DE:Mini tutorial

From KiCad EDA Suite Official Wiki

Dieses Tutorial soll als kleine Minimaleinführung in KiCAD dienen. Beispielhaft soll hier eine LED von einem Mikrocontroller angesteuert werden.

Contents 1 neues Projekt anlegen 2 Schaltplan zeichnen 3 Bauteile(Footprints) zuordnen 4 Platinenlayout erstellen

neues Projekt anlegen

Zu allererst legen wir ein neues Projekt für unsere Schaltung an, wobei es sich empfiehlt für jedes Projekt einen neuen Ordner anzulegen, da sonst alle Projektdateien lose im ausgewählten Verzeichnis liegen. (KiCAD selbst erzeugt für ein neues Projekt keinen neuen Ordner!)


Unsere neues Projekt "MiniTutorial":

Schaltplan zeichnen

1. Schaltplan anlegen
   Mit einem Klick auf "EESchema (Schaltplaneditor)"
   
   
   einen neuen Schaltplan anlegen und die Fehlermeldung, die darauf hinweist, dass kein Schaltplan MiniTutorial.sch gefunden werden konnte ignorieren.
   
   
   Mit können allgemeine Einstellungen zum aktuellen Schaltplan vorgenommen werden (Seitenformat, Titel, Kommentare,...), ein Klick auf speichert den Schaltplan.




2. Bauteilsymbole plazieren
   Bei KiCAD sind den Bauteilsymbolen in aller Regel keine realen Bauteile direkt zugeordnet, stattdessen gibt es z.B. für polarisierte Kondensatoren ein allgemeines Bauteilsymbol, dem später verschiedenste Kondensatoren in verschieden Größen und Bauformen zugeordnet werden können. Wenn man den Schaltplan zeichnet muss man sich also noch "keine" Gedanken machen, welches konkrete Bauteil man später fürs layouten der Platine verwenden will.
   
   Mit und einem Klick auf den Schaltplan öffnet sich ein Fenster, um die Bauteilsymbole auszuwählen. Wenn der Bauteilname bekannt ist kann über das Feld "Name" direkt nach einem Bauteil gesucht werden. Die zuletzt verwendeten Bauteile werden im Feld "Historie" aufgelistet. Ist keine Bauteilbezeichung bekannt, können alle eingebunden Bauteilbibliotheken mit ihren Bauteilen mit einem Klick auf "Liste alles" angezeigt werden.
   
   
   
   • 

     

     Abb.1: Auswahldialog
     ATmega8 hinzufügen: Als Mikrocontroller, der unsere LED ansteuert wählen wir einen ATmega8. Da der Bauteilname bekannt ist können wir direkt über das Feld "Name" nach dem Bauteil suchen. Folgende Varianten des ATmega8 stehen zur Auswahl (siehe Abb.1). Wir wählen den "ATMEGA8-P" und plazieren ihn auf dem Schaltplan.
   
   
   • LED und Widerstand einfügen:
     Endweder wir suchen wieder nach "LED" und "R" oder gehen über "Liste alles" und wählen als Biblithek "device". In der Bibliothek "device" sind die Schaltsymbole für die meisten Grundbausteine (R,C,LED,N-MOSFET,P-MOSFET,...) zu finden.
   
   
3. Spannungspotenziale setzen
   Bevor wir unsere Bauteile mit einander verdrahten können, müssen noch die Spannungspotenziale (VCC & GND) definiert werden. Dazu fügen wir drei Spannungsquellen(1x VCC, 2x GND) ein. Außerdem brauchen wir noch ein PWR-Flag, damit KiCAD beim späteren "Electric Rule Check (ERC)" auch erkennt, dass VCC unser Versorgungsspannungspotenzial ist, welches aber durch eine äußere Spannungsquelle bereitgestellt wird. Sonst beschwert er sich mit folgender Fehler meldung: "ERC << Warning Pin power_in not driven (Net xx)."


4. 

   

   Abb.2: Bauteile anordnen

   Bauteile verdrahten
   

   • Bauteile plazieren: Wenn man mit dem Mauszeiger auf ein Bauteil fährt und M drückt lassen es sich verschieben, mit R drehen und mit X bzw Y an der x- bzw. y-Achse spiegeln. Vor dem Verdrahten Bauteile z.B. wie folgt anordnen (siehe Abb.2: Bauteile anordnen)
     
     

     Aktion	Tastenkürzel	Beschreibung
     verschieben	M	Bauteil / Beschriftung verschieben
     ziehen	G	verdrahtetes Bauteil mit Verdrahtung verschieben
     rotieren	R	Bauteil drehen
     spiegeln	X	an der x-Achse spiegeln
     spiegeln	Y	an der y-Achse spiegeln
     Wert ändern	V	Bauteilwert ändern
     löschen	Entf	Bauteile / Leiterbahnen löschen

   
   

   • 

     

     Abb.3: Bauteile verdrahten
     Bauteile verdrahten: Mit dem Verdrahtungswerkzeug Bauteile wie folgt verbinden (siehe Abb.3: Bauteile verdrahten). Jeder Bauteilpin muss einzeln angeklickt werden, eine Leiterbahn einfach nur über einen Pin zu legen reicht nicht aus, auch wenn später ein Bauteil mit einem Pin auf eine bestehende Leitung gesetzt wird, gibt es keine automatische Verbindung!
   
