ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO "Vincenzo CERULLI" GIULIANOVA(TE) 12 DICEMBRE 2013 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM EASILY APPLICABLE GRAPHICAL LAYOUT EDITOR MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM EAGLE C.A.D./C.A.M. Eagle è un software adibito alla progettazione di schemi, finalizzato alla realizzazione di p.c.b. nelle ultime release è stato dotato di un modulo per simulazioni elettroniche con un’interfaccia puramente grafica. Eagle, è l’acronimo di: Easily Applicable Graphical Layout Editor ed appartiene alla software house Cad Soft. Il file d’installazione è scaricabile presso il sito ufficiale della società: http://www.cadsoftusa.com/download-eagle/ con una licenza di prova limitata, o completa. La licenza di prova tuttavia non limita nessuna funzionalità di Eagle, se non la parte di simulazione all’interno del software ed il foglio di lavoro, che sarà circoscritto a circa la metà di un foglio A4. Eagle è disponibile per i principali sistemi operativi utilizzati a livello mondiale, quale Microsoft® (Xp, Vista, Windows 7, Windows 8, x64, x86), Linux (da kernel 2.6 in su) e Apple Mac OS X® (dalla versione 10.6 in su). MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 1 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM L’interfaccia del “Pannello di controllo” si compone di pochi, ma funzionali pulsanti: File: all’interno del menù a tendina, troveremo la voce Open (Project, Schematic/Board/Library, CAM Job, ULP, Script, Text) con la quale potremo aprire i lavori precedentemente salvati, e la voce New, con la quale potremo creare un nuovo file, che potrà essere (principalmente): Schematic: file al cui interno è racchiuso lo schema di un circuito precedente lavorato. Board: file in cui sono stati sviluppati schemi PCB per la realizzazione pratica (incisione) di uno schema precedentemente lavorato nella sezione Schematic. Library: con questo pulsante potremo andare a modificare una libreria già esistente, aggiungendo componenti, descrizioni, footprint e altro ancora. Nota: il sottomenù Open ed il sottomenù New sono identici. View: all’interno di questo menù possiamo trovare le voci Refresh: il quale ci permetterà di aggiornare il pannello di controllo. Search In Tree: che ci permettà di cercare all’interno del pannello di controllo una voce specifica. Sort By Name/Type: questa voce ci permette di ordinare le varie voci all’interno del menù per ordine alfabetico o di estensione. Option: in questa sezione troveremo le varie opzioni del software, tramite cui potremo impostare le “Directories…” (ovvero le cartelle in cui il programma andrà ad operare o ad archiviare le varie informazioni), MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 2 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM i “Backup..” con il quale potremo andare a salvare una copia di tutto il programma in una cartella specifica del computer (al fine di conservare un, cosiddetto, punto di ripristino dell’intero programma), le “Users Interface…” che ci permette di modificare l’interfaccia del programma, cambiando i margini dei fogli, la squadratura, i colori dei vari sfondi e le impostazioni generali dello Schematic o della Board. Ultima voce che troviamo è la “Windows Position” che ci permette di pre impostare dove le varie finestre di Eagle si andranno a posizionare una volta aperte. Windows: questo menù a tendina ci permette di richiamare a schermo una delle finestre aperte in Eagle, che sia uno Schematic, una Library o una Board. Help: le varie voci all’interno di questo menù, ci permetteranno di accedere alla documentazione e agli aiuti all’interno del programma, per acquisire ad ulteriori nozioni sull’origine* di Eagle e, sul suo funzionamento interno. *Screen shot del pannello di controllo di Eagle MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 3 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM All’interno della finestra a sinistra del Pannello di controllo possiamo trovare le varie voci con le relative descrizioni: Libraries: qui sono raccolte TUTTE le varie Librerie utilizzabili all’interno di Eagle. In queste librerie sono presenti principalmente componenti SMD e non, come relative informazioni, che ci permettono di utilizzarli all’interno dello Schema o della Board o della Simulazione, per comporre i nostri circuiti. Tra le varie informazioni, troviamo il Footprint del componente, ed il relativo schema elettrico. Le librerie qui presenti, possono essere abilitate o disabilitate tramite la spunta del pallino verde relativo, che permette di Ignorare quelle librerie, senza però cancellarle. Le librerie di Eagle sono espandibili, infatti per implementarne altre, basterà andare all’interno della cartella di eagle nei documenti dell’utente utilizzato nel sistema (per sistemi operativi Microsoft) e posizionare la nuova libreria. A questo punto, basterà aggiornare il pannello di controllo tramite il tasto F5 (refresh) e la libreria comparirà all’interno dell’elenco. Se così non fosse basterà riavviare il programma. Essendo molto numerose, si consiglia di disabilitare all’interno del programma, le librerie inutilizzate, in modo da rendere il programma più leggero e performante. