Počítačové cvičení BNEZ 4 Základy práce s programem Eagle (popis pro verzi 4.15) Vytvoření nového projektu Projekt vytvoříme příkazem File New Project. Nový projekt by měl být vytvořen pro každé nové zapojení, ale už ne nutně pro novou verzi stejného zapojení (postupný vývoj nového zapojení, úprava verzí). Přednastavené umístění projektů na disku je v instalačním adresáři programu ve složce projects (lze změnit v nabídce Options Directories, kde je možné pro každou položku nastavit i více platných cest, oddělených vždy pouze středníkem). Výběr aktivních knihoven součástek Pro daný projekt je proveden jejich označením v hlavním okně programu v položce Libraries. Výběr je možné provést pravým kliknutím na položku Libraries (výběr všech nebo žádné knihovny pomocí příkazů Use all / Use none), dále pravým kliknutím na konkrétní knihovnu (volba Use) nebo kliknutím na značku ve sloupci před popisem knihovny (větší zelený puntík pro aktivní knihovny, menší šedý pro neaktivní). Výběr knihoven není nezbytný, ale zrychluje načítání součástek ve vlastním editoru schémat a zvyšuje přehlednost výběru součástek. Umístění knihoven je v instalačním adresáři programu ve složce lbr. Stejně, jako v případě umístnění projektů, lze umístění změnit nebo přidávat další umístění knihoven pomocí menu Options Directories (jednotlivé cesty se oddělují středníkem). Vytvoření nového schematického dokumentu v projektu Příkazem File New Schematic. vytvoříme nový schematický dokument. Je vhodné jej ihned po otevření uložit (umístěn bude ve složce projektu). Základní ovládací prvky pro editaci schématu jsou umístěny ve sloupci vlevo od kreslící plochy.
Ovládání myší (základní) levé tlačítko: pravé tlačítko: prostřední tlačítko: rolování: aplikace aktivního příkazu na objekt aplikace aktivního příkazu na skupinu objektů posun schematu / PCB zoom Důležité: V případě, že klepnete myší na komponentu, v jejíž (těsné) blízkosti je jiná komponenta, zeptá se program, kterou komponentu chcete vybrat. Dotaz je zobrazen v dolní části okna (stavový řádek), zároveň je vysvícena komponenta, na kterou se program ptá (zda je to právě ta, kterou jste chtěli vybrat): Pokud je to opravdu ta komponenta, kterou jste měli v úmyslu vybrat, klikněte levým tlačítkem myši. V opačném případě klikněte pravým tlačítkem myši, čímž se program zeptá na další součástku z blízkého okolí. Toto platí pro editor schématu i PCB. Vybrané příkazy pro editaci schematu Grid: nastavení rastru (mřížky) Info: zobrazení informací o objektu Show: zvýraznění objektu a k němu náležejících objektů (schéma - PCB) Display: ovládání zobrazení vrstev a jejich editace Move: posun objektu / skupiny objektů (součástek, vodičů, textových polí,...) Copy: kopírování objektu / skupiny objektů Mirror: zrcadlení objektu / skupiny objektů Rotate: otočení objektu / skupiny objektů Group: vytvoření skupiny objektů Change: změna vybraného parametru objektu / skupiny objektů Cut: zkopírování skupiny ze schematu do schránky Paste: vložení skupiny ze schránky do schematu Delete: smazání objektu / skupiny objektů Add: přidání součástky Name: změna jména objektu (součástky, vodiče) Value: změna hodnoty objektu (součástky) Smash: oddělení textových řetězců NAME a VALUE od symbolu součástky Wire: kreslení obecných čar (nepoužívat pro vodiče!!!) Text: vložení textového řetězce Net: kreslení vodičů Label: označení vodiče jeho jménem (přidání popisku) Erc: kontrola elektrických pravidel (Electric Rule Check) Board: přepnutí na PCB (s případným vytvořením dokumentu desky) Ovládání zobrazení zoom
Fit: In: Out: Redraw: Select: zobrazit do okna celé schéma / PCB přiblížení oddálení překreslit zobrazenou oblast přiblížit vybranou oblast (zoom-box) Vložení nové součástky - příkaz Add: Je načten seznam všech aktivních knihoven, z nichž je možné vložit libovolnou součástku. V knihovnách je možné vyhledávat (dolní řádek SEARCH, často je výhodné použít znak *). Do schématu vložíme tyto součástky: 1 x A4L-LOC knihovna frames 2 x C-EUC1206K knihovna rcl / C-EU 1 x CPOL-EUE5-10.5 knihovna rcl / CPOL-EU 2 x R-EU_M1206 knihovna rcl / R-EU 1 x GND knihovna supply 2 x M02 knihovna con-amp-quick 1 x 317T knihovna linear / *317 V průběhu vkládání je možné součástky otáčet pravým tlačítkem myši a zrcadlit prostředním tlačítkem.
