EEPW ARM DIY手记之硬件功夫(三)——硬件焊接功夫与硬件测试心得
今天和大家分享一下我的《EEPW ARM DIY手记之硬件功夫》系列博客的第三部分——硬件焊接功夫与硬件测试心得。
众所周知，电子设计作为工科专业，本身就是一个对动手实践能力要求很高的学科，对于做硬件设计的人来说，更是如此。无论是电子DIY还是实际工作中，硬件焊接都是硬件设计者不可或缺的重要功夫（或者说是必备技能）。
所以，这里我结合之前参加各类电子设计竞赛以及本次EEPW ARM DIY的硬件焊接与测试，与大家分享一下我的经验和心得。
一、 硬件焊接功夫
1. 备齐所需全部元器件
根据硬件设计软件生成的元器件清单（即所谓的BOM表<Bill of Material>，也叫物料清单），按照封装和数量备齐硬件焊接所需的所有标值的电阻、电容、电感、磁珠、所有型号的二极管、三极管、继电器、各类接插件以及各种IC芯片。
这个过程可能十分的繁琐（即使只需要一只0603封装10nF的电容，你也得从众多的电容中把它找出来），可能需要到电子市场去采购或者在网上订购，需要逐项确认，但同时也是一个熟悉各类封装和元器件以及了解市场行情的好机会。
这里需要注意的是：元器件的封装一定（最好）要与PCB一致，可小不可大，即0805的焊盘可以焊接0603的元件，但0603的焊盘焊接0805的元件就有点捉襟见寸了。
2. 熟练掌握焊接工具、器材的使用
所谓“磨刀不误砍柴工”，“工欲善其事，必先利其器”说的都是工具的重要性。我们做硬件设计，搞硬件焊接，如果对焊枪烙铁的使用都不会或者不熟悉，怎么能够焊接处一个好的作品呢？这里强调不但要会、懂得焊接工具、器材的使用，更要熟练掌握。
当然，焊接的功夫不是一朝一夕就可以达到熟练掌握的，需要大家不断的尝试和练习。
本次ARM DIY活动由于核心MCU-STM32F103ZE为LQFP144的封装，管脚间距仅为0.5mm，所以建议采用可调温的恒温烙铁或者焊枪进行焊接，烙铁头建议使用刀型烙铁头。在对STM32F103ZE进行焊接时，建议在焊盘上先涂上少许焊锡膏将STM32F103ZE进行固定，然后对芯片的4个角最边上的管脚进行焊接，最后在使用拖焊或者其他方式对剩余管脚进行焊接，收尾时可用松香对焊盘进行清洗。另外，焊接时，烙铁或焊枪的温度不适过高，以200°左右为宜。
3. 各种元器件的焊接技巧
各种元器件的大小形状不一，有着不同的焊接方法和技巧，一般来说直插元件最好焊接，但是相应的体积庞大，PCB面积要求高，抗干扰能力也差；贴片元件封装小，轻薄，电气特性好，抗干扰能力强，性能稳定，但对焊接技巧要求高。
焊接技巧的总体规则为：讲究焊接先后顺序、焊接温度以合适够用为佳，不宜过高以损坏器件、先给温度再上焊锡、避免虚焊、焊接速度越快越好，减少接触时间，降低发热高温风险。
详细的内容可以参考相关教程、书籍及网络视频，这里不展开细讲。
二、 硬件测试心得
一个好的习惯往往能够在潜移默化中决定一个人做事的成败。是优秀成为一种习惯，那么你离成功就不远了。
1. 养成即焊即测的好习惯
这里所谓即焊即测，就是在每焊接完一个元件时，一定要想办法测试一下它的电气连接是否OK？即是是一个电容电阻也不容忽视，这样做的好处是将虚焊，漏焊的几率降到最低。
2. 养成硬件通电前测试电源短路与否的好习惯
这一点尤为重要，因为所有的元件都怕电源与地短路，一旦短在一起PCB上的电流就会很大，然后是急剧发热发烫，接着就是烧坏元件和芯片，最恼火的是很难检查出来。在怕电源与地短路的情况下给板子上电是硬件焊接与测试的一个大忌，不但整个板子之前的焊接会因此而前功尽弃，浪费时间，烧坏的芯片元件，成本也是不小的损失，甚至有时还会造成人身危险，也正因为如此，我真的做法更加保守，宁可慢一点——不但在上点之前要检查，在没焊接完一个元件时都对电源与地短路与否进行检查，一旦发现也好及时纠正。
3. 养成保持焊接工作台干净整洁的好习惯
焊接工作台是我们硬件焊接放置PCB版的地方，保持它的干净整洁，可以避免很多不必要的麻烦。大家都知道，焊接元器件时容易将多余的焊锡洒落到桌面上，如果不及时的处理干净，则很容易造成短路，我就曾遇到过这样的问题，因为一地洒落的焊锡短路了一个PCB板底面焊接的电源滤波电容而报废了整块板子，这样的教训无疑是深刻的，所以我这里给大家提个醒，希望大家注意。
4. 学会必要的底层硬件驱动程序编写
有时一个电路连接是否能够正常工作，不是用万用表测试通断就可以判断的，还需要有底层硬件驱动程序的测试，因此，学会必要的底层硬件驱动程序的编写也是高级硬件设计人员的基本功之一。
5. 以软件辅助硬件测试
在进行硬件测试时，我们有时会遇到这样的情况有些芯片管脚万用表无法触及，比如说BGA封装的元件（常使用机器焊接，简单管脚少的也可以使用吹风热焊），这是我们就需要使用软件来帮助我们进行测试。
一般做法是将IO口配置为输出，然后在上面输出一个方波信号，使用示波器或者逻辑分析仪在外观察波形以判定通断。在本次ARM DIY的PCB板测试工作中，我就使用了这一方法，确保STM32F103ZE的全部112个IO的正常工作。
写在最后
至此，我的三篇《EEPW ARM DIY手记之硬件功夫》系列博客就算写完了，关于硬件设计的知识和内容很多，我从事硬件设计的时间也不算长，仅靠这三篇博客的文字实在难以详述。从2008年我上大三开始到现在不过3年多点的时间，期间做过好几个电子设计竞赛的作品系统设计（包括所有的软硬件设计），对硬件设计的了解和认识经历了从无到有的过程，这是一个漫长而又艰辛的历程，其中付出了很多个日日夜夜，也耗费了自己不少财力物力，但不管怎么说，收获是不小的，进步也是天天有的，做硬件就是要敢于多动手，勤实践，要有恒心，坚持做，能够静得下心来接下来，用心去做，同时注意经验、技术、知识的积累总结和对所遇到问题的解决与思考。
接下来是软件调试系列博客，希望大家继续关注和支持我的博客。
附：本次EEPW ARM DIY PCB板焊接顺序建议：
1. STM32F103ZE及其相应的IO电源滤波电容（CF1~CF11）
2. 各贴片IC
3. 各贴片电容电阻电感磁珠及三极管二极管、发光LED
4. 各类接插件（尤其注意贴片mini-USB的5个引脚的焊接方法）
胡恩伟
写于重庆大学A区一舍
2012年3月10日星期六