使用EAGLE画原理图

介绍

用EAGLE设计PCB需要两步。首先设计你的原理图,然后进行基于该原理图的印刷电路板PCB的布线。EAGLE的电路板编辑器和原理图编辑器紧密结合在一起。一个好的原理图是方便进行PCB布线的前提。它将在制作电路板前帮助您查找可能的错误,然后当某个部分不能正常工作时它能协助你反过来查看电路原理图是否存在问题。

本教程的第一部分是使用EAGLE系列,这部分讲述的是EAGLE的原理图设计。第二部分是:使用EAGLE对电路板布局,我们将使用在本教程中设计的原理图作为基础实例去展示我们的主板布局。

Schematic and board layout from Using EAGLE tutorials

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如果你想要完成本教程,请确保您已经安装了EAGLE软件。在继续阅读教程之前,肯定通读以下教程:

创建项目

我们将由为我们的设计创建一个新工程文件夹开始。在控制面板,在“Project”树下,右击你想放置工程的目录(默认EAGLE在你的home文件夹里创建一个“eagle"目录),然后选择”New Project"

How to create a project folder

给新创建的、 红色的项目文件夹一个描述性名称。比如" Bare Bones Arduino "。

Project folder created

项目文件夹像任何正常的文件系统文件夹,除了他们含有一个被称为”eagle.epf"的文件。EPF文件链接你的原理图和电路板在一起,并且也保存一些你可能特别为这个项目设置的参数。

创建原理图

项目文件夹将包含原理图和电路板设计文件(也有最终我们的gerber文件)。开始设计过程,我们需要展示一个原理图。

添加一个原理图到一个工程文件夹,右键文件夹,鼠标悬停在“New"然后选择”Schematic“。

Creating a new schematic

一个新的,空窗口应该立即弹出。欢迎到原理图编辑器!

给原理图添加元件

原理图设计是两步过程。第一你要添加所有的元件到原理图表,然后这些元件需要连接到一块。你可以混合步骤——添加少量元件,连线少量元件,然后添加多一点——但是因为我们已经有一个参考设计我们将一下子添加所有。

使用ADD工具

添加工具5.1(在左边的工具栏上,或在编辑菜单下)——就是你将使用来在原理图上放置每个单一元件。ADD工具打开一个库导航器,你可以扩展特定的库查看它含有的元件。一个元件在左边被选中,右边的视图更新显示元件的原理图符号和它的封装。

An example of navigating the ADD tool

ADD工具也有查找功能——非常有用当你浏览许多库去找一个元件。查找非常按文字的,所以不要拼错东西!你可以通过放置一个星号(*)在你的条目之前或之后添加通配符到你的查找。例如如果你搜索atmega328你应该在库里找到单一元件或包组,但是如果你搜索*atmega328*(注意前后星号),你将发现更多版本的集成电路(因为他们实际上被命名为”ATMEGA328P").你将可能想熟悉总是添加星号在你条目前后。

Searching the ADD tool. Wildcards!

实际上从库中添加一个元件选择你想要的元件点击“OK",或者双击你的元件。

第一步:添加框架

框架不是最终PCB布局的重要组件,但是它使你的原理图看起来整洁和有组织。这个框架我们相应的应该在SparkFun-Aesthetics库,它被命名为FRAME-LETTER。通过查找或浏览找到它然后添加它到你的原理图。

Adding the frame

在你选择你想添加的组件后,它将”发光“然后开始悬浮跟随你的鼠标。为了放置这个元件,左击(一次!)。让我们放置这个框架所以它的左下角正好从原点开始(小的点十字,原理图的静态位置)。

Frame added

放置元件之后,ADD工具假定你想添加令一个——一个新的框架应该出现跟随你的鼠标。为了摆脱添加模式ESC按两次或仅仅选择一个不同的工具。

第二步:保存(经常保存)

现在你的原理图是一个没有标题的缓存文件。为了保存到File>Save,或点击蓝色软盘按钮 — —9。用一些描述性的东西命名你的原理图。”BareBonesArduino.sch"(SCH是所有EAGLE原理图的文件格式)。

作为奖励,保存之后,你的框架应该相应更新(你可能移动屏幕,或到View>Redraw)。

第三步:添加电源输入

下次我们将添加四个不同元件专门用于我们的电压供应输入。使用添加工具用于这些元件:

元件描述 元件名称 数量
5.5mm Barrel Jack (PTH) SparkFun-Connectors POWER_JACKPTH 1
0.1µF Ceramic Capacitor SparkFun-Capacitors CAPPTH 1
Voltage Supply Symbol SparkFun-Aesthetics VCC 1
Ground Symbol SparkFun-Aesthetics GND 2