Vložené součástky propojíme dle obrázku příkazem NET (ne WIRE!!!). V režimu propojování součástek máme možnost měnit pravým tlačítkem myši zahnutí kresleného spoje (případně v ikonovém menu, které se zobrazí v horní části okna programu při aktivním režimu NET). Spoje je možné ověřit pomocí příkazu SHOW po kliknutí levým tlačítkem myši na prověřovaný spoj se musí rozsvítit všechny k němu připojené vodiče a piny připojených součástek (viz obrázek výše zvýrazněný vodič GND). Pasivním součástkám přiřadíme hodnoty příkazem VALUE. Přejmenování součástek je možné příkazem NAME, stejným příkazem je možné přiřadit jména vodičům. Zobrazení názvu vodiče je možné příkazem LABEL. Součástky a vodiče (i další objekty) jsou umísťovány v rastru, který je možné nastavit příkazem GRID. Při stisknutí klávesy ALT je možné součástky vkládat do alternativního rastru (druhý, zpravidla jemnější), který je možné nastavit ve stejném menu (GRID ) v poli Alt. Ve schématu není zpravidla nutné základní nastavení měnit, změna nastavení hlavní mřížky by způsobila komplikace při propojování. Finální kontrolu je možné provést příkazem ERC (Electrical Rule Check) nemělo by se objevit žádné okno s chybovými hláškami (vlevo dole ve stavovém řádku se objeví hláška ).
Vytvoření plošného spoje (PCB) ze schematu Nyní je možné ze schématu vygenerovat soubor plošného spoje příkazem BOARD. Po provedení příkazu je vygenerován základní obrys desky plošného spoje a vedle něj jsou umístěny součástky propojené gumovými spoji dle schematu. Příkazy pro editaci jsou opět umístěny ve sloupci v levé části okna. Vybrané příkazy pro editaci plošného spoje Grid: nastavení rastru (mřížky) Info: zobrazení informací o objektu Show: zvýraznění objektu a k němu náležejících objektů (schéma - PCB) Display: ovládání zobrazení vrstev a jejich editace Move: posun objektu / skupiny objektů (součástek, vodičů, textových polí,...) Copy: kopírování objektu / skupiny objektů Mirror: zrcadlení objektu / skupiny objektů Rotate: otočení objektu / skupiny objektů Group: vytvoření skupiny objektů Change: změna vybraného parametru objektu / skupiny objektů Cut: zkopírování skupiny ze schematu do schránky Paste: vložení skupiny ze schránky do schematu Delete: smazání objektu / skupiny objektů Add: přidání součástky (pouze součástky bez schematického symbolu, např. montážní otvory, sesazovací značky, )
Name: Value: Smash: Split: Route: Ripup: Wire: Text: Polygon: Via: Ratsnest: DRC: Schematic: změna jména objektu (součástky, vodiče) změna hodnoty objektu (součástky) oddělení textových řetězců NAME a VALUE od symbolu součástky ohyb spoje (změna tvaru) kreslit plošný spoj smazat plošný spoj kreslení obecných čar (nepoužívat pro vodiče!!!) vložení textového řetězce vytvoření polygonu vložení průchodky optimalizace gumových spojů, vykreslení polygonů nastavení a kontrola výrobních pravidel přepnutí na schéma Pomocí příkazů MOVE, ROTATE a MIRROR umístíme všechny součástky do prostoru vymezeného bílým obdélníkem obrys budoucí desky plošného spoje. Příkaz MIRROR mění polohu součástky na desce z horní strany na spodní a naopak. SMD součástky by měly být umístěny ze strany spojů, tedy na opačné straně, než jsou součástky pro klasickou (through-hole) montáž. Dle obrázku níže jsou na horní straně desky umístěny oba konektory SL1 a SL2, elektrolytický kondenzátor C3 a stabilizátor IC1. SMD součástky jsou umístěny na spodní straně desky, proto se mohou opticky překrývat se součástkami v horní vrstvě. Po rozmístění součástek je vhodné příkazem RATSNEST provést překreslení (optimalizaci drah) gumových spojů. Dále je vhodné zmenšit obdélník ohraničující desku (posunutím jeho stran).
