KiCad Tutorial – EESchema – Bauteile auswählen und einsetzen

Diese Artikel-Reihe beschäftigt sich mit dem Programm KiCad, einem Tool zu Erstellung von Schaltplänen und dem Entwurf von Leiterplatten. Diese Software ist kostenlos, völlig ohne Beschränkungen und sie wird ständig weiterentwickelt.

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Nachdem nun der Schaltplan erstellt und grundlegende Einstellungen durchgeführt wurden, können wir uns in diesem Teil des KiCad-Tutorials darum kümmern Bauteile auszuwählen und diese zu platzieren. Außerdem werde ich darauf eingehen, wo sich die Symbole der  Spannungs-versorgung befinden und wie sie eingesetzt werden.

Bauteile auswählen und einsetzen

Endlich, die ersten Bauteile werden platziert und die Schaltung nimmt Form an. Aber HALT! Im letzten Teil haben wir doch gelernt, dass wir zuerst die Schaltung beschriften. Und das machen wir, in dem wir auf „Seite einrichten“ klicken. Im sich öffnenden Menü tippen wir für diese Übung die folgenden Informationen ein:

Revision: 1.0
Titel: PCF8574 Portexpander
Firma: timogruss.de

Das nächste Bild zeigt wie der Beschriftungskasten unten rechts jetzt aussehen sollte. Ich kann wirklich empfehlen, diese Möglichkeit zu nutzen. Ich verliere gerne den Überblick über die ver-schiedenen Zeichnungsversionen, wenn diese Info auf der Zeichnung fehlt.

KiCad - Beschriftungsfeld

KiCad – Beschriftungsfeld

Bei der ersten Schaltung möchte ich mit etwas Einfachem starten, so dass meine Wahl auf die Portexpander-Schaltung fiel. Sie besteht aus nur wenigen Bauteilen, wovon nur eins nicht in den Standardbibliotheken zu finden ist. Dieses werden wir im nächsten Artikel konstruieren. Jetzt kommen wir aber wirklich zum ersten Bauteil, dem PCF8574. Dafür rufen wir die Bauteilauswahl über die entsprechende Schaltfläche auf der rechten Seite auf.

KiCad - Schaltfläche Bauteilauswahl

KiCad – Schaltfläche Bauteilauswahl

Dadurch öffnet sich das erste Bauteilauswahl-Fenster. Hier gibt es mehrere Möglichkeiten um an das PCF8574 Modul zu kommen. Wir rollen das Feld von hinten auf:

KiCad - Bauteilauswahl

KiCad – Bauteilauswahl

Möglichkeit Nr. 3 – Mittels Bibliotheksbrowser
Der Klick auf diesen Knopf öffnet den o.g. Browser, der drei Fensterbereiche aufweist. Im Bereich A wählen wir die Bibliothek „Philips“, da dieser Baustein ursprünglich ein Philips-Fabrikat war (heute NXP). Daraufhin füllt sich das Fenster B mit den, im Bild sichtbaren, Bauteil-Einträgen, wobei auch der gesuchte PCF8574 zu finden ist. Mit einem Klick auf diesen Eintrag wird das Schaltplansymbol im Fenster C dargestellt. Um dieses Symbol in den Schaltplan zu überführen ist ein Klick auf die Schaltfläche 8 „Bauteil zu Schaltplan hinzufügen“ nötig.

Eine nützliche Information befindet sich im Bibliotheksbrowser im unteren Bereich, unter den drei Fenstern. Dort befindet sich die Angabe der Schlüsselwörter, die diesem Bauteil zugeordnet sind. Beim PCF8574 ist dort der Begriff „I2C“ zu finden. Dies Info werden wir später nochmal benötigen.

KiCad - Bibliotheksbrowser

KiCad – Bibliotheksbrowser

Möglichkeit Nr. 2 – Liste alles

Wird die vorherige Ansicht des einzufügenden Symbols nicht benötigt, ist es möglich, die Auswahl ein wenig zu beschleunigen. Mit dem Klick auf „Liste alles“ öffnet sich die Liste aller Bibliotheken, aus der die Philips-Bibliothek durch einen Doppelklick ausgewählt wird. Dadurch öffnet sich eine weitere Liste mit allen, in der Bibliothek vorhandenen, Bauteilen. Aus dieser wird der PCF8574 per Doppelklick ausgewählt. Dieses Symbol landet sofort auf dem Schaltplan.

Die beiden separaten Listen können im Bibliotheksbrowser über die Tasten 1 und 2 aufgerufen werden.

