Grafický systém EAGLE

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Střední škola informačních technologií a sociální péče, Brno, Purkyňova 97 Grafický systém EAGLE Ing. Petr Adamec Brno 2010

Cílem předmětu je seznámení se s programem EAGLE pomocí kterého můžeme vytvářet el. Schémata. Co nejjednodušší formou zvládnout základní práce s tímto programem. Po absolvování této výuky by měl žák umět vypracovat potřebná schémata podle zadání, osazovat desky a vytvářet nové součástky. Pro koho je předmět určen pro všechny, kteří potřebují umět pracovat el. schématy a vytvářet plošné spoje. Postup při studiu Na začátku každé kapitoly je uveden cíl, ve kterém je uvedeno, co by měl absolvent kapitoly umět. Následuje výklad a vysvětlení základních pojmů. Na konci některých kapitol jsou otázky k probrané látce a příklady k procvičování. 1. Cíl: ZÁKLADNÍ POPIS PROGRAMU A JEHO ATRIBUTY Po prostudování první kapitoly budete umět popsat jednotlivé části grafického programu EAGL, založení nového projektu a nastavení el. schématu. EAGLE je jednoduchý grafický program pro vytváření základní dokumentace elektronických obvodů. Pro nekomerční použití. je možno si program zdarma stáhnout na webu(www.eagle.cz). Program je plně funkční je pouze omezen velikosti desky plošného spoje na 80 x 100 mm. Vzhledem k tomu, že program je v anglickém jazyce, je potřeba určitá znalost odborné angličtiny. Složení grafického systému: Schématický editor Editor desek plošného spoje Autorouter

1. Základní obrazovka Postup práce: Založíme nový projekt jehož název by měl co nelépe charakterizovat vytvářený objekt. Přes menu FILE New - Projekt Zvolíme např. název Můj první projekt

Je dobré vždy nový projekt výstižně popsat. Přes pravé tlačítko vybereme položku Edit Description. Napíšeme např. Projekt na vyzkoušení možností programu EAGLE. Následuje vytvoření nového schématu (přes pravé tlačítko myši).

Obrazovka schématu Pro snadnější práci s umísťováním symbolů a jejich propojování použijeme nastavení rastru(grid). Nastavení rastru Program Eagle používá rozměrovou jednotku angl. palec (25,4 mm). Máme možnost nastavení mm, ale připojovací rozměry symbolů jsou nastaveny na angl. jednotky. Rastr 25,4 mm je příliš velký, a proto zvolíme jednotku 100 mil = 2,54 mm Můžeme si vybrat rastr složený z bodů(dots) nebo linek(lines). Obvykle používáme linky. Při stisknuté klávese Alt se sice rastr nezmění, ale umísťujeme symboly po krocích 10 mil(0,254 mm) 1 mil = 1"/1000 = 0,0254 mm

Schématický editor pracuje v několika hladinách, které si zobrazíme přes tlačítko Display. Hladiny, které jsou zobrazeny mají ve sloupci Nr modrou barvu. T.z., že hladina 93 nebude zobrazovaná. Pro lepší viditelnost si u hladin 95 a 96 změníme pomocí tlačítka Change šedou barvu na černou.

Shrnutí pojmů 1 Omezení programu Založení projektu Schématický editor Rastr Display Kontrolní otázky: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Za jakých podmínek lze používat program EAGLE? Z jakých částí se program skládá? Popište postup při založení nového projektu. Z jakými jednotkami program pracuje? Popište postup při nastavení rastru. Z jakými hladinami pracuje schématický editor a kde je nastavujeme?

2. PRÁCE V SCHÉMATICKÉM EDITORU Cíl: Po prostudování první kapitoly budete umět vytvořit podle zadání jakékoliv el. schéma Pro snadnější pochopení práce s editorem vypracujeme určité dané schéma, které je převzato knihy 50 praktických zapojení se svět.diodami. Zábleskový blikač s ne555 Soupis potřebných součástek: Název R1-R3 C1 D1 G1 IC1 Knihovna rcl/r-eu rcl/cpol-eu led/led baterry linear/555 Součástka R-EU 0207/7 CPOL-EU085CS_1W LED5MM AB9V NE555 DIL08 Symboly součástek umísťujeme do schématu prostřednictvím tlačítka Add. Toto tlačítko otevře všechny knihovny programu. Abychom si usnadnili práci, otevřeme si pouze ty knihovny se kterými budeme pracovat. S knihovnami se pracuje na kontrolním panelu. Otevřené knihovny poznáme podle zelené tečky.