Aktuální zobrazení jednotlivých vrstev je možné nastavit příkazem DISPLAY. Zobrazené vrstvy jsou označeny modře (bílé číslo vrstvy na modrém podkladu). Pro základní práci zpravidla stačí pracovat s vrstvami Top (horní vrstva plošných spojů), Bottom (spodní vrstva plošných spojů), Pads a Vias (piny vývodových součástek a vodivé průchodky via), Unrouted (vrstva gumových spojů), Dimension (vrstva s obrysem desky), tplace a bplace (součástky na horní / spodní straně desky). Kreslení plošných spojů se provádí příkazem ROUTE a kliknutím na gumový spoj, který chceme zakreslit jako plošný spoj. Podobně, jako při kreslení vodičů ve schématu je možné měnit tvar kresleného spoje, jeho zaoblení a šířku (Width). Pro výkonové spoje se používají širší spoje (viz proudové dimenzování vodičů), pro signálové spoje stačí tenčí vodiče (16 nebo i 12 milů, respektive 0,016 nebo 0,012 palců, což odpovída cca 0,4 nebo 0,3 mm). Mezi vrstvami TOP a BOTTOM (horní a dolní vrstva spojů) je možné se přepínat prostředním tlačítkem myši nebo pomocí rolovacího menu v levé horní části okna. Tímto způsobem provedeme propojení všech spojů kromě spojů GND!
Spoj GND bude proveden rozlitím měděné plochy na zbývající části plošného spoje je to obvyklý postup, který snižuje rušení (stínění desky), zlepšuje odvod tepla a snižuje množství odleptané mědi (šetří leptací roztok). Polygon vytvoříme příkazem POLYGON. Před vlastním kreslením je třeba nastavit parametr ISOLATE na nenulovou hodnotu (například 0,016 palce) a parametr WIDTH například na hodnotu 0.016: Nyní je možné nakreslit obdélník ve vrstvě BOTTOM, který smí přesahovat obrys desky.
