KiCad: primii pași în desenarea schemei (1)

Ghid de utilizare KiCad. Partea 1 - desenarea primei scheme în Eeschema

KiCad reprezintă o suită de aplicații gratuite și cu sursă deschisă pentru desenarea de scheme electronice și proiectarea de circuite imprimate. Este una din puținele suite de acest tip oferită gratuit și fără limitări. Mai mult de atât, rulează pe toate sistemele de operare (Windows, Linux, Mac). Deși considerat de unii greu de utilizat și instabil, versiunile recente vin cu îmbunătățiri și caracteristici noi. KiCad nu vine cu limitări în ceea ce privește dimensiunea circuitului imprimat. Numărul maxim de straturi este 32 pentru conexiunile electrice.

Pachetul KiCad este format din mai multe aplicații: Eeschema este utilizat pentru desenarea de scheme electronice; în Pcbnew se proiectează circuitele imprimate; cu GerbView se pot vizualiza fișierele Gerber. Pe lângă acestea mai sunt disponibile câteva utilitare: editoarele de simboluri și amprente ale componentelor, editorul pentru chenarul care încadrează schemele, un calculator util în proiectarea circuitelor electronice dar și o aplicație ce poate transforma o imagine în amprentă PCB pentru o componentă.

Procedura de instalare KiCad nu va fi descrisă aici. Voi începe acest ghid de utilizare cu desenarea unei scheme. Am ales un proiect simplu și util: un alimentator cu integrat LM317. Lansează KiCad. Ceea ce vezi este fereastra principală. În panoul din stânga vor apărea fișierele ce fac parte din proiectul deschis iar în partea dreaptă sunt butoane care lansează aplicațiile suitei KiCad. Nu are rost să pornești o aplicație fără a lucra la un proiect, așa că primul pas este să creezi acest proiect. În meniul File vei găsi New – Project (sau scurtătura uzuală Ctrl+N).

Creare proiect nou în KiCad

Comanda deschide un dialog de salvare a fișierului .pro aferent proiectului. De reținut că viitoarele fișiere (schemă, PCB, Gerber, PDF etc.) vor fi generate în dosarul ce conține acest fișier .pro. De aceea recomand bifarea opțiunii Create a new directory for the project. În acest fel, KiCad pune fișierul de proiect într-un folder nou numit asemeni proiectului.

Salvare proiect KiCad

Acum, având un proiect creat, poți lansa editorul de scheme Eeschema. Sunt trei moduri în care se poate face acest lucru: dublu click pe fișierul cu extensia sch afișat în panoul din stânga în fereastra principală KiCad, click pe primul buton din grupul de butoane din partea dreaptă a ferestrei sau din meniu Tools, opțiunea Edit Schematic. Există și o a patra metodă: scurtătura Ctrl+E.

Desenarea schemei se face în interiorul chenarului afișat în fereastra principală Eeschema. Cu rotița mouse-ului se face zoom. Pentru a muta vizualizarea se ține apăsat pe rotiță (butonul central al mouse-ului) și se trage. Dacă mărești ceva mai mult, vei vedea grila (Grid) formată din puncte situate la 1,27 mm distanță. Întotdeauna plasează componente și realizează conexiuni folosind această grilă! Micșorează grila doar pentru a așeza cu mai multă precizie câmpuri text (referințe, valori sau alt text). Cursorul „sare” dintr-un punct în altul al grilei. Dacă grila este prea mică poți rata cu ușurință, când vei desena „firele”, să faci click exact în punctul ce reprezintă pinul de conectat. De reținut că grila se poate modifica executând click dreapta oriunde în câmpul de lucru, chiar dacă poziția cursorului este pe o componentă. Printre ultimele opțiuni din meniul contextual se numără și Grid.

Primul lucru pe care l-ai văzut în Eeschema a fost chenarul ce va încadra schema. În mod implicit acesta corespunde dimensiunii unei pagini A4, orientare peisaj. În dreapta jos, conține câteva câmpuri cu detalii despre proiect. Unele sunt generate automat, altele sunt editabile. Nu folosi unealta text pentru a completa aceste câmpuri. În meniul File există Page Settings. Acolo se pot modifica mărimea, orientarea paginii, dar și valoarea câmpurilor din chenarul de informații.

Configurare pagină schemă în KiCad

În dreptul fiecărui câmp există opțiunea Export to other sheets. Astfel, dacă schema se întinde pe mai multe pagini, câmpurile care au această opțiune bifată vor fi copiate pe toate paginile.  Rezultatul a ceea ce am scris mai sus este următorul:

Chenar cu informații despre schemă

KiCad conține inclusiv un editor pentru aceste șabloane (Worksheet layout editor). Fișierele create  de acesta se pot importa (Page layout description file în Page Settings).

Să începem desenarea schemei. Funcțiile importante se găsesc pe bara din dreapta.

