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Mini tutorial Kicad
Renie S. Marquet, 16/09/ http://www.reniemarquet.cjb.net e-mail: [email protected] Este mini tutorial foi elaborado a pedido de colegas que estão começando a mexer com o Kicad. Como os manuais dos aplicativos que compõem o pacote Kicad são bem simples e abrangem praticamente tudo que é necessário saber sobre os mesmos, aqui só serão apresentados os passos básicos para construir um pequeno circuito, desde o esquema até a finalização da placa com sua impressão. O circuito apresentado é apenas uma simples interface RS232 que montei para facilitar experiências no protoboard sem ter que montar toda vez o mesmo circuito quando fosse preciso fazer algum teste que necessitasse da mesma, visto que sempre era necessário retirar as peças do protoboard para outras montagens diferentes. Os passos básicos que serão apresentados são: 1- Criar o projeto - Kicad. 2- Criar o esquema - Eeschema. 3- Vincular os componentes aos módulos – Cvpcb. 4 - Desenhar o layout da placa – Pcbnew. 5 – Incrementar a visualização 3D – Visualizador 3D. 6 – Impressão.
1 - Criar o projeto : É aconselhável sempre criar um diretório separado para cada projeto, de preferência com o mesmo nome do projeto (para facilitar sua localização) mantendo-se assim todos os arquivos juntos e organizados. Para o exemplo foi criado o diretório RS232. Com o diretório do projeto criado no disco, abra o Kicad e selecione o 1º ícone da barra de ferramentas – Criar novo descritor de projeto (ou através do menu Projetos/Novo Descritor de Projeto). Na caixa de diálogo que abrir informe o nome do projeto – RS232 (a extensão .pro será adicionada automaticamente ao clicar o botão salvar). Ao criar um novo projeto, o mesmo já estará selecionado para trabalho. Botão Criar novo descritor de projeto Botão para ativar o Eschema (editor de esquemáticos) Botão para ativar o Cvpcb (associação de componentes/mó dulos Botão para ativar o Pcbnew ( Editor de placas de circuito impresso) Botão para ativar o Gerbview (visualizador de arquivos Gerber), não será usado neste tutorial
A partir da versão de 29.08.2005 foi disponibilizada a opção de selecionar os componentes através do Browser de bibliotecas, o que é bastante útil pois é possível visualizar o componente antes de colocá-lo na área de trabalho. (nota: alguns termos ainda estão sem traduzir, pois estão fixos nos códigos dos programas). Com o browser aberto, vamos selecionar a biblioteca conn (conectores) e na lista de componentes, selecionar o conector DB9 como a figura abaixo, após isto, clicar no botão Exportar para o esquemático (Export to eshematic). O componente será apresentado na área de trabalho no modo deslocamento, posicione componente no local desejado e clique com o botão esquerdo do mouse (depois o mesmo poderá ser reposicionado). Para alterar a orientação dos pinos (que originalmente estão virados para o lado esquerdo), clique com o botão direito do mouse sobre uma área livre do componente e no menu pop- up selecione Orientar Componente/Espelhar II (X) Botão exportar para o esquemático
Para colocar os capacitores polarizados (eletrolíticos), ainda com a ferramenta adicionar componentes selecionada, clicamos novamente em local livre na área de trabalho para que o diálogo de seleção de componentes seja ativado. Desta vez vamos utilizar a opção Listar Tudo, a qual apresenta somente a relação de bibliotecas. Na janela que abrir selecionar a biblioteca device e clicar no botão OK (ou dar um duplo clique no nome da biblioteca) para que seja apresentada a lista de componentes que a biblioteca contém.
Deverão ser adicionados também os componentes de alimentação (estes símbolos são tratados como componentes especiais pelo Eeschema):
- 2 componentes alimentação +5V
- 2 componentes alimentação GND
- 2 componentes alimentação PWR_FLAG Os componentes alimentação são encontrados na biblioteca power. Uma alternativa para selecionar componentes de alimentação é utilizar o botão Adicionar Alimentações que fica logo abaixo do botão Adicionar componentes na barra da direita, isto facilita bastante pois já apresenta direto somente a lista de componentes de alimentação. Após colocar todos os componentes necessários na área de trabalho, selecione o cursor simples (o botão de uma seta na barra da direita), clique em cada componente com o botão direito do mouse para movê-los, mudar suas orientações, espelhar, etc (opções do menu pop-up). Para facilitar o acompanhamento deste tutorial, tente posicionar os componentes como apresentado abaixo. Uma boa idéia agora seria atribuir os valores de cada componente (que também pode ser feito logo após colocar cada componente na área de trabalho), como neste pequeno circuito os únicos componentes que realmente tem valores são os capacitores e todos tem o mesmo valor ( 1 uF ), vamos deixar para fazer isso somente no final do esquema.
