Promocja na książki: elektroniki, Arduino, programowanie, IT od 6,90 zł. Sprawdź listę ponad 350 tytułów »

Cadsoft Eagle – część 2 (PCB)

Cadsoft Eagle – część 2 (PCB)

Przedstawiam drugą część kursu obsługi Cadsoft Eagle. Materiał, został poświęcony projektowaniu płytek drukowanych (PCB).

Wszystkie kroki przedstawiłem na konkretnym przykładzie, dlatego aby zacząć naukę od tego miejsca (zakładając, że znasz się już na rysowaniu schematów), potrzebujesz pliku z załącznika poprzedniej części kursu.

« Poprzedni artykuł z seriiNastępny artykuł z serii »

Plik untitled.sch umieść w nowym folderze projektu i postępuj zgodnie ze wskazówkami. Polecam na bieżąco eksperymentować z narzędziami, złe efekty zawsze można cofnąć (ctrl+Z), a dobrze jest poznać "organoleptycznie" działanie poszczególnych funkcji.

Projektowanie PCB - konfiguracja i pierwsze kroki

Zacznijmy od uruchomienia programu Eagle i otworzenia naszego schematu z poprzedniej części kursu.

1. Aby na podstawie schematu stworzyć PCB, wystarczy z górnego menu wybrać "File"->"Switch to Board". Program zapyta nas, czy ma utworzyć nowy arkusz PCB - potwierdzamy. W przypadku, gdyby jakieś PCB połączone ze schematem już istniało, to po prostu otworzy się nowe okno z tym właśnie PCB.

2. Naszym oczom ukaże się coś takiego. Z lewej strony zobaczymy wszystkie elementy ze schematu w obudowach, które wybraliśmy podczas ich wstawiania. Żółte kreski symbolizują połączenia między poszczególnymi pinami tych elementów. Eagle stara się, by były najkrótsze z możliwych, nie robi jednak tego w czasie rzeczywistym. Aby wyznaczył najkrótsze z możliwych przy danym ułożeniu elementów na arkuszu, musimy użyć narzędzia "Ratsnest". Znajdziemy je np. w menu "Tools". Biała ramka, to zarys naszej płytki PCB. Niestety, w wersji darmowej zobaczymy największy możliwy obszar (próba powiększenia go zakończy się komunikatem o błędzie).

3. Dla potrzeb kursu, postanowiłem włączyć widoczną siatkę. Łatwiej będzie się Wam zorientować w położeniu elementów. Potraktujcie to jako informację dla ogólnej orientacji, szkoda czasu na liczenie kratek.

4. Sposobów na stworzenie PCB jest właściwie tyle, ilu jest użytkowników Eagle. Każdy ma jakąś wypracowaną technikę, algorytm działania, wg którego zawsze postępuje.

Ja zaczynam od rozmieszczenia elementów na obszarze zarysu PCB (narzędzie "Move"), dzieląc je na "moduły". Na rysunku widać moduł silników - mostek H, dwa złącza i dwa kondensatory. Zupełnie jak na schemacie.

5. Podobnie postępuję z modułem mikrokontrolera. Uwaga - to nie jest ostateczne ułożenie elementów, po prostu staramy się trochę ogarnąć w chaosie żółtych linii.

6. Moduł zasilania - również ułożony tak, jak na schemacie. Nie ma to większego znaczenia, akurat tak jest mi wygodnie.

eagle_02_07

7. Rzut okiem na całość. To dobry moment, by użyć wspomnianego wcześniej narzędzia "Ratsnest" - żółte linie powinny ułożyć się trochę lepiej.

Rysowanie ścieżek

1. Do rysowania ścieżek, służy narzędzie "Route". Każda ścieżka jest ściśle powiązana z żółtą linią symbolizującą połączenie między elementami - w praktyce, podczas projektowania PCB, chodzi o to, by każdą z takich żółtych linii zastąpić ścieżką lub rozlanym polem masy.

