【KiCad教程】如何绘制电路原理图实例讲解

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【导读】本文是对《Getting Started in kiCad》手册中第3.1节的翻译,由科技老顽童翻译,英语水平有限,如有出错的地方,还请广大网友批评指正。

本文主要内容以一个实例,对如何使用KICAD画原理图的一个讲解。跟着步骤一步一步操作一遍,就可以学会,非常简单。


3.绘制电路原理图

这一部分,我们将学习如何用kiCad制作电路原理图。

3.1 使用Eeschema

1.WINDOWS操作系统运行kicad.exe打开kicad,Linux操作系统在终端输入kicad打开kicad。打开以后,会看到kicad的主界面。主界面中,你可以进入8个独立的子软件工具,它们分别是:Eeschema(原理图制作工具), Schematic Library Editor(原理图库制作工具), Pcbnew(PCB制作工具), PCB Footprint Editor(PCB库制作工具), GerbView(光绘文件浏览工具), Bitmap2Component(图片转元件制作工具), PCB Calculator(PCB计算器) 和 Pl Editor(layout编辑工具)。参考“工作流程图”(位于《Getting Started in kiCad》的第2章),你可以大概的知道这些主要工具的使用方法。

kicad

2.建立新工程步骤:File(文件) → New Project → New Project,给新工程取个名字:tutorial1(名字是自己定义的),工程文件会自动带.pro后缀。kicad会弹出窗口问你把文件放到什么地方,你最好新建一个文件夹,然后点击确定,工程文件就保存了,以后的所有文件也默认保存到这个目录里面。

3.现在就可以开始画原理图了,点击图标Eeschema1,这个图标位于左边的第一个。

4.在顶部工具栏,点击“Page Settings”图标2,设置Page Size为A4,设置Title为Tutorial1,你可以看到,这里还有很多信息,如有需要,你可以修改它们,点击OK完成,这些信息位于原理图的右下角。把鼠标放到原理图的右下角,然后滑动鼠标的滚轮,就可以放大和缩小原理图,点击File → Save Schematic Project保存工程。

5.现在就可以放置我们的第一个元器件了,在右边的工具栏中,点击“Place component”图标放置元器件图标,或者用快捷键,直接单击键盘上的字母a。

提示:按住shift+?键,可以浏览所有的快捷键使用方法。

6.接着前面的步骤,在原理图中点击一下,就可以打开“Choose Component”窗口,我们将放一个电阻到原理图。在Fliter栏里面,输入字母R,大小写都可以,然后你就可以看见所有以R开头的元件都列出来了。这些库元件位于本地,都是一些通用的元器件。

元器件库

7.接着上一步骤,选择电阻R,单击OK,或者在R上双击,就可以看到一个电阻附着在鼠标上,然后你可以单击鼠标,把电阻放到原理图上去。

8.用放大镜图标,可以放大元器件,也可以滑动鼠标滚轮来放大和缩小,把鼠标放到电阻上边,然后按下鼠标滚轮,可以随意拖动电阻在原理图中的位置。

9.把鼠标放到电阻上边,然后按键盘上的R键,可以旋转电阻。

注意:不用单击元器件旋转它。(我的理解是,你不必把电阻附着在鼠标上,也可以用R来旋转它。)

10.在元器件上单击右键选择Edit Component → Value,或者把鼠标悬停在元器件上以后按V键,可以修改电阻的阻值。如果你打击了E键,将会出现更多的可以修改的值。在单击右键出现的菜单中,你可以了解到更多的快捷键用法和代表的意义。

修改元器件值

11.接着上面的步骤,将会出现一个窗口,你一把R改为1K,代表电阻的阻值,然后点击OK,完成。

注意:不要修改R?,这里的问号,在画好原理图后,我们可以给他们统一自动修改。上面步骤完成以后,电阻中间的R应该变成了1K,如下图所示:

电阻

12.我们再放一个电阻,在原理图空白处单击鼠标,然后元器件选择窗口就会再次弹出来。

13.和之前不同的是,在窗口中多了一个“history”(历史),可以在这里选择电阻。如下图所示:

历史元件库

14.如果想要删除元件,在该元件上单击右键,然后选择Delete Component,也可以把鼠标悬浮到要删除的元件上边后按键盘上的DEL键删除元件。

注意:通过菜单Preferences → Hotkeys → Edit hotkeys你可以编辑任何一个快捷键,修改后立即生效。

15.如果你想复制一个元件,你可以把鼠标悬停到元件上以后,按下快捷键C,然后把复制出来的元件放到任何你想要放置的地方。

16.把鼠标悬停到第二个电阻上边,然后单击鼠标右键,选择“Drag Component”(拖动元件),选好位置后再点击鼠标左键放下。你可以把鼠标悬停到电阻上边以后按下按键G来实现同样的功能。按键R用来旋转元器件。按X键和Y键可以在X方向或者Y方向颠倒元器件。

