KiCad Tutorial – Pcbnew – Bauteile platzieren

Gültig für die Version 4022 (2013-07-07)

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.

Nachdem nun die Umrandung der Platine und die entsprechenden Designregeln festgelegt wurden, kann es weitergehen. Diesmal werde ich die Footprints auf der Leiterplatte platzieren. Das finde ich persönlich immer als den spannendsten Schritt, da dadurch das Design der Platine festgelegt wird. Außerdem ist es spätestens jetzt notwendig sich einige Gedanken über die Ausrichtung und Platzierung von Bauteilen zu machen. Zum Beispiel eine falsch herum gedrehte Wannenstecker-Buchse kann ganz schön nervig sein, weil eventuell das Flachbandkabel über die Schaltung laufen würde und das Kabel nun noch gedreht werden muss. Oder ein Taster ist zu dicht an einem Pin des Mikrocontroller und man muss ständig aufpassen nicht mit den Fingerkuppen an den Pin zu kommen und vielleicht einen Kurzschluss zu verursachen. Usw, usw…

Die Netzliste auslesen

Also gut, dann starte ich heute, in dem ich die Leiterplatte in Pcbnew öffne. Das Projekt ist zur Zeit noch leer und wartet förmlich darauf mit Footprints gefüllt zu werden.

Pcbnew - Das noch leere Projekt

Pcbnew – Das noch leere Projekt

Damit die Footprints erscheinen muss zuvor die Netzliste ausgelesen werden. Das dafür zuständige Menü wird über die folgende Schaltfläche, in der oberen Werkzeugleiste, aufgerufen.

Pcbnew - Schaltfläche um die Netzliste einzulesen

Pcbnew – Schaltfläche um die Netzliste einzulesen

Hey! Das Netzlisten-Menü wurde in der neen KiCad-Version auch aktualisiert!!! Das kenne ich so gar nicht. Wenn das mal kein perfekter Zeitpunkt ist, die neuen Funktionen im Tutorial zu verarbeiten, dann weiß ich es auch nicht. 8)

Der Übersichtlichkeit halber, habe ich die Bereiche durchnummeriert. Im ersten Bereich gibt es die Möglichkeit die Footprint nach ihrer Referenz (also R1, IC1, C3, usw.) oder ihrem Zeitstempel zu erkennen. Wenn der Schaltplan verändert wurde und die Annotation erneut durchgeführt wird, dann ist es möglich, die alte Annotation zu löschen und komplett von neuem zu annotieren (gibt es diese Verb?? Ich hoffe jeder weiß was ich meine 😉 ). Dann kann es sein, dass der vormals R1 nun R4 heißt. War bereits eine Leiterplatte erstellt worden, dann konnte Pcbnew nicht erkennen, dass der ehemals R1 nun R4 ist. Wodurch beim Einlesen der Netzliste ein neuer R4 erzeugt. Dieser ersetzte den R1 nicht, sonder erschien zusätzlich zum alten R1, der nun manuell gelöscht und ausgetauscht werden musste. Nun wird dieser Austausch automatisch erfolgen und ich muss mich nicht mehr selber darum kümmern. Super!

Der Punkt zwei legt fest aus welcher Quelle Pcbnew die Footprint-Information bekommen soll. Dazu muss ich aber noch erklären, dass es mit der neuen Version die Möglichkeit gibt, im Schaltplan den Footprintnamen direkt am Bauteil festzulegen. Mit einem rechten Mausklick kann das Schaltplansymbol editiert werden. Hier befindet sich der Punkt „Footprints“und im sich öffnenden Fenster kann der Name des zu verwendeden Footprint angegeben werden. Damit würde die Nutzung von CvPcb entfallen. Normalerweise sollte aber die Einstellung „From separate .cmp file“ ausreichen.

Als Drittes gibt es noch eine schöne Funktion, die einem viel Arbeit abnehmen kann. Hier geht es darum, dass bereits platzierte Footprints automatisch ausgetauscht werden, sobald sie im Schaltplan, bzw. CvPcb, geändert wurden. Das ist total praktisch, wenn z.B. nur die Zeichnung eines Footprints aber nicht seine Pads geändert werden. Hierdurch muss nun nicht jeder alte Footprint manuell gelöscht und später wieder eingefügt werden.