Principalele instrumente de lucru din KiCad

Uneltele de mai sus sunt cele mai folosite. Voi detalia pe parcurs mai multe despre ele. Vom începe prin a adăuga câteva simboluri. Pentru acest lucru avem acel buton pe bara prezentată mai sus dar și scurtătura A. Așteaptă apariția browser-ului de simboluri. Acolo poți căuta ce te interesează. Spre deosebire de alte aplicații din aceeași categorie, simbolurile din KiCad nu sunt asociate cu amprente  pe placa de circuit (cum sunt, de exemplu, în Autodesk/Cadsoft EAGLE). Acest lucru are avantaje și dezavantaje. Nu trebuie să te gândești încă din momentul desenării schemei la ce componente fizice vei folosi. Dacă vrei să adaugi un rezistor există doar un singur simbol. Acestui simbol îi vei asocia, după ce l-ai adăugat în schemă, o amprentă (footprint). Ai libertatea de a asocia orice amprentă cu simbolul (poate fi un dezavantaj).

Voi adăuga portul de intrare de curent alternativ în sursa cu LM317. Simbolurile de conectori se pot găsi tastând la căutare „conn”. Pot adăuga orice tip de simbol de conector cu doi pini din acel dialog, dar pentru că am de gând să folosesc un conector cu șuruburi de fixare (regletă) voi căuta „screw”. Iată rezultatul:

Adăugare simbol în schemă

După ce apăs OK, voi avea simbolul „atașat” de cursorul mouse-ului. Fiindcă nu îmi place orientarea lui, înainte de a da click să îl plasez în schemă, pot apăsa pe tasta R pentru a îl roti. Dar dacă îl rotesc, voi avea pinul 2 în partea de sus. Mai bine, pot folosi tastele X și Y pentru a „răsuci” simbolul (Y în acest caz, deoarece vrea să îl întorc pe axa verticală). Când este poziționat cum vreau, dau click în schemă unde vreau să rămână.

Nu l-ai potrivit înainte să îl pui în schemă? Nicio problemă. Plasează cursorul mouse-ului pe el și, folosind aceleași taste, rotește-l cum vrei. Vrei să îl muți? Apasă M. Dacă vrei să muți mai multe simboluri, ține apăsat click stânga și trage, incluzându-le în chenar. Poți apăsa C dacă vrei să faci o copie a unui simbol sau grup (de reținut că se copiază toate proprietățile, inclusiv asocierea cu amprenta PCB). Tasta Delete șterge ce este sub cursor.

Uneori, la apăsarea unei taste comenzi, KiCad afișează un meniu contextual în care listează simboluri, joncțiuni sau fire. Acest lucru se întâmplă când nu a înțeles exact ce este sub cursor și urmează a fi modificat conform comenzii. În acest caz poți alege din meniu sau poți mări mai mult pentru a evita apariția acestor meniuri.

În continuare se procedează asemănător pentru adăugarea celorlalte simboluri. Un simbol mai dificil de ales este puntea redresoare. Asta pentru că există vreo patru simboluri care au pinii numerotați diferit. Caută „bridge” și vei vedea. În primul rând, aceasta este o problemă de design a simbolului. Nu era necesară asocierea funcției pinului cu numărul fizic acum. Acest lucru se poate face la proiectarea amprentei. Puntea pe care o voi folosi este KBL04. Nici măcar producătorul nu i-a numerotat pinii în datasheet, dar KiCad este nevoit să o facă pentru a putea asocia simbolul cu amprenta.

Pinii punții redresoare KBL04 (sursa: datasheet)

Pentru această punte, intrările alternative sunt pinii din mijloc. Pentru moment voi adăuga simbolul D_Bridge_+AA-. Vei vedea mai târziu că singura amprentă compatibilă are pinii numerotați aiurea și nu o pot folosi.

Continuăm să adăugăm simboluri după următorii termeni de căutare: C – condensator, CP – condensator electrolitic, R – rezistor, LM317_3PinPackage – integratul de bază al sursei, D – diodă (prefer D_ALT).

Schema pe care o vei desena este mai jos. Pe măsură ce plasezi simbolurile, le poți conecta folosind instrumentul de desenare fire (sau scurtătura W). Joncțiunile vor apărea automat unde este cazul. Dacă grila (Grid) nu a fost modificată firele vor „sări” în punctele de conectare ale pinilor. Un pin neconectat sau capăt de fir neconectat este marcat cu un cerc, respectiv un pătrat. Acesta dispare când ceva este conectat în punctul respectiv.

Uneori, va fi nevoie să muți simboluri deja conectate. Ai aflat deja de scurtătura M. Aceasta mută orice este selectat, dar „taie” firele. De asemenea, poți desena un chenar de selecție dând click și ținând apăsat. Acest chenar poate fi apoi mutat, dar tot în acest mod, fără a menține firele conectate. Din acest motiv există scurtătura G. Plasează cursorul mouse-ului pe un simbol sau fir și apasă G. Îl vei putea muta, trăgând firele după el.

Schema inițială desenată în KiCad

Schema este conform cu exemplul din datasheet. Am adăugat conectori pentru un voltmetru-ampermetru de panou.

Partea a 2-a: asociere amprente circuit.