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 4 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Design Rules: all’interno di questa tendina, possiamo modificare le regole di disegno di Eagle. Tramite una modifica appropriata di queste opzioni, potremo andare a comunicare a Eagle, le normative di disegno e di rappresentazioni da utilizzare per i nostri file. Tuttavia si consiglia di lasciare questa voce inalterata. User Language Programs: all’interno di questa voce, sono contenuti tutti i file relativi alla traduzione di Eagle da una lingua all’altra. Questi file sono necessari agli sviluppatori per ottenere traduzioni più efficaci e prestanti. Tuttavia una modifica inappropriata potrebbe portare alla destabilizzazione del software. Script: in questo menù possiamo aggiungere, modificare o eliminare, i vari tool (strumenti) che Eagle utilizza per la realizzazione guidata di schemi e PCB CAM Jobs: in questo menu possiamo modificare le impostazioni di basi, con il quale il programma va a creare e/o gestire la parte CAM dei nostri lavori, quali output predefiniti, drill (fori) e tutta la parte meccanica. Project: all’interno di questo menu possiamo trovare TUTTI i file creati precedentemente dall’utente. Essi possono essere schematic, pcb o project. All’interno inoltre possiamo trovare gli esempi racchiusi in Eagle, quali gli schemi elettrici e PCB della scheda di Prototipazione Open Source Arduino 2. Istallando particolari librerie inoltre, potremo trovare nuovi esempi, annesse alle relative librerie. I file presenti in questo menu, sono inoltre accessibili dalla cartella Eagle creata dal programma dei documenti nell’utente utilizzatore (es. Windows: C:\Users\NomeUtente\Documents\eagle). MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 5 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM AREA DI LAVORO MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 6 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM L’area di lavoro di Eagle si compone generalmente di: un menu di pulsanti in alto quali: File, Edit, Draw, View, Tools, Library, Options, Windows, Help) molto simili alla barra di menu del pannello di controllo, a cui si aggiungono i comandi di Funzione e di Editing. I “comandi di funzione” sono quei comandi che troviamo solo in una determinata finestra (ad esempio quella dello schematic) che ad esempio, comprendo i comandi per la segnalazione e la correzioni degli errori di collegamento. Mentre i comandi di Editing, sono quei comandi che svolgono la funziona di Undo (ovvero “passo indietro” con il quale potremo annullare l’ultima operazione fatta) e di Redo (con il quale potremo ripristinare la precedente azione), inoltre troviamo un vasto elenco di comandi utilizzati (ad esempio) nell’ambito dello schematic. Sempre nello schematic troviamo un altro menu a tendina, quello relativo alle librerie utilizzate all’interno dello schema. Un menù delle short course ovvero dei collegamenti per funzioni che sarebbero più difficilmente raggiungibili. Qui generalmente troviamo diversi comandi, quali (da sinistra verso destra) apri, salva, stampa, CAM, passa a schermata PCB, cambia foglio di lavoro, apri librerie, Zoom+, Zoom-, Centra Foglio ecc. ecc. Un menù delle “palette”: in questo menu troveremo tutti i comandi utilizzabili nell’area di lavoro. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 7 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Qui possiamo osservare i comandi relativi all’area di lavoro dello Schematic (sulla destra) e della Board (sulla sinistra), in cui troviamo tutti gli strumenti utilizzabili e le varie opzioni di visualizzazione dello schema. All’interno di questo menu, possiamo notare delle barre orizzontali, che separano le palette informative (un esempio è dato dalla prima paletta, rappresentata dall’icone I, che, selezionato un’oggetto, ci darà tutte le informazioni relative al Package di un componente, allo schema elettrico, al relativo uso ecc ecc), dalle palette di comando (esempio il comando rappresentato dall’icona con 4 frecce, che ci permetterà di muovere un componente all’interno dell’aria di lavoro), dalle palette grafiche (ovvero quelle che utilizzeremo per creare forme geometriche, linee di interconnessione, bus, o notazioni grafiche), dalle palette di errore, con le quali possiamo andare a controllare gli errori presenti all’interno dello schema o board, o controllare le regole grafiche applicate al nostro schema o board precedentemente impostate nel pannello di controllo, tramite le apposite voci nel menu. Tutte le queste funzioni descritte finora, sono ampliamente utilizzate per creare schemi e board PCB all’interno delle relative aree di lavoro, con l’aggiunta delle palette (“platters”) appartenenti alla relativa are di lavoro. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 8 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Schematic Per accedere a quest’area di lavoro, basta selezionare File->New>Schematic sul pannello di controllo. A questo punto ci troveremo di fronte una nuova finestra: l’area di lavoro dello Schematic. Nella parte alta della schermata troviamo le varie barre di menu; a sinistra invece troviamo le palette che compongono quest’area di lavoro. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 9 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Queste palette sono i nostri strumenti, con cui andremo a comporre il circuito cosi come in foto, che sono (partendo dall’alto, da destra verso sinistra): Come detto precedentemente , selezionando questa paletta e cliccando su un componente posizionato sul foglio di lavoro, il programma di darà una panoramica informativa del componente selezionato, mostrandoci il package, il nome, la posizione, il gate, l’angle, la libraria e il valore. Inoltre tramite questo strumento, potremo inoltre andare a modificare questi valori. Questa paletta, in quest’area di lavoro, ci permette di cliccare su un oggetto e vedere tutte le opzioni possibili per esso. Questo comprende le opzioni di copia, di nominazione, di rotazione ecce cc. La paletta “show/hide/edit layers” come da nome, ci permette di selezionare quali livelli all’interno dell’area di lavoro selezionare. Questi livelli rappresentano i vari strati dello schema, che tramite questo comando, posiamo andare ad abilitare o disabilitare. Tra questi livelli possiamo trovare il livello n91 (ovvero strato dello schema dove sono posizionati i nostri collegamenti tra i vari componente), il livello Nr.92 (lo strato dello schema relativo ai collegamenti di busses che generalmente non viene minimamente utilizzato), il livello Nr.93 che normalmente troviamo disabilitato (se abilitato, questo livello ci MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 10 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM permette di visualizzare i numeri dei pin di ogni componente sullo schematic), il Nr.94 (in cui troviamo tutti i nostri componenti posizionati finora), il Nr.95 (in questo livello sono contenuti tutti i nomi dei componenti finora utilizzati, che potremo visualizzare o no), il Nr.96 (come per il precedente livello, in questo sono contenute scritte relative al valore di un componente, ad esempio il valore di una resistenza), il Nr.97 (strato dello schema in cui sono contenute le informazioni del schema) ed il Nr.98 (al cui interno troviamo eventuali commenti o note, anche se raramente usate). Questa paletta ci permette di posizionare un punto sullo schematic, fornendoci le relative coordinate. Il comando “Move an Object” ci permette di selezionare un componente, una forma geometrica o un collegamento, e spostarlo all’interno dell’area di lavoro in modo da organizzare lo schema in modo ordinato e personalizzato. Il comando “Copy an Object” come intuibile dal nome, ci permette di copiare un componente, una forma geometrica o un collegamento, e posizionarlo sullo schema. Per integrati come il 4093, che contengono più porte logiche al proprio interno, copiandone una già posizionata, posizioneremo una seconda porta, del tutto separata dalla prima. Lo strumento “Mirror an Object” ci permette di specchiare un componente, portando ad esempio, i pin di collegamento, da destra verso sinistra, senza però ruotare il componente. Lo strumento “Rotate an Object” al contrario del comando precedente, ci permette di ruotare fisicamente il componente, il collegamento o la figura geometrica selezionata, senza tuttavia darci la possibilità di specchiare il componente. “Define a Group” presente in ogni programma di editing, questo comando ci permette di selezionare i componente all’interno del MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 11 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM quadrato circoscritto con questo strumento, e, selezionando un altro strumento, applicare a tutti gli oggetti selezionati, una particolare azione. Ad esempio, selezionando un gruppo di componenti e cliccando sul tasto copia, Eagle ci fornirà sullo schematic una copia di ogni singolo componente. Lo strumento “Change Object Proprieties” ci permette di aprire il menu delle proprietà di un componente o una linea selezionata, impostando cosi valori come il nome, la grandezza delle linee, le opzioni di visualizzazione, il package, la grandezza, lo stile, il testo relativo all’oggetto, il peso, la spaziatura e l’allineamento. Generalmente poco usato, questo strumento ci permette di modificare la parte relativa alla griglia del componente selezionato. Ciò vuol dire che potremo andare a creare un’eccezione per i componente selezionato, che eccederà dalle regole grafiche che abbiamo precedentemente trovato all’interno del pannello di controllo. Molte di queste voci tuttavia, non sono applicabili al singolo elemento selezionato, ma si applicano all’intero foglio di lavoro. Ad esempio l’opzione “width” ci permette di scegliere lo spessore del filo utilizzato all’interno dell’intero foglio schematic. Questo particolare strumento ci permette di richiamare un componente dalla clipboard e posizionarlo all’interno del foglio di lavoro dello schematc. Strumento elimina: questo strumento ci permette di eliminare un componente, un collegamento, un bus o una forma geometrica dallo spazio di lavoro. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 12 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Lo strumento “Add a Part” è lo strumento più fondamentale del menu delle palette. Questo strumento ci permette di richiamare la finestra delle librerie, e di scegliere tra le centinaia disponibili un componente che andrà ad essere posizionato all’interno dello schema. Nella finestra ADD (di cui possiamo notare una figura di qui sotto) ci sono centinaia di librerie, in cui troveremo quasi tutti i componenti prodotti, utilizzati o progettati, dalle varie industrie finora. Queste librerie, come precedentemente detto, sono selezionabili nel pannello di controllo, tramite la relativa voce “Libraryes” e quindi completamente ampliabili. Nella finestra possiamo trovare a sinistra l’elenco dei componenti, catalogati secondo il nome, la famiglia di appartenenza, e le sigle. In basso troviamo la barra della ricerca, che può essere utilizzata per filtrare (tramite le caselle Pads, SMDs, Description e Preview) gli elementi visualizzati secondo quanto scelto o cercato. Sulla destra invece troviamo due rettangoli, in cui troveremo, una volta selezionato il componente, un’anteprima del relativo frootprint (per un eventuale PCB) e del relativo simbolo schematico. All’interno dell’elenco di librerie, troviamo anche resistori, capacitori e induttori, sotto la relativa libreria RLC. Troviamo anche i diodi, sotto la libreria Diode, i diodi LED, sotto la libreria Leds, relè, sotto la categoria Relay e i connettori WAGO (come da schema) catalogati sotto la relativa libreria Con-Wago-500. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 13 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Un’altra delle librerie particolarmente importante, è quella dei Frame o Cartigli, al cui interno troveremo i vari Frame e Cartigli da utilizzare per i nostri lavori. Questo comando “Swap Equivalent Pins/Pads” ci permette di cambiare i pin visualizzati all’interno dello schema, visualizzando magari, anche i pin di alimentazione o di controllo. Il comando “Replace a par with a different device” ci permette di selezionare un componente e di sostituirlo con un altro all’interno della finestra ADD vista precedentemente con il comando “Add a Part”. Ovviamente anche questa finestra si presenterà identica alla finestra precedente. Lo strumento “Swap Equivalent Gates” ha la funzione equivalente allo strumento “Swap Equivalent Pins/Pads” e ci permette di selezionare un altro gates all’interno del componente selezionato. Lo strumento “Define the name of an object” ci permette di associare al componente selezionato, un nome, che può essere il suo nome reale oppure un nome relativo al funzionamento del componente all’interno dello schema. Anche qui, possiamo selezionare anche un collegamento, o una forma geometrica. Lo strumento “Define the value of an Object” fornisce le stesse opzioni dello strumento prima descritto, però sta volta, associato al valore dell’oggetto. Ad esempio selezionando una resistenza, questo strumento ci permetterà di impostarne il relativo valore di resistenza, e di visualizzarlo sullo schema. Il comando “smash” ci permette di splittare, ovvero di separare, le varie parti testuali del componente selezionato, permettendoci di spostare le varie parti testuali di quest’ultimo. Questo comando torna particolarmente utile quando uno schema deve contenere informazioni in particolari strutture geometriche (ad esempio tabelle o MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 14 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM grafici); con questo strumento potremo spostare la parte testuale dello schematic e posizionandole in esse. “miter Wires” ci permette di modificare un collegamento, sostituendo ad un angolo retto, una curva parabolica, per un maggiore impatto estetico o funzionale. “Split/bend a line” è un comando molto simile a quello sopra descritto, e ci permette di spostare un collegamento, selezionando il percosso che esso deve seguire all’interno dello schema. Questo strumento ci permette di non far accavallare a componenti o pin i vari collegamenti all’interno dello schematic. Lo strumento “Activate another gate from a device” ci permette di invocare e posizionare sul testo, un altro gate relativo al componente selezionato. Come esemplificato prima, con un componente 4093, al cui interno troviamo 4 porte NAND, questo comando ci dà la possibilità di posizionare un altro gate relativo a questo integrato, e di posizionarlo nell’aria di lavoro. Questo comando (“draw a lines” relativo all’area del menu di palette per le forme geometriche, ci permette di tracciare una retta, selezionandone lo spessore, l’angolo radiale e la forma di essa. Nonostante sia elencato tra i comandi geometrici, questo strumento ci permette di tracciare i vari collegamenti tra i componenti nello schema e di farli risultare, effettivamente collegati. Lo strumento “Draw a text” ci permette di inserire sullo schema un teso, aggiungendo cosi una nota, o una descrizione aggiuntiva all’intero schema. ”Draw a circle”: questo strumento ci permette di tracciare un cerchio all’interno dello schema, permettendoci di selezionare lo spessore e il raggio del cerchio. Inoltre potremo andare a decidere anche il livello in cui questo cerchio verrà posizionato. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 15 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM “Draw an ARC”: come lo stumento sopra descritto, questo comando svolge l’equivalente funzione, solamente invece che tracciare un cerchio, questo ci permette di tracciare un cerchio aperto, definendo il diametro e la sezione di apertura del cerchio. “Draw A Rectangle”: questo strumento equivale agli strumenti “draw an ARC” e “Draw a circle”, solo che invece che tracciare un cerchio o un cerchio aperto, tracceremo un quadrato. Anche in questo caso potremo selezionare il layout del quadrato (ovvero il riempito che questo avrà) e il livello in cui lo piazzeremo. “Draw a polygon”: equivalente allo strumento sopra descritto, questo comando ci permette di creare un poligono, scegliendone la forma, il riempimento, il layout e il livello relativo. Lo stumento “draw a bus” è l’equivalente del comando che ci permette di creare un filo tra due componenti e di collegarlo. Questo però ci permette di creare un bus. “Draw an electrical connection”: simile al comando “Draw a Bus” e “draw a lines” ci permette di stabilire una connessione elettrica, tramite un cavo da noi tracciato. La paletta “Place a Net Junction” ci permette di piazzare sullo schema un punto di connessione facendo risultare al programma, tre fili o più, effettivamente collegati. Eagle non svolge questa funzione autonomamente, in quanto uno sbaglio di connessione tra più fili, porterebbe ad un errore nella sezione di lavoro del PCB nel caso in cui si decidesse di utilizzare lo strumento di “Auto-Router” che successivamente andremo a spiegare. Lo strumento “Place a Label Displaying a Net/Bus Name” ci permette di nominare un collegamento, che può essere un collegamento semplice, o un bus, in modo da fornire maggiori informazioni all’interno dell’aria di lavoro e dello schema. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 16 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Lo strumento “Define Attributes” ci permette di vedere e/o modificare le librerie a cui il componente selezionato appartiene, in modo da fornire maggiori informazioni all’interno dello schema, ad esempio, visualizzando la libreria di appartenenza. Lo strumento “Define a Dimension” ci permette di piazzare sul foglio di lavoro due punti orizzontali o verticali, e di visualizzare la distanza presente tra essi e di “fissarne” il testo relativo, all’interno dello schema. Gli strumenti “Electrical Rule ChacK” (sulla sinistra) e “Show Errors Found by ERC or DRC” permettono al programma, di comunicarci gli errori di collegamento e/o di posizionamento, di tutti i componenti presenti all’interno del foglio di lavoro, che non rispettano le regole elettriche o grafiche che è possibile impostare nel pannello di controllo sotto le relative voci. Un particolare comando degno di nota che non si trova nelle palette, è il comando “Change the Grid Settings” posizionato in alto, sotto il menu della finestra, che ci permette di impostare tutti i valori relativi alla griglia all’interno dell’aria di lavoro. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 17 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Nella finestra che si aprirà selezionando questo comando infatti, troveremo varie opzioni, tra cui la possibilità di attivare o disattivare, la visualizzazione della griglia all’interno dell’area di lavoro. Inoltre potremo impostare la dimensione fisica della griglia, andando a impostare sia la larghezza, che l’altezza, inoltre potremo anche impostare una scala multipla del valore da noi impostato. La grandezza della griglia è espressa nel programma in mm o in Inch. Inoltre in questa finestra, in basso a sinistra, possiamo trovare anche un tasto di “Default” che ci permetterà di reimpostare i valori di default della griglia, stabiliti dal programma prima del nostro intervento. La descrizione dei menu e dei “platters”(palette) relativi all’area di lavoro dello schematic è completata. Procederemo ora ad illustrare i comandi dell’area di lavoro del PCB, omettendo però i comandi già descritti in precedenza. Dopo questa spiegazione, procederemo ad illustrare un esempio pratico di realizzazione di un circuito/PCB utilizzando come esempio, lo schema ed il PCB creato dal professore durante le ore di insegnamento, e fornendo inoltre, uno schema/PCB ulteriormente completo che completa l’obiettivo principale, di realizzare una board di controllo di un’eventuale forno di cottura per componenti SMD che realizzeremo nelle ore scolastiche. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 18 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Board La schermata della Board che ci permette di progettare un PCB che potrà eventualmente essere inciso, si può aprire tramite il pannello di controllo, facendo File->New->Board. Anche in questa schermata troviamo diversi menu e funzioni già descritte in precedenza. Tra le varie voci possiamo notare solamente due aggiunte, che sono: Il comando “Stop Command” che assume una colorazione rossa o grigia, a seconda della possibilità o non, di attivare la funzione di “stop di comando”. Questa funzione non ha un particolare utilizzo negli schemi da noi generalmente creati, in quanto è una funzione relativa alle altre palette. La spiegazione risulterà più chiara con la descrizione della funzione successiva. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 19 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Il comando “Execute Command” ci da la possibilità di eseguire (appunto) un comando, all’interno di tutto il PCB. Questa funzione è particolarmente utile combinata alla paletta “Ripup Routed Track To Airwires” (che successivamente spiegheremo) che ci darà la possibilità di applicare l’effetto della paletta (ovvero di cancellare una connessione tramite file, ritrasformando il collegamento in air-wire, filo in aria, o elastico) a tutto il PCB, evitandoci così di dover selezionare ogni filo di connessione e eliminarlo singolarmente. Finita la descrizione delle funzioni aggiuntive all’interno del menu di controllo, possiamo passare alla descrizione delle palette aggiuntive che troviamo all’interno dell’area di lavoro del PCB, di cui abbiamo avuto visione precedentemente. Nota: Le differenze di opzione all’interno delle palette, non sono trattate, in quanto sono praticamente equivalenti, o leggermente differenti. L’unica differenza degna di nota avviene all’interno della paletta “show/hide edit layers” in quanto ora, troveremo molti più layers da gestire, in quanto un PCB su eagle può essere composto da massimo 16 strati. Quindi troveremo 15 lati aggiuntivi, relativi ad altrettanti lati che tuttavia, non vengon mai utilizzati, se non da industrie, in quanto la produzione di PCB a più di 2 lati, comporta spese e macchinari insostenibili per una persona. Infatti generalmente, in un PCB “autoprodotto” troveremo al massimo 2 lati. Il TOP (Nr.1, rosso) ed il Bottom (Nr.16, blu) che rappresentano la parte MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 20 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM positiva del PCB e la parte negativa. Di fatti un normale PCB (anche a livello amatoriale) è sempre composta da questi due lati, di solito, uno per i collegamenti principali, e l’altro per eventuali jumper o xilografie del PCB. Oltre a questi lati principali, troviamo altri lati, che sono relativi alle opzioni aggiuntive, dateci