Cadsoft Eagle – część 1 (Schematy)

Cadsoft Eagle – część 1 (Schematy)

Często otrzymuję pytania dotyczące schematów narysowanych w programach graficznych.

Postanowiłem napisać ilustrowany kurs obsługi popularnego programu do tworzenia schematów oraz PCB - Eagle. Zagadnienie jest obszerne, dlatego kurs podzieliłem na trzy części.

Następny artykuł z serii »

Tradycyjnie już dla moich artykułów, przedstawię wszystko na konkretnym przykładzie "krok po kroku". Naszym celem będzie narysowanie schematu prostej elektroniki do robota. Objaśnienie skrótów użytych w kursie:

  • LPM - lewy przycisk myszy
  • PPM - prawy przycisk myszy

Instalacja i przygotowanie środowiska

Ze strony firmy Cadsoft, pobrać można darmową wersję programu. EAGLE dostępny jest na systemy Windows, Linux i Mac. Wersja bezpłatna posiada ona pewne ograniczenia:

  • edytor PCB ma ograniczenie rozmiaru płytki drukowanej do 100 x 80 mm,
  • można tworzyć schematy tylko jednoarkuszowe,
  • edytor PCB i autorouter ma ograniczenie do dwóch warstw,
  • projektów nie można wykorzystywać do celów komercyjnych.

Ograniczenia te są jednak mało istotne na początku naszej przygody ze schematami elektronicznymi.

Po pobraniu i zainstalowaniu odpowiedniej dla naszego systemu operacyjnego wersji programu (polecam domyślną ścieżkę instalacji), należy dokonać wstępnej konfiguracji. Pozwoli nam to na łatwiejszą pracę w przyszłości.

Warto ustawić wszystko tak, jak przedstawiłem to na screenach - unikniemy problemów związanych z innym wyglądem lub rozmieszczeniem elementów na schemacie. Po przebrnięciu przez kurs należy poeksperymentować i ustawić wszystko wg własnych potrzeb i wygody.

1. Na samym początku musimy pamiętać, żeby oznaczyć wszystkie biblioteki elementów jako "używane". W tym celu klikamy PPM na "Libraries", a następnie klikamy na "Use all". Proces oznaczania bibliotek może chwilkę potrwać.

2. Rozwijamy drzewko "Projects" -> "eagle" (dostęp do foldera "eagle" mamy bezpośrednio z domyślnego katalogu "Dokumenty" w systemie Windows), PPM na folderze "eagle" i wybieramy opcję "New project". Pojawi się czerwona ikona folderu - możemy nadać mu dowolną nazwę, będzie to folder zawierający wszystkie pliki naszego projektu.

3. W folderze projektu tworzymy nowy schemat poprzez PPM na folderze i wybranie opcji "New"->"Schematic".

4. Widoczne na screenie okno, to okno główne narzędzia do rysowania schematów. Jest w zasadzie gotowe do pracy, ale warto poprawić jego ergonomię.

5. Wchodzimy w "Options"->"User interface..." i upewniamy się, że opcje ustawione są jak na obrazku.

6. Ustawienia siatki zmieniamy w "View"->"Grid...". Ponownie ustawiamy wszystko tak, jak na rysunku. Otrzymamy kratki (trochę jak w zeszycie), dzięki czemu łatwiej będzie się zorientować w odległościach przy porównywaniu wzajemnego położenia elementów między sobą.

eagle_01_07

7. Tak powinno wyglądać skonfigurowane okno. Niektóre panele z przyciskami możemy dowolnie przenosić klikając i trzymając LPM na ich lewej/górnej stronie.

Biblioteki, wstawianie elementów do schematu

Na początku warto zwrócić uwagę na pewną charakterystyczną dla Eagle rzecz - większość poleceń i narzędzi można wywołać na kilka sposobów. Spójrzmy na okno programu: eagle_01_08   Przykładowe polecenie "ADD" (dodawanie elementu) możemy wywołać na 4 sposoby:

  1. naciśnięcie symbolu (po prawej stronie, siódmy od góry),
  2. wywołanie menu "Edit"->"Add...",
  3. wpisanie w polu instrukcji słowa add,
  4. wybranie przycisku opisanego... "Add".

Aby poruszać się po arkuszu, używamy standardowych suwaków lub środkowego przycisku myszy - rolka myszy powiększa lub pomniejsza obraz, natomiast trzymanie wciśniętego środkowego przycisku (rolki) pozwala na przesuwanie arkusza w dowolnym kierunku. Jest to o tyle przydatne, że czasami mamy pod kursorem wstawiany element i musimy przesunąć arkusz aby wstawić go we właściwym miejscu.