Möglichkeit Nr. 1 – Suche nach Schlüsselwort

Noch einfacher geht es mit der Nutzung der Schlüsselwortsuche. Dafür ist es aber notwendig, dass das Schlüsselwort des zu findenden Schaltsymbols bekannt ist. Weiter oben haben wir gesehen, dass der PCF8574 als Schlüsselwort „I2C“ eingetragen hatte. Geben wir I2C im Feld „Namen“ der Bauteilauswahl ein und drücken „Suche nach Schlüsselwort“, erhält man eine Liste mit allen Bauteilen, die I2C als Schlüsselwort führen, inklusive des PCF8574. Per Doppelklick wird das Symbol in den Schaltplan eingefügt. Der Nachteil dieser Variante ist, dass das entsprechende Schlüsselwort bekannt sein muss. Andernfalls kann es sein, dass die Suche erfolglos bleibt.

KiCad - Schlüsselwort

KiCad – Schlüsselwort

Der PCF8574 sollte nun (eventuell noch per Mausklick), wie auf dem nächsten Bild zu sehen, auf dem Schaltplan platziert sein.

KiCad - Bauteil wurde eingefügt

KiCad – Bauteil wurde eingefügt

Bauteile bewegen, ausrichten und kopieren
Als nächstes soll eine LED eingefügt werden. Dazu öffnen wir über die Schaltfläche (oben rechts) die Bauteilauswahl und schreiben „led“ in das Feld „Name“. Im Anschluss drücken wir einfach auf die „Return“-Taste der Tastatur. Es sollte nun ein Leuchtdioden-Symbol am Mauszeiger hängen.

Standardmäßig zeigt die LED nach rechts, was wir so nicht gebrauchen können. Mit einem Druck auf die Taste „R“ der Tastatur rotiert das Symbol in Uhrzeigerrichtung. Da die LED noch am Mauszeiger „hängt“, verschieben wir diese rechts oberhalb von Pin 4 und legen das Symbol mit einem Mausklick ab.

Sollte das Symbol nochmals bewegt werden, hängt ein Druck auf die Taster „M“ das Symbol wieder an den Mauszeiger und lässt sich so verschieben.

Befindet sich der Mauszeiger über einem Symbol und wird die Taste „C“ gedrückt, wird das entsprechende Symbol kopiert und direkt an den Zeiger gehängt um es zu verschieben und anschließend zu platzieren.

Auf diese Weise werden abschließend noch vier Widerstände (device > R), zwei RJ12-Buchsen (conn > CONN_10), ein Kondensator (device > Csmall) und drei 3-Pin-Steckerleisten (conn > CONN_3), wie auf dem folgenden Bild zu erkennen, auf dem Schaltplan platziert.

KiCad - Alle vorhandenen Bauteile sind platziert

KiCad – Alle vorhandenen Bauteile sind platziert

Wichtige Tastenkürzel

C - Bauteil kopieren

M - Bauteil bewegen

G - Bauteil verschieben (Verbindungslinien bleiben bestehen)

R - Bauteil rotieren

X - Bauteil spiegeln

Ent - Bauteil löschen

Diese Funktionen können auch über einen Klick der linken Maustaste auf ein Symbol ausgeführt werden.

KiCad - Bauteilemenü

KiCad – Bauteilemenü

Bauteilwerte verändern

Die bislang platzierten Bauteile besitzen keinerlei spezifischer Werte. Als Beispiel möchte ich hier die Vorwiderstände der Leuchtdioden heranziehen. Zwei Textinformationen sind jedem Widerstand zugewiesen, R und R?. Es handelt sich hierbei um den Wert (R) und die Referenz (R?). Die Referenz ist die eigentliche Bezeichnung des Bauteils und darf in einem Schaltplan nur jeweils einmal vorkommen. Bei der sogenannten Annotation wird aus dem Fragezeichen eine Nummer, wie z.B. R1, R2, R3, bzw. C1, C2 usw. Es kann zwar eine C1 und ein R1 auf einem Schaltplan vorhanden sein, zwei R1 sind jedoch nicht möglich.

Der Wert eines Bauteils hingegen kann durchaus häufiger vorkommen. In unserem Fall werden alle vier Widerstände den Wert 220 erhalten, da es sich um 220 Ohm Widerstände handelt. Um diesen Wert eintragen zu können reicht ein Druck auf die Taste „E“ (es funktioniert aber auch mit der Taste „V“ oder einem Rechtsklick auf den Wert) auf den Wert R.

KiCad - Bauteil editieren

KiCad – Bauteil editieren

Im sich öffnenden Fenster „Feld Wert editieren“ wird der Wert des Bauteils eingetragen und mit OK bestätigt.

