00's Adventure

作业6:电路设计[FabNotes013]

学习电路设计这周的作业是:

Redraw the echo hello-world board

  • add (at least) a button and LED (with current-limiting resistor)
  • check the design rules, and make it
  • extra credit: simulate its operation

也就是从零开始设计一块电路板,并且动手做粗来。

这时,电路小白有点方,扒出别人的作业开始照猫画虎。

1. 导入元件库

电路设计的软件有很多,选了据说功能最强大的 Eagle(主要是以前同学的教程基本都是用的 Eagle)。Eagle 提供了海量的电子元件库,而且 FabAcademy 作业的库也已经有人整理好了。在开工之前,先下载元件库并导入到 Eagle。

Eagle 界面的功能图标简直让人抓瞎,完全看不懂什么意思,只好一个一个悬停等看 tooltip。顶部工具栏有一个好像三个温度计的图标,用来导入元件库。

2. 选择元件到画布

Eagle 主要分成两种文件/视图:schemetic 用于元件布局和指定元件关系,保存为 .sch 文件;board 用于生成线路,保存为 .brd 文件。

元件库准备就绪后,我们需要把电路中用到的所有元件一口气都找出来,加到设计中。首先,把最重要的微控制器 ATtiny44 找到。在 FAB 元件库中选择 ATTINY44-SSU ,然后点「ok」,鼠标放置到合适的位置上,再点击,元件就放好了。

放好一个元件后,按下「esc」键,可以快速回到元件选择面板,继续添加其他元件:

3. 完成电路设计

所有元件添加好以后,需要对元件名、值、引脚等做出相应的修改。其中最关键的是,将每个需要用到的引脚,拉出一条线,并且打上需要连接元件的标签。这个过程会用到下面这些功能:

这一步坑很多。必需仔仔细细检查每一个引脚的标签到底有没有打对。而且从引脚引出来的线不能跟引脚本身重合,而只能恰好在接触的地方有一个交点。如果在设计视图没有把所有细节弄对,到电路板视图时,就会死活连不好。推倒重来几次后,终于完成了 schematic 视图:

4. 生成电路板

点击元件库按钮旁边的 “Generate/Switch to board” 按钮,来到鸡(zhe)冻(mo)人(si)心(ni)的电路板视图:

程序会根据设计视图中,所有元件的连接关系,自动打好虚拟连接线(黄色的细线,不能在 board 视图中删除,必需回到 schemetic 视图中修改引脚关系)。

把所有元件拖到白色矩形框内,用 move / rotate 等命令去调整元件的位置和摆放。这时最好把 Grid 设置中的网格改小一些,不然难对齐。

看上去所有元件已经各就各位。下面要开始拉线路轨迹了。这时可以再使用一下 “Ratsnest” 命令,清除掉冗余的连接线。

试着用了一下 Autorouter 自动连线功能,但是效果并不好,有些线没连上,走线也比较混乱:

5. 手动连线

自动连线的美梦破裂,只好自己动手。选中一个引脚,视图中会高亮出要跟这个引脚连接的所有引脚,拉出线路按照横平竖直拐角45°的规则,把它们都连起来。每连接好两个脚,细黄线就会消失,说明连对了。到最后没有黄色细线剩下,就说明全部连完鸟。连线时有个小技巧:右键可以快速切换连线的类型(直线/向下45°角/向上45°角)

连线完成之后,可以在图层管理中,隐藏掉除了“top”以外的所有图层,就能看到颜值提升的成品了:

Downlong my eagle files

6. 导出

导出电路板 traces 图层时,只选择显示“top”层就够了。这里需要勾选上“Monochrome”单色选项,方便导出成黑白图像,给到 fab module 做识别。

然后,隐藏除了 “Dimension” 之外的其他图层,导出电路板边框:

7. 切割

又到了 milling 时间。把刚才导出的 png 文件传到 fab modules 里。png 用的 1500 dpi ,效果看起来还不错:

折腾了好几次贴板、换头、校准、调零,开切:

新换的 1/64 刀头果然比较给力。除了名字那里有点毁,切好的板子一副良民模样:

8. 组装

终于到了最后一步,组装元件。

从一大堆元件包中,一个一个翻出需要用到的元件,简直不能更崩溃 —— 丫们一个比一个小,恨不得五指全变镊子才抓得住。居然花了差不多20分钟才凑齐所有元件。为了保险起见,先在白纸上把大家摆好,然后用笔画出连线。一会照着连就是了。

焊元件过程还是相当愉快的,虽然还是掌握不好焊第一个引脚时的技巧,手一抖就歪掉…… 但已经比第一次熟练多了。

全部焊完以后才发现……有放大镜,我为什么没有看到…………

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