Tym ostatnim zajmiemy się na koniec, teraz skupmy się na samym "Route". Po wybraniu narzędzia, klikamy LPM na żółtej linii jak najbliżej pinu, od którego chcemy zacząć. Jeśli klikniemy przykładowo bliżej lewego końca sygnału, to ścieżka będzie rysowana od lewego końca, jeśli bliżej prawego, to ścieżka będzie rysowana od prawego końca. Kończymy rysowanie klikając LPM w miejscu, gdzie sygnał się kończy.

2. Zaczynamy od połączenia sygnałów, które się nie krzyżują. Na przykład połączenia między pinami GND w mostku H.

3. Jeśli jest taka możliwość, staramy się unikać rysowania "zakrętów" ścieżek pod kątem prostym! Aby rysować je pod kątem 45°, zaczynamy rysować ścieżkę przy pomocy narzędzia "Route", a następnie klikamy na pasku opcji drugą ikonę od lewej (widoczną na rysunku).

4. Bez "pośredniego" klikania, ścieżka sama powinna zmienić kierunek i połączyć dwa punkty w sposób pokazany na rysunku. Warto w tym miejscu trochę poeksperymentować, żeby wiedzieć jak ścieżki będą się układać przy różnych punktach docelowych.

5. Spróbujmy teraz połączyć silniki i kondensatory w sposób pokazany na rysunku.

6. Rysujemy ścieżki w module zasilania. Są to proste linie, więc nie powinno być problemu. Zaczynamy z jednej strony, następnie klikamy na kolejne "pady" elementów.

eagle_02_15

7. Przy mikrokontrolerze jest już trochę trudniej. Staramy się zawsze prowadzić ścieżki tak, żeby jak najmniej się krzyżowało. Wbrew pozorom ścieżka między pinami mikrokontrolera w obudowie DIP nie powinna sprawić dużych problemów nawet podczas wykonywania PCB w domowych warunkach. Prościej jest też poprowadzić ją w ten sposób, niż wstawiać dodatkowe przelotki.

Warstwy i narzędzie "Show"

Na początku wypadałoby wyjaśnić czym właściwie są warstwy. Jeśli mamy pod ręką kawałek gotowej płytki drukowanej, to widzimy, że ma ona dwie strony. Czasami ścieżki są na obu, czasami tylko na jednej, a na drugiej widoczne są same elementy.

Spójrz na taką płytkę pod światło, patrząc na stronę z elementami i wyobraź sobie, że pomiędzy obiema warstwami zamiast zielonego/żółtego/białego/brązowego tworzywa jest szkło. Taki właśnie widok mamy przed sobą projektując płytkę PCB w programie Eagle.

Dla łatwego rozróżnienia warstw, wprowadzono dwa kolory (w wersji komercyjnej jest ich więcej, tak jak więcej warstw można wykorzystać; PCB przypomina wtedy kanapkę z laminatu i miedzi) - niebieski i czerwony. Wszystkie ścieżki narysowane na dole (tam, gdzie jest mało elementów), czyli z ang. bottom, są na niebiesko. Kolor strony przeciwnej to czerwony, narysowane nim ścieżki mogą oznaczać ścieżki takie same jak na warstwie dolnej (laminat dwustronny), lub tzw. przelotki, czyli kawałki przewodów łączące dwa punkty od strony elementów (laminat jednostronny).

Przy laminacie dwustronnym mamy o tyle łatwiej, że nie musimy starać się by ścieżki krzyżowały się jak najrzadziej - wystarczy przejść na przeciwną warstwę i tam narysować je bez obaw o "skrzyżowanie". Płytka dwustronna jest jednak trudniejsza do wykonania w domowych warunkach, dlatego do pierwszych prototypów najczęściej używa się laminatu jednostronnego. Wówczas czerwone ścieżki zastępujemy na płytce kawałkami drutów lub przewodami.

1. Zaczniemy od narysowania ścieżki łączącej pin RST mikrokontrolera ze złączem programatora. Prowadzimy ścieżkę standardowo do momentu pokazanego na rysunku.

