Czytaj schematy, jak doświadczony elektronik

Czytaj schematy, jak doświadczony elektronik

Niniejszy artykuł jest poradnikiem dla kompletnie początkujących, którzy nie wiedzą w jaki sposób interpretować schematy ideowe.

Najprościej mówiąc schemat to precyzyjny  opis układu elektronicznego. W ten symboliczny, ale znormalizowany sposób opisane są połączenia pomiędzy elementami danego urządzenia.

Dlaczego używamy schematów?

Schematy ideowe są swego rodzaju "językiem" elektroników. Zamiast opisów słownych, rysunków lub zdjęć stosuje się znormalizowane symbole, które pozwalają na budowę dowolnego urządzenia elektronicznego.

Dzięki takiemu podejściu:

  • na jednym rysunku w sposób oczywisty przedstawiamy urządzenie
  • możemy łatwo zlokalizować ewentualne błędy
  • późniejsza rozbudowa urządzenia nie sprawia problemów

Tworzenie schematów w programach CAD

Zamiast rysować schematy na kartce lub w Paincie można użyć do tego celu oprogramowania CAD.

Programy do projektowania wspomaganego komputerem są nieodzowne w projektowaniu obwodów elektronicznych. Zapewniają użytkownikowi zbiór narzędzi, najważniejsze z nich to:

  • edytory schematów
  • baza elementów
  • edytory PCB

Jedne z najpopularniejszych środowisk to:

Warto zwrócić szczególną uwagę na program EAGLE. Jest to edytor schematów oraz płytek drukowanych. Posiada prosty interfejs, wiele przydatnych narzędzi oraz bogate biblioteki. Co ważne, firma CadSoft udostępnia wersję darmową programu z nałożonymi ograniczeniami, które nie będą przeszkadzały początkującemu elektronikowi.

Jest to idealny wybór dla hobbystów. Więcej na temat samego programu oraz jego obsługi znaleźć można w kursie, jaki został opublikowany jakiś czas temu. W dalszej części artykułu będę używał darmowej wersji EAGLE 6.5.0.

Podstawowe symbole

Niezależnie od tego, czy będziesz czytał, czy tworzył schematy koniecznie jest poznanie podstawowych symboli. Każdy element elektroniczny (dioda LED, rezystor, kondensator itd.) posiada swoje graficzne przedstawienie. Wszystkie z nich są proste do zapamiętania, co ważne łatwo powinieneś skojarzyć je z konkretnymi podzespołami. Na początek zwróć uwagę na kilka podstawowych elementów:

Tabela z symbolami najpopularniejszych elementów

Tabela z symbolami najpopularniejszych elementów

Bazując na powyższych elementach możemy już zbudować pierwszy układ. Na początek niech będzie to połączenie tranzystora i diody LED, które pozwoli nam sterować jej świeceniem zależnie od sygnału podane z mikrokontrolera. Zamiast trudzić się opisem słownym, uruchamiamy Eagle i w kilka minut tworzymy schemat:

z1

Analizując układ widzimy dwa rezystory (10k oznacza 10 kilo Ohm, 120R oznacza 120 Ohm), tranzystor npn, wejście sygnałowe oznaczone etykietą SIG oraz zasilanie VCC i masę GND. Na chwilę zatrzymajmy się na tych 2 ostatnich symbolach.

Zasilanie nazywane najczęściej Vcc (V - Voltage) oznaczamy strzałką, a masę (potencjał 0) nazywamy GND (Ground) i oznaczamy poziomą kreskę.

Teraz nieco skomplikujmy nasz układ, dodając źródło zasilania (np.: baterię):

z2

Wielokrotne występujące symbole Vcc w rzeczywistości będą połączone, chociaż wizualnie są rozdzielone, to samo dotyczy GND. Rozwiązanie takie poprawia estetykę schematu. Rysowanie szyny zasilania z jednego końca schematu na drugi pogorszyłoby jego czytelność. Podobnie można potraktować szyny sygnałowe, jednak o tym później.

Węzły i przecięcia połączeń

Jest to element budzący wiele kontrowersji wśród początkujących. Większość schematów jest zdecydowanie bardziej skomplikowana niż powyższy. W związku z tym występują na nich skrzyżowania (jedno połączenie krzyżuje się z drugim).

Przykład obrazujący sytuację, o której mowa:

z3

Widoczne na schemacie zielone kropki oznaczają węzły i właśnie w tych punktach sygnał rozdziela się na poszczególne podzespoły. W schemacie odległość węzła od elementów nie ma znaczenia, może być duża albo mała, ważne aby wizualnie wyglądało to dobrze. Wszystkie wyjścia rezystorów skierowane do góry są połączone z dodatnią szyną zasilania, ponieważ wszędzie gdzie pojawiają się skrzyżowania sygnałów są węzły (kropki).

