CS:Mini tutorial
From KiCad
Mini-Tutoriál k programu KiCad -- Úvod
Právě se pracuje na překladu, prosím o trpělivost
Tento mini-tutorial slouží jako návod k používání systému KiCad. Provede vás krok za krokem návrhem od jednoduchého schématu zapojení až po desku plošného spoje. V průběhu vám ukáže různé funkce systému KiCad a navrhne efektivní řešení různých úloh.
Tento tutoriál není tak podrobný jako manuál systému KiCad. Pokud tedy chcete získat více informací, postudujte si jej.
Vzorový příklad obsahuje jednoduché rozhraní RS232. Tutorial obsajuje obrázky pořízené v Fedora Core 3 (Linux).
Ve vzorovém příkladu je použit obvod Max232A v pouzdře DIP16 datasheet: http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX220-MAX249.pdf
Contents
|
Vytvoření projektu
Kvůli přehlednosti je nejlepší mít pro každý projekt zvláštní adresář.
Proveďte následující kroky:
- Vytvořte adresář (složku) nazvaný "RS232".
- Spusťte program KiCad.
- Vytvořte projekt
- V nástrojové liště vyberte první ikonu vlevo, bublinová nápověda Vytvořit nový projekt (nebo použijte menu, Projekty > Nový projekt).
- V dialogu Vytvořit soubory projektu, zadejte jméno RS232 a vyberte adresář, který jste založili v předchozím kroku.
- Volbu potvrďte tlačítkem Uložit. Ve vašem adresáři bude vytvořen soubor RS232.pro. Tento soubor obsahuje nastavení vašeho projektu.
V okně programu KiCad jsou v pravé části čtyři velká tlačítka. Z leva do prava to jsou :
- EeSchema (Editor schémat)
- Cvpcb (Components to modules)
- Pcbnew (Editor desek plošných spojů)
- GerbView (Prohlížeč Gerber dat)
Každé z tlačítek pouští jeden ze samostatných programů. V průběhu našeho tutoriálu budeme programy používat v uvedeném pořadí s vyjímkou programu GerbView, který nebudeme používat vůbec.
Kreslení schématu programem EeSchema
- Spusťte editor schémat - v okně programu KiCad, klikněte na tlačítko EeSchema.
- Když je EeSchema spuštěno poprvé v novém projeku, zobrazí upozornění, že soubor schématu neexistuje, tuto hlášku potvrďte tlačítkem ok.
Hlavní nástroje potřebné pro kreslení schématu jsou umístěny ve vertikální nástrojové liště. Tyto nástroje slouží k výběru onjektů, přidávání součístek, kreslení vodičů...
Když skončíte s používáním jednoho nástroje, můžete si zvolit další přímo v pravé nástrojové liště, nebo se můžete vrátit k nástroji výběr pomocí pravého kliknutí myši a výběrem volby End Tool z pop-up menu. Případně klávesou ESC.
Nástroj Přidat součástku
- Vyberte nástroj Přidat součástku - Klikněte na ikonu nástrojePřidat součástku v pravé nástrojové liště (vzpadá jako AND hradlo). Po výběru nástroje se změní kurzor z šipky na tužku. Pro vložení součástky klikněte do kresleného schématu. Objeví se dialog Výběr součástky , který umožňuje několik cest, kterými je možné umístit novou součástku:
- Pokud znáte přesné jméno součástky, můžete ho přímo zadat do pole Název:. Volbu potvrďte klávesou Enter nebo kliknutím na tlačítko Ok.
- Pokud znáte část názvu součástky (například *C*), zadejte ho do pole Název: a potvrďte zadání Enter nebo kliknutím na tlačítko Ok. Po potvrzení se otevře nabídka všech součástek vyhovujících zadané masce.
- Můžete také hledat pomocí klíčových slov, zadáním do pole Název: a potvrzením klávesou Enter nebo kliknutím na tlačítko Ok. Po potvrzení se otevře nabídka všech součástek vyhovujících zadanému klíčovému slovu. V současné době bohužel většina knihoven klíčová slova neobsahuje.
- Další možností je výběr součástky ze seznamu Historie, kde jsou uvedeny nedávno použité součástky.
- Tlačítkem Úplný seznam se po výběru knihovny zobrazí její kompletní seznam, ze kterého si můžete vypbrat požadovanou součástku.
- Pomocí tlačítka Prohlížeč knihoven si můžete prohlédnout obsah vybrané knihovny. Vybranou součástku umístíte do schématu pomocí tlačítka Exportovat do schématu.
