专栏名称: 深圳开放创新实验室
深圳开放创新实验室是由美国未来研究所、创客大爆炸和深圳市工业设计行业协会联合筹建的一个国际创客交流合作的众创空间和平台项目。实验室致力于发展、挖掘全球创客项目及产品,研发解决方案来连接大规模生产生态系统和小型硬件创业者。
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Fab Academy第六课丨赋予物品灵魂—电路设计

深圳开放创新实验室  · 公众号  · 科技创业 深圳  · 2020-03-13 14:42

正文

在Fab Academy的最新课程中,学员们开始学习电路设计,并重新设计Echo Hello-World电路板。


无论是电脑、手机、智能家居还是最简单的台灯、风扇都需要复杂的电路去赋予了它们灵魂,让它们能够完成自己的职能。而 在Fab Academy课程中学习了 3D打印技术制作外形,但我们还需要赋予物品灵魂 电路设计就是赋予物品灵魂的最好办法。

Fab Academy的官网上有着电路设计时所需要用到的东西,那么我们就一起来看看吧:


电 路 设 计

组 件

电线

按钮

开关

电阻器:I=V/R

电容器:C=Q/V,I=C dV/dt

晶体

电感:V=L dl/dt

二极管

晶体管

电池、调节器

传感器

微控制器

执行器


电 路

基尔霍夫定律:节点上的总电流,环路周围的电压=0

功率:P = I ^ 2 R = IV

EDA

分层的参数化绘图

原理图输入,元件放置,布线

设计规则

布线层,电源层

绘图

模拟电路


软 件

Kicad

Fusion 360

Digi-Key

SnapEDA

Ultra Librarian

MultiSIM BLUE

Altium

Circuit Maker

OrCAD

Cadence

Synopsys

Mentor

Tanner

SPICE

LTspice

Gnucap

Qucs

Falstad


测试设备

数字电压表

示波器

稳压电源


作 业

电路设计作业分为小组作业及个人作业。

小组作业:使用实验室中的测试设备并制作一块微控制器电路板

个人作业:重新画一个echo Hello-World板,至少添加一个按钮开关和LED,检查电路板是否合理,并且能够正常使用。



在了解了作业内容有哪些,有可能运用到的工具和软件后,我们就一起来看看SZOIL学员的作业完成情况,他重新制作的echo Hello-world板又是怎样的呢。


SZOIL 学生作业(上)

本周我将学习“电路设计”课程。 上,这是我最想自我提升的部 在“电路设计”课程之后,我对电子学有了更多了解。


Echo Hello-World Board


通过Echo hello-world板的示例,然后更改原始的“电子设计”,并添加(至少)一个按钮和一个LED(带有限流电阻)。采样电路如下图所示。



我计划使用Autodesk软件EAGLE重新设计新电路板。首先,我安装了EAGLE并创建了一个新项目“ Electronics Design”。我发现本教程的内容(http://fabacademy.org/2019/docs/FabAcademy-Tutorials/week06_electronic_design/eagle_english_workflow.html)确实很有用。在此页面上,我知道在设计之前,我需要从GitLab下载Fab electronics components library和the design rules from GitLab。



我使用Mac进行工作。可能您下载的文件名为“ fabmodule.dru.txt”和“ fab.lbr.txt”。只需删除“ .txt”即可。接下来,找到上面两个文件所在的正确文件夹。



用户名>文档> EAGEL>design rules



用户名>文档> EAGEL>libraries



然后,我们需要在EAGLE中安装fab库。在我的新项目“电子设计”下,创建一个新的原理图。



在最上面一行图标打开的是Open library manager。



在此对话框中,点击“正在使用”至“浏览”,找到我们之前下载的“ fab.lbr”并打开它。



确保fab.lbr位于“使用中”。如果不是,您可以在“可用”的水龙头中找到它,然后选择“使用”按钮,然后在“正在使用”的水龙头中出现“ fab.lbr”。



接下来,我们可以开始设计并从“添加零件”图标添加 Fab electronics components



我遇到的一个小问题是不要直接搜索名称“ fab”。因为我在库中只找到三个RES。我不是为什么会这样的问题,而只是通过滚轮鼠标找到“查找”。



组件


添加完fab.lbr之后,我们就可以从字面上开始电子设计了。我们应该知道我们需要的所有组件。


这是原始的“ Echo hello-world board”列表,还有一个开关按钮和LED。+ ATtiny44微控制器x 1 +晶体20MHz x 1 +电容器1 uF x 1 +电阻499 Ohm x 2 +电阻10K Ohm x 1 + LED x 1 + SMD按钮x 1 + 6针FTDI x 1 + 6针接头x 1,添加所有部分都一一对应。


ATtiny44微控制器(SSU)



电阻(FAB)



Crystal 20MHz



Capacitor(FAB)



6 pin FTDI



6 pin header



LED(FAB)



Button



原理

现在,我添加了所有组件。然后,我需要更改其名称并进行布线。

我们可以使用“ Net”命令连接组件之间的每个引脚。


但是如您所见,屏幕上有许多组件。为了清楚地观察它。我使用另一种方式连接不同的引脚。首先用一根新导线连接该引脚,然后将该导线命名为您要连接的名称。例如,有许多引脚需要连接到VCC(+ 5V)。因此,我只需要将所有相关电线命名为“ VCC”即可。

这里还有三个我经常使用的命令.


最后,我完成了电路板示意图。


完成原理图文件后,我用 ERC Errors 进行检查。此处发现一个错误是“网络连接中缺少连接点”。然后,我使用“连接”命令来连接这些电线。


接下来是生成原理图。


您会发现到处都有大量的电线。因此,我需要更换每个零件,并让所有电线都清晰可见。在下图中,我添加了更多电阻,以后我们可以将它们用作跳线。如果没有,我们可以删除多余的。

使用“ Route Airwrie”命令制作特定电线。


在这里可以更改有关Airwrie路线的参数,例如形状和宽度。


这部分非常重要,这取决于放置每个组件的合理程度。在这一部分中,我使用了“移动”和“旋转”命令。因为这一次我们制作了一侧PCB板。因此,所有电线都无法穿过。如果可以避免,可以使用电阻器作为跳线来解决问题。

最后,我做到了。我花了几个小时。


使用Fab module检查是否有错误。

加载我之前下载的文件。


通过“DRC错误”对话框,我们可以找到我们犯的每一个错误。


这步要逐个检查。在这些错误中,我们可能会画一些无用的线,比如下面的图片。软件会在发生错误的地方注册。


电路安装好后,确保没有任何错误。






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