Введение в KiCad на Ubuntu
Рекомендуемый уровень
промежуточный
Введение
Глядя на создание схемы для автоматизации вашего дома, a la Nest "// www.allaboutcircuits.com/projects/build-alarm-system-with-lm386-npn-transistor/" target = "_ blank"> система аварийных ловушек? Там могут быть коммерческие продукты, которые выполняют то, что вы хотите, но самый гибкий и часто самый дешевый способ - перейти в мир электронных схем и сделать это самостоятельно с помощью бесплатных программных инструментов.
На рынке создано множество инструментов автоматизации проектирования (EDA) для создания печатных плат. Некоторые, такие как Altium Designer и Cadence OrCAD, невероятно мощны, но ориентированы на бизнес и могут стоить более 7000 долларов США за лицензию. Есть также несколько популярных инструментов для дизайна PCB, которые бесплатны (как в пиве), таких как Cadsoft Eagle (Cross Platform), Altium CircuitMaker (только для Windows) и RS Components DesignSpark (только для Windows). У всех есть свои плюсы и минусы, но моя жалоба с ними заключается в том, что они являются проприетарными программами с закрытым исходным кодом. Один из ответов на этот вопрос - KiCad.
KiCad - очень мощная, полностью открытая программа для разработки электроники, которая становится лучше с каждым днем. В 2013 году, в рамках своей Open Hardware Initiative, CERN начал вносить свой вклад в развитие навыков специалиста и финансировать некоторые действительно отличные функции. Он также используется для очень сложных профессиональных продуктов, таких как HackRF One, Ubertooth One, Smoothieboard CNC controller и многие другие. В духе open-source этот учебник будет посвящен созданию рабочей установки KiCad на Ubuntu 15.04 и созданию простой платы микроконтроллера для использования в будущих проектах электроники.
Что вам нужно
Компьютер под управлением Linux с подключением к Интернету. Этот учебник специально предназначен для Ubuntu 15.04
Монтаж
Стабильная версия KiCad, доступная в большинстве менеджеров пакетов, очень старая и не содержит улучшений от CERN, поскольку репозиторий исходного кода находится в такой активной разработке. К сожалению, это означает, что это будет немного сложнее, чем просто набирать sudo apt-get install … KiCad в этот момент должен быть построен из исходного кода. Несмотря на то, что это звучит сложно, нет необходимости беспокоиться, так как для KiCad существует очень удобный вспомогательный скрипт, облегчающий этот процесс. Из дизайна электроники в Linux от Trevor Gamblin нам нужно будет использовать некоторые базовые команды Bash для навигации по терминалу.
Если вы оказались на другой платформе, чем Linux, KiCad предоставляет некоторые инструкции по запуску и работе с Windows и Mac OS X.
Первый шаг - загрузить здесь скрипт-помощник.
Загрузите его в свой домашний каталог и откройте терминал. Если вас там нет, замените каталог на домашнюю папку:
cd ~ # The tilde is your home directory in Linux shorthand
Теперь откройте файл в текстовом редакторе. Поскольку мы знакомы с командной строкой, мы будем использовать nano для этого примера:
nano kicad-install.sh
Прочитайте комментарии в верхней части файла (они начинаются с #), а затем прокрутите вниз до первой строки фактического кода, который гласит:
WORKING_TREES=~/kicad_sources
Это личное предпочтение, но мне не нравится иметь установочные файлы прямо в моей домашней папке (он загромождает его), поэтому я убираю их в скрытой папке с именем.opt. В моем сценарии эта строка выглядит так:
WORKING_TREES=~/.opt/kicad/kicad-sources
Теперь, поскольку мы хотим работать с улучшениями CERN, убедитесь, что строка, устанавливающая переменную REVISION, установлена в $ TESTING
# Set this to STABLE or TESTING or other known revision number:
REVISION=$TESTING
Я также раскоментировал (удалил # перед) строку ниже той, которая позволяет сторонним скриптам python помогать автоматизировать и улучшать дизайн платы в будущем.
