Лабораторная работа № 24 Тема: Создание схемы электрической принципиальной в системе KiCad

Цель работы: изучение состава системы KiCAD, её возможностей, назначение основных программных модулей и этапов прохождения проекта на примере создания принципиальной схемы фильтра

Оборудование рабочего места: ПК, ПО

Краткие теоретические сведения

Проектирование современной радиоэлектронной аппаратуры не возможно без применения средств автоматизированного проектирования. Одной из таких систем является KiCAD.

KiCAD – это интегрированный, кросс–платформенный комплекс

программ в исходных кодах со свободной лицензией типа GPL,

предназначенный для разработки электрических схем, ручной и

автоматизированной разводки печатных.

Система KiCAD – это динамично развивающаяся сквозная САПР для разработки электрических схем и печатных плат. Так, в последнее время появились такие функции, как выход на внешние программы авто-трассировки с интерфейсом взаимодействия на языке Specctra DSN (FreeRoute, Electra, TopoR и др.), выход на чертежные программы через формат Autodesk DXF (Qcad, Компас, AutoCAD и др.), введены новый векторный шрифт текста в юникоде и команда назначения правил проектирования для классов цепей, улучшена работа с экранными зонами и слоями платы, усовершенствовано формирование файла BOM и др.

Каждый может принять участие в улучшении качества кода, сервиса и документации САПР KiCAD.

Состав системы KiCAD

Для повышения эффективности работы, САПР KiCAD содержит менеджер проектов (рисунок 3.1), который упрощает использование других программных модулей, необходимых для разработки электрических схем и компоновки ПП, формирования и проверки необходимых для производства файлов.

Рисунок 3.1. Окно менеджера проектов KiCAD

В комплекс программ KiCAD входят следующие программные модули:

«kicad» – менеджер проектов;

«eeschema» – редактор электрических схем, с встроенным редактором библиотеки УГО («Редактор библиотеки»);

«cvp cb » – программа сопоставления посадочных мест УГО ЭРЭ;

«pcbnew» – редактор печатных плат, с встроенным редактором библиотеки посадочных мест («Редактор модулей») и 3D-просмотрщиком печатных плат на базе OpenGL («3D Просмотр»);

«gerbview» - просмотрщик Gerber файлов (фотошаблонов);

«Bitmap2Component» - инструмент создания логотипа из изображения;

Также kiCAD позволяет пользователю выбрать текстовый редактор и просмотрщик pdf файлов.

Функции основных компонент KiCAD

«eeschema» обеспечивает:

S создание однолистовых и иерархических схем;

^ проверку их корректности ERC (контроль электрических правил);

^ создание списка электрических цепей netlist для редактора топологии платы pcbnew или для Spice-моделирования схемы;

У доступ к документации на используемые в схеме электронные компоненты (datasheet).

«pcbnew» обеспечивает:

S разработку плат, содержащих до 16 слоёв меди и до 12 технических слоёв (шелкография, паяльная маска и т. п.)

У выход на внешние трассировщики соединений посредством генерации описания платы на Specctra Design Language (on-line FreeRoute и

др.),

S генерацию технологических файлов для изготовления печатных

плат (Gerber-файлы для фотоплоттеров, файлы сверловок и файлы

размещения компонентов),

• послойная печать схем и чертежей печатных плат на принтере или плоттере (в форматах PostScript, HPGL, SVG и DXF), с рамкой формата или без неё.

На рисунке 3.2. представлена последовательность разработки ПП в САПР KiCAD.

Рисунок 3.2. Последовательность выполнения проекта

Далее на примере схемы представленной на рисунке 3.3 будет рассмотрен процесс разработки печатной платы в САПР сквозного проектирования KiCAD

Рисунок 3.3.

Общие сведения о редакторе электрических схем «eeschema»

«eeschema» – это графический редактор для разработки

принципиальных электрических схем, входящий в состав системы автоматизированного проектирования печатных плат KiCAD для

операционных систем типа Linux и Windows. Независимо от используемой операционной системы создаваемые файлы схем полностью совместимы.

«eeschema» – интегрированная программа: из нее вызываются все функции управления, обслуживания библиотек, рисования и компоновки схемы и перехода к разработке печатной платы. Она допускает иерархическую разработку многостраничных схем.

Она работает совместно с графическим редактором проектов печатных плат и трассировки проводников «pcbnew», для которого она предоставляет файл netlist, описывающий электрические соединения для разработки печатной платы.

«eeschema» также включает редактор библиотеки УГО (« Редактор библиотеки» ), который позволяет создавать, редактировать и просматривать и поддерживать УГО ЭРЭ.

