Il prof. Gottardo ci aiuta anche ad imparare come si utilizza Eagle, il più diffuso CAD per PCB. In questo primo esercizio: come si realizza il layout.


Eagle

Esercizio 1: Realizzare il Layout

Dal link sottostante scaricare il progetto Eagle da scompattare nella cartella "Eagle" visibile nel control Panel del Cad.  Proseguire il lavoro eseguendo il Layout.

download del progetto barra LED a 8 uscite con amplificatori operazionali.

La valutazione sarà data in funzione di:

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Soluzione:

Iniziamo disegnando uno schema elettrico alla lavagna, non del tutto a casaccio, che abbia un minimo di senso compiuto così che il lavoro svolto possa anche essere utilizzato e non sia solo un mero esercizio.

Decido di impostare una semplice barra led ad 8 punti realizzata con altrettanti comparatori contenuti in due TL084. Uno dei circuiti integrati più diffusi.

 

Lo schema suddivide la tensione di alimentazione in 8 livelli di tensioni utili (più due che sono la massa e la tensione stessa di alimentazione). Disegno a titolo di promemoria anche la configurazione interna del TL084, ma vedremo che grazie allo sbroglio automatico sarà un'informazione quasi inutile.

I due morsetti gnd in basso affacciati sembrano una ridondanza ma in realtà permetteranno  la corretta connessione del dispositivo all'alimentazione e il collegamento ad un eventuale display esterno connesso tramite un cavo flat al connettore strip.

successivamente eseguiamo  la conversione dello schema elettrico fatto a mano alla lavagna nello schema Eagle.

Dal pannello do controllo del CAD, a livello della cartella chiamata di default Eagle, sita sulla cartella documenti, eseguiamo i seguenti step:

Alla fine otteniamo il seguente lavoro:

Proseguiamo eseguendo lo sbroglio automatico agendo nell'apposito tasto nella colonna di sinistra in basso. 

Dopo avere trovato un layout che riteniamo accettabile per ingombro estetica e funzionalità lanciamo l'autorouting:

Possiamo accettare il lavoro eseguito dagli algoritmi se questo non presenta palese carenze dei tracciati, non mancano piste e di conseguenza non ci sono fili elastici gialli di rimanenza,  il numero dei Vias è il minore possibile, quindi ci sono meno passaggi possibili tra il top layer e il bottom layer. È importante che non ci sia spazio vuoto sulla superficie del PCB dato che il suo costo in ambito industriale è fortemente influenzato da questo parametro.

Ecco il primo risultato ottenuto:

Come possiamo notare dall'immagine, il layout scelto presenta solo 2 vias, ovvero un numero ben accettabile e risulta molto compatto. È comunque bene, quando possibile come in questo caso, ingrossare un po le piste. Il questo caso la questione non sarebbe obbligata perché non si avrebbe una carenza funzionale accettando lo spessore di default, ma in altri casi in cui sono presenti alte potenze queste piste non sarebbero in grado di supportarle.

Procediamo quindi all'inspessorimento delle piste agende su un layer alla volta.

scarica la versione con piste da ingrossare

 

Il passaggio conclusivo più importante riguarda riguarda la sistemazione delle serigrafie. Senza fare questo il PCB risulta anonimo e con gravi carezze informative a livello di assemblaggio.

Accettando la posizione di default delle serigrafie dei nomi dei componenti si può verificare che, come per le due resistenze in alto a sinistra, la nomenclatura sia addirittura invertita.

scarica la versione con le serigrafie sistemate

 

Ecco la versione finale. IL PCB ha tutte le piste portate allo spessore 0.024 e come da immagine precedente le serigrafie sono state ottimizzate.

Realizzando i file gerber e contattando  bonzisandy88@hotmail.com avrete un aiuto come interprete per effettuare l'ordine di una campionatura (almeno 100 pezzi) presso una fabbrica cinese.

Ordinarli in Cina è solo a livello di esercizio di realizzazione concreta, nel senso che a partire da un'idea avete fatto un disegno, avete sbrogliato lo schema e realizzato concretamente un PCB, fino ad avere in mano i pannellini contenenti gli esemplari.

scarica il "progetto" esercizio finito.

immagine del PCB finito (tutti i layers)

immagine del TOP layer del lavoro finito

 

Immagine del bottom layer (PCB finito)

Verifica degli ancoraggi.
 