Nyní je třeba pojmenovat nakreslený obdélník (spoj) příkazem NAME se spojem, který má polygon realizovat, v našem případě GND.. Jméno se musí shodovat V dialogu, který se po přejmenování objeví, potvrdíme spojení / přejmenování a jméno výsledného vodiče jako GND. Pro korektní vykreslení je ještě třeba provést příkaz RATSNEST
Příkazem SHOW je možné
Vypnutím / zapnutím zobrazení jednotlivých vrstev je možné provést příkazem DISPLAY zobrazit tak například pouze horní nebo spodní stranu desky s příslušnými součástkami. a Strana TOP (strana součástek, bez plošných spojů, aktivní vrstvy 1, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 25, 27, 51)
Strana BOTTOM (strana plošných spojů s SMD součástkami, aktivní vrstvy 16, 17, 18, 19, 20, 22, 24, 26, 28, 52)
Export dat pro výrobu CAM procesor Výrobci plošných spojů obvykle požadují export dat do standardního formátu, který nezávisí na nástroji, v němž byl plošný spoj navržen (Eagle, Altium, PADS ). V současné době se pro tento účel používá formát GERBER RS274X (jeden soubor pro každou vrstvu plošného spoje, masky, pájecí pasty, atd.) a EXCELLON (data pro vrtání desky). Oba formáty jsou ale vytlačovány novým standardem ODB++, který v jediném souboru obsahuje veškeré potřebné výrobní informace. Pro výrobu plošných spojů v dílně UREL je postačující provést export dat do souborů PostScript (PS) a ty vytisknou na pauzovací papír (buď přímo nebo po exportu do PDF). Export dat je v Eaglu zajištěn samostatným modulem CAM procesorem. Projekt pro CAM procesor se nazývá JOB a může být složen z jedné nebo více částí sekcí (Section). Po otevření CAM procesoru je otevřen základní JOB s jedinou sekcí. Položka Section obsahuje název sekce, který se zobrazí v záložce sekce (v horní části okna). Do pole Prompt je možné zadat hlášku, která bude uživateli zobrazena v informačním okně po vygenerování výstupů dané sekce (uživatel musí informační okno potvrdit kliknutím na OK). Položka Device určuje typ výstupních dat. Pro export dat pro vrtací automat se používá formát EXCELLON, pro ostatní výrobní data (předlohy spojů, nepájivé masky ) GERBER_RS274X a pro dokumentační účely PS (PostScript; pro osazovací výkresy a podobně). Pro export dat do formátu EXCELLON je třeba pro export vybrat vrstvy 44 a/nebo 45. Standardní přípona pro soubor vrtacích dat je ".exc", méně často pak ".drd". Někdy je třeba rozlišit prokovéné a neprokovené otvory. Potom je nutné vygenerovat dvojici výstupů, přičemž prokovené otvory jsou exportovány ve vrstvě 44 a neprokovené ve vrstvě 45. To ale není případ projektu BNEZ, proto lze vygenerovat vrtací data z obou vrstev zároveň. Motiv plošného spoje je generován aktivací vrstev 1, 17 a 18 pro motiv na straně TOP a 16, 17 a 18 pro motiv na straně BOTTOM.
Pro výrobu PCB na UREL (a pro odevzdání projektu) vygenerujte předlohu ve formátu PS, položku Fill Pads ponechte nezatrženou. Stranu TOP je třeba vygenerovat zrcadlenou aktivací volby Mirror (při expozici bude předloha potištěnou stranou přiložena na PCB). Pro export osazovacích výkresů je třeba nastavit aktivní vrstvy 20, 21, 25 a 51 pro stranu TOP a 20, 22, 26 a 52 pro stranu BOTTOM. Stranu BOTTOM je nutné zrcadlit aktivací volby Mirror. Pro zobrazení souborů PS a jejich export do PDF je třeba nainstalovat program GPL Ghostscript a GSview. Instalace jsou volně dostupné na internetu (GPL Ghostscript a GSview; http://www.ghostscript.com/, http://pages.cs.wisc.edu/~ghost/). Odevzdávejte pouze soubory PDF, ne PS! PS lze snadno exportovat; klávesová zkratka F v programu GSview. Další užitečné informace jsou dostupné na http://www.urel.feec.vutbr.cz/web_documents/dilna/plosnespoje2010.pdf
Editace knihoven, přidávání vlastních součástek V hlavním okně je možné vytvořit novou knihovnu příkazem File New Library. Po vytvoření je vhodné ji ihned uložit (umístění je v adresáři instalace programu ve složce lib). Ukázkový návrh bude proveden pro modul DC-DC měniče PTH08000W firmy Texas Instruments s klasickou montáží (through-hole). Níže je skutečný vzhled součástky, příklad schematického symbolu a požadavky na footprint. Vytvoření nového footprintu (pouzdra součástky) Existující footprinty lze z jiných knihoven kopírovat do nově založené knihovny přetažením footprintu z hlavního okna programu do okna otevřené knihovny. V případě, že vhodný footprint neexistuje, je třeba jej vytvořit příkazem PACKAGE. V otevřeném dialogu je třeba zvolit jméno nového footprintu a potvrdit OK.