Po otevření knihoven uvedených v tabulce se vrátíme do schématu. A otevřeme knihovny pomocí již zmiňovaného tlačítka Add. Vybereme jednotlivé symboly součástek a rozmístíme po obvodu schématu. Symboly rozmístíme po ploše a propojíme pomocí funkce Net.

Pro snadnější propojení si zobrazíme hladinu 93. Jednotlivé spoje potom vedeme ze středu kroužků na střed dalších kroužků.

Chceme-li provést nějakou změnu již nakresleného schématu, používáme k tomu funkci Change. Souvislá čára Dlouhé čárky Krátké čárky Čerchovaná čára Pomocí této funkce můžeme např. měnit styl již nakreslených čar, šířku, hladinu atd.

Dalším krokem je provedení zkoušky správnosti spojení pomocí funkce Erc. Ukáže se tabulka, která znázorňuje nalezené chyby(error) nebo varování (Warning) Jako chyba je zde uveden nepoužitý Pin CV u symbolu IC1. Některá varování mohou být s určením souřadnic. Obvykle to znamená, že zde není propojení. Nápravu zjednáme umístěním zeleného bodu Junction na uvedené souřadnice. Můžeme si to představit, jako bychom na spoj kápli cínovou pájku. Po kontrole Erc doplníme schéma o hodnoty u některých použitých symbolů. Název R1 Hodnota 47k R2 1M R3 47 C1 1mikro/50V D1 LED 5mm

Po doplnění bude schéma vypadat takto: Pro lepší čitelnost schématu otočíme a umístíme názvy a hodnoty vodorovně. Abychom to mohli udělat, musíme nejdříve uvolnit název a hodnotu od symbolu a to příkazem Smash. Po použití tohoto tlačítka označíme součástky u kterých chceme provést změnu polohy uvedených hodnot. U těchto hodnot se objeví malý křížek jehož pomocí za použití příkazu Move a otočením přes pravé tlačítko myši změnu realizujeme.

Po úpravě může vypadat schéma např. takto: Shrnutí pojmů 1 Knihovny Move, Copy, Mirror, Rotate, Delete, Add, Name, Value, Smash, Wire Text, Net, Junction Erc Display Kontrolní otázky: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Jakým způsobem můžeme manipulovat s knihovnami? Popište postup při umísťování symbolů na plochu editoru.? Jakými způsoby můžeme pracovat se symboly? Která funkce se používá na propojení symbolů? Jakým způsobem můžeme Jaký příkaz uvolní názvy a hodnoty od symbolu? K čemu slouží příkaz Junction? Jaké údaje se dozvíme po kontrole pomocí funkce Erc?

1.Příklad na tvorbu schématu: 1. Založte nový projekt s názvem Stabilizovaný zdroj SNZ 5V 2. Vypracujte schéma podle tabulky a vzoru schématu Pozice X1,2 TR1 B1 IC1 KK1 C1 C2,C3 R1 LED1 Návrhový systém EAGLE Knihovna con-ptr500 trafo rectifier v-reg heatsink rcl/cpol-eu rcl/c-eu rcl/r-eu led/led Součástka AK500/2 E130-1 B-DIL 78XXS D03S CPOL-EUE5-10.5 C-EU050-024X044 R-EU_0207/10 LED5MM

2.Příklad na tvorbu schématu: 1. Založte nový projekt s názvem Impulsní generátor teploty 2. Vypracujte schéma podle tabulky a vzoru schématu Schématická značka Knihovna Označení D1, D2 D3 LED1, 2 IC1 R7 C1, C2 R1 R6 Q1 GND +9V, +12V diode diode led/led linear/555 pot-vitrohm rcl/c-eu rcl/r-eu transistor-power supply1 supply2 1N4148 1N5400 LED 5MM LM555N PC25 C-EU050-024X044 RE-U_0204/7 BUZ11/BUZ11BV GND +9V,+12V