Durante il lavoro si può verificare che alcune connessioni sembrano eseguite correttamente ma in realtà sono inesistenti.
Ci si accorge della mancanza della connessione in fase di boarding solo se si ha una certa dimestichezza elettronica con lo schema in fase di costruzione.
In caso che l'errore passasse inosservato si produrrà un PCB con piste mancanti. Spesso questo errore si verifica quando non è stato chiamato il tasto "invoke" con l'obbiettivo di aggiungere ai circuiti integrati i terminali di alimentazione Vcc e gnd.
 
 
La verifica degli ancoraggi avviene puntando con il mouse ogni componente,nell'immagine stiamo testando R9,e spostandoli provvisoriamente dalla posizione di qualche centimetro verificando che tutti i fili connessi al componente seguano il componente nel movimento con un'azione elastica. Ovviamente dopo il test il componente viene rimesso in posizione. Si raccomanda di eseguire scrupolosamente questa azione in ogni progetto perché l'errore è molto insidioso e spesso invisibile. Scoprirete che a volte spostando una resistenza vi restano in mano i fili  pur sembrando l'oggetto connesso.
 
Il nostro tutorial si conclude qua.
Spero di avere fornito a tutti gli appassionati un utile strumento con cui alleggerire il loro apprendimento.
 
Auguro a tutti una buona vita piena di soddisfazioni personali.
Marco Gottardo
 
 
Glossario.
 

 .

 

 

 Esempi di lavori svolti e disponibili.
 

 Ecco alcuni esempi di lavori che ho svolto a livello amatoriale, ma di fattezza professionale, per le mie pubblicazioni. Di certo il lavoro più impegnativo è stato la Micro-GT PIC versatile I.D.E.

Si tratta di un sistema di sviluppo integrato per microcontrollori PIC sviluppato per il corso gratuito online "Let's GO! PIC" a puntate pubblicato anche su questo sito. Questo lavoro mi ha impegnato per circa un mese ed è stato concluso a maggio 2010. Molti ne hanno voluto un esemplare che sono lieto di fornire al solo prezzo di costo sostenuto per la produzione.

immagine della scheda in lavorazione, la versione finale ha gli spessori piste ottimizzati.

 

Micro-GT terminata, osserviamo la sezione di potenza in alto a destra. Le piste sono dimensionate per sopportare agevolmente correnti di oltre 10 ampere. Questa scheda di sviluppo ha grandi potenzialità come demoboard, infatti integra direttamente un ponte ad H per un robusto motore DC con alimentazione separata e un integrato L298 che contiene due ponti ad H più piccoli studiati per il pilotaggio delle due bobine bipolari dei motori stepper fino a due ampere. Questi due ponti possono essere utilizzati separatamente per pilotare due motori DC distinti (ad esempio spazzolo collettore ad eccitazione a magnete permanente con corrente di indotto fino a due ampere).

La scheda è predisposta anche per i display LCD sia a due righe 16 caratteri che grafici a 128 x 64 punti. presto svilupperà un piccola interfaccia aggiuntiva per fargli acquisire una membrana tattile da sovrapporre all'LCD grafico di cui ho appena esposto. 

I file Eagle della Micro-GT come anche i files costruttivi gerber sono disponibili nell'articolo di riferimento ma ovviamente consiglio a tutti quelli che ne vorrebbero avere una di non cimentarsi nella produzione ex-novo ma semplicemente di attingere dalla mia scorta personale.

Chi invece ne volesse avere un certo numero, per motivi suoi, può contattare Sandy la quale ha i gerber già depositati in fabbrica e vi aiuterà nell'ordinazione facendovi da interprete. (lingua cinese)
 

A titolo informativo allego un po' di specifiche tecniche ed invito chi ha interesse nell'argomento MicroPIC e programmazione dei medesimi a leggere i tutorial "Let's GO! PIC" presenti anche su questo sito.

Specifiche tecniche della Micro-GT PIC versatile IDE.

I seguenti controller sono stati testati e risultano pienamente supportati:

 

 Secondo lavoro svolto.

Questo PCB è un molto semplice ma altrettanto molto utile ponte ad H per l'inversione di marcia dei motori in continua. A questo ponte non deve mai essere fornito il segnale Avanti ed indietro contemporaneamente (cosa che non avviene perché i programmi del PLC contengono l'interblocco software).
 

Pilota fino a 8 ampere continui e oltre 10 impulsivi.

Normalmente viene interfacciato a segnali di comando a 24V DC ma può essere pilotato con tensioni anche diverse cambiando le resistenze di base dei darlington (1200 ohm per segnali a 12V).