Zacznijmy od wstawienia podstawowych części schematu:

1. Wywołujemy funkcję "Add" np. poprzez kliknięcie przycisku z prawej strony. Pojawi nam się lista wszystkich bibliotek, jakie wcześniej dodaliśmy do "używanych". Aby szybko znaleźć konkretny element, wystarczy wpisać jego nazwę w polu Search. Ponieważ nazwy elementów często zawierają oznaczenia dotyczące obudowy lub inne informacje, dodajemy gwiazdki przed i po za słowem kluczowym (gwiazdka zastępuje dowolny ciąg znaków przy wyszukiwaniu). Krótko mówiąc - wpisując *atmega8* w pole wyszukiwania i naciskając Enter, szukamy wszystkich elementów zawierających słowo atmega8 w nazwie/opisie. Czyli może być to atmega88 czy zwrot ,atmega8 w opisie. Wybieramy element pokazany na rysunku. Element wstawiamy na arkuszu poprzez kliknięcie lewym przyciskiem myszy. Naciskamy Esc aby wrócić do bibliotek.

2. Kolejny element to mostek H do sterowania silnikami - popularny układ oznaczony jako L293DNE. Ponieważ L293DNE nie różni się obudową ani wyprowadzeniami od L293, L293D czy L293E, szukamy "ogólniejszej wersji" - jak na rysunku. Mostek umieszczamy z prawej strony mikrokontrolera, w dosyć dużej odległości, następnie wciskamy Esc aby wrócić do bibliotek.

3. Wybieramy stabilizator liniowy 7805 w obudowie TO220 - analogicznie do wcześniejszych przypadków. Naciskamy Esc żeby wrócić do bibliotek i drugi raz Esc aby zakończyć działanie narzędzia "Add".

4. Powinniśmy otrzymać tak rozmieszczone elementy (rozmieszczone mniej-więcej, nie musicie liczyć kratek).

5. Wstawiamy elementy bierne do schematu. Podstawowe, takie jak rezystory, dławiki i kondensatory, znajdziecie w kategorii rozwijanego drzewka "rcl". Aby wyjść z wyników wyszukiwania usuwamy wszystko z pola "Search", naciskamy Enter i szukamy na liście katalogu "rcl". Podkatalog "C-EU" oznacza kondensatory ceramiczne w standardzie europejskim. Wybieramy któryś z listy, sugerując się np. wymiarami. Wstawiamy identycznie jak poprzednie elementy, przy czym nie musimy za każdym razem naciskać klawisza Esc. Aby obrócić element przed postawieniem, klikamy odpowiednią ilość razy prawym przyciskiem myszy.

6. Kondensatory ceramiczne rozmieszczamy mniej-więcej w taki sposób.

7. Kolejny element to kondensatory elektrolityczne. Postępujemy analogicznie do kondensatorów ceramicznych. Elektrolityczne można znaleźć w "rcl"->"CPOL-EU".

8. Umieszczamy je we wskazanych miejscach.

9. Pora na dławik. Elementy indukcyjne znajdziemy w "rcl"->"L-EU". Wybieramy dowolny rozmiar...

10. ...i wstawiamy we wskazane miejsce.

11. Rezonatory kwarcowe ("kwarce") znajdziemy w katalogu "crystal". Ja wybrałem ten widoczny na rysunku.

12. Złącze programatora ISP. Można zastosować to wybrane przeze mnie - rysunek na PCB jednoznacznie określa sposób podłączenia wtyczki programatora, co minimalizuje ryzyko pomyłki.

13. Powinniśmy otrzymać coś takiego.

14. Na koniec proste złącza goldpin, często stosowane po prostu jako otwory do przylutowania przewodów. Znaleźć je można w katalogu "jumper". Wybieramy jednorzędowe, podwójne (jak na rysunku).

15. Efekt końcowy naszych działań - rozmieszczone kluczowe elementy schematu naszego robota.

Połączenia i zasilanie, nazywanie elementów

 

1. Do rysowania połączeń między elementami schematu służy narzędzie "Net" - można je wybrać z paska narzędzi po lewej stronie (ikona przedstawiająca czarną, skośną kreskę) lub z menu "Draw"->"Net". LPM w punkcie, z którego chcemy zacząć rysować (np. pin mikrokontrolera), kliknięciami umożliwiamy sobie zmianę kierunku prowadzenia sygnału, następnie klikamy w miejscu docelowym i naciskamy Esc.