3.Příklad na tvorbu schématu: 1. Založte nový projekt s názvem Nízkofrekvenční zesilovač 2. Vypracujte schéma podle tabulky a vzoru schématu Schematická značka R1,2,3 R4.R10 C1.C4 C5 T1.T3 GND VCC VDD SG1 Knihovna pot/trim EU rcl/r-eu rcl/cpol-eu Rcl/C-EU transistor/npn supply 1 supply 2 supply 2 buzzer Označení v knihovně TRIM_EU-B25U R-EU_0204/5 CPOL-EU-085CS-1AW C-EU-050-024X044 2N1711-NPN-1039-EBC GND VCC VDD B/C17S

4.Příklad na tvorbu schématu: 1. Založte nový projekt s názvem LED stroboskop 2. Vypracujte schéma podle tabulky a vzoru schématu Převzato od M. Brože Delta 4 Schematická značka R1,2,3,4 R5 C1 Q1 Q2 IC1 X1, X2 5V GND D1 až D10 Knihovna rcl/r-eu pot/trim EU rcl/cpol-eu transistor_npn transistor_npn linear con-ptr500 supply1 supply2 led/led Označení v knihovně R-EU_0204/5 TRIM_EU-B25U CPOL-EU-085CS-1AW BC 547 BD 249 NE 555D AK300/2 +5V GND VDD

3. PRÁCE V EDITORU DESEK PLOŠNÝCH SPOJŮ Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vytvořit ze schématu desku plošného spoje Editor plošných spojů pracuje s 52 vrstvami na desce plošných spojů. Prvních 16 představuje vodivé vrstvy a další vrstvy slouží pro definici neelektrických vlastností (obrys desky, průchody (Via), vývody součástek (Pad), nepoložené spoje; obrysy součástek, jména, hodnoty součástek, nepájivá maska, vrtané otvory atd.) Tyto hladiny lze libovolně zapínat, editovat a zobrazovat. Přepnutí z editoru schemat do editoru desek provedeme přes tlačítko Board. Na pracovní ploše uvidíme pouzdra součástek s deskou o velikosti podle verze programu. V našem případě je to 80 x 100 mm.

Máme-li rozměr desky zadán, tak si upravíme její rozměry. V opačném případě můžeme přemísťovat pouzdra na desku a potom upravíme rozměr desky. Zadáme si hodnotu desky na 35 x 35 mm. Nejprve smažeme obrys 80 x 100 mm a pomocí wire nakreslíme nový tvar v hladině 21. Pro tuto kresbu si zvolíme rastr v mm. Po nakreslení nového obrysu se vrátíme k jednotkám mil.

Pouzdra součástí rozmístíme na nově nakreslenou plochu. Následuje vytvoření nejkratších propojení pouzder pomocí tlačítka Ratsnest.

Náhradu nejkratších spojení funkčním propojením můžeme provést ručně pomocí tlačítka Route. Po stisknutí tohoto tlačítka najedeme na některý spoj a ručně vytváříme spojení. Nejběžnější postup je použití Autoroutru a potom menší úpravy ručně Routem.

Editor desek má vestavěnu funkci kontroly návrhových pravidel (DRC). Po provedení tohoto příkazu se zobrazí všechna místa, kde došlo k nedodržení nastavených hodnot (např. menší než povolená vzdálenost mezi dvěma spoji nebo spojem a pájecí ploškou (Padem) apod. Např. vzdálenost mezi okrajem desky a vývody pouzder

Po nastavení jednotlivých položek použijeme tlačítko Apply a potom Check. Je-li vše v pořádku, potom se v levém dolním okraji obrazovky zobrazí nápis No errors. Chyby, které se mohou objevit po provedení kontroly: Angle Blind Via Ratio Clearance Dimension Drill Distance Drill Size Keepout Layer Abuse Layer Setup Micro Via Size No vector font No real vector font Off Grid Restrict Width Wire Style vodič není uložen v násobcích 45 byla překročena povolená hodnota průměru a hloubky slepého prokovu malá mezera mezi jednotlivými útvary na desce malá vzdálenost mezi útvary na desce a obrysem desky malá vzdálenost mezi otvory nedodržení minimálního průměru otvoru součástky jsou umístěny v zakázaných hladinách hladiny 17 a 18 obsahují objekty, které tam nepatří v příslušné hladině je objekt, který tam nemá být průměr je menší než povolená hodnota text má jiné parametry než má doporučený vektorový font font je sice vektorový ale jiný než povolený zobrazený útvar leží mimo rastr spoj leží v zakázané oblasti nedodržení minimální povolené šířky spoje typ použité čáry je přerušovaný Celkovou úpravu a případné změny provedeme příkazem CHANGE

