前言

今天做一个基于RP2040的树莓派Pico，自制一个的成本在60元左右。

这是最小系统核心板设计，可选用Python或C/C++进行开发，方便快速入门。

全文导航（9部分）

硬件拆解说明、电路原理、PCB设计技巧、编程开发、焊接技巧、常见问题解答、DIY材料盘点、源文件开源、优点说明

硬件拆解说明

核心板由7个部分组成！看拆解图，更直观。

• 主控芯片：RP2040，QFN-56贴片封装；
• 存储芯片：SPI Flash；
• 电源接口：TYPE C;
• 功能按键：BOOT和复位按键；
• LED显示：电源指示和状态显示灯；
• 调试接口：TYPE C和SWD接口；
• 外接引脚：引出可编程I/O，方便扩展连接。

电路原理

这里会将电路拆分为9个部分，讲解一下原理。

整体原理图赏析

1.电源电路

RP2040需要3.3V（用于I/O）和1.1V（用于芯片的数字核心电压）两种电压供应。

由于RP2040内部有一个3.3V转1.1V的LDO，所以不需要担心1.1V的电源问题。

电源采用TYPE-C接口输入VBUS（5V），VBUS和VSYS通过二极管连接，再通过外部的LDO（ME6211）输出固定的3.3V。

在LDO的输入/出端加上2.2uF和100nF电容滤波。因为RP2040具有USB数据传输功能，所以DP/DN与RP2040相连接。

2.RP2040主控电路

将RP2040的引脚全部引出，USB_DP和USB_DM引脚必须分别串联上27Ω电阻再与TYPE C连接，不能直接连接。

在RP2040的内部LDO(3.3V→1.1V)的输入(VREG_IN)和输出(VREG_OUT)引脚附近放置2.2uF的去耦电容，以便提供稳定的1.1V电源。

在RP2040需供电的引脚加上100nF的去耦电容。滤除电源噪声，提供稳定的电源供应。

在绘制PCB时去耦电容应尽可能挨近芯片引脚放置，注意电源流向进行走线绘制。

TESTEN工厂测试模式引脚，和GND绑定相连接。

3.ADC采样电路

RP2040具有ADC功能的GPIO26-29引脚在IOVDD(3V3)端之间分别接有内部反向二极管，分辨率为12位。

ADC的基准电压默认为3.3V，C7起滤波作用，R5和R6分压得到1/3的VSYS，与Q1(DMG1012T-7)相连接，可通过GPIO29_ADC3进行电压监视。

4.Flash闪存电路

W25Q128JVSIQ的引脚与RP2040的QSPIx引脚相连接。

Flash闪存要求RP2040芯片选择输入电压与自己的3.3V电源引脚处于同一电压，否则，它不能正常工作。

所以在W25Q128JVSIQ电源引脚(VCC)附近放置2.2uF和100nF的滤波电容，以便提供稳定的3.3V供W25Q128JVSIQ所使用。

在绘制PCB时，应尽可能缩短连接距离，减少外围电路的串扰，保证信号的完整性。

5.按键电路

复位按键与RP2040的RUN引脚相连接，外接上拉电阻使RUN默认稳定为高电平，按下RESET按键，RUN被拉低，板子复位重启。在按键两端接个100nF电容，可以加快复位响应时间。

启动模式切换按键与RP2040的QSPI_SS引脚串联一个1kΩ相连接，串联电阻防止在BootLoader模式时，按下复位时，还是从BootLoader模式启动，而不是运行Flash的内容。

当RP2040上电时，QSPI_SS引脚将自动默认为上拉，RP2040在启动过程中会检查这个I/O的值，QSPI_SS为逻辑0，RP2040进入引导加载驱动BootLoader模式。

• 未按BOOTSEL按键时，复位或上电，从Flash启动，进入normal普通模式。
• 按下BOOTSEL按键时，复位或上电，将显示为一个RPI-RP2磁盘，进入BootLoader模式，拖放UF2固件进行编程开发。

开机时有短暂一段时间不能保证QSPI_SS引脚的状态，增加一个上拉电阻就可得到保证。W25Q128JVSIQ这款Flash闪存外部上拉电阻是不必要的，所以标记为NO-FIT，焊接时可忽略不焊。

6.晶振电路

晶振选用SMD3225-4P封装12MHz的晶振。

在不需要严格时序要求时，可以使用内部振荡器输入。

晶振两旁的15pF电容作用是保证振荡频率更加稳定，在XOUT中串联1kΩ的电阻用于限流，可以防止晶振过驱导致寿命减少或损坏，选用其他不同的晶振，可能需要调整这些值。