# More advanced python scripting: gives access to wizards like footprint wizards and creates a python module
# to edit board files (.kicad_pcb files) outside kicad, by python scripts
OPTS="$OPTS -DKICAD_SCRIPTING=ON -DKICAD_SCRIPTING_MODULES=ON"
По-прежнему всегда полезно прочитать хотя бы остальную часть скрипта и получить суть того, что он пытается сделать, но на данный момент мы закончили редактирование и можем сохранить и закрыть скрипт с помощью + X, Y,.
Следующий шаг - включить выполнение в bash, чтобы мы могли запустить его из терминала:
chmod +x kicad-install.sh
Теперь запустите скрипт, набрав:
./kicad-install.sh --install-or-update
После ввода пароля этот процесс должен быть более или менее на автопилоте, но потребуется много времени для установки (вероятно, более полутора часов) и может заставить ваш компьютер выглядеть вялым. Вы увидите много того, что похоже на тарабарщину в терминале, но это всего лишь программа cmake, дающая вам понять, что она делает. Возьмите кофе и вернитесь немного.
Это будет какое-то время …
Редактор схем Eeschema
Теперь, когда у нас все установлено и готово к работе, мы собираемся создать базовую схему в редакторе схем, а затем выложить все на доске. Эта схема будет использовать микроконтроллер Atmel ATtiny85 для мигания светодиода RBG во время работы от внешнего батарейного блока. Этот учебник будет посвящен только основам Eeschema и Pcbnew. В следующий раз мы подробно рассмотрим создание пользовательских частей и изучение некоторых тонкостей набора KiCad EDA.
Начните с ввода кикада в свой терминал. Вас следует приветствовать очень ванильным интерфейсом пользователя с некоторыми панелями и кнопками. Создайте новый проект, перейдя по файлу> Новый проект> Новый проект или набрав + N. Я назвал свой проект aac-demo.pro.
Теперь откройте редактор схем Eeschema, щелкнув блок, который выглядит так:
Вам будет предложено создать новый файл схемы, так что просто клик ОК, а затем вас встретит пустая схематическая страница. Начните добавлять части, используя Place> Component в меню вверху или просто нажав клавишу «A».
Диалог выбора компонентов
Здесь вы можете выбрать свой микроконтроллер и все остальное, что вам понадобится в схеме. Используя фильтр, введите «ATTINY-85P», который является сквозной версией ATtiny85 (8k Flash, 512B SRAM и 512B EEPROM). Нажмите «ОК» и поместите его где-нибудь на схеме. Нажмите «A» еще раз и добавьте следующие компоненты в свой проект. Вы также можете дублировать детали, нависая над ними и нажимая клавишу «C»:
- 4x R (резистор)
- 3x C (конденсатор)
- 1x LM7805CT (регулятор напряжения)
- 1x SW_PUSH (кнопка)
- 1x LED_RCBG (общий светодиодный RGB-индикатор)
- 1x CONN_01X02 (разъем аккумулятора)
- 1x CONN_02X03 (заголовок программирования)
Стоит отметить, что в большинстве программных пакетов EDA вы можете технически выполнять все через меню или с помощью кнопок, но одним из самых больших средств повышения производительности является использование горячих клавиш, встроенных в программное обеспечение. С этого момента я буду инструктировать вас с помощью горячих клавиш вместо кнопок меню, если это возможно, поскольку они быстрее и менее сложны. Если вам нужно напомнить о горячих клавишах в любое время, нажав «?» в Eeschema или Pcbnew в любое время вытащит полезное окно горячих клавиш следующим образом:
При всем том, что все ваши части были добавлены, схема yous должна выглядеть примерно так:
Затем мы соберем цепь регулятора напряжения. Это берет внешний аккумулятор и регулирует его до прохладного 5V, чтобы мы не взорвали наш чип. Переместите регулятор LM7805 на неживую часть вашей страницы, наведя на него курсор и нажав «M» (для перемещения). Также переместите CONN_01X02 и два конденсатора. Устройте детали аккуратно и начните соединять все с проводами, нажав клавишу «W». Вы также можете поворачивать детали на 90 градусов с помощью «R». До сих пор у вас должно быть что-то вроде этого:
В качестве побочного примечания эти зеленые круги соответствуют электрическим соединениям и могут быть добавлены вручную с помощью клавиши «J».