Význam některých roletek Change: Layer Width Style Cap Size Font Ratio Text Class Package Technology Hladina Šířka plošného spoje Druh čáry Výška textu Font textu Šířka čáry textu Text nápisu Třída propojovací sítě Změna pouzdra součástky Shrnutí pojmů 1 Board Ratsnest, Route, Autorouter Drc Kontrolní otázky: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Jak přejdeme z editoru schémat do editoru desek? Popište postup při vytváření nového obrysu desky. Jak umísťujeme pouzdra na plochu desky? Kterou funkci používáme pro vytvoření nejkratších spojů mezi pouzdry? Vysvětlete rozdíl mezi funkcí Route a Autoroute? Popište kontrolu desky. 1.Příklad na tvorbu desky: Vytvořte desku z prvního příkladu schématu - Stabilizovaný zdroj SNZ 5V 2.Příklad na tvorbu desky: Vytvořte desku z druhého příkladu schématu - Impulsní generátor teplot 3.Příklad na tvorbu desky: Vytvořte desku z druhého příkladu schématu - Nízkofrekvenční zesilovač 4.Příklad na tvorbu desky: Vytvořte desku z druhého příkladu schématu - LED stroboskop

4. PRÁCE S KNIHOVNAMI A VYTVOŘENÍ NOVÉ SOUČÁSTKY Cíl: Po prostudování této části budete umět založit novou knihovnu a vytvořit novou součástku. Pro zobrazení knihoven, které máme v programu, je nejlépe použít control panel a otevřít knihovny. Po otevření se objeví všechny knihovny, které máme k dispozici. Zelený bod znamená, že knihovna je aktivní a zobrazuje se příkazem ADD.

Klikneme-li pravým tlačítkem myši na některé z knihoven, objeví se nám kontextové menu.zatržení u USE ukazuje, že knihovna je nabízená přes příkaz ADD. Příkaz COPY umožňuje okopírovat knihovnu do nové knihovny nalézající se ve stejném adresáři. Knihovna může být otevřená vždy jenom jedna. V případě, že je u knihovny šedá tečka, není knihovna dostupná z příkazu Add. u el. schématu. K zavření knihovny může dojít také tím způsobem, že při umísťování symbolů na plochu schématu, stiskneme omylem tlačítko Drop. Nyní si založíme novou knihovnu. Ta obsahuje kromě symbolů a pouzder také něco, čemu říkáme součástka DEVICE. Součástka mívá obvykle jeden symbol, ale více pouzder. Chceme-li vytvořit novou knihovnu, uděláme to přes menu FILE NEW LIBRARY. Knihovnu ihned pojmenujeme a uložíme. V panelu se objeví tři nové ikony: DEVICE PACKAGE SYMBOL Panel příkazů obsahuje jedinou ikonu EDIT

Po stisknutí tlačítka Edit se otevře následující okno. V dolní části tohoto okna je přepínání mezi součástkou, pouzdrem a symbolem. Při tvorbě nové součástky začínáme od SYMBOLU. Stiskneme tlačítko Sym a napíšeme název, v našem případě odpor, a potvrdíme OK.

Objeví se nové okno, které je podobné pro tvorbu schématu, ale má nové tlačítko PIN. Pomocí tohoto nástroje vytváříme v symbolu přípojné body(piny). Jsou to vlastně vývody součástek, které mají určité vlastnosti. Pin je tvořen čárkou a kolečkem. Střed kroužku tvoří přípojné místo, kde jsou ukončeny spoje při kreslení schémat. Pin musí být proto vždy orientován tak, aby kroužek směřoval ven (zakončoval vývod) a opačný konec navazoval na grafický symbol součástky.