Pro korektní nakreslení symbolu je nutné správně nastavit rastr (GRID ). Z obrázku footprintu je patrné, že bude vhodné zvolit měřítko palcové, pro zakreslení prvních pinů konkrétně s krokem 0,125 palce (vzájemná vzdálenost pinů 1 až 4). Aktivní vývody součástky (piny) se umísťují příkazem PAD (vývody pro klasickou montáž) a SMD (vývody pro SMD montáž). V našem případě půjde o klasickou montáž, všechny vývody tedy budou typu PAD. Požadovaný minimální průměr je 0,055 palce, zvolíme raději poněkud více, například 0.059055 palce (1,5 mm metrické míry jsou v našich končinách pro výrobce PCB přijatelnější), dále zvolíme vhodný tvar plošky, případně její průměr (někdy je vhodnější průměr mírně zvěšit). První plošku umístíme do počátku souřadnic a další tři pak v kroku rastru níže. PAD. Nyní změníme rastr na krok 0,625 palce (poloha pinu 6 vzhledem k pinu 1) a umístíme další
Nakonec nastavíme rastr na krok 0,375 palce a poslední PAD (pin 5) vložíme pomocí příkazu COPY kopírováním pinu 6. Způsobů kreslení je mnoho, toto je pouze jeden možný (lze využít i řadu dalších editačních funkcí programu). Nyní PINy pojmenujeme podle katalogového listu příkazem NAME od 1 do 6. Dále nakreslíme obrys součástky příkazem WIRE. Pro tento krok je opět nutné změnit nastavení rastru (vhodný krok je v tomto případě například 0,005 palce). Obrys kreslíme ve vrstvě 21 tplace. Dalším vhodným (ale ne nutným) opatřením, které usnadní kreslení, je přidání referenčního bodu do polohy (-0.080; 0,080) příkazem MARK poloha horního levého rohu obrysu součástky. Odtud začneme kreslit obrys, vzdálenosti měříme pomocí nové sady souřadnic vpravo.
Nakonec přidáme popis součástky, který je tvořen jménem a hodnotou součástky. Obojí se přidává příkazem TEXT. Pro korektní vložení jména je nutné zadat text >NAME a umístit jej do vrstvy 25 tname. Podobně pro vložení hodnoty je nutné zadat text >VALUE a vložit jej do vrstvy 27 tvalue. Tím je vytvoření footprintu kompletní. Mnoho nových součástek, které potřebujeme použít, má standardní pouzdro (SO-8, TSOP-8, TO-92, TO-220, ). Tato běžná pouzdra není třeba znovu kreslit, stačí je zkopírovat z existující knihovny následujícím způsobem. Je třeba mít vedle sebe zobrazené hlavní okno programu Eagle a otevřenou knihovnu, do které chceme nové pouzdro nakopírovat.
V případě, že je součástka určena pro povrchovou montáž, je třeba místo symbolů PAD vkládat symboly SMD. V případě uvedené součástky (PTH08000W) mají být pájecí plošky kulaté (méně obvyklé provedení), čehož docílíme nastavením čtvercového tvaru SMD padu se stranou velikosti požadovaného průměru plošky (zde 0,085 x 0,085 palce) a nastavením parametru Roundness na 100 %:. Symbol součástky je možné doplnit o různé grafické symboly, které mohou zlepšit přehlednost výsledné desky plošného spoje. Tyto pomocné symboly se obvykle vkládají do vrstvy 51 tdocu.