所有的这些元件将走在原理图框架的左上方。像这样安排︰

Power circuitry placed

如果你需要移动元件,使用MOVE工具——11(左工具条或者在Edit菜单下)。在元件上左击一次选取它(你的鼠标应该悬浮在元件的红“+”原点)。然后在一次左击当它需要放在的地方。

第四步:微处理器和支持电路

下一步我们将设计的主要组件——ATmega328微控制器——包括一些支持它的组件。这是我们将要添加的组件:

元件描述 精确元件名 数量
ATmega328P (PTH) SparkFun-DigitalIC ATMEGA328P_PDIP 1
¼W Resistors SparkFun-Resistors RESISTORPTH-1/4W 4
5mm LEDs SparkFun-LED LED5MM 3
0.1µF Ceramic Capacitor SparkFun-Capacitors CAPPTH 1
Voltage Supply Symbol SparkFun-Aesthetics VCC 2
Ground Symbol SparkFun-Aesthetics GND 4

当你放置它们旋转元件时,选择四个旋转工具条之一——12——或右击在放置元件之前。放置你的微控制器在框架中心,然后在它周围添加其它的元件像这样:
Microcontroller circuit added

第五步:添加连接端子

三个连接端子将结束我们的设计。一个8脚接头分开模拟引脚,一个6脚串行编程头,然后是一个2x3脚ICSP编程头。这里是这步要添加的3个元件:

元件描述 精确元件名 数量
8-Pin 0.1" Header SparkFun-Connectors M081X08 1
2x3 AVR Programming Header SparkFun-Connectors AVR_SPI_PRG_6PTH 1
6-Pin Serial Programming Header SparkFun-Connectors ARDUINO_SERIAL_PROGRAMPTH 1
Voltage Supply Symbol SparkFun-Aesthetics VCC 2
Ground Symbol SparkFun-Aesthetics GND 2

最终!这是你的添加了每一个元件原理图看起来的样子:

Microcontroller circuit added

下面我们便一起来连接它们。

连接原理图

当所有组件添加到了我们的原理图,是时候把它们连在一起了。在我们开始之前有一个重要的警告:即使我们在原理图中连接元件,我们不使用WIRE工具——15——去连接它们。相反,我们用的是NET工具——16——(在左边的工具栏或者在Draw菜单下)。wire工具更应该说是一个几何画线工具,仅仅起到标示的作用。NET工具才是用在连接元件,建立电气连接的工具。

Use NET not WIRE

使用NET工具

为了使用NET工具,悬浮在引脚的尾端(尽可能近,如果需要的话放大),然后左击一次开启一条线。现在一条绿色的线应该跟随你的鼠标移动。终止这条网线,左击其它的引脚或网线。

Routing GIF

 最难的部分,有时候,是确定电路符号的哪一部分是真正的引脚。通常它们由细的,水平,元件一侧出发的红线识别。有时(不总是)它们用引脚数字标记。当你开始或结束一条网线时确保你点在引脚的终端。

连接电源输入电路

回到左上角,像这样连接电源输入电路:

Power circuit wired up

无论何时一条网线分成两个方向,一个连接节点将会产生。这表示所有三个交叉的网线是连在一块的。如果没有节点,这些网线没有连在一块。

连接ATmega328电路

下一步,我们将连接ATmega328到它的支持电路。有LED,一个连接端子,电阻,电容和VCC/GND符号要连接:

Wiring the ATmega circuit

 不要忘记在LED,电阻,和GND符号添加网线!

给总线命名和做标记

最后的我们要连的网线不会轻松的简单连接。例如,我们需要连接JP2上的TXO脚到ATmega328的RXD脚,自始至终在另一边。你可以直接连,它可以工作,但是它将真的很难看。相反,我们将使用网络存根然后给它们独特的名字连接它们。

我们将开始添加短的,一边网线到串行接头的六个脚的每一个脚。以一个脚的一个网线开始,就像你已经做的。通过左击到右侧引脚有一些格子长度终止这个网线。然后,不是连接到另外的引脚,只是点击ESC结束连线。当你完成,它应该像这样:

Net stubs added to connector pins

接下来,我们使用NAME工具——28——(在左边的工具栏或者在编辑菜单下)——去命名六根线。当NAME工具被选择后,单击一个线路就会出现一个新的对话框。先给最上面的线路命名为GND引脚,删除自动匹配的名字(比如N$14),然后用GND代替它。这会导致一个警告对话框,询问你是否想要连接这个线路到其他所有都叫GND的线路。点击YES。

在命名了一个线路后,你应该使用LABEL工具——22——去添加一个文本标签。当选择了这个工具。单击你刚刚命名的线路。它再生出一个写着GND的文本,再次单击把文本放在你的线路上方。