Mit der Funktion Nr. 4 können nicht mehr gültige Leiterbahnen gelöscht werden. Das Leiterbahnen plötzlich nicht mehr OK sind, passiert schon mal, wenn im Schaltplan eine Verbindungslinie an einen anderen Pin verlegt wird oder eine Buchse im Schaltplan gedreht wird und an der ursprünglichen Verbindungslinie jetzt nicht mehr Pin 1, sondern z.B. Pin 8 hängt. Dadurch bekommt die Verbindungslinie einen neuen Netznamen und Pcbnew gerät häufig ins Schleudern, wenn die Leiterbahn bereits verlegt war und sich der Netzname ändert. In Zukunft können solche fehlerhaften Leiterbahnen sofort gelöscht werden. Zwar müssen diese Leiterbahnen nachgezogen werden, aber es vermeidet, dass scheinbar korrekte Leiterbahnen im Design Check Fehlermeldungen verursachen.

Schlussendlich kann mit der fünften Option bestimmt werden, dass Footprints, die auf der Platine aber nicht in der Netzliste austauchen automatisch gelöscht werden.

Pcbnew - Das Netzlisten-Menü

Pcbnew – Das Netzlisten-Menü

Alles in allen sind das sehr nützliche Verbesserungen. Aber es geht noch weiter! In der Textzeile unter den Optionen ist der Pfad der Netzliste angegeben. Soll anstelle der Standard-Datei eine andere Datei benutzt werden, so ist es möglich hier eine andere Quelle anzugeben. Diese kann ganz bequem über die erste Schaltfläche ausgewählt werden (Browse nach Netzliste Dateien).

Die dritte Schaltfläche, mit dem Namen „Footprinttest“, ist auch eine ganz neue Funktion. Vor allem wenn schon einige Zeit an einer Leiterplatte gearbeitet wurde, kann es eventuell passieren, dass ein zuvor gelöschter Footprint nicht erneut eingefügt wurde oder ein Footprint ist zuviel (siehe Option 1 und 3). Diese wird der Footprinttest erkennen.

Was den Punkt „Neuaufbau der Konnektivität auf Platine“ betrifft, muss ich gestehen, dass ich nicht 100%ig weiß was es macht. Es gibt den Hinweis: „Neuaufbau der gesamten Netzlinien (nützlich nach einer manuellen Änderung eines Netznamens eines Pads)“. Mir ist nicht ganz klar, was in den alten Versionen passierte, wenn man manuelle Änderungen an dem Pad-Netznamen durchgeführt hat. Sobald ich weiß, wann diese Schaltfläche wichtig wird, werde ich eine kurze Erklärung dazu schreiben. Für Tipps bin ich natürlich sehr dankbar 😉

Abgesehen von der „Schliessen“ Schaltfläche (ich gehe davon aus, das jeder weiß was deren Funktion ist) fehlt noch ein Hinweis zur Taste „Lese aktuelle Netzliste“. Und das was draufsteht passiert auch. Ich betätige diese Taste um die Footprints einzulesen und auf der Leiterplatte erscheinen zu lassen.

Pcbnew - Meldungen über nicht gefundene Pads

Pcbnew – Meldungen über nicht gefundene Pads

Aber was ist jetzt falsch gelaufen? Ich bekomme einige Meldungen über nicht gefundene Pads an den Taster-Footprints (S1 – S4). Keine Angst, das ist normal, da der Footprint nicht mit unserem selbst erstellten Taster-Schaltplansymbol zusammen passt. Wie auf dem nächsten Bild zu erkennen ist, fehlen dem Footprint die Pads 3 und 4. Warum? Nun, normale Taster-Schaltplansymbole haben nur einen „Eingang“ und einen „Ausgang“. Ein normaler Kurzhubtaster hat jedoch je zwei Ein-/Ausgänge. Und weil ich die realistische Version mit vier Pads gezeichnet habe, brauchen wir später ein Taster-Footprint das ebenfalls vier Pads hat. Aber das wird das Thema des nächsten Artikels werden

Pcbnew - Die fehlenden Pads

Pcbnew – Die fehlenden Pads

Aktuell sieht die Leiterplatte wie folgt aus:

Pcbnew - Die Bauteile wurden eingefügt

Pcbnew – Die Bauteile wurden eingefügt

Footprints auswählen und bewegen

Dieses Wirrwarr muss als nächstes entflochten werden. Das funktioniert fast so wie das Verschieben von Schaltplansymbole. Die wichtigsten Tasten sind hier:

M - Bauteil bewegen
R - Bauteil rotieren

Also, einfach über das gewünschte Bauteil mit dem Mauszeiger fahren und M drücken und schon kann das Footprint über die Zeichungsfläche gezogen werden. Ein weiterer Mausklick platziert den Footprint. Bei meinem Versuch, diese Methode anzuwenden, hat sich das folgende Fenster geöffnet. Es liegen nämlich dermaßen viele Footprints übereinander, dass KiCad nicht einwandfrei feststellen kann, welches genau gemeint ist. Daher kann das gewünschte Footprint in dem Fenster ausgewählt werden. Ich hab einfach mal K1 ausgewählt…

Pcbnew - Ein Bauteil zum Bewegen auswählen

Pcbnew – Ein Bauteil zum Bewegen auswählen

…und abgelegt.

Pcbnew - K1 wurde neu platziert

Pcbnew – K1 wurde neu platziert

Nun fahre ich nochmal über K1 und drücke R und schon ist es um 90° gedreht. Manchmal muss man es 2, 3 mal versuchen, dann war der Mauszeiger doch nicht ganz genau über de Footprint.

Pcbnew - Rotiertes Footprint

Pcbnew – Rotiertes Footprint

Das Footprintmenü

Es gibt noch einige andere Befehle als Verschieben und Rotieren. Meistens werden diese über das Footprintmenü aufgerufen. Es ist schon wieder wie beim Schaltplan, indem ein Rechtsklick auf den Footprint das Menü öffnet. Ganz oben ist der Unterpunkt Footprint (dahinter steht der Name und die Lage des Footprints), in dem weitere Funktionen aufgelistet werden. Hier finde ich auch M und R wieder. Die anderen Tastenkürzel werden in den kommenden Artikeln wichtig werden. OK, eine Ausnahme gibt es dann doch noch. Die Taste DEL löscht ein Footprint. Doch keine Angst, es erfolgt vorher noch eine Sicherheitsabfrage und im schlimmsten Fall würde ich die Undo-Funktion in der oberen Werkzeugleiste benutzen.

Pcbnew - Das Footprintmenü

Pcbnew – Das Footprintmenü

Wer genau hinschaut wird feststellen, dass die Verschieben-Funktion zwei mal auftaucht. Einmal mit M und einmal mit T. Das ist in dieser Version wohl ein Fehler, da das Tastenkürzel T nach einem Footprint in Pcbnew sucht.

Die Footprint-Beschriftungen ändern

Der letzte Abschnitt dieses Tutorials beschäftigt sich mit der Beschriftung der Footprints. Jedes Bauteil hat zwei davon – die Referenz und der Wert. Unter Referenz kann man sich einen eindeutigen Namen vorstellen, den es in einem Projekt nur ein einziges Mal geben darf. In diesem Fall kümmere ich mich um die dreipolige Stiftleiste K1. Der Wert hingegen zeigt die Ausprägung des Bauteils oder eine Information. Der Footprint von K1 hat z.B. den Wert A0. Dies ist eine Information, da es sich um die Jumper-Stiftleiste der Adressposition A0 am PCF8574 handelt. Beim Widerstand R1 (die ist die Referenz) würde es sich beim Wert um die Höhe des Widerstands handeln, sodass dort 220 (Ohm) steht.

Manchmal ist es nötig diese Texte zu verändern, verschieben oder ein-/auszublenden. Dies ist möglich, indem die Editierfunktion, mit einem Rechtsklick auf den Text, aufgerufen wird. Liegen Referenz und Text übereinander wird KiCad fragen, ob die Referenz oder der Wert gemeint ist. Ich entscheide mich hier erstmal für die Referenz.

Pcbnew - Klarstellung der Auswahl

Pcbnew – Klarstellung der Auswahl

Die momentan interessanten Funktionen befinden sich wiederum im Untermenü „Referenz“. Dahinter verbergen sich die Schaltflächen für Verschieben, Rotieren und Editieren. Zusätzlich kann über die Funktion „Grösse zurücksetzen“ die ursprüngliche Textgröße wiederhergestellt werden. In Zukunft werde ich aber die Tastenkürzel M, R und E verwenden, das geht viel schneller, als dieses Menü aufzurufen.