Vytvoření nového symbolu Symbol je možné vytvořit obdobně jako footprint příkazem SYMBOL třeba vyplnit název součástky a potvrdit OK.. V nabídce je Obrys je kreslen příkazem WIRE ve vrstvě 94 Symbols. K obrysu je následně nutné přidat samotné piny, ke kterým budou ve schématu připojeny vodiče. To se děje příkazem PIN. Vlastnosti přidávaného pinu lze nastavit v menu na horní straně okna: Lze volit otočení pinu, jeho speciální označení, délku, zobrazení jména pinu a padu, parametr Direction (uplatní se při kontrole ERC ve schématu) a Swaplevel (ponecháme 0). Piny je vhodné pojmenovat tak, aby odpovídaly označení výrobce (dle katalogového listu) zjednodušuje to pozdější práci se součástkou. Změna jména je provedena příkazem NAME. Inverzní funkce signálu (aktivní úroveň 0) se u pinů zpravidla naznačuje zpětným lomítkem (v našem případě pin INHIBIT). Z hlediska přehlednosti je často vhodné nezobrazovat u pinů jejich jméno a ty dopsat ručně do součástky tak, aby byl zápis přehlednější. U již vložených pinů je možné viditelnost jména změnit příkazem CHANGE VISIBLE PAD (zobrazí se pouze jméno přiřazeného PADu zeleným písmem). Samotný popis pinů je pak vhodné vložit pomocí příkazu TEXT ve vrstvě 95 Names. Stejně, jako při vytváření footprintu, je třeba přidat popis součástky v podobě jejího jména a hodnoty. Obojí se přidává příkazem TEXT. Pro korektní vložení jména je nutné zadat
text >NAME a umístit jej do vrstvy 95 Names. Podobně pro vložení hodnoty je nutné zadat text >VALUE a vložit jej do vrstvy 96 Values. Tím je vytvořen kompletní symbol součástky. Vytvoření nové součástky Novou součástku vytvoříme přiřazením vytvořeného footprintu novému symbolu. Proces sloučení symbolu a footprintu je dostupný příkazem DEVICE. V otevřeném editoru je třeba vybrat součástku a symbol, které mají být sloučeny. Symbol součástky vkládáme do levého podokna příkazem ADD. Foorprint pro součástku vložíme tlačítkem New v pravé dolní části okna editoru. V otevřeném okně výběru footprintu je vhodné ihned vyplnit variantu pouzdra (jedna součástka se může vyrábět ve více pouzdrech). V našem případě je výrobcem varianta pro klasickou montáž označena jako EUS.
listu. Tlačítkem Connect provedeme propojení pinů součástky s pady footprintu dle katalogového Po kompletním připojení všech pinů symbolu potvrdíme dialog tlačítkem OK. Není nutné využít všechny pady footprintu součástky, žádný pad ale nelze využít vícekrát. Počet padů footprintu tedy musí být větší nebo roven počtu pinů součástky. Přepínač Value slouží k nastavení chování součástky ve schématu z hlediska její hodnoty. Pokud je vybrána volba On, předpokládá se, že každá vložená součástka tohoto typu může mít obecně jinou hodnotu (vhodné například pro rezistory, kondenzátory, ) a po vložení bude mít
součástka parametr Value prázdný. Pokud je volba nastavena na Off, bude součástce po vložení ihned přiřazena hodnota (Value) vycházející z jejího názvu (zde PTH08000W_EUS). Informace na webu Stažení nejnovější verze programu (Win, Linux, Mac): http://www.cadsoft.de/download.htm Starší verze programu ftp://ftp.cadsoft.de/eagle/program/ Manuál k programu je k dispozici v rámci instalačního souboru (zip archiv) nebo v novějších verzích (od verze 5.0) je manuál v instalační složce programu v adresáři doc/. Online manuál je k dispozici například zde: ftp://ftp.cadsoft.de/eagle/program/4.16r2/manual-eng.pdf (originál od CadSoftu) Neoficiální návody: http://www.spsei.cz/prv/soubory/eagle_manual.pdf http://paja-trb.unas.cz/elektronika/eagle.html Výrobní pravidla (DRC) pro dílnu UREL a obecná doporučení pro práci s programem: http://www.urel.feec.vutbr.cz/web_documents/dilna/plosnespoje2010.pdf