2. 硬件設計與制作

　　需求分析完成后開始進行硬件設計，兔子使用的是Cadence 16.6工具。原理圖工具為OrCAD Capture CIS，PCB工具為Allegro PCB Editor。

　　首先是IDPROM，將一片EEPROM與樹莓派的I2C0相連。這部分電路為保留功能，實際生產時不安裝（實際不焊接的器件用NC表示）。

　　用戶LED使用GPIO灌電流控制，當IO為低時LED點亮。

　　按鍵部分通過GPIO檢測按鍵左側電平實現，按鍵松開時為高電平，按下為低電平。這里未添加硬件消抖，需要軟件實現。

　　紅外發射管需要電流較大，因此通過一個GPIO控制NPN三極管來驅動紅外LED，高電平時紅外管導通。可以只焊接并使用一個LED，使用兩個LED可以增強紅外信號。

　　紅外接收采用一體接收頭HS0038，可以工作在3.3V電壓下，使用一個GPIO來接收紅外信號。

　　有源蜂鳴器也需要較大電流，和紅外管一樣采用三極管驅動，GPIO高電平時蜂鳴器發聲。

　　數字顯示采用兩個4位7段數碼管（共陰極，算上小數點其實是8段），并通過MAX7219芯片進行驅動。MAX7219最多提供8段8位顯示，這里將 MAX7219的段碼A~DP按順序同時連接兩片數碼管，用于顯示每一位的內容。而MAX7219的數位（Digital）選擇信號則分別連至兩片數碼管各公共端。

　　MAX7219通過SPI與樹莓派相連，由于只需要控制不需要讀取信息，DOUT可不接。芯片采用5V供電，嚴格意義上SPI應使用5V電平，經過樹莓派的3.3V電平也可以正常控制，但建議設置電平轉換電路。

　　最后是接口擴展排針，串接的100ohm電阻起限流保護作用。每個接口分別提供了3.3V電源和GND。

　　ICA HAT的PCB采用廉價的雙面板（生產10片PCB只需要50RMB），需要說明的是布局。

　　根據一般用戶的使用習慣，數碼管并排放置于板子的上部（最為醒目的位置），按鍵放在板子的右下角（慣用左手的朋友可放在左側）。紅外收發部分和IO接口整齊排列于四周板邊以防止阻擋和方便接線。其他的如LED和蜂鳴器在板中間選擇位置放置即可。

　　設計好的PCB文件可導出成光繪（Artwork）和鉆孔（Drill）文件交予PCB廠商生產，國內的廠商一般也會接受Altium Designer和Protel格式的工程文件，但實際也是轉成光繪來進行生產的。廠商同時會提供免費的測試，保證電路不出現短路等情況，下圖為生產好的 PCB：

　　PCB生產后是器件貼片焊接，如果是機器焊接就需要提供生產鋼網用的助焊層（Solder mask）文件，和用于機器貼片的裝配層（Assembly）文件。

　　這里由于器件簡單量少，兔子采用手工焊接的方式。焊接時可先焊接難度較大引腳密集的貼片IC，然后焊接高度較低的貼片器件，最后焊接較高的直插器件。連接器和數碼管可于最后焊接。下圖為手工焊接完成的電路板，我們稱之為PCBA：

　　需要注意的是，焊接完成后需要測試電路是否短路，特別是電源的短路，然后再上電測試。否則不但可能燒壞HAT板子，還有可能損壞樹莓派主板。