Затем нам нужно указать значения конденсатора. Техническое описание LM7805 рекомендует 0, 33 мкФ на входном штыре и 0, 1 мкФ на выходе. Отредактируйте параметры конденсатора, нажав «E» и изменив значение поля « Значение» на соответствующую емкость. Не беспокойтесь о «C»? в настоящее время. Существует инструмент, который мы будем использовать позже, чтобы автоматически назначать числовую ссылку для каждой части.
Последний этап блока питания - добавить флаги питания. Эти «чистые имена» действуют как глобальные переменные в программировании и соответствуют напряжениям, которые использует наша схема. Нажмите «P», чтобы открыть диалог, аналогичный выбору партии, и добавить в схему следующие рельсы питания:
- + ВАТТ
- + 5V
- GND
Подключите их к цепи в соответствующих точках, и блок питания закончен.
Затем, используя то, что вы узнали до сих пор, подключите остальную часть схемы так (не забудьте также обновить значения резистора и конденсатора):
Последнее, что нужно подключить в схеме, это заголовок программирования 2x3 и переключатель. Чтобы сохранить модульность и чистоту, мне нравится использовать этикетки. Любые провода с одной и той же меткой подключены схематически без визуального беспорядка проводов, проходящих через страницу. Нажмите клавишу «L», чтобы сделать ярлык и соответствующим образом обновить схему:
Чтобы завершить схему, нам нужно назначить уникальные ссылки на каждую из частей посредством процесса, называемого аннотацией. нажмите
на панели инструментов или перейдите в раздел Инструменты> Схема аннотаций. Сохраните настройки по умолчанию и нажмите OK. Теперь схема завершена.
Сопоставление частей с Footprints и создание списка соединений
Следующий шаг - связать части схемы с следами, которые появятся на печатной плате, и создать файл списка соединений, который может быть импортирован программой компоновки Pcbnew. Этот процесс несколько неуклюж в KiCad, и до окончательной версии все еще требуется полировка. нажмите
на панели инструментов или выберите «Инструменты»> «Назначить компонентный след», чтобы открыть программу CvPcb. Моя ругала ошибку, когда я открыл ее, жалуясь на устаревшие следы. Просто нажмите OK.
В программе представлены три столбца. Слева направо, это доступные библиотеки footprint, компоненты в вашей схеме и отдельные отпечатки в выбранной библиотеке, соответствующие фильтрам. Фильтры можно включить и выключить, нажав
кнопки вверху. Например, чтобы связать след для конденсаторов, я выбираю кнопку фильтра «Фильтр следа по библиотеке», выбираю библиотеку Capacitors_ThroughHole в левом столбце, выбираем C1 в среднем столбце и дважды щелкаем по области C_Disc_D7.75_P5.
Используя этот метод, свяжите следующие следы с их соответствующими частями:
| Библиотека | Часть | след |
| Capacitors_ThroughHole | Конденсаторы | C_Disc_D7.75_P5 |
| светодиоды | LED_RCBG | LED-RGB-5MM_Common_Cathode |
| Housings_DIP | ATTINY85-П | DIP-8_W7.62 |
| Pin_Headers | CONN_01X02 | Pin_Header_Straight_1x02 |
| Pin_Headers | CONN_02X03 | Pin_Header_Straight_2x03 |
| Resistors_ThroughHole | Резисторы | Resistor_Vertical_RM5mm |
| Buttons_Switches_ThroughHole | SW_PUSH | SW_PUSH_SMALL |
| Power_Integrations | LM7805CT | К-220 |
Средний столбец должен выглядеть так, как только вы закончите:
Если у вас возникли проблемы с поиском правильных частей, попробуйте сыграть с фильтрами, чтобы увидеть, появится ли след в правой колонке. Это все библиотеки по умолчанию, поэтому все должно быть в новой установке. Если вы хотите посмотреть, как выглядит след, нажмите
кнопка.