2. Naciskamy środkowy przycisk myszy (rolkę) - przechodzimy w ten sposób na górną warstwę (Top). Rysujemy ścieżkę po drugiej stronie.

3. Przy pierwszym kliknięciu LPM, pojawi się w miejscu zmiany warstwy symbol otworu-przelotki.

4. Gdy skończymy rysować na górnej warstwie, znów naciskamy środkowy przycisk myszy/rolkę i rysujemy dalej na warstwie dolnej (Bottom).

5. Pierwsze kliknięcie LPM sprawi, że pojawi się symbol otworu-przelotki na drugim końcu czerwonej ścieżki.

6. Aby łatwiej rozeznać się w chaosie sygnałów, programiści Eagle zaimplementowali narzędzie "Show". Jest ono dostępne z poziomu schematu oraz z poziomu PCB. Jeśli np. Chcemy znaleźć na PCB sygnały odpowiadające za GND, przechodzimy do okna ze schematem, wybieramy narzędzie "Show" i klikamy na dowolną linię połączoną z symbolem masy (można też kliknąć PPM na takiej linii i wybrać "Show" z menu podręcznego).

7. Wszystkie linie połączone z tym symbolem zostaną wyróżnione jaśniejszym kolorem.

8. Jeśli teraz przejdziemy do okna PCB, to zauważymy, że podobnie stało się z sygnałami na płytce. Ułatwia to czasem szukanie lepszych połączeń niż pokazywana żółtą linią "najkrótsza droga".

Rysowania ciąg dalszy

1. Używamy narzędzia "Move" na grupie elementów w module silników i staramy się umieścić go odpowiednio blisko modułu mikrokontrolera (można moduł silników obrócić żeby lepiej pasował).

2. Rysujemy połączenia do wejść mostka - niestety, raczej nie obejdzie się bez zworek na warstwie Top. Postarajmy się, aby było one jak najkrótsze i najmniej widoczne (w moim przypadku, schowam je pod podstawką do układu L293).

3. Podłączamy następne sygnały - kolejna zworka wydaje się być nieunikniona.

4. Łączymy masy modułu mikrokontrolera i modułu silników.

5. Mniej-więcej tak powinny wyglądać połączenia na tym etapie.

6. Narzędziem "Move" przenosimy sobie moduł zasilania i staramy się go "dopasować" do reszty.

7. Rysujemy ścieżkę zasilania silników bezpośrednio sprzed stabilizatora. Robimy dla niej trochę miejsca, w kolejnym etapie będziemy ją pogrubiać (podobnie jak i masę mostka H).

8. Aby wybrać najbardziej optymalną ścieżkę dla zasilania +5V, używamy narzędzia "Show".

9. Prowadzimy ją np. jak na rysunku. Dzięki temu nie musimy jej krzyżować z inną.

10. Podłączamy pierwszy...

11. ...i drugi sygnał PWM z mostka do mikrokontrolera.

12. Powinniśmy otrzymać coś takiego, jak na rysunku. Zaznaczamy wszystkie elementy i poleceniem "Move" przenosimy je w lewy dolny róg obramowania naszej płytki PCB (biała ramka).

13. Używamy narzędzia "Move" na krawędziach białej ramki, żeby bardziej dopasować ją do projektu.

14. Przykładowy efekt końcowy widać na rysunku.

Narzędzie "Change" i rozlewanie masy

1. Narzędzie "Change" pozwala na dokonanie różnych zmian w projekcie PCB, przy pomocy jednego kliknięcia. Zademonstruję je na przykładzie poszerzania wybranych ścieżek. Wybieramy narzędzie "Change", np. "Edit"->"Change", pojawi nam się menu kontekstowe. Jest to lista zmian, jakich możemy dokonać. Wybieramy "Width" i wartość np. 0.032 - jak na rysunku.