7.LED指示电路

电源指示灯（红），上电时亮起，证明最小系统供电部分正常工作；
状态显示灯（蓝），用于给RP2040的GPIO25引脚测试，通过程序实现亮灭；

8.引脚电路

引脚使用2个1×20Pin的2.54mm排针孔方式引出，方便扩展项目连接，兼容市面主流的树莓派Pico板。

9.调试接口

USB串口调试接口(USB1)，是树莓派Pico进行重新编程/烧写程序的最简洁方法，通常使用此方式调试。

SWD下载调试接口(H1)，电容为滤波作用，使下载烧录性能更加稳定。

PCB设计技巧

原理图设计完成，就要开始PCB设计了！

本章节主要讲解PCB的布局、布线、丝印铺铜技巧。

1.布局技巧（6个）

①TYPE-C靠左侧板边居中摆放；

②排针间距为17.87mm，放置在板边两侧；

③主控芯片摆放在板子中部位置，方便与扩展引脚的外接排针走线；

④晶振靠近放置在MCU附近，减小干扰；

⑤SWD调试排针接口放置在板右侧；

⑥滤波电容紧挨滤波引脚放置；

2.布线技巧（5个）

①电源线宽设置为15mil，信号线宽设置为8mil；

②以顶层走线为主，走不通的线可以放置过孔切换到底层进行连接;

③走线过程中优先走直线，需要拐弯的地方以135°钝角或圆弧为主，横平竖直，保持设计美规；

④晶振走线尽量短，底部不要走线，减少噪声干扰；

⑤在布线过程中适当放置GND扇孔占位，避免覆铜后GND不完整；

3.丝印覆铜技巧（4个）

①标记注明板子信息(RP2040最小系统)；

②添加丝印标记按键，外接引脚和调试接口功能；

③在绘制调整完PCB后加上泪滴效果，使板子更加美观稳固；

编程开发

1.开发环境

树莓派可以使用MicroPython和C/C++语言进行开发学习。

• MicroPython语言开发时建议使用Thonny IDE；
• C/C++语言开发时建议使用Arduino IDE。

2.烧录固件（6步）

跟着步骤一步步来即可：

①进入MicroPython官网下载UF2固件；

②按住BOOTSEL按键不放

③将Pico插入电脑的USB串口，电脑会弹出一个RPI-RP2的磁盘

④点击文件夹下的INDEX.HTM文件，会跳转打开树莓派Pico的官网，INFO_UF2.TXT文件，则是记录板子当前的信息。

⑤将下载好的UF2文件拖入RPI-RP2文件夹中。

⑥此时打开的RPI-RP2窗口会自动关闭，树莓派Pico自动重启。同时在设备管理器器可以看到一个通过USB虚拟出来的端口，固件烧录完成。

3.Thonny

4.Arduino

焊接技巧（4个）

跟着步骤，一步步来即可：

①首先焊接RP2040芯片(U1)，焊接时需先将在QFN封装上锡，或者使用锡膏上加热台/热风枪；

②再焊接TYPE-C，二极管(D1)，按键，Flash(U2)；

③然后再焊接电阻电容，LED和晶振；

④最后再根据需要，选择是否需要焊接排针。

注意事项：

①焊接时可选择嘉立创EDA工具栏中的焊接辅助工具，实时交互方便焊接；

②焊接排针时可用一块空板或洞洞板顶住，防止焊斜，影响使用。

常见问题解答（3个）

问题1.USB连接传输不起作用，没有弹出RPI-RP2磁盘管理器或串口号

①检查是否没有按住BOOTSEL按键，或者中间松开过；

②TYPE C必须是数据线（充电线不带数据传输功能），TYPE-C的DP/DN未连接好（虚焊）；

③晶振不起振（虚焊或者损坏了）。

问题2.烧录初始UF2固件后设备管理器无法识别/未知USB设备（设备描述符请求失败）

①托拽刷入flash_nuke.uf2清除固件，将Flash中原有内容清除，然后再次刷入初始UF2固件；

②RP2040芯片虚焊或者损坏了，焊接QFN封装时一定得先在引脚处上锡再焊接或加热。

问题3.使用了Zadig导致Pico在bootloader mode(引导加载程序模式)下不会枚举作为存储数据驱动器

①在设备管理器中找到所有RP2的引导驱动；

②右键选择“卸载设备”，勾选“删除此设备的驱动程序软件”（如果弹出询问时）；

③点击卸载，一定要卸载所有RP2相关的引导。

DIY材料盘点表格

源文件开源

这个DIY教程很受高校教师欢迎，老师主要是用于给学生进行拓展训练。因此本教程的开源资料也很是齐全。

如果你也想DIY这样一块核心板，请在电脑端打开相关的附件资料：【核心板】RP2040最小系统 - 嘉立创EDA开源硬件平台

第一步：点击文字链即可下载

第二步：获得文件

请在电脑端打开电路源文件：「链接」

核心板的优点

文章的最后，我总结一下这块树莓派核心板的用处和优点吧！

• 板子外观小巧精致，尺寸为53.34mm22.86mm(2100mil900mil)；
• 兼容主流树莓派Pico，两排针间距为17.78mm，可适用于洞洞板；
• 支持使用MicoPython和C/C++语言开发，方便快速入门学习；
• 提供TYPE C串口和SWD接口，方便进行开发和调试；
• 板载复位（RESET）和启动模式切换（BOOTSEL）按键，
• 支持UF2的USB大容量存储启动模式，用于拖放式编程。

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我会持续更新优质的开源项目！