KiCad Tutorial – EESchema – Verbindungslinien

Gültig für die Version 2013-03-19

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.

Hier geht es zur Übersichtsseite mit allen Artikeln der KiCad-Tutorial-Reihe.

Im letzten Artikel habe ich die Erstellung von neuen Schaltplan-Symbolen erklärt. Nun werden wir uns die Verbindungen der Bauteile vornehmen. Die einzelnen Pins miteinander zu verbinden ist eigentlich eine einfache Sache, die nur wenig Erklärung bedarf, jedoch gibt es auch hier wieder ein paar Besonderheiten, die ich gerne darstellen möchte. Dieses Kapitel wird aus drei Teilen bestehen – einfache Verbindungen, Labels und Busverbindungen.

Ganz bewusst werde ich die hierarchischen Labels außen vor lassen. Hierarchische Schaltpläne und Labels sind ein Thema für sich und werden sicherlich später näher betrachtet. Da ich aber erst einmal die Grundlagen-Themen abarbeite, wird das noch etwas dauern.

Einfache Verbindungen

Zu Beginn möchte ich den aktuellen Stand des Schaltplans zeigen um den Ausgangspunkt zu definieren.

KiCad - Neu hinzugefügte Taster

KiCad – Neu hinzugefügte Taster

Einfache Verbindungen sind, wie der Name schon sagt, die normalen Verbindungslinien, mit der die Bauteilpins miteinander verbunden werden. Diesen gegenüber steht die Busverbindung die zusammengefasste Verbindungen darstellt.

Wir fangen mit den Verbindungen links vom PCF8574 an und klicken hierfür auf die Schaltfläche für einfache Verbindungen in der rechten Menüleiste.

KiCad - Schaltfläche für einfache Verbindungen

KiCad – Schaltfläche für einfache Verbindungen

Gleich darauf klicken wir mit dem Mauskreuz an das Ende des Pins 3 der dreipoligen Stiftleiste, mit dem Wert „A0“, worauf die Verbindungslinie von dort aus zum Pin des VCC-Symbols gezogen wird.

KiCad - Verbindung erstellen

KiCad – Verbindung erstellen

Dort angekommen klicken wir an den VCC-Pinanschluß und die Verbindungslinie wird automatisch beendet. Die nächste Verbindung starten wir am Pin 3 der A1 Stiftleiste. Diesmal ziehen wir die Verbindung bis zur zuvor erstellen Verbindung und beenden diese dort mit einem weiteren Mausklick. An dieser Stelle sollte nun ein Knotenpunkt auftauchen, der signalisiert, das die hier aufeinander treffenden Verbindungslinien miteinander verknüpft sind.

KiCad - Knotenpunkt erstellen

KiCad – Knotenpunkt erstellen

Mit dieser Vorgehensweise werden die folgenden Verbindungen erstellt. Die P0..7- und die INT-Leitungen werden noch nicht gezeichnet, die benötigen wir für die folgenden Verbindungstypen.

KiCad - Alle einfachen Verbindungen sind erstellt

KiCad – Alle einfachen Verbindungen sind erstellt

Sollte eine Verbindung entfernt werden müssen, dann reicht es, den Mauszeiger über die entsprechende Verbindung zu ziehen und ENTF zu drücken. Im Zweifel fragt KiCad, welche Verbindung gemeint ist.

Label für „Keine Verbindung“

In einigen Fällen werden einzelne Pins nicht im Schaltplan benötigt und sie erhalten daher keine Verbindung. In solchen Fällen ist es besser KiCad mitzuteilen, dass ganz bewusst keine Verbindung erstellt werden soll. Hierfür gibt es ein spezielles Symbol – das „Keine Verbindung“ Symbol. In der rechten Menüleiste befindet sich die entsprechende Schaltfläche.