Parametry PINU: Orientace vývodu Funkce vývodu Nastavení délky vývodu Viditelnost označení vývodů Směr toku signálu

Směr toku signálu: NC In Out I/O OC Hiz Pas Pwr Sup nepřipojený vývod vstupní vývod obvodu výstupní vývod obousměrný vývod otevřený kolektor třístavový výstup LO(logického obvodu) vývod pasivního prvku napájecí vstupy obvodů pro automatické propojení vývod symbolu sloužícího pro označení některého napájecího potencionálu, který by měl být propojován automaticky Swaplevel může nabývat hodnoty 0 až 255. Pokud mají vývody nastavenu Swaplevel = 0, nelze je zaměnit. Pro vývody odporu nastavíme například Swaplevel = 1, ale pro diodu musí být Swaplevel = 0, protože anodu a katodu nemůžeme vzájemně zaměnit. Vrátíme se k naší úloze nakreslit symbol odporu. Klepneme na ikonu PIN a nastavíme parametry: zvolíme vývod bez zvláštní funkce(none), středně dlouhé vývody(middle) a pasivní typ vývodu. Viditelnost je nastavena na hodnotu Off a protože víme, že vývody odporů jsou zaměnitené použijeme hodnotu nenulovou Swaplevel=1. V roletovém menu Direction zvolíme směr Pas (jedná se o pasivní součástku).

Nastavíme si rastr na jednotku mil (50 mil) a vložíme dva vývody na souřadnice (-500 0) a (500 0) Mezi tyto vývody umístíme pomocí Wire obdélník v hladině 94-Symbols o šířce 100 mil. Vývody umísťujeme tak, aby celý symbol měl křížek umístěný ve svém středu. (0 0) Potom do hladiny 95- Names umístíme příkazem TEXT hodnotu >NAME. Tento speciální text umožňuje automatické dosazení jména součástky po vložení do schématu. Stejným způsobem do hladiny 96-Values napíšeme text >VALUE Nyní máme vytvořen nový symbol a můžeme přejít na tvorbu pouzdra(package) a použijeme k tomu prostřední ikonu v liště Action.

Po stisknutí tlač. OK budeme mít před sebou okno editoru pouzder: Většina ikon je stejná jako u ostatních editorů, jsou zde však dvě nové ikony: První ikona Pad vkládání vrtaných plošek součástek. Druhá ikona Smd vkládání plošek povrchově montovaných součástek Tyto součástky se nepájí do tvorů, ale na povrch desky. Z toho vyplývá, že takové součástky umísťujeme jen na vnější hladiny(1 nebo 16). Můžeme nastavit různé tvary plošek Diameter umožňuje zadat průměr plošky kolem otvoru Drill slouží pro zadání průměru otvoru Angle umožňuje natočení plošky po 90

Rozměr plošky můžeme vybrat pomocí tohoto parametru Zaoblení plošky Otočení plošky K našemu příkladu nejprve příkazem grid na stavíme rastr na 25 mil, přes ikonu pad nastavíme kruhovou plošku a průměr otvoru 0,8 mm = 31,496 mil Bílý křížek uprostřed se jmenuje Origin a je umístěn v souřadnicích (0 0). Je dobré mít tuto značku umístěnou uprostřed pouzdra. Souřadnice otvorů umístíme na souřadnice (-200 0) a (200 0) Mezi plošky nakreslíme pomocí wire obrys v hladině 21, používáme při tom pravé tlačítko na změnu typu čáry.

Nyní doplníme dva texty stejně jako u symbolu >NAME v hladině 25 a >VALUE v hladině 27 Poslední úpravou může být popis součásti, kterou provedeme přes menu Edit - description Tím je pouzdro hotovo. Sestavení součástky Otevřeme ikonu device a v okně New zadáme požadované jméno např. odpor1w

Po stisknutí OK můžeme seskládat díly do celku v editoru součástek Nejprve vložíme symbol našeho odporu pomocí tlačítka Add a pokud možno tak, aby byl kříž souřadnic ve středu našeho symbolu. V liště Parametres se objeví dva nové parametry: záměnu hradel, která mají stejnou hodnotu. Addlevel a Swaplevel, které umožňují Nyní je potřeba vložit vhodné pouzdro. Klikneme na tlačítko New a zadáme Variant name R.