Natomiast do masy podłączone są jedynie katody diod LED nr 1 oraz 3. Katoda diody LED 2 krzyżuje się z masą, ale bez kropki! Wniosek - brak połączenia! Jak widać dioda nr 2 sterowana jest wejściem opisanym jako "ster" może one być podłączone np.: do mikrokontrolera.

Dla jasności powyższy schemat mógłby zostać narysowany w taki sposób:

z4

Teraz nikt nie powinien mieć wątpliwości, co dzieje się z diodą nr 2. Jednak mam nadzieję, że przykład ten dobrze zobrazował jak należy interpretować wszelkie skrzyżowania.

Układ scalony, a jego odpowiednik na schemacie

Układy scalone w postaci schematycznej mogą być mylące, gdyż wyprowadzenia symboli niekoniecznie zgadzają się z rozłożeniem nóżek w rzeczywistym układzie scalonych.

Na poniższych grafikach przestawiono:

  • po lewej widok wyjść mikrokontrolera Atmega8 w obudowie DIP28,
  • po prawej symbol jaki można znaleźć w bibliotece EAGLE.

Grafika po prawej przedstawia ten sam mikrokontroler, ale z drobną modyfikacją. Jak już było wspomniane, schemat jest tylko pewną ideą. W samym schemacie dąży się do osiągnięcia jak najlepszej czytelności. Jak widać po lewej stronie symbolicznego mikrokontrolera są wejścia takie jak zasilanie, złącze oscylatora czy reset. Natomiast po prawej stronie są piny IO, które dodatkowo posortowano indeksami, co w przypadku rzeczywistego mikrokontrolera nie zawsze jest zachowane.

Jeśli chcemy wiedzieć, gdzie znajduje się konkretny pin w obudowie, wystarczy spojrzeć na jego numer obok wyprowadzenia. Poniższy przykład przedstawia podstawowe połączenie mikrokontrolera AVR Atmega8:

z6

Na pierwszy rzut oka widać gdzie jest zasilanie układu, przycisk reset, niezbędne kondensatory oraz gdzie znajdują się linie GPIO mikrokontrolera.

Magistrale – wiele połączeń w jednym

Często zdarza się, że musimy poprowadzić wiele sygnałów z jednego miejsca schematu do drugiego. Można to zrealizować prowadząc pojedyncze połączenia, jednak przy dużej ilości sygnałów schematy będą bardzo skomplikowane.

W takim razie może oznaczymy sygnały etykietami? Pomysł już lepszy ale, mało praktyczny. Po wydrukowaniu dużego schematu odnalezienie dwóch identycznych etykiet będzie trudne. Z pomocą przychodzi nam magistrala (Bus), będąca zestawieniem dowolnej ilości sygnałów.

Idealnym przykładem jest podłączenie mostka H. Przeważnie wymaga, to około 6 połączeń z procesorem. Zamiast prowadzić oddzielne linie sygnałowe, możemy poprowadzić magistrale:

Jak widać jedna magistrala idzie do czujników, które są poza "kadrem". Natomiast druga łączy procesor z mostkiem. Stosując zbiorcze połączenia sprawiamy, że nasze schematy są czytelniejsze i łatwiejsze w interpretacji. Informacje o tworzeniu magistral znajdziecie w naszym kursie EAGLE:

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... Czytaj dalej »

Podsumowanie

Na zakończenie kilka wskazówek pomocnych przy czytaniu i rysowaniu schematów:

  1. Kropka oznacza węzeł czyli połączenie
  2. Sygnały o tych samych etykietach tworzą połączenie.
  3. Dobrze jest rysować symbol napięcia zasilania do góry, a symbol masy na dół.
  4. W celu zmniejszenia ilości połączeń (Net) należy stosować magistrale (Bus).
  5. Dobrze jest nazywać sygnały tak by nazwa informowała nas o jego funkcji.
  6. Zamiast tworzyć jeden spójny schemat warto rozbić go na bloki funkcyjne i połączyć magistralami.
  7. Projektując schemat należy zachować stosowny odstęp pomiędzy elementami, by możliwe było odczytanie nazwy oraz wartości.
  8. Zawsze najpierw twórz schemat układu elektronicznego, a dopiero później PCB.

Niniejszy artykuł to jedyne czubek góry lodowej. Jeśli temat będzie popularny na pewno w przyszłości pojawi się jego kontynuacja. Jeśli chcesz wiedzieć więcej o samych elementach powinieneś zapoznać się z naszym kursem podstaw elektroniki.

Kurs elektroniki, poziom I (podstawy) – #0 – wstęp, spis treści
Kurs elektroniki, poziom I (podstawy) – #0 – wstęp, spis treści

Kurs elektroniki od podstaw to seria poradników, dzięki której tysiące osób przekonało się już, że elektronika może być wciągającym... Czytaj dalej »

Eagle, PCB, Schemat, symbole

Trwa ładowanie komentarzy...