   
   • Nicht verdrahtete Pins markieren:
     Pins die nicht verdrahtet wurden, sollten mit Hilfe des Werkzeugs markiert werden, um später beim "Electric Rule Check" nicht mit Fehlermeldungen überhäuft zu werden.

   
   

5. 

   

   Abb.4: Netznamen

   Netznamen hinzufügen:
   

   Statt zwei Pins direkt mit einer Leiterbahn zu verbinden, kann man, wie bei der LED gemacht, auch zwei lose Leiterbahnen verlegen und mit Hilfe von Netznamen die Verbindung herstellen. Wir fügen also folgende Netznamen hinzu: "toLED", "GND", "VCC" (siehe Abb.4: Netznamen)




6. 

   

   Abb.5: Annotation Dialog

   Annotations einfügen:
   

   Wurden alle Bauteile verdrahtet müssen den einzelnen Bauteilen Nummern zugeordnet werden (R1, R2,...,C1,C2,...). Für die Nummerierung der Bauteile gibt es das Werkzeug "Annotation im Schaltplan durchführen" (siehe Abb.5). Ein Klick auf "Starte Annotation" führt die Nummerierung durch.




7. 

   

   Abb.6: Electric Rule Check

   Electric Rule Check (ERC):
   Bevor wir eine Netzliste generieren und unsere Platine layouten, können wir noch einen ERC machen, um die korrekte Verdrahtung unserer Bautelemente zu überprüfen und mögliche Fehler zu erkennen. Für den ERC auf klicken und im darauf erscheinenden Dialog auf "Starte ERC".
   
   Fehlerhafte Stellen werden im Schaltplan mit einem kleinen grünen Pfeil markiert.
   Sollte die folgende Fehlermeldung auftauchen: "ERC << Warning Pin power_in not driven (Net xx)." wurde vermutlich das PWR-Flag vergessen, siehe dazu weiter oben in diesem Artikel "Spannungspotenziale setzen".
   

   Die beiden hier auftretenden Warnmeldungen können ignoriert werden, er beschwert sich hier, dass die Pins VCC und GND des ATmega8, obwohl als bidirektionaler Aus-/Eingang definiert, an eine Spannungsquelle / GND angeschlossen wurden. Ändert man im Bibliothekseditor den elektrischen Pintyp des VCC Pins auf "Spg.Eingang" und den elektrischen Typ des GND Pins auf "Spg.Ausgang" verschwinden beide Fehlermeldungen.




8. Netzliste erstellen: Die Netzliste ist notwendig um mit Hilfe von CVpcb den Schaltplansymbolen reale Bauelemente zuzuordnen und diese in den Layouteditor zu laden. Die Netzliste wird aus dem Schaltplaneditor heraus mit dem Werkzeug "Netzliste erstellen" erzeugt. Ein Dialog fragt nach einem Dateinamen (.net) und einem Speicherort, die danach erzeugt .net-Datei muss später im Layouteditor wieder importiert werden.

Bauteile(Footprints) zuordnen

Da bei KiCAD einem Schaltplansymbol kein konkretes Bauteil / Gehäuse zugeordnet ist, muss jedem Bauteilsymbol des Schaltplans ein reales Bauteil (Footprint) zuordnet werden, bevor mit dem Layouten der Platine begonnen werden kann.

Dazu im Schaltplaneditor auf klicken und im folgenden Fenster den Schaltplansymbolen die gewünschten Gehäuse (Footprints) zuordnen. (Speichern nicht vergessen!)

Hilfe zu Gehäusen:
Eine Übersicht über alle Gehäuse der Standartbibliotheken, welche mit KiCAD mitgeliefert werden, gibt ein pdf-Dokument welches über in der Symbolleiste erreicht werden kann.

Platinenlayout erstellen

1. Layouteditor öffnen:
   Zum Layouten der Platine den Layouteditor mit einem Doppelklick auf "Minitutorial.brd" im KiCAD-Hauptfenster oder alternative direkt aus dem Schaltplaneditor heraus mit einem Klick auf starten. Die Fehlermeldung, dass noch kein "MiniTutorial.brd" vorhanden ist, kann ignoriert werden.
2. Seiteneinstellungen:
   Bevor mit dem Layout begonnen wird, können noch einige allgemeine Einstellungen zum Layoutplan gemacht werden (Größe, Titel,...). Hierzu auf klicken.
3. Netzliste laden:
   Nach dem ersten Öffnen des Layouteditors sind keinerlei Bauelemente vorhanden, diese müssen erst mit Hilfe der vorher erstellten Netzliste eingefügt werden. Zum einlesen der Netzliste auf und dann auf "Lese aktuelle Netzliste" klicken.