KiCad - Schaltfläche für 'Keine Verbindung'-Symbole

KiCad – Schaltfläche für ‚Keine Verbindung‘-Symbole

Das Symbol wird auf die freien Pins platziert und genau das machen wir für die, im folgenden Bild dargestellten, freien Pins.

KiCad - Gesetzte 'Keine Verbindung'-Symbole

KiCad – Gesetzte ‚Keine Verbindung‘-Symbole

Labels

Werden zwei oder mehr Pins miteinander verbunden, so erhält die entsprechende Verbindung einen Namen von KiCad zugewiesen. Dabei verwendet KiCad den Namen „N-000000“ und ersetzt die Nullen durch eine fortlaufende Zahl (z.B. N-000053). Es ist jedoch möglich, der Verbindung manuell einen Namen zuzuweisen, in dem man sogenannte Labels verwendet.

Lokale Labels

Dieser Labeltyp eignet sich hervorragend zur Verbindung von zwei (oder mehr) Kontakten auf dem gleichen Schaltplan ohne sie mit einer Leitung zu verbinden. Wie ganz zu Beginn erwähnt, werden wir hier und heute nicht über hierarchische Schaltpläne sprechen (dort hat man mehr als einen Schaltplan für ein Projekt).

Eine Verbindung ohne eine Verbindung?! Was das sein soll zeige ich jetzt. Wir haben im letzten Kapitel Pin 13 des PCF8574 (INT) freigelassen. An diesen zeichnen wir nun ein kurzes Leitungsstück. Die Linie wird mit einem Doppelklick beendet.

KiCad - Verbindungslinie für Label

KiCad – Verbindungslinie für Label

Dieses Verbindungsstück verwenden wir, um das Label platzieren zu können. Über die Schaltfläche „Netznamen hinzufügen“ kann es hinzugefügt werden.

KiCad - Schaltfläche für lokales Label

KiCad – Schaltfläche für lokales Label

Wir klicken nun mit dem Mauszeiger dort auf das Verbindungsstück wo das Label später sitzen soll. Daraufhin öffnet sich das Fenster „Label Eigenschaften“. Im Feld Text wird der Name der Verbindung eingetragen, in unserem Fall „INT“. Hier ist zu beachten, dass alle gelabelten Verbindungslinien mit dem Namen „INT“, später miteinander verbunden werden.

KiCad - Label Eigenschaften einstellen

KiCad – Label Eigenschaften einstellen

Nun hat unsere kurze Verbindungslinie den Namen „INT“. Auch diese Verbindung, die frei „im Raum“ steht und keinerlei Verbindung zu anderen Verbindungslinien hat, ist mit allen anderen Linien mit dem Namen „INT“ verbunden. Grundsätzlich ist es also möglich überhaupt keine Linien von Pin zu Pin zu ziehen, sondern nur kurze Verbindungslinien zu zeichnen und entsprechende Labels zu setzen. Darunter leidet jedoch häufig die Übersichtlichkeit und der Aufwand ist relativ groß. Trotzdem ist es in einigen Fällen sinnvoll diese „Labeltechnik“ zu nutzen.

Ach ja, die Schriftgröße habe ich auf 1 gesetzt. Achtet dabei darauf, dass als Maßeinheit mm angegeben sind (Schaltfläche „mm“ in der linken Menüleiste).

KiCad - Das platzierte Label

KiCad – Das platzierte Label

Sollte ein Label falsch sein oder entfernt werden müssen, dann reicht es, wen der Mauszeiger in etwa über dem Label steht und die üblichen Tastenkürzel verwendet werden.

e    = editieren
m    = bewegen
r    = rotieren
entf = entfernen

KiCad fragt, bevor irgendetwas gelöscht wird, welches Teil genau gemeint ist. In unserem Fall würde die Frage folgendermaßen aussehen.