- Pro ukázku použijeme tlačítko Prohlížeč knihoven. V levé části dialogu vyberte knihovnu conn (konektory). Z nabízených prvků vyberte položku DB9. Pro umístění konektoru do schématu použijeme tlačítko Exportovat do schématu.
- Tím se dostaneme zpět do schématu, kde kliknutím myši umístíme konektor na požadovanou pozici. Zrcarlově součástku otočte násleujícím postupem:
- Umístěte kurzor nad součástku
- Klikněte pravým tlačítkem myši a ze zobrazené nabídky vyberte položku Orientovat součástku > Zrcadlení || (Y).
- Dále do schématu umístěte elektorlytické kondenzátory - Pomocí volby Přidat součástku, volba Úplný seznam, v nabídce Volba kniovny zvolte knihovnu Device a potvrďte tlačítkem OK.
- Ze zobrazené nabídky vyberte součástku CP a potvrďte tlačítkem OK.
- Umístěte pět kondenzáotrů jak je znázorněno na obrázku. Můžete použít dvojklik v poli Historie z dialogu nástroje Přidat součástku.
- Dále umístěte součástky uvedené v následujícím seznamu, použijte techniky které jste se naučili.
2x 3-pin konektory (CONN_3 z knihovny "conn")
1x 4-pin konektor (CONN_4 z knihovny "conn")
1x obvod MAX232 (MAX232 z knihovny "interface")
(there's an identical copy in the "special" library)
Změna zobrazení (posun a zoom)
Při práci můžete zvětšovat a zmenšovat a posovat zobrazení schématu několika způsoby:
- Pomocí posuvníků ve spodní a pravé části obrazovky.
- Pomocí tlačítek (lupy) v horizontální nástrojové liště.
- Funkcemi z pop-up menu (pravý klik myši do schématu)
- Kolečkem myši. Při zvětšování a zmenšování se obraz automaticky centruje kolem kurzoru. Klik prostředního tlačítka (kolečka) centruje obraz. Kolečko myši s klávesou Ctrl posouvá obraz horizontálně. Shift a kolečko myši vertikálně.
Nástroj Přidat port napájení
EeSchema obsahuje speciální součástku pro realizaci propojení napájení a zemí. Tyto symboly můžete přidat pomocí nástroje "Přidat součástku", ale není to nejjednodušší cesta.
Aktivujte nástroj Přidat port napájení z pravé nástrojové lišty (vypadá jako zemní symbol). Tento nástroj je podobný nástroji "Přidat součástku", ale omezuje výběr na prvky knihovny power
Přidejte následující součástky do schématu.
1x +5V 2x GND 2x PWR_FLAG
Nástroj Výběr
Aktivujte nástroj Výběr - je to vrchní ikona v pravé nástrojové liště (má tvar šipky). Jedná se o výchozí nástroj, aktivuje se tedy stiskem klávesy Esc nebo volbou ukončit nástroj, právě vybraného nástroje. Pokud je tento nástroj vybrán, kurzor má tvar šipky.
Pokud je nástroj výběr aktivní, můžete ve schématu provádět různé úpravy - přesouvat součástky, otáčet je, kopírovat, mazat, atd - pomocí pravého kliku na součástku.
Dále můžete vybrat část schématu pomocí "natažení obdélníku" (stisknete levé tlačítko myši, táhnete a pustíte levé tlačítko myši). Při pohybu myši se posouvá vybraná část schématu, další operace můžeme vyvolat pomocí pravého tlačíctka myši. Jedná se hlavně o kopítování a mazání bloku a operace se schánkou.
Release the left mouse button at the end of a drag-select highlights the selected objects. If you then move the mouse, the selection will move. To do something else with the selection, right-click. The popup menu has several options, including Zoom, Place, Save, Copy, Drag, and Delete. "Place" is the same as just moving the selection and left-clicking again, without ever right-clicking. "Save" copies the selection into a buffer from which it can later be pasted with the top toolbar's "Paste" button. "Copy" makes a new copy of all the selected items, so you are now moving the copy instead of the originals. "Drag" is like moving, except that wire ends that are outside the selection region will remain connected as the selection moves.
As an alternative to choosing the selection operation by right-clicking, you can use the Ctrl and Shift keys while you're dragging out the selection rectangle. Look at the popup menu to see which keys do what. It doesn't work to use Ctrl and Shift after you have dragged out the rectangle; they must be down during the initial left-down that begins the rectangle.
You can cancel a move by hitting Esc.
S využitím popsaných technik umístěte součástky tak, jak je znázorněno na následujícím obrázku. Obrázek ukazuje pouze rozmístění součástek, jejich propojení je náplní následujících kapitol.
