PIC16F877A 主控學習板:由 JLCPCB 支援的全方位學習工具
1 分鐘
在嵌入式系統培訓與快速原型開發領域,一塊紮實的訓練板是掌握微控制器技能與硬體整合的關鍵。本文聚焦於「PIC16F877A 大師訓練板專案」的誕生——一塊以 Microchip 經典 8 位元微控制器為核心的多功能板卡。PIC16F877A 隸屬 Microchip 中階系列,自 1990 年代末問世以來一直是電子教育的常客,在效能、成本與易用性之間取得平衡,無論初學者或專業人士都能快速上手。藉由 JLCPCB 先進的 PCB 生產與組裝能力,本專案在短週期內即交付高品質成果,讓教育與 Maker 應用得以無縫迭代與部署。
設計簡介
PIC16F877A 大師訓練板是一套完整的開發環境,核心採用 PIC16F877A 微控制器,具備 RISC 架構、8 KB 快閃程式記憶體、368 B RAM 與 256 B 內建 EEPROM。周邊包含 10 位元 8 通道 ADC、多組計時器、擷取/比較/PWM 模組,以及 USART、SSP(I²C/SPI)與並列從埠等通訊介面,應用範圍從 LED 閃爍到複雜感測器資料擷取皆能勝任。
板載多元周邊,方便實務教學與測試:
核心晶片:PIC16F877A 採 40 PIN DIP 封裝,可直接插拔、除錯與更換,支援 ICSP 線上燒錄,無須拆晶片即可更新韌體。
輸出裝置:多工 7 段顯示器可呈現計數器或感測數值;16×2 LCD 模組提供詳細文字回饋,支援 4-bit 或 8-bit 模式,彈性配置腳位。
控制與訊號:多顆黃色 LED 供狀態指示;輕觸按鍵供模式選擇;DIP 開關可免改碼調整設定;可變電阻分壓電路產生類比訊號,方便測試 ADC。
聲音與偵測:主動式蜂鳴器可透過 PWM 發出提示音;預留介面可外接溫度(LM35)、光感(光電晶體)或濕度模組,實現環境監控專題。
介面:完整引出 I/O(Port A–E)並以彩色排針標示,方便量測與擴充;USB 埠兼供電與 bootloader 燒錄;DC 電源座支援 7–12 V 輸入,內建穩壓與散熱片,高負載亦無虞。
額外設計:內建參考電壓分壓、重置按鍵與 20 MHz 石英震盪器,確保即時應用也能穩定運作。
板卡尺寸約 15 cm × 5 cm,便於攜帶卻功能齊全,適合教授中斷、周邊設定與韌體開發等基礎概念,並無縫接軌 MPLAB IDE 或 XC8 編譯器,讓學生從理論邁向實作。

遭遇的關鍵難題
開發過程面臨多重挑戰,尤以功能與易用性的平衡最為棘手:
布局複雜度:超過 50 顆 THT 與 SMD 元件需在單片或 雙層 PCB 上完成布局,同時保持絲印清晰、模組分區合理,並避免實驗時短路或誤插。
教學耐用度:教室環境可能數百次燒錄、靜電衝擊或新手誤接電源,因此需加寬走線、加裝 ESD 二極體,並確保焊點可靠,避免冷焊或失效。
成本與速度:小批量原型必須壓低元件成本,又要在時程內完成,且不能犧牲 0.1" MCU 引腳或 0402 元件的貼裝精度。
此外,穩壓器長時間 Demo 的散熱,以及高速周邊的訊號完整性,也需透過謹慎走線降低雜訊與串擾。