17.把鼠标悬停到第二个电阻上边,然后按键V,把电阻值修改为100。按下Ctrl+Z键可以撤销之前的动作。

18.改变网格(grid)大小。你可以注意到现在在原理图上的网格间距还很大。单击右键,选择 Grid select(网格选择)菜单,可以很容易的修改网格的间距大小。通常情况下,我们强烈建议使用50mils网格间距。

19.按照之前的添加元件步骤,添加元器件PIC12C508A-I/SN。和之前不同的使是,这个元器不在device库里边,而位于microchip_pic12mcu库里边。默认情况下,元器件选择窗口中没有这个库,所以我们必须要先添加库。菜单栏选择Preferences → Component Libraries,然后点击“Add”(添加)按钮。找到microchip_pic12mcu库以后添加,然后找到PIC12C508A-I/SN器件并放到原理图中。

20.把鼠标悬停到元件PIC12C508A-I/SN上边,然后按X键或者Y键,可以观察元件的变化。按第二下X键或者第二下Y键,将返回按X键或者Y键之前的状态。

21.同上边的步骤,添加元件LED,该元件位于device库。

22.把原理图中的所有元器件摆放规整一下,结果如下图所示:

画好线以后
23.现在我们创建一个元件,起名为MYCONN3。关于如何制作元器件库,你可以看《Make Schematic Components in KiCad》。

24.按A键,在元器件选择窗口中选择我们刚刚制作好的MYCONN3元件,放到原理图中。

25.元件MYCONN3的标识符J?,如果你想改变它的位置,你可以在J?上边单击右键,然后选择Move Field,或者使用快捷键M。最好是先放大以后再操作比较好。如下图所示,摆放MYCONN3的J?。

CONN3
26.现在是时候放电源和地的标志了,单击右边工具栏中的“Place a power port button”图标电源地图标,或者使用快捷键P。在Power库中,找到VCC,点击OK。

27.在1K电阻的上边,放一个VCC,然后在单片机的VDD上边放一个VCC,然后在MYCONN3的上边也放一个VCC。

28.同上,把GND放到原理图中,最后的效果如下图所示:

原理图
29.下面,我们将使用右边工具栏的“Place wire”图标画导线图标,把所有的元器件连接起来。

注意:不要选错图标,尤其是 Place a bus,两个图标很相似。

30.接着上边的步骤,在单片机的PIN7上的小圆圈上点击鼠标,然后在LED的PIN2的小圆圈上点击鼠标,这样,两个引脚就连在一起了。在操作之前,你最好先放大原理图。

注意:在连接好线以后,如果你想改变元器件在原理图中的位置,可以把鼠标悬停到该元器件以后按快捷键G,然后就可以移动了。它与快捷键M的区别是,G是连着线移动的,M是只移动元器件,线不动。

连接第一条线

31.如下图所示,用线连接所有的元器件。双击鼠标可以结束一条线。

原理图

32.我们接下来来用网络标号来连接电子元器件之间的引脚。在右侧的工具栏中,点击“Place net name”图标网络标号图标,或则使用快捷键L。

33.在单片机PIN6的线中间点击一下,然后给这个网络标号起名为INPUT。

34.然后以同样的方式,给100欧电阻的右侧引脚上放置一个相同名称的网络标号,同样起名为INPUT。因为两个网络标号的名字相同,所以这两个网络标号把单片机的PIN6引脚和100欧电阻连接起来了。对于一个复杂的设计,尤其是当用线连接看起来非常杂乱的场合,用网络标号就会使得原理图看起来很清爽。

35.网络标号还可以用于说明某根线的用途。给单片机的PIN7脚上放一个网络标号,给它取名为uCtoLED。电阻和LED的中间放一个网络标号,取名为LEDtoR。给MYCONN3和连接它的电阻那根线之间放一个网络标号,起名为INPUTtoR。

36.你不需要给VCC和GND用网络标号标注,因为它们自己已经很清楚了。

37.最后的结果如下图所示:

原理图
38.现在让我们来处理没有连线的引脚。在自检的时候,所有未连接的引脚或线都会产生提醒。为避免这种情况的发生,我们可以给这些引脚或者线上边放上标志。

39.在右侧的工具栏里边,点击Place no connect flag图标没有放导线的图标,分别在单片机的PIN2,3,4,5上边点击一下,就会看到引脚上边有了X图标。如下图所示:

原理图
40.有些元器件的电源引脚是不可见的。你可以通过点击左侧工具栏中的Show hidden pins图标元器件库图标让电源引脚显示出来。如果隐藏的电源引脚名称是VCC或者GND的话,这些引脚就会自动的连接,用不着我们操心。

41.现在,我们必须要放置Power Flag在KiCAD的原理图,来提示电源来自某个地方。点击快捷键A,在POWER库中找到PWR_FLAG,在原理图中放两个这标志。然后分别把它们和VCC GND连接起来,如下图所示:

电源标志
注意:这个操作将避免一个经典的KICAD提醒:Warning Pin power_in not driven (Net xx)

42.有时候,我们需要给原理图的某些地方添加注释。给原理图添加注释,使用右侧工具栏的Place graphic text (comment)图标add_text

43.现在,所有的元器件都有了自己的独有标识。实际上,我们的元器件的名称都还是R?或者J?,标记这些标识符,使用Annotate schematic图标标识符注释

44.在弹出的原理图注释窗口中,选择Use the entire schematic ,然后点击 Annotation按钮,在弹出的确认信息窗口中点击OK。注意一下,所有的?都变成了数字。所有的标识符都是唯一的。在我们的这个例子中,它们的标识符分别是:R1, R2, IC1, D1 和 J1。

45.现在我们将检测一下原理图中有没有错误。点击Perform Electric Rules Check图标属性检测,点击Run按钮,如果有错误或者提醒的话,就会在窗口中输出,例如:某根线没有连接。正常情况,必须是0个错误,0个提醒。如果有错误或者提醒的话,在原理图中就会有小的绿色箭头指向出错的地方。选择Create ERC file report,然后再点击Run按钮,就可以得到更为详细的错误和提醒的信息。

46.原理图已经画完了。现在我们给每个元器件添加封装,然后再生成一个网络表。在顶部的工具栏中,点击Netlist generation图标网络表图标,点击Generate按钮,然后再点击Save(保存)按钮,以默认的名称保存就可以。

47.网络表生成后,点击顶部工具栏的Run Cvpcb图标添加封装,如果这时候弹出来一个提示窗口提示你丢失了某个文件,不要管它,点击OK关掉。(注意:点击完Run Cvpcb图标之后,可能会等待较长时间,电脑才会反应过来,因为要加载很多封装,这时候,等着,不要瞎点,否则容易点死软件)

48.Cvpcb允许你通过使用KICAD中的封装链接到原理图中的元器件。中间区域显示原理图中用到的所有元器件。我们选择D1,在右侧区域我们找到 LEDs:LED-5MM,然后双击它,这样,就把这个封装给了D1了。

49.在右侧的区域,只会显示对应元器件可能需要的封装,Kicad试图给你推荐比较合适的封装。点击图标筛选1筛选2筛选3可以禁止或者允许这些过滤器的功能。

50.IC1对应的封装选择Housings_DIP:DIP-8_W7.62mm,J1对应的封装选择Connect:Banana_Jack_3Pin,R1和R2对应的封装选择 Discret:R1。

51.如果你想知道你选择的封装长什么样子,有两种办法可以看到。你可以单击View selected footprint图标浏览封装预览当前的封装。另外,你可以点击Display footprint list documentation图标封装库说明文档,然后,你可以看到包含了所有可用封装的PDF文件。你可以把这个文件打印出来,确保用到的封装尺寸正确。

52.现在,你可以更新网络表了,这次的网络表,元器件和封装就关联起来了。点击File → Save Edits,或者点击图标保存图标保存更新网络表。如果你在已有的封装库中找不到需要的封装,你将需要自己做封装,这个在以后的文章中会写到。

53.你现在就可以管了Cvpcb,然后回到原理图编辑器。在菜单栏选择File → Save Schematic Project保存文件,然后关闭原理图编辑器。

54.切换到Kicad工程文件管理器。

55.网络表文件描述了所有的元器件和它们引脚直接的连接关系。网络表文件实际上就是一个文本文件,你可以检查和编辑它,还可以把它当做脚本。

注意:库文件(.lib)实际上也是文本文件,也可以编辑或者脚本化。

56.创建材料明细表(BOM)。打开原理图编辑器,然后点击顶部的Bill of materials icon图标BOM图标,第一次使用,默认没有插件。我们要添加一个插件,点击Add Plugin按钮,选择你想选择的*.xsl文件,这里,我们选择bom2csv.xsl。

注意:*.xsl文件位于…\KiCad\bin\scripting\plugins文件夹下面。

KiCad会自动生成一行命令,如下所示:

xsltproc -o “%O” “C:\Program Files\KiCad\bin\scripting\plugins\bom2csv.xsl” “%I”

我们加上后缀,把命令修改为:

xsltproc -o “%O.csv” “C:\Program Files\KiCad\bin\scripting\plugins\bom2csv.xsl” “%I”

点击Help按钮可以获得更多的信息。

57.现在,点击Generate,BOM表就生成了,点击Close关闭。BOM表文件名称和你的工程名称一样,位于工程文件夹里面。你可以使用EXCEL等办公软件打开它。

注意:你的工程路径不能包含中文或者空格,否则将不能生成BOM表。

现在,你就可以进行PCB layout的工作了,这个讲在下一个章节介绍。

本文已经做成PDF,点击下载:如何用KICAD绘制原理图


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