Обязательно сохраните эти изменения, а затем верните программу обратно в Eeschema. Вернитесь в редактор схем, нажмите
для создания файла списка соединений. Сохраните настройки по умолчанию и выберите OK. Теперь мы готовы начать выкладывать свой совет в Pcbnew.
Редактор макета Pcbnew
Теперь пришло время, наконец, выложить все на PCB. Выберите
либо в Eeschema, либо в окне приветствия KiCad, чтобы открыть Pcbnew. После создания файла вам будет представлен еще один пустой лист, похожий на тот, который находится в Eeschema. Найдите
на панели инструментов сверху, чтобы импортировать следы, которые мы назначили в CvPcb, в Pcbnew. Сохраните настройки по умолчанию и выберите « Прочитать текущий список соединений». Считыватель netlist также используется для обновления PCB с новыми изменениями в схеме.
Окно считывателя Netlist
Если повезет, у вас должен быть искаженный беспорядок следов, все уложенные друг на друга. KiCad включает удобный инструмент для решения этой проблемы, позволяя вам распространять все на печатной плате. Найти
на панели инструментов наверху, чтобы поместить Pcbnew в режим «Footprint Mode» - это позволяет использовать специальное контекстное меню для обработки следов. Щелкните правой кнопкой мыши беспорядок и выберите «Глобальный спред» и «Место»> «Разложить все следы» следующим образом:
Ах, намного лучше. На этом этапе начинается начало монтажа печатной платы. Используя клавишу «M» для перемещения деталей и «R», чтобы повернуть, начните размещать детали таким образом, чтобы свести к минимуму следы, пересекающие друг друга. Как правило, это означает, что линии белых крыс не пересекаются как можно больше, но, как я уже сказал, это больше искусства, чем науки, поэтому просто поиграйте с ним. KiCad также имеет несколько режимов просмотра. Я предпочитаю OpenGL View, который вы можете включить с помощью F11. Моя законченная компоновка деталей выглядит так:
Теперь мы можем начать маршрутизацию. Наведите курсор на панель и нажмите клавишу «X». Это начнет рисовать линию на доске, которая представляет собой медный след. Клавиши Page Up и Page Down позволяют переключаться между верхним и нижним уровнями меди, а нажатие «V» создает переход для перехода от одного слоя к другому. Поскольку эта плата использовала все сквозные отверстия, я смог проложить ее без сквозных отверстий. Также важно определить, где находится конец вашей доски, поэтому нажмите Edge. Cuts слой с правой панели и выберите Graphic Line или Polygon Tool, чтобы создать какую-то закрытую форму вокруг вашей доски. Это не обязательно должно быть квадрат:
Маршрутная доска с пятиугольным контуром
Добавьте талант и аннотации, выбрав кнопку «Текст» на правой панели. Чтобы добавить их в декоративный верхний слой, называемый шелкографией, выберите F. SilkS в качестве слоя выбора.
Наконец, клавиша «O» позволит вам добавлять произвольные следы, которые полезны для добавления таких вещей, как логотип оборудования с открытым исходным кодом.
Когда у вас есть все, где вы хотите, и подумайте о доске, проверьте ее в 3D, нажав +3
Вывод
Это лишь базовый обзор того, на что способен KiCad. Он поддерживает дифференциальные пары для высокочастотных цепей, создание пользовательских деталей, создание файлов Gerber для отправки, изготовление иерархических схем и многое другое. Другие учебники в будущем будут распаковывать некоторые из тонкостей KiCad, но пока вы хорошо на пути к созданию печатных плат. Если вы хотите увидеть дополнительную информацию и учебники, тем не менее, Крис Гэммелл (известность Amp Hour) в Contextual Electronics имеет канал YouTube, наполненный потрясающими учебниками и информацией о KiCad и электронике в целом. Я определенно рекомендую проверить это. До следующего раза … счастливый взлом!