2., 3., 4. Teraz wystarczy klikać na odcinki ścieżek, które chcemy poszerzyć. Dla ułatwienia podświetliłem klika z nich - najważniejsze są ścieżki, przez które płynie największy prąd (będzie się wydzielać na nich najwięcej ciepła). W naszym przypadku jest to zasilanie silników w prostej linii oraz podłączenie silników wraz z kondensatorami. Efekt końcowy widać na rysunku 4.

5. Przydatnym narzędziem, jest narzędzie "Polygon". Służy ono do wypełniania pustych miejsc w obrysie niemal dowolnej figury geometrycznej. Wybieramy je np. z lewego panelu narzędziowego, a następnie klikamy w każdym narożniku płytki, rysując w ten sposób prostokąt. Po kliknięciu w pierwszy punkt, obrys zamieni nam się na kropkowany - jak na rysunku.

6. Zmieniamy nazwę obrysu poprzez użycie narzędzia "Name" na kropkowanej ramce. Uważamy, żeby nie kliknąć na białą ramkę oznaczającą krawędź płytki. Nazwą jest "GND", tak jak sygnał masy. Program poprosi o potwierdzenie połączenia "Polygon'u" z tym sygnałem - klikamy "Yes".

7. Klikamy PPM na ramce "Polygon'u" i z menu kontekstowego wybieramy "Properties".

8. Jeśli wszystko wykonaliśmy poprawnie, "Polygon" powinien nazywać się "GND" i mieć parametry jak na rysunku. Jedyne co zmieniamy, to "Isolate" oznaczające większą odległość ścieżki od rozlanej masy - łatwiej będzie nam to wytrawić w domowych warunkach. Wybrałem wartość 0.032.

9. Na koniec używamy narzędzia "Ratsnest", tego samego, co do "przeliczania" najkrótszej drogi dla sygnałów.

10. Po użyciu "Ratsnest", obszar narysowanego prostokąta powinien sam się wypełnić w sposób widoczny na rysunku. Całe "rozlane" pole połączone jest ze ścieżkami "GND".

Przygotowania do wydruku

Nasza płytka jest w zasadzie gotowa i w obecnej formie możemy ją pokazywać np. na forum w celu sprawdzenia. Jeśli zdecydujemy się wykonać ją metodą termotransferu, musimy przygotować wszystko do wydruku.

1. Przede wszystkim wyłączamy siatkę, żeby na wydruku nie pojawiły się kratki.

2. Następnie zmieniamy kolor tła na biały - ustawienia widoczne na rysunku.

3. Wyłączamy wszystkie warstwy, poza Bottom, Vias i Pads. Można kliknąć niżej na przycisk "None" i zaznaczyć kliknięciem te trzy - będzie szybciej.

4. Powinniśmy otrzymać coś takiego.

5. Eksportujemy projekt do formatu obrazka. "File"->"Export"->"Image".

6. Ustawiamy parametry dla obrazka - klikamy na "Browse", wybieramy miejsce zapisu i nazwę pliku. Rozdzielczość ustawiamy na taką, z którą poradzi sobie nasza drukarka. Myślę, że 300dpi wystarczy w zupełności. Warto zaznaczyć "monochrome", wtedy obrazek będzie po zapisaniu od razu czarno-biały. Klikamy na "OK".

eagle_02_54

7. Efekt końcowy eksportu obrazka. Możemy go teraz wrzucić np. do Word'a i wydrukować. Polecam wykonanie poprawienia kontrastu i wybrania opcji "tylko czerń" dla obrazka już z poziomu Worda. Warto też wstawić kilka obrazków obok siebie z miejscem na wycięcie - będziemy mogli wybrać najostrzejszą i bezbłędnie wydrukowaną wersję.

« Poprzedni artykuł z seriiNastępny artykuł z serii »

Załączniki

plytka (zip, 6 KB)

Gotowa płytka drukowana - spakowany plik programu Eagle.

CAD, Eagle, kurs, KursEagle, PCB

Trwa ładowanie komentarzy...