L14: Tutorial de Kicad
- Tiempo: 2h
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Objetivos de la sesión:
- Mini-tutorial de Kicad
- Diseñar la placa MECA-LEDs, con 2 LEDs y un conector
- Aprender la terminología asociada al diseño de PCBs
Vamos a aprender a diseñar un PCB muy sencillo: la placa MECA-LEDs que sólo tiene 2 LEDs y un conector. Utilizaremos la herramienta Kicad (Versión 8). Por el camino aprenderemos la terminología y las ideas fundamentales de diseño de PCBs
Para seguir este tutorial asegúrate que tienes INSTALADO KICAD 8, y que arranca bien. Sigue las instrucción de la sesión anterior
Este es nuestro punto de partida:
Lo primero es crear un proyecto nuevo. Pinchamos en el icono New project, o en File/New project
En la ventana que aparece escribimos el nombre del proyecto: MECA-LEDS. Navegamos al directorio donde lo queremos alojar. En mi caso lo pongo dentro del directorio Develop, que cuelga de mi HOME. Por último pinchamos en SAVE
Se crea el proyecto nuevo dentro de la carpeta MECA-LEDS situada en el path donde hemos creado el proyecto. En la parte inferior se puede ver el path completo
Detro del directorio de nuestro proyecto (MECA-TEST) encontramos 3 ficheros:
- MECA-LEDS.kicad_pro: Projecto de Kicad
- MECA-LEDS.kicad_sch: Esquemático de la placa
- MECA-LEDS.kicad_pcb: PCB de la placa
Todos los ficheros son de texto. Y como tales los podemos abrir con cualquier editor de textos, como por ejemplo vscode. En este ejemplo podemos ver el fichero de proyecto MECA-LEDS.kicad_pro abierto. El formato es JSON
Esto es muy importante, porque en cualquier momento se pueden editar, sin necesidad de utilizar Kicad. Y también se pueden crear herramientas para realizar automatizaciones fácilmente. Y por supuesto, te garantiza que NUNCA PERDERÁS INFORMACION. Estos ficheros siempre se podrán leer
El primer paso es dibujar el esquemático de la placa. Ya lo conocemos porque lo hicimos en la sesión anterior, dibujándolo en "papel". Ahora lo tenemos que pasar a Kicad para crear el PCB a partir de él
Lo ponemos aquí como recordatorio. Está formado por 2 LEDs y un conector de 3 pines:
Desde la pantalla principal de Kicad hacemos doble click sobre el esquemático, para abrir el editor de esquemáticos
Si es la primera vez que lo ejecutamos nos aparece una pantalla de configuración de la bibliotecas. Dejamos la opción que viene marcada por defecto y pinchamos en OK
Se abre el editor de esquemáticos de Kicad, que inicialmente está en blanco
Primero configuramos la página del esquemático, para determinar su tamaño y añadir información: Título, fecha, etc... Pinchamos en el icono que dice Page settings
Se abre la ventana con el formulario para meter la información de la página. La escribimos y pinchamos en OK
La información que hemos escrito nos aparece en el cajetín de la esquina inferior derecha
Antes de dibujar el esquemático vamos a navegar por la hoja, para tener soltura. Con la rueda del ratón hacemos Zóom para acercar o alejar. Se hace siempre hacia la posición del cursor
Acercamos el cursor al cajetín y hacemos zoom para acercarnos
Vemos mejor los detalles del cajetín. Si queremos volver a ver la página completa pinchamos en el icono Zoom to fit (o pulsamos la tecla HOME)
La navegación se hace muy rápidamente utilizando la rueda del ratón y moviendo el cursor a las diferentes zonas, como se muestra en esta animación
Si dejamos apretada la rueda del ratón y lo arrastramos, logramos desplazarnos por el esquema en la dirección en la que nos movemos. El funcionamiento lo vemos en esta animación:
El siguiente paso es añadir los símbolos de los componentes del esqsuemático, para después unirlos con cables. Tenemos que añadir 3 tipos de componentes: los LEDs, el conector y el símbolo de GND
Para insertar componentes hay que pinchar en el icono que dice Add simbols en la barra vertical de la parte derecha
Si es la primera vez que usamos Kicad, nos volverá a aparecer otro mensaje sobre las librerías. Dejamos marcada la opción por defecto y pinchamos en OK
Se nos abre la ventana para seleccionar el componentes que queramos
Hay que insertar 2 LEDS. Empezamos por el primero. Escribimos LED en la parte superior para buscar todos los símbolos que hay en la biblioteca relacionados con los LEDs
Hemos tenido suerte y el que buscamos aparece el primero. Lo seleccionamos y pinchamos en OK. Volvemos al esquemático y nos aparece el componente junto al cursor. Lo movemos hasta dejarlo en la posición que queremos
Y apretamos el botón izquierdo del ratón. El componente se queda en su sitio. Como está seleccionado, en la parte izquierda vemos toda su información
Si apretamos en el icono que dice Zoom objects nos aparece el componente ocupando toda la pantalla
Vemos que aparece el texto D1. Este valor es su referencia. Cada componente que insertemos tiene una referencia única. Típicamente se utiliza una letras seguida de números. Para los LEDs, como son en realidad diodos, se suele utiliza la letra D, seguida de un Número. Como es el primer LED insertado, se usa el número 1
Repetimos el proceso para añadir el segundo LED
Lo colocamos en otra parte de la hoja, por ejemplo debajo del LED anterior. La referencia que tiene asignada es D2. Por defecto estas referencias se añaden secuencialmente: D1,D2,D3...