I due Led segnalano il senso di marcia del motore e sono utile in fase di collaudo, quando la potenza è scollegata per verificare che il segnale incompatibile di cui sopra non sia presente.

Il ponte non ha la protezione contro questi segnali perché era nato come esercizio semplice di CAD, tuttavia è stato in molte occasioni impiegato con successo in ambito industriale e naturalmente hobbistico.

 

Ogni pannellino contiene 10 esemplari e dispongo a scorta personale di alcuni pannellini. Chi li volesse mi contatti per averli al solo costo sostenuto per produrli. Ovviamente chi fosse interessato ad avere grandi forniture, ad esempio 200 esemplari contatti l;a fabbrica dove ho depositato i file costruttivi gerber sempre tramite Sandy che vi farà da interprete.

  Terzo lavoro svolto.

Si tratta del PCB di un potente amplificatore stereo che in funzione della tensione di alimentazione fornita può superare agevolmente i 20 watt. La pubblicazione dello schema e del relativo articolo sarà pubblicato a breve, sto solo aspettando di ben collaudare il prototipo.

Ogni pannellino contiene 10 esemplari dell'amplificatore che, come sopra posso fornire a prezzo di costo.

In questo caso potrei anche suddividere il pannellino a fettine di due esemplari dato che ne sono stati prodotti pochi. A magazzino avevo 100 esemplari (produzione minima della fabbrica cinese) ma alcuni già sono stati regalati agli amici più stretti.  Certo che recuperare le spese mi farebbe piacere così da avere liquidità per lo sviluppo del prossimo progetto.

L'amplificatore monta due TDA2030 della SGS. È un integrato molto noto e versatile. 

  Quarto lavoro svolto.

 Arcinoto effetto luci supercar a 6 led ma che riscuote sempre un discreto successo a livello sia hobbistico che didattico. Il circuito contiene un CD4017 e un timer NE555 più pochi altri componenti. Ogni pannellino contiene 20 esemplari che posso fornire a prezzo di costo. Questo PCB ha subito un piccolo ritocco che ho indicato nel sito web perché essendo un esercizio CAD è sfuggito un errorino che è stato coretto con il taglio di una pista (già effettuato). Necessita di un piccolo ponte per ripristinare un segnale mancante.

Se siete interessati a mezzo pannellino posso anche dividerlo in due.

Ottimo per esercitazioni scolastiche dato che con 1 pannello sistemate tutta una classe.
 

Un esemplare montato e collaudato e visibile nella foto sottostante. Come possiamo notare è davvero compatto.

 

supercar a 6 led.

Quinto lavoro svolto.

Questo pcb rappresenta l'ottimizzazione su supporto professionale di un mio vecchio progetto visibile nel mi sito personale. Si tratta di un simpatico e semplice orologio realizzato con un PIC16F84 abbinato al driver per sette segmenti CD4511. i 4 digit vengono pilotati in multiplexing. I quattro tasti permettono le regolazione in aumenta e diminuisci delle ore e dei minuti. Il punto decimale centrale lampeggi scandendo i secondi.
 

A molti è stato fornito come demoboard abbinato alla Micro-GT PIC versatile IDE dato che nella serie di tutorial "Let's GO!!! PIC" si farà ampio uso di questi display. Sono infatti previsti esercizi di conteggio, temporizzazione e anche semplice visualizzazione numerica.

PCB dell'orologio a uP.

Sesto lavoro svolto.

PCB dell'amplificatore da 3+3W impiegato per la realizzazione del progetto Mr.Funky. Questo è veramente andato a ruba, specialmente tra i giovani studenti. Me ne rimangono ancora pochi esemplari. L'effetto sonoro è più forte di quanto uno si aspetti quando fornito di opportuni diffusori acustici.

Amplificatore Mr.Funky
 

Eventuali invii di PCB.

Chi fosse interessato ad avere (ad esempio) un esemplare per tipo dei pcb che ho indicato sopra potrà essere soddisfatto dato che almeno un pannellino per tipo è stato già scisso nei nelle singole parti. Vi prego però di non mandarmi all'ufficio postale per inviare un singolo pcb da 5€ perché devo impiegare un'ora durante la mia pausa pranzo. È possibile quindi fare delle combinazioni, ad esempio:

Spero con questo di avere dato un servizio utile a tutti gli appassionati di elettronica che seguono questo sito, e i miei tutorial nelle varie materie che ho proposto.
 

Marco.