JLCPCB 服務帶來的助益
JLCPCB 一站式服務有效解決上述痛點,從設計到交貨流暢無阻。專案利用其高精度板材、多層支援與高解析絲印,再搭配 SMT 貼裝,大幅減少手工作業與錯誤。重點包括:
現貨庫存:1% 精密電阻、陶瓷電容、高亮 LED 及 PIC16F877A 本體,皆可從 JLCPCB 超過 20 萬種料的 內建資料庫 直接選用,保證 RoHS 並省去備料延遲。
雙面貼裝:自動線可完成雙面 0402 精準定位與焊接,DIP 與排針則可透過選配手插或波焊完成。
可製性檢查:免費 DFM 工具預先指出間距不足或 Via 過近等問題,量產前即可優化;選用 ENIG 表面處理,提升焊墊平整度、抗氧化與插拔壽命,特別適合頻繁使用的教學板。
此整合流程從 Gerber/BOM 上傳到完整 PCBA 只需幾個步驟,另可選阻抗控制與功能測試,加上規模經濟效應,小批量教育專案也能壓低成本。
工程細節洞察
硬體規格
| 參數 | 細節 |
| 層數 | 2 層(FR-4,板厚 1.6 mm,堅固耐用) |
| 尺寸 | 150 mm × 50 mm |
| 表面處理 | ENIG,抗腐蝕、焊墊平整 |
| 元件數量 | 50+(SMD 與 THT 混合) |
| 供電 | USB 5 V 或 DC 7–12 V,LM7805 穩壓,散熱片支援最大 1 A |
主要元件解析
處理核心:PIC16F877A 搭配 20 MHz 石英震盪器與 22 pF 負載電容,指令週期最短 200 ns,適合即時控制。
互動介面:7 段顯示器由 I/O 直推並串限流電阻;LCD 支援 4-bit 或 8-bit 模式,可自訂字元與背光。
擴充元件:蜂鳴器接於 PWM 腳,可演奏旋律;可變電阻接 ADC 通道,示範類比轉數位原理。
電源管理:內建穩壓與散熱片,最大輸出 1 A,並以旁路電容濾波,確保類比電路穩定。
組裝流程嚴謹規劃:
1. 鋼板印刷焊膏於 SMD 焊墊。
2. 高速貼片機精準擺放 0402 等級元件。
3. 迴焊爐控溫固化,形成可靠焊點。
4. 手插 DIP 與連接器後,過波焊完成 THT 接合。
JLCPCB 執行 AOI、X-ray 與選配功能測試,確保出貨即可上電使用。

達成之效能
首批 5 片僅 5 天即完整到貨,燒錄首版程式後:
所有顯示與 LED 正常運作,7 段計數、LCD 捲動文字皆無殘影。
感測介面與蜂鳴器反應靈敏,ADC 讀值雜訊極低。
長時間滿載下電源穩定,穩壓器因散熱片設計未過熱。
教學現場透過 USB 燒錄與除錯,學員完成數位溫度計、紅綠燈等專題;數百次燒錄循環後零故障,驗證耐用度。
回饋與結語
JLCPCB 整合平台把製板、採購、組裝化繁為簡,縮短上市時間,讓開發者專注創新。早期導入 DFM 可減少改版與成本,對預算有限的教育板尤為關鍵。PIC16F877A 的多元特性在教學、自動化、機器人等領域依舊出色,再搭配可靠製造,即能以親民價格推廣嵌入式教育,啟發下一代工程師。

常見問題:
1. 為何選用 ENIG 表面處理?
焊墊平整、抗氧化,適合混合 SMD/THT 且需頻繁插拔的教學環境,長期保持可靠連接。
2. JLCPCB 如何處理插件零件?
主力為 SMT,但提供選配 THT 手工插件與波焊,滿足混裝需求,一站完成 PCBA。
3. 可以複製這塊板子嗎?
當然!將設計放上 OSHWLab 或 GitHub,再將 Gerber 與 BOM 上傳 JLCPCB,即可低成本複製或改版。
4. 能否進一步客製?
支援多層板、硬金鍍金、阻抗控制,乃至全機組裝與外殼一站式服務,滿足進階需求。
持續學習
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