标明“使用我”或“优先使用”，以便清楚了解为何它们被标记为白色/绿色。

JLC PCB 也无法在每个孔、元件或边缘周围添加白色边距的情况下生产彩色丝印。由于白色丝印是在打印机打印彩色油墨之前应用的，因此电路板上出现了不美观的轮廓。此外，为了使用彩色丝印，我不得不选择特定(更昂贵)的工艺选项，例如浸镍金处理。基于这些经验，目前我并不建议使用彩色PCB。

在我的当前设计中，我使用了绿色LED代替RGB LED，因为我找不到带WS2812模块的可逆式RGB LED。我可以直接将一个WS2812模块连接在它旁边。我的初衷是内置LED无法与这种RGB LED配合使用，但Arduino ESP32库已经解决了这个问题。而且，连接产品上的RGB LED所能显示的信息远不止一个绿色LED。

电源LED应具备通过刮除部分铜层来断开连接的方式。这在低功耗应用中或希望避免LED产生明显眩光的情况下可能非常有用。

我意识到Arduino UNO上的ON是更喜欢的写法，而不是电源。电源指示灯也需要一个大于1K的电阻才能调暗一些。目前它发出的光太强了，白天看丝印时很难看清。

结论