2. Do oznaczania węzłów (przynajmniej trzy sygnały połączone ze sobą w jednym punkcie) służy narzędzie "Junction" - znajduje się ono m.in. na lewym pasku narzędzi z ikoną przedstawiającą zieloną kropkę. Wystarczy ją wybrać, a następnie kliknąć na schemacie w miejscu połączenia.

3. Rysujemy połączenia silników z mostkiem H przy pomocy narzędzi "Net" i "Junction".

4. Łączymy złącze zasilania, stabilizator i kondensatory zgodnie z rysunkiem.

5. Łączymy też ze sobą sygnały masy w złączu programatora.

6. Dla łatwiejszej orientacji, można kluczowe elementy nazwać według uznania. Na pewno nazwa złącza "PROGRAMATOR" więcej nam (i osobom np. sprawdzającym schemat) mówi, niż domyślne SV1. Służy do tego narzędzie "Name" - można je wybrać np. z prawej belki narzędzi. Po wybraniu, wystarczy kliknąć LPM na elemencie, wpisać żądaną nazwę i zatwierdzić "OK". Sugeruję pozmieniać nazwy poszczególnych elementów w ten sposób:

  • SV1->PROGRAMATOR
  • JP1->SILNIK_A
  • JP2->SILNIK_B
  • JP3->ZASILANIE

7. Tak powinien wyglądać fragment schematu ze zmienionymi nazwami.

8. Teraz zajmiemy się ważniejszą kwestią - zasilaniem. Symbole zasilania znajdują się w bibliotece, w katalogach "supply1" i "supply2". Rzeczą, która odróżnia tamte elementy od pozostałych jest fakt, że domyślnie wszystkie takie same symbole wstawione na schemacie są ze sobą połączone. Jeśli połączymy symbol z "supply2" oznaczony jako "+5" z takim samym symbolem wstawionym w innym miejscu schematu, to będzie to równoznaczne z połączeniem tych dwóch punktów ze sobą. Kształt i opis symboli jest umowny, w celu łatwiejszego odróżnienia ich od siebie.

9. Umieszczamy symbole "+5" z biblioteki "supply2" w miejscach pokazanych na rysunku i łączymy je odpowiednio z elementami na schemacie.

10. Podobnie postępujemy z symbolem GND, czyli masy.

11. Należy zwrócić uwagę, aby symbole dodatniej szyny zasilania były w miarę możliwości zawsze skierowane w górę, a masa w dół. Ułatwia to dość znacznie sprawdzanie schematu i warto już na początku wykształcić sobie taki nawyk.

12. W tym miejscu celowo wprowadziłem mały błąd. Do usuwania niepotrzebnych połączeń między elementami, służy narzędzie "Delete". Wystarczy wybrać je np. z prawego panelu narzędzi i kliknąć na połączeniu/elemencie, które chcemy usunąć.

13. Usuwamy dwa połączenia od rezonatora.

14. Przy pomocy narzędzia "Move", możemy dowolnie przemieszczać elementy po schemacie. Wybieramy narzędzie, klikamy na elemencie, przesuwamy go przy pomocy myszy i klikamy ponownie, żeby umieścić go w wybranym miejscu. Większe elementy, jak np. mikrokontrolery, posiadają w środku mały znak "+", należy zawsze klikać w jego okolicy. Przesuwamy kondensatory i rezonator w sposób pokazany na rysunku.

15. Poprawiamy połączenia między rezonatorem, kondensatorami i masą, używając "Wire"/"Net" i "Junction". Na tym etapie, po prawidłowym wykonaniu wszystkich czynności - w ramach rekompensaty poświęconego czasu - naszym oczom powinien ukazać się ten widok:eagle_01_40

Etykiety, rysowanie magistrali (BUS)

Połączenia między elementami na schemacie, możemy wykonać na wiele sposobów. Podstawowy sposób już poznaliśmy - narzędzie "Net" i "Junction". Jest to sposób szybki i najczęściej stosowany, spójrzmy jednak jak by wyglądało podłączenie złącza programatora wykonane tą metodą: eagle_01_41 Na pierwszy rzut oka trudno jest się połapać co z czym jest podłączone, a to dopiero 4 sygnały! W celu poprawienia przejrzystości schematu i ergonomii pracy, wymyślono inne sposoby wykonywania połączeń. Pierwszy przydaje się zwłaszcza w schematach, gdzie podzieliliśmy sobie przestrzeń pracy na moduły - moduł mikrokontrolera, moduł zasilania, moduł układów wykonawczych itp. Działa on w sposób niemal identyczny, jak elementy z biblioteki "supply1" i "supply2" z tą różnicą, że nie ma symboli i sami nadajemy sygnałom etykiety.