KiCad - Bauteilwert eintragen

KiCad – Bauteilwert eintragen

Auf diese Weise werden nun die folgenden Bauteile geändert (siehe nächstes Bild)

KiCad - Geänderte Bauteile

KiCad – Geänderte Bauteile

Alternative Vorgehensweise

Über einen Rechtsklick, die Taste E oder V gelangt man zum oben erklärten Fenster „Feld Wert editieren“. Daneben existiert aber noch eine umfangreichere Möglichkeit das gesamte Symbol zu editieren. Mit einem Rechtsklick neben dem Wert, aber innerhalb des Bauteilsymbols, öffnet sich ein Menü. Dort muss „Bauteil editieren“ ausgewählt werden. Im sich öffnenden Untermenü klicken wir auf „Editieren“. Wie man im Untermenü sieht, hätte man diese Klickerei mit einem Tastendruck auf „E“ abkürzen können.

KiCad - Bauteil Eigenschaften

KiCad – Bauteil Eigenschaften

Es hat sich das neue Fenster „Bauteil Eigenschaften“ geöffnet. Durch einen Klick im oberen, rot umrandeten, Bereich, ist es möglich die Eigenschaften des Wertfeldes zu editieren. Diese befinden sich in unteren markierten Bereich. Der Feldwert steht hier bereits auf 220. Daneben ist es auch noch möglich die Schriftgröße (in Zoll, hier mit 0,050 angegeben) und die Position des Werte-Text (ebenfalls in Zoll, hier beide auf 0,000) zu ändern.

Es können noch viel mehr Dinge verändert werden. Darauf werde ich aber in diesem Artikel nicht explizit eingehen. Ich glaube aber, dass uns dieses Menü noch häufiger begegnen wird.

KiCad - Bauteileigenschaften ändern

KiCad – Bauteileigenschaften ändern

Symbole der Spannungsversorgung setzen

Zuletzt benötigt die Schaltung noch entsprechenden Symbole für die Spannungsversorgung. Dabei ist zu beachten, dass die Versorgung über die beiden I²C-Buchsen erfolgen wird. Pin 5 ist für VCC und Pin 6 für GND zuständig. Außerdem hat das Symbol des PCF8574 seltsame Bezeichnungen für die Versorgung, VSS steht für GND und VDD für VCC.

Um die Liste der unterschiedlichen Spannungsversorgungen aufzurufen, klickt man, oben rechts, auf die im Bild markierte Schaltfläche.

KiCad - Spannungsquelle hinzufügen

KiCad – Spannungsquelle hinzufügen

Daraufhin wird ein Bauteilauswahl-Fenster geöffnet (sehr ähnlich dem, welches wir weiter oben benutzt haben). Wenn der Symbolnamen bekannt ist, reicht es aus, diesen in das Feld „Namen“ einzutragen und Return oder auf OK zu drücken. Hat man also „gnd“ eingetragen und Return gedrückt, erscheint das GND-Symbol, an den Mouse-Cursor gehängt, auf dem Schaltplan und kann platziert werden.

Die Schlüsselwort-Suche wird leider nicht funktionieren, da die Versorgungssymbole keine Schlüsselworte besitzen. Das macht diese Schaltfläche ziemlich unsinnig. Wir klicken auf „Liste alles“

KiCad - Spannungsquellen-Auswahl

KiCad – Spannungsquellen-Auswahl

Das folgende Fenster „Bauteil auswählen (eigentlich ist diese Bezeichnung nicht ganz korrekt) scrollen wir sehr weit runter um zu GND, bzw. VCC zu gelangen.

KiCad - Spannungsquelle auswählen

KiCad – Spannungsquelle auswählen

Für dieses Beispiel wählen wir zuerst VCC (also die +5V Versorgung), klicken auf OK und platzieren das Symbol oberhalb des Kondensators. Das gleiche machen wir mit GND, platzieren es jedoch unterhalb des Kondensator.

KiCad - VCC und GND Symbole wurden platziert

KiCad – VCC und GND Symbole wurden platziert

Nun habt ihr das gesamte Hexenwerk der Bauteil-Platzierung erfolgreich durchgeführt. Lediglich die übrigen Versorgungssymbole müssen noch eingefügt werden, da wir sie für die nächsten Artikel benötigen. Aber dass sollte nun kein Problem mehr darstellen, oder? Details könnt ihr aus dem folgenden Bild entnehmen.

KiCad - Alle Bauteile wurden eingefügt

KiCad – Alle Bauteile wurden eingefügt

Im folgenden Artikel werde ich das Thema „Neues Bauteilsymbol zeichnen/ Bauteil ändern“ beleuchten. Da noch vier Tastersymbole fehlen, wird eine neue Bibliothek erstellt, das Symbol gezeichnet und die neue Bibliothek im Anschluss hinzugefügt.

Bei Fragen oder Anregungen, freue ich mich sehr über eure Kommentare!

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