KiCad - Labels entfernen / ändern

KiCad – Labels entfernen / ändern

Globale Labels

Für diesen Labeltyp mache ich eine Ausnahme, da er eigentlich für hierarchische Schaltpläne verwendet wird. Jedoch sehe ich sehr häufig die Verwendung dieses Labels in normalen Schaltplänen, wohl wegen seines Aussehens. Auf der Schaltfläche ist bereits zu erkennen, dass das Label wie ein kleines Fähnchen aussieht.

KiCad - Schaltfläche für globale Label

KiCad – Schaltfläche für globale Label

Nach dem Klick auf die Schaltfläche klicken wir ein kleines Stück unter dem Pin 10 des Steckers auf den Schaltplan. Daraufhin öffnet sich das Fenster mit dem Namen „Globale Label Eigenschaften“. Auch hier benennen wir das Label mit „INT“ im Text-Feld, um es mit dem zuvor erstellten lokalen Label zu verbinden. Die Größe ist wieder 1mm. Die Ausrichtung ist „unten“, da die Fahne nach unten zeigt und der Anschluss damit nach oben. Den Stil lassen wir auf „Normal“. Wirklich interessant ist die Auswahl der Form. Typischerweise wird die Form „Eingang“ gewählt um die klassische Fahne zu erstellen. Es gibt aber noch weitere Formen und damit unterschiedliche Aussehen der Label. Für einen einfachen Schaltplan hat die Wahl keine Auswirkung und der Typ „Eingang“ ist völlig ausreichend.

KiCad - Eigenschaften des globalen Labels einstellen

KiCad – Eigenschaften des globalen Labels einstellen

KiCad - Die unterschiedlichen globalen Labelformen

KiCad – Die unterschiedlichen globalen Labelformen

Unser Label sollte nun im Schaltplan platziert und mit einer Linie am Pin 10 des Steckers verbunden sein. Damit sind Stecker und PCF8574 miteinander verknüpft, ohne das eine richtige Linie gezeichnet wurde.

KiCad - Verbundendes globales Label

KiCad – Verbundendes globales Label

Busverbindungen

Jetzt kommen wir wieder auf einen Verbindungstyp zu sprechen, der ebenfalls sehr verbreitet ist um Schaltpläne übersichtlicher zu gestellten – dem Bus. Grundsätzlich ist ein Bus eine Zusammenfassung von verschiedenen Verbindungslinien in einer einzelnen Linie. Angenommen, ein Bauteil hat 30 Ausgänge, die auf einen 30-poligen Stecker geführt werden, dann könnten 30 einzelne Verbindungslinien gezeichnet werden oder wir verwenden die Busverbindung mit nur einer Linie. Diese eine Linie sollte den Schaltplan deutlich übersichtlicher machen, also wenn wir 30 separate Linien verwenden würden.

Ich muss leider gestehen, dass es wenig Platz in unserem Schaltplan gibt um Buslinien einzusetzen. Hier verwende ich sie ausschließlich um die Busverbindung erklären zu können und nicht, damit der Plan übersichtlicher wird.

Als erstes aktivieren wir die Zeichnungsfunktion der Busverbindungen mit einem Klick auf die entsprechende Schaltfläche in der rechten Menüleiste.

KiCad - Schaltfläche für Busverbindungen

KiCad – Schaltfläche für Busverbindungen

Danach wird der Bus entsprechend des folgenden Bildes gezeichnet. Da der Schaltplan etwas eng an dieser Stelle ist, solltet ihr euch genau an die Zeichnung halten. Nutzt die Punkte auf dem Plan zur Orientierung. Vor allem die vertikale Linie sollte dort sitzen, wie es im Bild zu sehen ist.

KiCad - Busverbindung zeichnen

KiCad – Busverbindung zeichnen

Um die Kontakte mit dem Bus zu verbinden werden „elektrische Verbinder“ benutzt. Diese können platziert werden, nachdem die Schaltfläche angeklickt wurde.