Nyní přistoupíme k nastavení hodnot kondenzátorů na "0.1 uF" v souladu s datasheetem. Změna se provádí pravým klikem myši na kondenzátor a volbou "Edit Component>Value", následně změníme "CP" na "0.1 uF". Pokud vaše schéma obsahuje více součástek se stejnou hodnotou, můžete si usnadnit práci pomocí volby "Copy Component" (z menu vyvolaného pravým tlačítkem).
V tomto návrhu je třeba přidat reference pouze kondenzátorům. U ostatních součástek obsahuje pole hodnota označení součástky (part number). Pole hodnota je určeno k rozlišení mezi variantami obecné (generické) součástky.
Pomocí volby "Upravit součástku > Upravit" můžeme vyvolat dialog, ve kterém je možné měnit další parametry součástky (pouzdro, uživatelsky definovaná pole) a také jejich velikost (písma) a mnoho dalších parametrů. Tuto funkcionalitu nebudeme v našem návrhu potřebovat.
Přiřazení referencí - označení typu C1, C2 a U1 slouží k jednoznačné identifikaci každé součástky. Můžete je nastavit ručně, pomocí pravého kliku a volby "Upravit součástku > Odkaz". Ale většinou je to vhodnější udělat automaticky pomocí tlačítka "Anotace schématu" z horní nástrojové lišty. Po stisku tlačítka se zobrazí dialog, který umožňuje zadat parametry anotace. Základní volby jsou: číslovat celé schéma nebo pouze aktivní list. Ponechat existující anotaci - najde nejvyšší použitou referenci a další součástky čísluje od ní, vynulovat existující anotaci - nepoužije současné reference a začne číslovat od 1. Poslední tři volby umožňují volit pořadí v jakém jsou součástky číslovány. Tlačítkem vyčistit anotaci vynulujete všechny reference na výchozí hodnotu (např. C?). Je v zásadě jedno v jaké fázi kreslení schématu anotaci provedete, ale musí to být dříve než provádíte kontrolu schématu (DRC) a generujete netlist .
Nástroj "Přidat spoj"
Aktivujte nástroj "Přidat spoj" z pravé nástrojové lišty.
Pro spojení dvou pinů pomocí vodiče, klikněte levým tlačítkem na první pin a myší táhněte drát. Každý další levý klik přidává na kreslený spoj další segment. Kliknutím na pin se k němu vodič připojí a ukončí zadávání tohoto vodiče, nástroj přidat spoj však zůstává stále aktivní, takže další vodič můžeme snadno přidat opakováním uvedeného postupu. Pokud po kliknutí na pin stále kreslíte vodič, znamená to, že se vám ho nepodařilo k pinu připojit (např. proto, že je součástka mimo rastr).
onto the pin.) (You can draw wires at any angle - not just horizontal and vertical - by clicking on the "Draw lines at any direction" button at the bottom of the left vertical toolbar.)
A tip is to hold down the ctrl key and move objects using the left mouse button. That way connections will follow in manner called rubberbanding or dragging.
While you are drawing a wire, you can end it prematurely (i.e. without completing a connection to a pin) by right-clicking. You can cancel it by hitting Esc. Experiment with the various right-click menu options to see how they work. The ends of dangling wires are marked with little squares. Keep an eye out for such markers to make sure that your connections really are connected.
When wires cross or make a "tee", if they are connected, the connection will be shown with a "junction" symbol (a filled square). If there is no junction symbol, it means they aren't connected. EeSchema usually adds junctions automatically, but if it makes a mistake, you can fix it. The right-click menu lets you add a junction (but only if the mouse is over a wire) or delete a junction (only if the mouse is over a junction). This illustrates an important point about the KiCad user interface: the right-click menu offers a context-dependent set of operations that apply to the objects underneath the mouse.
Connect the components with wires as shown in figure below (leave the PWR_FLAG detached for now).
Zoomed in finished wire connections:
Net/Bus Names
Activate the "Add wire or bus label" from the right tool bar
Enter the name and place the label either over a wire, bus or component connection. Note that for a net to be connected a minimum of two pins must either be connected with a wire or the label must appear two or more times. Failure to do this will result in a ERC violation report below. Single pin nets are not written to the netlist.
The "Electrical Rule Check" feature
The Electrical Rule Check (ERC) feature helps you verify that the connections are correct.
Run ERC - in the top toolbar, click on the "Schematic Electrical Rules Check" button (second from the right end). That brings up a dialog box. You could use that dialog's "Options" tab to configure ERC's response to different kinds of problems, but for this simple circuit we'll just use the default settings.
Click the "Test Erc" button.