接着,剩下的五个线路也是同样的方法。最后,他们看起来想这样(给TXO引脚的线路一个命名为RX,连接RXI的线路叫做TX):

Net stubs named and labeled

 VCC应该仅仅是其它的网线警告你,你将被连到其它被称为“VCC"(连到VCC电压节点的一切)。至于其它命名的网线,我们将需要在其它地方创建同样的存根。到底哪儿?是的,我们需要在ATmega328上添加一个”RX"和“TX"网线,还有附近的”DTR":

Naming and labeling RX, TX, and DTR

虽然这里没有绿色连接线连接这些引脚,但是这些有相同名字的线路都已经被连接。

我们需要做很多名字把2*3编程接线头和ATmega328相连接。首先,像下面连接接线头(标记为MOSI, MISO, SCK, 和 RESET)

ICSP connecter wired

然后,回到ATmega328,添加四个同样的命名的/标签的网线:

ATmega328 SPI pins named/labeled

啊——你完成了。兴奋,是时候使用EAGLE对电路板布局啦!当你的原理图完成,它看起来应该像这样:

Final schematic


原理图设计已经完成,但是在进行到pcb布线教程前,我们想分享一些要点:

提示与技巧

命名和取值

每个在你的原理图上的元件都有两个可编辑文本区域:名字和值。名字是身份标记比如R1,R2,LED等等。每个在原理图上的元件都有一个独特的名字,你可以用NAME工具——28——改变任何一个元件的名字?

一个元件的值允许你去分辨元件的不同特性。比如,你可以设置一个电阻的电阻值和一个电容的电容值。元件值的重要性主要取决于它是什么类型的元件。像电阻电容等等,当你积累了一堆材料或者一沓表格时,它们的值是很重要的信息。要调整元件的值,使用 VALUE 工具——29 .

检查连线

SHOW工具————30对于查证你的原理图上引脚的连接是否正确是很有用的。如果你在一个线路上使用SHOW,每个连接的引脚都被标亮。如果你不确定两个相同名字的线路是否正确连接,那么就使用SHOW工具吧。比如,用该工具选定GND,那么将有一批GND被标亮。

SHOWing a GND trace

除了使用SHOW,你还可以暂时移动元件检查线路是否与它连接。用MOVE移动元件,跟该元件连接的线路将调整去适应它。这个只是去检查。你点击ESC退出移动(或者当你无意中移动了元件,你可以选择撤销)

Moving a part to verify a connection

如果所有的线路跟随元件一起移动,那么所有的线路连接都是对的。

如果一个线路不跟随元件移动,那么它没有与元件正确连接。重复确认你是否连接了每个引脚的终端,而不是超过终端或者没有连接。

Poorly routed net

如果你有一些没有正确连接的线路,删除34 它,然后重新连接。

整组移动/删除/等等

任何你使用在单个元件上了工具,都可以用在组上。建立组和在组上操作只需要两步。首先,使用组工具35去选择你想要修改的元件,您可以按住鼠标左键,并拖动一个框在他们周围,或单击多次在一个组的周围绘制一个多边形。一旦一个组做成,每个在组里面的物体都会放大。

在建立了组后,选择你要使用的工具。在左边底层的状态框将给出你选择的工具的一些有用信息:

Group move status box

为了操作一个组,你必须选择一些工具,然后按住CTRL键,在组上单击右键。在你CTRL+单击右键后,那么工具将会像操作单个元件一样操作一个组。

复制/粘贴

EAGLE的复制和粘贴工具并不像其他的复制粘贴一样使用。当使用复制工具36时,它实际上就使用了复制和粘贴功能。当你复制了原理图上任意物体的一个部分名字,文本,线路,等等。真正的复制将立即再生一个元件,并按照你的鼠标放在等待的位置。这对于你多次重复添加相同元件有很大作用。

粘贴工具37只能用于粘贴之前被你复制在剪切板的组。在用粘贴工具之前,你必须先创立一个组,然后(选用复制工具)CTRL+单击右键去复制它,此时按住ESC退出而不是粘贴。这个过程是把复制的组保存到你的剪切板里,然后你可以使用粘贴工具把它放在任何地方。当你需要复制一个原理图里的元件到另外的原理图上时,这个工具是很有用的。


cc

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本文由翻译美国开源硬件厂商Sparkfun(火花快乐)的相关教程翻译,原始教程采用同样的CC BY-SA 4.0协议,为便于理解和方便读者学习使用,部分内容为适应国内使用场景稍有删改或整合,这些行为都是协议允许并鼓励的。

原始文章及相关素材链接:

https://learn.sparkfun.com/tutorials/using-eagle-schematic
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