Agora vamos atribuir as referências de cada componente utilizando a ferramenta de anotação automática, Na janela que irá abrir, basta clicar no botão Anotação, deixando as opções default. Cada componente receberá um número distinto em relação aos demais componentes do mesmo tipo ( ex. capacitores, C1, C2, ...). O próximo passo é efetuar as conexões elétricas do esquema, para tal, selecione a ferramenta Adicionar cabos na barra da direita.
Como o circuito do projeto é muito simples, vamos deixar as opções default da ferramenta ERC. Clique no botão Testar Erc. A ferramenta ERC irá totalizar os erros e avisos (advertências) encontradas no esquema e marcar com pequenas setas todos os pontos que não estão de acordo com as regras elétricas. Nota: A ERC não impede que o usuário prossiga com o projeto, ela apenas fornece auxílio informando possíveis problemas.
Quando algum pino não for realmente utilizado (ligado), para evitar que a ERC indique um possível problema (um esquecimento), deve-se assinalar o pino com a marca Não Conectado ( disponível na barra da direita). Marque todos os pinos do esquema que restaram sem conexão (menos os dos PWR_FLAG) e repita o teste de ERC. O resultado deverá ser algo parecido com a figura abaixo, indicando apenas 4 erros. Se o usuário clicar sobre um marcador (seta) de um dos símbolos de alimentação (GND ou +5V), será apresentada na barra de status ( parte inferior esquerda da janela) a mensagem indicando o problema relativo a aquele ponto, no caso do nosso circuito, ela seria: ERC>> Atenção pino power_in não controlado (Net xx) Essa mensagem indica que o pino (na verdade todos os pinos que estejam ligados no mesmo tipo de componente alimentação) é de entrada de alimentação (GND,VSS ,terra, também são considerados entrada no enfoque do esquema) e o mesmo não está conectado a um pino de saída de alimentação (como por exemplo um pino saída de algum regulador 78xx). Como a alimentação do circuito será externa, para evitar que a ERC indique um possível problema neste caso, e em outros semelhantes, existe o componente PWR_FLAG, que nada mais é que um pino power_out virtual, deste modo deve-se conectar um para cada
O último passo que resta agora que todo o esquema está completo e sem erros é gerar a netlist. Clique no botão Geração de Netlist para chamar o diálogo de criação da netlist na barra superior. No diálogo que abrir, selecione o tipo de netlist a ser gerado (no nosso caso, Pcbnew) e clique no botão Netlist. Na nova janela que será aberta solicitando o nome do arquivo, deixe o default (o mesmo nome do projeto) e clique em Salvar.
3- Vincular os componentes aos módulos – Cvpcb.
Estando com o arquivo de netlist pronto, antes de seguir para o desenvolvimento da placa de circuito impresso é necessário vincular os componentes do esquema a seus respectivos módulos (footprint), os quais são as representações físicas dos componentes. A vinculação dos componentes aos módulos é feita através do CVPCB. O Cvpcb pode ser inicializado a partir do gerenciador do Kicad ou diretamente de dentro do Eeschema através do botão Executar Cvpcb na barra de ferramentas superior. Por defaut, as novas versões do Cvpcb já carregam o arquivo de netlist do projeto que se está trabalhando. No quadro da esquerda são apresentados os componentes presentes na netlist oriundos do esquema; no quadro da direita está a lista de módulos disponíveis (que depende das bibliotecas carregadas – menu Preferências/Configuração). Vincule um a um cada componente do quadro da esquerda com o módulo desejado (com um clique duplo no nome do módulo). Se o usuário tiver dúvidas sobre o formato de algum módulo, selecione o nome do módulo e através do botão Ver componente selecionado da barra superior, será possível visualizar o layout do mesmo.
Após vincular todos os componentes, salve a netlist com o mesmo nome que foi carregada (o mesmo nome já aparecerá carregado por default no diálogo )
4 - Desenhar o layout da placa – Pcbnew.