Note: Sometimes when you do this, you'll get an alert box that says something like "Item not annotated: #FLG?" (or #PWR? or something like that). This means that you forgot to assign reference designators to some components. You can use the "Schematic Annotation" tool to assign all the reference designators automatically as described earlier.
(You could assign them manually, but finding them isn't always easy for complicated designs. The "Find Components and Texts" tool isn't as useful as it might be, because it treats the "?" character as a "wildcard", matching any single character, so a pattern like "#PWR?" will find components like "#PWR5" in addition to the unassigned ones. At present, there is no way to "turn off" the wildcard meaning of "?". Another problem with "Find Components and Texts" is that it doesn't highlight the found component in a clear manner, so it's not always easy to identify which component it found. One workaround is to zoom way in so the components are large. The find tool will usually center the display near the found component, and at large zoom factors you can usually tell which one it found.)
The ERC test will check the various electrical design rules according to the settings in the Options tab. For example, one rule is that a net can be driven by at most one "output" pin. You can configure whether specific kinds of problems are ignored, flagged as errors, or warnings.
Note: It's not necessary to get a clean output from ERC test before proceeding with later steps of the design process. The tools will still work even if ERC complains about electrical design rule violations. But it's usually a good idea to at least look at each of the problem areas, because they often indicate legitimate problems such as wires that aren't really connected.
ERC marks problems on the schematic with small arrows (and you can tell it to write the list to a file). To see what problem caused a specific arrow, left-click on the arrow and look in the status bar at the bottom of the window, near the left side. If you are having trouble finding some of the arrows, try the "Find components and texts" button in the top toolbar (it looks like binoculars).
The "Add noconnect flag" tool
One common ERC report is a pin that is not connected to anything. In some cases that is a real problem; in other cases it's intentional. You can prevent ERC reports for intentional No-Connects by putting a special "noconn" marker on the pin.
Activate the "Add noconnect flag" tool - its near the middle of the right toolbar; the icon is an "X". When it's active, clicking on a pin places a "noconn" marker there.
You can delete a noconn marker with right-click "Delete noconn" if the mouse is over a noconn.
Add noconn markers to all of the unconnected pins that the ERC found (except for the PWR_FLAG; continue to leave that dangling for now) and rerun the ERC test. The result should look something like the figure below, indicating only 4 errors.
<figure>
Errors on power nets - PWR_FLAG
Click on the error marker (the little arrow) for one of the power symbols (GND or +5V) and look in the status bar at the bottom left of the window. For our circuit, you should see a message like:
ERC << Warning Pin power_in not driven (Net 15).
This message indicates that the pin (and all such pins on similar power components) is supposed to have a power source connected to it, but there isn't one. (VCC, GND, 3V3, and various other power net symbols are treated identically for this purpose.) A power source could be something like the output of a 78xx voltage regulator.
In this circuit, the power will be supplied externally through a connector. To eliminate this warning, we can tell ERC that it's okay by connecting a PWR_FLAG to the net. PWR_FLAG is a special "virtual component" that does not correspond to a physical device. It exists just to satisfy ERC. PWR_FLAG's pin is declared to be of type "power_out", telling ERC that the net it's attached to has power. You need a separate PWR_FLAG to each power net. In this circuit, the only power nets are +5V and GND, but more complex circuits will often have several more power nets such as -12V, 3V3, and AGND.
The power components like GND and +5V are also "virtual", not representing physical devices. They have the special property that all nets connected to a power symbol with a given name are really the same net, even across multiple pages of a hierarchical schematic.
Wire one of the PWR_FLAGs to one of the +5V nets, and another to one of the GND nets, and rerun ERC. That should get rid of the remaining ERC error reports. Figure shows no errors when all connections done right:
Editing component values
Before proceeding further, do a visual check to ensure that values are assigned to all of the capacitors ("0.1 uF" instead of "CP"). In addition to the right-click "Edit Component>Value" technique that we've already discussed, there's another way to edit a specific component field. If you put the mouse cursor directly over the field in question, the right-click menu will show additional commands "Move Field", "Rotate Field", and "Edit Field". Move and Rotate let you reposition the field relative to the component symbol (this can help you make the drawing tidier). "Edit Field" lets you change that field value, without having to select so many levels of nested popup menus. This works for the Reference field in addition to the Value field.
Final schematic should look something like this
The Netlist Generator
Generate a netlist - click the "Netlist generation" button in the top toolbar. The dialog box that appears has tabs for various netlist formats; we will use the native "Pcbnew" format. Click the "Netlist" button, then click "Save", accepting the default filename which is derived from project name.