1. Zaczynamy od narysowania fragmentów sygnałów, które chcemy ze sobą połączyć (narzędzie "Net"). Długość jest dowolna, wystarczy taka, żebyśmy byli w stanie trafić w taki sygnał kursorem; im łatwiej go znaleźć w gąszczu innych sygnałów, tym lepiej.

2. Używamy narzędzia "Label" (ikona obok "Junction" na lewym panelu narzędziowym). Narzędzie służy do wyświetlania nazwy powiązanego z etykietą sygnału. Klikamy LPM na sygnale, który chcemy wyświetlić, następnie drugi raz w miejscu, gdzie etykieta ma się wyświetlać. Na początku będą to dziwne nazwy, jak np. N$4.

3. Operację powtarzamy dla każdego sygnału (najszybciej zrobić to dwuklikiem na końcówce każdego sygnału).

4. Teraz używamy narzędzia "Name" na każdym z sygnałów i parujemy je ze sobą - odcinki przy mikrokontrolerze i odcinek przy złączu mające być ze sobą połączone, muszą nazywać się tak samo. Przy zmianie nazwy drugiego odcinka program będzie pytać, czy na pewno je ze sobą połączyć - klikamy na "Yes". Schemat na koniec powinien wyglądać jak na rysunku. Drugi sposób to tzw. BUS'y, czyli magistrale. Przydaje się to, gdy chcemy przenieść wiele sygnałów przy pomocy tylko jednej linii. W naszym przypadku będzie to strzelanie z armaty do muchy, ale chciałem zademonstrować jak to się robi.

5. Zaczynamy od wybrania narzędzia "Bus" i narysowania linii jak na rysunku. Jest to nasza magistrala, do której musimy teraz "wprowadzić" sygnały.

6. Używamy na magistrali narzędzia "Name", usuwamy domyślną nazwę (B$1) i mamy do wyboru kilka możliwości. Możemy wymieniać po przecinku nazwy sygnałów, a możemy podać formułę, która sama wygeneruje nam np. 6 nazw. Przypuśćmy, że chcemy, by sygnały nazywały się kolejno D0, D1, D2, ... D5. Wszystko co należy zrobić, to wpisać w nazwę magistrali formułkę D[0..5]. Można też połączyć obie możliwości i wpisać np. C[2..7],FORBOT[5..8] - wygeneruje to nam nazwy sygnałów kolejno C2, C3, C4, ..., C7 i FORBOT5, FORBOT6, ..., FORBOT8. My skorzystamy z uproszczonego D0, D1, ..., D5.

7. Wybieramy narzędzie "Net" (tuż obok "Bus") i - ważne! - zaczynamy rysować połączenia od magistrali. Klikamy na magistrali, wybieramy nazwę sygnału z listy i prowadzimy połączenie do wybranego portu. Kawałek dalej robimy to samo dla tej samej nazwy sygnału i tak dalej, parami.

8. Ja zrobiłem to w sposób pokazany na rysunku.

9. Nasz schemat jest gotowy! eagle_01_50

Operacje na grupie elementów

Przy większych schematach, często istnieje konieczność użycia jakiegoś narzędzia na większej liczbie elementów. Zamiast robić to pojedynczo na każdym z nich, możemy użyć narzędzia "Group".

1. Wybieramy narzędzie "Group" i zaznaczamy wybrane elementy rysując prostokąt (jak np. w systemie Windows).

2. Wybieramy narzędzie, którego chcemy użyć na grupie - w moim przypadku "Move". Klikamy PPM gdzieś na obszarze zaznaczonej grupy i wybieramy przedostatnią pozycję - w moim przypadku "Move: Group". Po wybraniu będziemy mieli całą grupę zaznaczonych elementów pod kursorem, tak samo, jakbyśmy przesuwali jeden element. Możemy nawet dowolnie zaznaczenie obracać poprzez wciskanie PPM.

3. Przesuwamy kursor w wybrane miejsce i klikamy LPM.

4. Podobnie możemy przesunąć np. złącze programatora. Zamiast "Move", bardzo często stosuje się też "Delete" i "Copy", pozwoli nam to zaoszczędzić sporo czasu.

Następny artykuł z serii »

Załączniki

Schemat (zip, 54 KB)

Gotowy schemat - spakowany plik Eagle.

CAD, Eagle, kurs, KursEagle, Schemat

Trwa ładowanie komentarzy...