Insertamos el conector macho de 3 pines. Pinchamos en el icono de insertar símbolos y tecleamos "Conn_". Nos aparecen todos los tipos de conectores disponibles. Seleccionamos Conn_01x03_Pin y pinchamos en OK
Lo colocamos a la izquierda de los LEDs. La referencia que tiene es J1
Los conectores tienen un número para identificar cada unos de sus pines, comenzando por 1. Estos números los vemos en el propio símbolo del componente: 1, 2 y 3. Esta información es muy importante, porque cada pin llevará una señal diferente, que tenemos que identificar
Por último añadimos el componente GND, que es la referencia de tensión (Tensión de 0v). Buscamos por GND, lo seleccionamos y pinchamos en OK
Colocamos el componente a la derecha de los LEDs
Los componentes colocados los podemos mover y rotar, para posicionarlos exactamente como queremos. También podemos modificar sus propiedades
Vamos a dejar los componentes en posiciones y orientaciones similares a las mostradas en el esquemático original:
Comenzamos por el conector J1. Lo vamos a rotar para que quede en posición vertical. Lo seleccionamos, pinchando en el componente con el botón izquierdo del ratón. Sabemos que está correctamente seleccionado si se ponen en azul TODOS los elementos del componente: Referencia, nombre, pines... Esto es importante porque se pueden seleccionar atributos aislados. No es nuesdtro caso
Apretamos el botón derecho para desplegar las opciones que tiene. Si por error hemos seleccionado sólo una de las propiedades, el menú que aparece será diferente al mostrado en esta figura
Seleccionamos la opción Transform selection y luego Rotate Clockwise para realizar una rotación en sentido horario. Así es como queda nuestro componente:
Esta operación de rotación se puede realizar más rápidamente seleccionando el componente y apretando la tecla R las veces necesarias para colocarlo en la orientación requerida
El componente también lo podemos mover de la misma manera que antes: Lo seleccionamos, apretamos el botón derecho del ratón y le damos a la opción MOVE
Colocamos el conector alineado con el LED superior
El movimiento de componentes se usa con mucha frecuencia por lo que se puede hacer de manera más rápida seleccionando el componente y apretando la tecla M. A partir de ahora lo haremos así
Para que el esquemático quede más limpio, vamos a ocultar el nombre del componente. No queremos que aparezca: "Conn_01x03_Pin". Seleccionamos SOLO esa etiqueta:
En el panel de la izquierda vemos las propiedades de este texto. Desmarcamos la opción Visible para que se oculte
Finalmente movemos la referencia J1 para que está más cerca del conector. Seleccionamos el texto J1, apretamos la tecla 'M' y posicionamos el texto
Nuestro conector J1 ya está listo
Empezamos por el LED D1. Para que sea igual que en el esquemático de referencia, vamos a cambiar su orientación para que apunte hacia la derecha. Tenemos que aplicar la transformación Mirror. Seleccionamos el LED, apretamos el Botón derecho del ratón y pinchamos en la opción Transform Selection/Mirror horizontally
Se cambia la orientación y el LED D1 apunta ahora hacia la derecha. Sólo se cambia la orientación del símbolo. El texto permanece en su orientación normal, para poder leerlo
El texto LED lo hacemos invisible, porque ya sabemos que es un LED al ver el símbolo. No necesitamos que aparezca el texto. Y la referencia D1 la movemos para que está más cerca del símbolo. Esto ya lo sabemos hacer (es igual que antes). Así es como queda:
Repetimos para el LED D2, y aprovechamos para mover los LEDs y dejarlos más juntos
Editamos la etiqueta GND para ponerla más cerca del símbolo
En el esquemático de referencia tenemos 2 símbolos de GND. Así que hacemos Copy & Paste y lo situamos debejo del pin 1 del conector J1
Llega el momento de unir eléctricamente los compoentes. Usamos la herramienta Wire. Primero pinchamos en el icono para tirar cables. El cursor nos cambia, indicando que estamos en modo de tirar cables
Nos fijamos que todas las patas de los componentes tienen un círculo. Eso nos indica que es el Punto de conexión con otros componentes. Vamos tirar el primer cable uniendo el pin 1 del conector J1 con la pata izquierda del LED D1
Pinchamos en el primer punto (izquierdo) y nos vemos hacia el punto de la derecha. Aparece un cable verde:
Ahora pinchamos en el segundo punto (derecha) para finalizar el cable. Esto es lo que nos queda:
Tenemos nuestras dos primeras patas de dos componentes unidas
🚧 TODO 🚧
(DEBUG)
- Cablear: Símbolo Add wire
- Comprobar circuito (ERC): Pinchar en icono
- Sale el error: Error: Input Power pin not driven by any Output Power Pins
- Añdir PWR_FLAG
- Volver a pasar las reglas ERC: todo ok
- Añadir footprints a componentes (Doble click en componentes)
- Propiedad Footprint
- LED: LED_D3.0mm
- Connector: Connector_PinHeader_2.54mm:PinHeader_1x03_P2.54mm_Vertical
- Empezamos el PCB!!
- Page setting (icono) -> Información sobre la placa
- Update PCB from schematics (icono) -> Se importan los componentes
- Hacer el placement: colocamos los componentes
- Definiendo el tamaño de la placa --> Capa Edges cut
- Ajustes estéticos
- Rutado de la placa: Solo cara de abajo (Botton)
- Comprobación de placa (DRC)
- Ajustar tamaño de pistas
- Plano de masa
- Origen de la placa: Place Grid origin
- Origen de taladros
- Directorios de kicad
- ~/.config/kicad
- ~/.local/share/kicad
- Modelos 3D: ~/.local/share/kicad
- Modelos 3D para MECA-LEDS: meca-leds-3dmodels.zip