A criação do layout da placa é efetuada no PCBNEW. O Pcbnew pode ser inicializado através do gerenciador do Kicad ou através do botão Executar Pcbnew na barra superior do Eeschema. O primeiro passo a ser executado dentro do Pcbnew é carregar o arquivo de netlis do projeto. Por default, a janela de diálogo para carregar a netlist é aberta indicando o arquivo .net de mesmo nome que o projeto (se foi utilizado um nome diferente, é necessário selecioná-lo clicando no botão Selecionar ). Clique no botão Ler e depois no botão Testar Módulo.
Será apresentada a janela Checar Módulos, a qual apresentará os erros que porventura existam no arquivo de netlist e os vínculos dos módulos. Erros comuns:
- um módulo com menos pinos que o componente do esquema ao qual foi vinculado,
- algum ou alguns pinos sem correspondência entre o componente e o módulo (ex. componente com pinos identificados só por números e módulo com pinos identificados por letras). Se houver algum erro, volte ao Cvpcb para corrigi-los selecionando outro módulo (ou altere os componentes ou módulos através de seus respectivos editores). Quando novos módulos são carregados, todos são colocados uns em cima dos outros, o que dificulta bastante manuseá-los. Nota: enquanto não houver nenhum desenho de borda de placa, todas as cargas sempre posicionam os novos módulos no cruzamento dos dois eixos azuis da tela que fica próximo ao canto superior esquerdo da folha de referência. Quando já existir desenho de borda, os módulos são posicionados um pouco abaixo do mesmo.
Com o botão direito do mouse pressionado, arraste o mouse da esquerda para a direita e de cima para baixo de modo a demarcar um quadro em volta de todos os componentes (bloco), solte o botão esquerdo do mouse e arraste o bloco para o centro da folha de referência, clique o botão esquerdo do mouse para terminar o processo de movimentação do bloco. O próximo passo poderia ser desenhar o contorno da placa, pois quando se tem o contorno definido, pode-se utilizar a ferramenta de Auto-posicionar módulos, porém nem sempre podemos prever exatamente o layout final para a placa e nem sempre o algorítimo utilizado pelo software para posicionar os componentes nos agrada. Antes de prosseguir para o posicionamento dos componentes, vale lembrar que o Pcbnew tem algumas ferramentas muito boas para auxiliar a preparação de placas como: Mostrar interligações gerais : apresenta atravéatravés de rastnet (linhas aéreas todas as ligações pendentes (ainda não conectadas por trilhas), que pode ser ativada/desativada quando o usuário desejar. Mesmo com a facilidade Mostrar interligações gerais desativada, ao mover um módulo, o Pcbnew sempre apresenta as rastnet’s relativas ao mesmo.
Outra facilidade que o Pcbnew provê é a Realçar Ligação (barra da direita), selecionando esta e clicando em algum pino (ilha), este e todos os demais que devem ser interligados ficam com a cor mais forte destacando os mesmos. Para trocar os pinos em destaque, basta clicar no novo pino desejado. Para cancelar (não deixar mais nenhuma ligação em destaque, ainda com a mesma ferramenta selecionada, clicar em algum local livre da área de trabalho. Mais uma facilidade é a Mostrar Interligações Locais que quando selecionada, apresenta todas as rastnet’s das ligações ainda por fazer do módulo desejado ao clicar no mesmo, não sendo necessário movimentar o módulo. Atenção: movimentar um módulo “quebra” as ligações –das trilhas- já efetuadas para o módulo, mesmo retornando o módulo a mesma posição, ativando as rastnet’s tanto globais quanto locais, estas serão mostradas como ainda por fazer novamente; para corrigir esse problema, é necessário deletar toda a trilha ou se possível o último segmento próximo aos pinos e refazer as ligações até os pinos novamente. Além de todas as facilidades descritas acima, o Pcbnew dispõe da ferramenta DRC (Design Ruler Check), uma ferramenta muito útil e importante pois quando ativa (o default é ativa), seguindo as especificações definidas pelo usuário como isolamento entre trilhas e máscaras, e ainda mais importante, seguindo o que foi designado no esquema, não permite que o usuário desenhe trilhas desrespeitando essas regras. Após essa breve idéia das facilidades e ferramentas proporcionadas pelo Pcbnew, voltando ao circuito de teste, tente distribuir e orientar os componentes conforme a figura a seguir.