KiCad - Schaltfläche für Verbinder

KiCad – Schaltfläche für Verbinder

Die Verbinder verlaufen immer nach unten rechts von dem Punkt an dem sie platziert wurden. Ein Ende der Verbinder soll auf der Buslinie liegen, das andere wird später mit den jeweiligen Bauteilkontakten verbunden. Ich habe auch zwei, drei Anläufe benötigt, bis ich die Verbinder richtig gesetzt hatte. Solltet ihr einen Verbinder löschen wollen, dann nutzt einfach die ENTF-Taste. Auf dem Bild fehlen noch die letzten drei Verbinder oberhalb der Taster. Der Mauszeiger auf dem Bus zeigt die Stelle, an der der nächste Verbinder gesetzt werden muss.

KiCad - Verbinder auf dem Bus platzieren

KiCad – Verbinder auf dem Bus platzieren

Die Busverbinder werden nun mit einfachen Verbindungen an die Kontakte der Bauteile angeschlossen.

KiCad - Verbinder mit Pins verbinden

KiCad – Verbinder mit Pins verbinden

Spätestens hier sollte die Frage gestellt werden, woher der Bus weiß welche Kontakte miteinander verbunden werden sollen. Momentan scheint alles mit allem verbunden zu sein, das ist aber nicht was wir wollen. An dieser Stelle kommen wieder die einfachen Labels ins Spiel. Jede Zuleitung zum Bus benötigt ein Label und jeweils zwei (oder mehr) gleiche Labels werden über den Bus miteinander verbunden. Im folgenden Bild ist jeder Taster, bzw. jede LED mit einem Kontakt des PCF8574 verbunden, in dem je zwei Labels zusammen passen.

KiCad - Buszuleitungen labeln

KiCad – Buszuleitungen labeln

In diesem Beispiel ist also die linke LED mit dem Pin 4 des PCF8574 verbunden, da beide das Label „P0“ verwenden. Das ist im Grunde die gleiche Vorgehensweise die wir im Kapitel „Labels“ kennengelernt haben. Nur ist diesmal eine Busverbindung dazwischen gezeichnet. Würden wir die Buslinien und die Busverbinder löschen und nur die gelabelten grünen Verbindungslinien stehen lassen, würden die Verbindungen immer noch existieren. Die blaue Busverbindung ist also eine reine optische Hilfe um eng zusammengehörende Verbindungen zu visualisieren. Die Arbeit alle Linien mit Labeln zu versehen nimmt uns die Busverbindung leider nicht ab.

Mehrere Busse verbinden

Sollten mehr als ein Bus verwendet werden und diese beiden sind auch noch miteinander verbunden, dann werden spezielle Verbindersymbole verwendet. Die entsprechende Schaltfläche befindet sich ebenfalls auf der rechten Menüleiste.

KiCad - Schaltfläche für Bus-Bus-Verbinder

KiCad – Schaltfläche für Bus-Bus-Verbinder

 

Im nächsten Bild ist ein Beispiel zu sehen in dem zwei Busse mit einem dritten verbunden sind. Hierfür verwendet man die Verbindersymbole um einen Bus an einen Buseingang zu führen.

Um ehrlich zu sein habe ich diese „Bus-Bus-Verbindung“ nur der Vollständigkeit halber aufgezeigt. In Schaltplänen habe ich sie bislang noch nie gesehen. Vielleicht ist diese Technik bei wirklich großen Projekten sinnvoll um die Übersicht zu wahren.

KiCad - Miteinander verbundende Busse

KiCad – Miteinander verbundende Busse

Zu Beginn dachte ich, dass es zu Verbindungen nicht viel zu schreiben gibt, es sind doch nur Linien zwischen den Kontakten. Aber der Teufel steckt im Detail und wurde der Artikelumfang doch größer als erwartet.

Nun ist unser Schaltplan aber endlich fertig, lediglich die sogenannte Annotation und die  Netzliste müssen noch erstellt werden. Dies wird das Thema des nächsten KiCad-Tutorial Artikels werden.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.