Po stisknutí OK se doplní nové pouzdro se žlutým vykřičníkem, který nás upozorňuje na nedefinované vazby mezi symbolem a pouzdrem Po použití tlačítka Connect dostaneme propojovací tabulku:

Vybereme vždy jeden vývod symbolu Pin a jednu plošku Pad součástky a klikneme na Connect Pomocí tlačítka disconnect můžeme rozpojit chybně spojené vazby. Tlačítkem OK dokončíme operaci. Při správném propojení dostaneme tuto tabulku se zeleným zatržítkem. Tím je naše práce hotova

Shrnutí pojmů Knihovny Symbol, Package, Device Pin, Smd Connect Kontrolní otázky: 1. 2. 3. 4. Jak pracujeme s knihovnami? Které části tvoří novou součástku? Jak postupujeme při propojování symbolu a pouzdra? Jak poznáme správné propojení symbolu a pouzdra?

Příloha 1 Slovníček minima pro EAGLE Knihovna analog-devices busbar buzzer c-trim capacitor-wima con frames fuse heatsink holes inductor jumper led piher pinhead pot rcl rectifier semicon sensor-heraeus solpad special supply1,2 switch trafo transistor triac v-reg varistor wirepad Součástky analogové součástky sběrnice bzučák ladící kondenzátory kondenzátory konektory formáty výkresů pojistky chladič otvory cívka propojky led diody potenciometry mikrokonektory potenciometry odpory, kondenzátory, cívky usměrňovače polovodičové součástky teplotní sensory kontakty display, přepínač, krystaly. zásobník symbolů, GND, VCC.. přepínače transformátory tranzistory, NPN, PNP tyristor regulátory napětí napěťově závislý odpor otvory pro propojení mikrofon, reproduktor diody, tranzistory.

Příloha 2 Chyby, které se mohou objevit po provedení kontroly Drc. Angle Blind Via Ratio Clearance Dimension Drill Distance Drill Size Keepout Layer Abuse Layer Setup Micro Via Size No vector font No real vector font Off Grid Restrict Width Wire Style vodič není uložen v násobcích 45 byla překročena povolená hodnota průměru a hloubky slepého prokovu malá mezera mezi jednotlivými útvary na desce malá vzdálenost mezi útvary na desce a obrysem desky malá vzdálenost mezi otvory nedodržení minimálního průměru otvoru součástky jsou umístěny v zakázaných hladinách hladiny 17 a 18 obsahují objekty, které tam nepatří v příslušné hladině je objekt, který tam nemá být průměr je menší než povolená hodnota text má jiné parametry než má doporučený vektorový font font je sice vektorový ale jiný než povolený zobrazený útvar leží mimo rastr spoj leží v zakázané oblasti nedodržení minimální povolené šířky spoje typ použité čáry je přerušovaný

Příloha 3 Popis jednotlivých záložek při kontrole Drc. FILE obsahuje základní popis a možnost celé nastavení uložit nebo načíst LAYERS popisuje složení desky, použité vrstvy, tloušťka desky(isolation) a CLEARANCE mědi(copper) definuje povolené minimální izolační mezery mezi jednotlivými útvary DISTANCE definuje vzdálenosti útvarů od obrysu desky SIZE slouží pro zadání minimálních rozměrů : RESTING - útvarů - šířky vodiče - otvorů - pro prokovitelnost otvorů umožňuje nadefinovat rozměry mezikruží otvorů a to pro různé hladiny SHAPES slouží pro změnu tvaru automaticky generovaných plošek SUPPLY se používá pro zadání thermal symbols a izolačních kružnic. Thermal symbol se generuje v místech, kde je ploška připojena k plošce a izolační kružnice tam, kde je potřeba oddělit nepřipojenou plošku součástky od této plochy MASKS zobrazuje nastavení nepájivé masky. Zde se nastavuje velikost otvoru v ploše nepájivé masky MISC zaškrtávací okénka, která umožňují kontrolovat všechny útvary umístěné v rastru.spoj vedený pod jiným úhlem než je násobek 45, kontrola textu ignorace omezení v hladinách 39 a 40.