dalla schermata di lavoro del PCB, ad esempio i livelli relativi ai fori del PCB, o ai nomi dei fori, o al riempimento, alla griglia dei componenti, dei fori e dei collegamenti, alle misure generali del PCB, alla squadratura e alle scritte (Text) che eventualmente inseriremo. Detto ciò, procediamo con la l’esposizione delle palette: Il comando “Lock Postion of a Part” permette di fissare nell’area di lavoro del PCB, una particolare componente o forma geometrica o collegamento, in modo che esso non si possa muovere tramite una selezione di gruppo o tramite un auto posizionamento dei componenti. Di fatti il componente risulterà movibile solo se prima sbloccato tramite lo stesso comando Lock. “Route Manually” questa palette ci permette di tracciare fisicamente una linea di collegamento (detta anche traccia del PCB) tra i due punti selezionati. Questo comando equivale alla funzione “Draw a Wire” nello Schematic, infatti anche qui, questo comando ci permetterà di selezionare lo spessore della traccia (da uno spessore di 0.01 Inch, 0.254 mm, ad uno spessore massimo di 0.254" (Inch), ovvero 6.4516 mm), il grado radiale della curva parabolica della traccia, lo style (continuo, tratteggiato, tratteggiato multiplo) e il modo di curvare del filo. Di fatti in PCB che saranno utilizzati con alte frequenze, una line spezzata (soprattutto a 90°) provoca grandi perdite, e alti rischi di archi elettrici in aria o su PCB in quanto lo spigolo vivo della traccia, funge da antenna, facendo accumulare MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 21 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM cariche elettriche che potrebbero forare lo strato isolante del PCB e finire su un’altra traccia o, ancora peggio, in aria o su una persona. Per questo Eagle fornisce una ampia scelta di curve, che vano dalla spezzata a "n" gradi, alla continua curva, alla curvilinea “completa”. Di seguito un’immagine relativa alle opzioni che questo comando ci fornisce: un’altra opzione che questo comando ci permette, è quella di decidere il layers (livello) in cui la linea verrà scritta, questo ci da la possibilità di utilizzare la linea come xilografia, piuttosto che come traccia del PCB. il comando “Ripup Routed Tracks to Airwires” rappresenta la funzione inversa del comando “Route Manually” in quanto questo comando ci permetterà di eliminare una traccia del PCB, facendolo ritornare alla condizione iniziale di filo in aria (air-wire) o elastico. Di fatti passando dalla schemata di Schematic alla schemata del PCB, i nostri collegamenti vengono importati dallo schema, e mantenuti nel PCB, come fili in aria, di colore giallo, che sono collegati al componente in modo diretto, ovvero senza una relativa traccia su PCB. Questo modo di rappresentare i fili non collegati di EAGLE ci permette di constatare e di capire, quali collegamenti dello Schematic sono ancora teorici, e quanti invece, sono stati effettivamente collegati sul PCB. Come precedentemente accennato, tramite questo comando e la funzione di “Execute Command” potremo applicare l’eliminazione dei cavi di collegamento, a tutto il PCB, evitando così di dover cancellare manualmente ogni singolo filo. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 22 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Il comando “Draw a Via” ci permette di posizionare sul PCB una Via, ovvero l’equivalente pratico, di una piastra metallica di collegamento, in cui andrà un cavo, o un pin particolare di un componente. Questo comando è utilizzato per creare piccole piastre di collegamento, che permetteranno ad un Jumper (un collegamento in aria, tramite un filo) sul PCB di essere saldato al resto della traccia. Anche in questo comando, è possibile operare delle modifiche alla piastra che andremo a piazzare. Difatti oltre che poter modificare lo spessore del foro e la grandezza della piastra, potremo anche modificarne la forma, ed il livello su di “profondità” del relativo foro. In successione al comando sopra spiegato, possiamo trovare il comando “Draw a Hole” che accompagna sempre il comando precedente, in quanto stabilisce la grandezza del foro da operare per la piastra. Un altro utilizzo pratico di questo comando, si ha quando bisogna segnalare i fori per il fissaggio del PCB, come vedremo in un PCB d’esempio successivamente. Anche in questo comando ovviamente, potremo selezionare la larghezza del buco, ma non il layer in cui lo andremo ad operare, in quanto le operazioni con questo strumento, verranno posizionate sempre, nel livello relativo al layer relativo ai fori “generali” del PCB (che comprendono anche i fori da operare per inserire il componente). Il comando “Calculate Shortest Airwires”, ci permette una verifica della presenza di tutti i collegamenti sottoforma di "elastico" (Ratnest) della nostra Board. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 23 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Il comando “Autorouter” è uno dei comandi più utili e funzionanti di Eagle. Difatti questo comando ci permette di impostare dei parametri, secondo i quali il programma andrà ad operare i collegamenti in modo AUTOMATICO, senza un intervento manuale sui singoli cavi. Come possiamo notare dall’immagine, le opzioni dell’ Auto-Router sono vastissime, e ci permettono di impostare i lati disponibili per il collegamento del PCB. Tramite le apposite caselle relative ai vari lati infatti, potremo scegliere quali lati utilizzare e quali no. Poiché, come detto prima, i lati utilizzati da un PCB autoprodotto sono solamente due, qui troviamo selezionato solo il lato negativo (Bottom) con il simbolo “-“ che sta a dire al programma, che, per questo livello, le tracce hanno priorità orizzontale, e non verticale, o diagonale. Inoltre scorrendo tra le varie schermate di opzioni, potremo andare a decidere anche la lunghezza delle tracce e lo spessore, operando cosi scelte di valore economico o scelte di valore funzionale. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 24 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Come per lo schema, questi comandi sono adibiti alla segnalazione degli errori e delle regole grafiche non rispettate. Finita la spiegazione dell’area di lavoro del PCB (o board), possiamo passare ad illustrare il circuito spiegatoci dal professore durante l’orario scolastico. Creazione di uno schema Il primo passo nella realizzazione di uno schema su Eagle, oltre all’apertura della finestra Schematic tramite il pannello di controllo (File->New>Schematic), consiste nel piazzare tutti i componenti che compongono lo schema. Per fare ciò si seleziona il comando “Add a part” e si ricercano tra le varie librerie, i componenti che compongono lo schema. Ad esempio nello schema qui spiegato, dovremo ricercare i seguenti componenti, nelle seguenti librerie: Wago: i connettori wago, sono essenziali per fornire una corretta interfaccia di collegamento con il mondo esterno alla schema. Questi connettori infatti, consentono (tramite il serraggio di una vite apposita) il collegamento EFFETTIVO del circuito ad una fonte esterna. Difatti questi connettori sono usati soprattutto per l’alimentazione, in quanto connettori di potenza (resistenti, nella configurazione standard 500, fino a 5-10°). All’interno delle librerie di Eagle, questi connettori si possono trovare nella libreria “con-wago-500” in diversi package da 1 coppia di connettori, fino a 15 coppie. Per il nostro circuito abbiamo predisposto due coppie di connettori doppi Wago (due per l’alimentazione e due per le linee di controllo), e un connettore da 6 coppie Wago, per il collegamento del relè a doppio scambio. Resistenze: le resistenze adoperate all’interno di questo schema, si trovano nella libreria “Rlc” nella sottosezione “R-EU_” in cui sono MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 25 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM raccolti tutti i vari package delle resistenze in commercio in Europa. Oltre alle resistenze, qui possiamo trovare anche i vari condensatori e induttori (da qui il nome della libreria, R= resistor, l = inductor, c = capacitor). Una volta posizionate tuttavia, le resistenze non avranno un valore stabilito, per questo, si dovrà procedere successivamente ad assegnarli un valore, tramite lo strumento Value di Eagle. Diodo 1N4004: questo diodo è necessario all’interno del circuito, per evitare correnti inverse del relè. Difatti quando la bobina di un relè viene posta accidentalmente in un campo magnetico, esso genera una corrente inversa. Per evitare ciò, si procede al posizionamento di un diodo in parallelo al relè. Spesso però, molti relè hanno integrato questo diodo, in modo da risparmiare spazio all’interno del PCB e garantire una miglior efficienza complessiva. Questo diodo si trova all’interno della librerie “diode” sotto il relativo nome. Transistor “BC337-25”: questo transistor permette il pilotaggio del relè, impossibile con (ad esempio) Arduino, in quanto necessiterebbe troppa corrente. Questo particolare transistori si trova nella libreria “transistor-npn” nella sottocategoria “BC337” che sta a rappresentare la famiglia di appartenenza. Diodo LED da 3mm: questo LED è stato posizionato all’interno del circuito per garantire un feedback a quest’ultimo. Infatti quando il circuito sarà in funzione, il LED si accenderà, segnalando all’operatore, che il circuito è sotto tensione. Questo diodo LED si trova nella liberia “led” nella sottocategoria “LED” sotto il nome “LED 3mm” Relè 4052: ultimo componente, basilare, all’interno di questo circuito è il relè 4052, che si trova nella libreria “relay” sotto il nome di “4052” è consiste in un relè a doppio scambio classico. Un ultimo “componente” da posizionare consiste nella massa del circuito, che si può trovare nella libreria “supply” di Eagle. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 26 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Una volta piazzati tutti i vari componenti e spostai in modo da facilitarne il collegamento, la nostra area di lavoro sarà così composta: A questo punto, non ci resta altro che adoperare i dovuti collegamenti, tramite lo strumento “Draw Lines” precedentemente descritto. Un accorgimento basilare nell’utilizzo di questo strumento consiste nell’evitare che le varie linee di collegamento si sovrappongano ai pin dei componenti. Quest’accorgimento ci sarà utile più avanti, per evitare che l’ Auto-Router di Eagle non riconosca i dovuti collegamenti ondevitare erronei collegamenti. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 27 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Una volta effettuati i collegamenti come da schema, la nostra area di lavoro si presenterà cosi. A questo punto la parte relativa allo schema è completato; non ci resta altro che posizionare il relativo frame e passare alla schermata del PCB. Per posizionare un frame, basta selezionare lo strumento “Add a Part” e selezionare nella libreria “frame” il frame “A4L-LOC” ovvero il frame relativo allo standard A4 per i disegni tecnici. Questi frame sono disponibili anche in un’altra libreria, che prende il nome (tecnico) di “cartiglio”. Una volta posizionato il frame e centrato il disegno, si può procedere all’editing del frame. Ovvero, aprendo il file relativo al cartiglio, attraverso il pannello di controllo di eagle, potremo compilare il frame, inserendo i nostri nominativi e le informazioni necessarie al completamento del disegno. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 28 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Fatto ciò, il nostro schema apparirà così: A questo punto, possiamo passare alla realizzazione del lato PCB della scheda. Per passare a questa parte di eagle ,basterà cliccare il tasto “Generate/Switch to Board” situato in alto, sotto la barra del menu di Eagle: Questo tasto ci consente di passare dalla finestra di Schematic alla relativa finestra di Board, mantenendo effettivi tutti i collegamenti operati finora, che saranno rappresentati nel PCB tramite cavi appositivi chiamati Wire-air (fili in aria) o elastici. Grazie a questa funzione di eagle, quindi, non creeremo il PCB da zero, ma lo creeremo dallo schema. In questo modo, anche i due file (uno dello schema e l’altro del PCB) saranno collegati. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 29 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM PCB Una volta arrivati nella schermata del PCB, i componenti saranno aggruppati assieme nell’angolo basso a sinistra della finestra, cosi come in figura: Nota: per comodità di stampa, da ora, lo sfondo dell’area di lavoro del PCB sarà bianca, invece che nera. Per impostare questo colore basta cliccare in Options->User Interface…->Layout-Background:-> White Procediamo quindi al posizionamento dei componenti, in modo che i vari elastici, non siano ne troppo intricati ne incidenti (questa fase della progettazione PCB si chiama Sbroglio). Il posizionamento dei componenti avviene all’interno del quadrato grigio che costituisce la parte del foglio di lavoro utilizzata. Difatti una volta completato il PCB, quest’area andrà rimpicciolita, a seconda dell’esigenza d’incisione, per permettere un ridimensionamento migliore della scheda. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 30 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Per fare ciò, basta utilizzare il comando “Move an Object” e spostare le varie linee. Detto ciò, bisogna fare particolare attenzione alle dimensioni complete della scheda. Difatti i vari componenti dovranno essere posizionati tenendo conto delle dimensioni massime che la scheda dovrà avere. Una volta completate queste operazioni, il PCB sarà come in figura: Per completare il PCB e permetterne una futura incisione, bisogna tracciare le tracce che, per comodità, fare definire all’autorouter di eagle. Per fare questo basterà selezionare il comando “Start the autorouter” e selezionare tra le “preferred Directions” i lati del PCB su cui calcolare le tracce. Come precedentemente detto, per un’incisione amatoriale, e data la semplicità della scheda, utilizzeremo solo il lato Bottom, e disabiliteremo tutti gli altri, selezionando “N/A” nel riquadro relativo ad ogni lato. Fatto questo basterà premere su “ok” e l’autorouter calcolerà e traccerà ogni line per noi. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 31 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Se una traccia rimarrà un air-wire vorrà dire che l’autorouter non è riuscita a collegare quel cavo per mancanza di spazio o incidenza di piste. Per rimediare a ciò, bisognerà procedere ad una modifica manuale delle piste o a spostare i componenti, eliminare i collegamenti, e riapplicare l’autorouter. Questo finchè non saranno collegati tutti i cavi. Una volta finita questa operazione, il PCB apparirà così: A questo punto, si può procedere operando i necessari accorgimenti per una board più efficiente e migliorata. Principalmente gli accorgimenti da operare sono sullo spessore delle tracce del PCB. Ad esempio le tracce delle linee di alimentazione devono essere leggermente più spesse, per consentire il passaggio della corrente d’alimentazione, senza incidenti. Per fare ciò, basterà selezionare lo strumento “Draw Lines” precedentemente illustrato, modificare la larghezza delle piste tramite l’apposito menu situato in alto, sotto la barra di menu, e ripassare le tracce che ne hanno necessità. In questo caso solo le due linee di alimentazione tra i wago e la resistenza/relè. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 32 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Lo spessore di queste piste, può essere calcolato in rapporto alle tensioni di alimentazioni considerate nella progettazione, tramite appositi Tool e calcoli, ma per queste applicazioni, uno spessore di 0.032 inch, è più che sufficiente. Una volta fatto ciò, il PCB apparirà così: In un PCB di questo genere, un frame/cartiglio, non è necessario. Tuttavia, se volessimo applicarlo, basterebbe fare come detto precedentemente, ovvero selezionando lo strumento “Add an Element” posizionandosi sulla libreria “frames” o la libreria “cartiglio” e selezionando quello più adatto. Fattio ciò, ridimensioniamo l’area di lavoro come precedentemente detto, e centriamo il tutto all’interno del Frame. MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 33 TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM Completate queste operazioni, si può definire il disegno dello schema e del PCB completati. Come abbiamo potuto constatare quindi, il Software Eagle assolve appieno le sue funzioni, permettendo la realizzazione di schemi e PCB professionali, tramite una semplice interfaccia grafica. I.T.T. "Vincenzo Cerulli" Giulianova(TE) Anno scolastico 2013/2014 ©FELICIONI Matteo IV a Elettronica ©Rev. Prof. BENIGNETTI Francesco MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI] 34
© Copyright 2024 ExpyDoc