«eeschema» дополнительно выполняет следующие, важные для современного программного обеспечения разработки схем, функции:

– автоматизированная проверка правильности схемы (DRC) – контроль за правильностью ввода компонент и соединений,

неподключенными компонентами и др.;

– генерация чертежей схем в форматах POSTSCRIPT, HPGL или DXF;

– распечатка схем на локальном принтере;

– формирование перечня материалов;

– формирование списков цепей (netlist) для моделирования

электрической схемы

– проекта и проектирования печатной платы.

«eeschema» позволяет создавать простые или многостраничные схемы. В случае многостраничных схем, их представление иерархическое, с быстрым доступом к каждому листу.

Для многостраничных схем в редакторе электрических схем «eeschema» может применяться:

– простая иерархия (каждая схема используется единожды);

– сложная иерархия (некоторые схемы используются более одного раза);

– плоская иерархия (некоторые схемы неявно включены в основную схему).

Размер чертежа схемы возможен в форматах от A4 до A0, и от A до E формата.

Порядок проведения работы

Создание схемы электрической принципиальной в редакторе «eeschema»

Для установки параметров страницы нажмите на пиктограмму . В появившемся диалоговом окне (рисунок 3.4) выберите формат, укажите все необходимые параметры. Нажмите «Ok».

Параметры:

Наименование: Фильтр НЧ (либо ВЧ, в зависимости от ваианта) Организация: ГБПОУ РК СКР

Децимальный номер: ХХХХ.ХХХ ХХХ.001 Э3 (Вместо 001 – свой номер варианта)

Разработал: Свои Ф.И.О.

Проверил: Фролова И.И.

Рисунок 3.4. Настройка параметров страницы

Для загрузки компонент в схему используется инструмент . Для размещения нового компонента щелкните по месту его предполагаемой установки. Появившееся диалоговое окно позволит впечатать имя модуля для загрузки (рисунок 3.5). Отмена размещения новых компонентов производится нажатием клавиши <Esc> или правой кнопки мыши.

Рисунок 3.5. Выбор УГО компонента

В рисовании схемы задействованы кнопки на правой стороне окна программы.

Для зеркального отображения компонента по горизонтали или вертикали нажмите клавишу <Y> или <X>, для поворота компонента — нажмите клавишу <R>.

После размещения компонентов схемы необходимо скорректировать номер элемента в компонент и его схемное обозначение. Для этого щёлкните правой кнопкой «мыши» на компоненте и в меню выберите: «Правка компонента/Обозначение» для указания номера компонента. Автоматически

расставить номера компонентов можно с помощью кнопки .

Кнопка служит для рисования электрической шины. Ниже

расположены кнопки подключения к шине электрической цепи или другой

шины .

Направление подключения можно изменить, нажав на правую кнопку «мыши» и выбрав пункт «Повернуть вход в шину».

Кнопка включает режим рисования электрических цепей. Чтобы соединить два контакта проводником, кликните мышкой на первом контакте и потащите «мышь», растягивая связь. Каждый левый клик завершает сегмент проводника, и вы можете тянуть новый сегмент. Клик на другом контакте подсоединит его к проводнику и закончит проведение связи.. Не подключенные концы цепей отображаются крестиками . Пересекающиеся линии цепей, по умолчанию, не считаются соединёнными, для их объединения кнопкой установите точку соединения.

Для объединения цепей, подходящих к шине, в одну им необходимо дать одинаковые имена и вывести обозначения над одноимёнными цепями.

Это можно выполнить с помощью кнопки .

С помощью оставшихся кнопок можно добавить на схему текстовые надписи и графические обозначения, а также работать с иерархическими схемами.

По завершении создания схемы её можно проверить на корректность

соединений с помощью кнопки . Щелчок на появившемся маркере покажет пояснение внизу в строке статуса.

Создайте список цепей, необходимый для разработки печатной платы

выбрав пиктограмму на верхней панели инструментов. Для создания

перечня элементов служит кнопка .

Рисунок 3.6. Схема электрическая принципиальная

Результат работы показан на рисунке 3.6

Содержание отчета

1. В отчете указать тему, цель работы

2. Порядок проведения работы

3. Записать выводы по проделанной работе

Контрольные вопросы

1. Перечислите состав программных модулей системы KiCAD.

2. Перечислите назначение каждого из модулей системы KiCAD.

3. Назовите последовательность этапов разработки проекта печатной платы.

4. Каким образом изменить размер листа и атрибуты чертежа

5. Цель проверки электрических правил проекта

6. Каким образом создать перечень элементов схемы в соответствии с ЕСКД

7. Порядок использования шин в схемном редакторе

8. Подключение питания и «земли» к электрической схеме

9. Варианты экспорта схемы в другие форматы