Erstmal klicke ich auf „Editieren“.

Pcbnew - Auswahl der Editfunktion

Pcbnew – Auswahl der Editfunktion

Dadurch öffnet dich des Menü „Footprint Texteigenschaften“. Im linken Bild habe ich die ursprünglichen Werte und im Rechten die neuen Werte eingetragen.

Die Referenz selber habe ich nicht geändert, sie ist und bleibt K1 (Änderungen sind aber möglich). Wird ein Wert verändert, dann ist diese Textzeile mit „Wert“ überschrieben!

Mir persönlich ist die Schrift meistens zu groß, daher ändere ich die Größe eines Buchstabens auf 1mm in X- und Y-Richtung.

Dadurch kann auch die Dicke des Textes dünner werden. Eine Stärke von 0,2mm reicht völlig.

Der Offset ist der Abstand vom „Anker“ des Footprint auf der X- und Y-Achse. Der „Anker“ ist der Punkt des Footprint, an dem dieses hängt, wenn es am Mauszeiger verschoben wird. Das muss nicht unbedingt der Mittelpunkt sein.

Die Ausrichtung ist selbsterklärend. Entweder der Text ist horizontal oder um 90° gedreht abgebildet.

Manche Texte werden nicht benötigt und können ausgeblendet werden. Dies wird unter „Darstellung“ eingestellt.

Auch der Stil ist selbsterklärend, oder nicht?

Pcbnew - Schrift-Einstellungen ändern

Pcbnew – Schrift-Einstellungen ändern

Dies wiederhole ich ganz genauso mit dem Wert, wobei ich die Darstellung auf „Sichtbar“ ändere. Und das Ergebnis sieht wie folgt aus:

Pcbnew - Der geänderte Footprint

Pcbnew – Der geänderte Footprint

Anschließend verschiebe (M) ich den Wert über das Footprint und rotiere (R) es einmal. Voilà, der erste Footprint ist fertig.

Pcbnew - Fertiger Footprint

Pcbnew – Fertiger Footprint

Die restlichen Footprints ordne ich noch, wie im nächsten Bild zu sehen, an:

Pcbnew - Die Leiterplatte mit allen Bauteilen

Pcbnew – Die Leiterplatte mit allen Bauteilen

Wie die weißen Verbindungslinien ausgeblendet werden, verrate ich im Leiterbahnen-Artikel. Aber die entsprechende Schaltfläche befindet sich in der linken Werkzeugleiste. Sucht mal, ist nicht schwer zu finden 😉

Prima, dieser Artikel wurde zu einem erfolgreichen Ende gebracht und das grobe Platinendesign steht bereits. Der nächste wird sich um die Erstellung neuer Bauteile drehen, da die Taster nicht ganz meinen Vorstellungen entsprechen. Daher werden diese noch ausgetauscht und dienen hier als eine Art Platzhalter.

Hoffentlich hat es mal wieder dem/der ein oder anderen gefallen und geholfen. Über Kommentare würde ich mich wirklich freuen. So weiß ich, ob es euch gefällt und wo ich noch was besser machen kann.

In diesem Sinne, bis zum nächsten Artikel!
Euer Timo

 

 

 

 

4 Gedanken zu „KiCad Tutorial – Pcbnew – Bauteile platzieren

  1. Hallo Timo,

    ich beginne gerade ein kleineres Projekt und habe ein Tool für den Schaltplan-Entwurf gesucht. Auf diese Weise bin ich auf KiCad und Dein Tutorial gestossen. Bis hierher habe ich alle Schritte gut nachvollziehen können und wollte mal ein grosses Lob für das verständlich geschriebene Tutorial loswerden. Weiter So!

  2. Hallo Timo,
    ich bin im zweiten Anlauf mich mit Kicad zu beschäftigen. Ein kleines Platinchen habe ich hin bekommen, aber die Einarbeitung dauert schon was. Daher sind Hilfestellungen wie die von dir große Klasse!
    Vielen Dank,
    Lothar

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