Il prof. Gottardo ci aiuta anche ad imparare come si utilizza Eagle, il più diffuso CAD per PCB. In questo terzo esercizio: riutilizzare un lavoro precedente.


Eagle

Esercizio 3: Costruzione del PCB a partire da un lavoro svolto in precedenza

come costruire un
oscillatore con NE555

secondo ad.noctis as Marco Gottardo


Con questo tutorial si vuole presentare una tecnica di soluzione rapida di problemi sfruttando le "conoscenze regresse" del tecnico.

 

Consegna del problema o della commessa.
Supponiamo che L'insegnate della vostra scuola o un ipotetico cliente vi chieda di realizzare il PCB di un circuito. Prima di cominciare il lavoro chiediamoci se questo è già stato realizzato e archiviato nel vostro scrigno dei progetti. Chiediamoci anche se abbiamo già realizzato qualcosa di talmente simile da poter essere riadattato con poco sforzo.

Per non complicare troppo il tutorial immaginiamo che ci venga commissionata la realizzazione di un classico lampeggiatore  che produca un'onda rettangolare con frequenza regolabile da 1Hz fino a 0,25Hz. Il lampeggiatore deve  mettere a disposizione una uscita a cui collegare la bobina di un relè (esterno al PCB). La potenza dissipata dalla bobina è 250mW.

Analisi del problema.
La tecnica più rapida e sicura per realizzare un generatore di onda quadra di questo tipo quella di impiegare un timer NE555, molto comune e fortemente impiegato anche a livello didattico.

Chiediamoci se lo stesso progetto è già stato realizzato, in tal caso, una volta riadattate le serigrafie al nuovo cliente il gioco è fatto. Basterà seguire questi semplici passaggi:

Supponiamo di non essere così fortunati ma comunque di avere sviluppato in passato un progetto simile o che contiene una sezione coincidente o quasi. Facendo mente locale ricordo di avere sviluppato in passato un classico effetto luci supercar di cui l'accensione dei LED è sincronizzato sul segnale generato da un astabile sviluppato con NE555. Casca quindi a fagiolo.

Lo schema in questione è questo:

 

http://www.gtronic.it/energiaingioco/it/scienza/supercar_6_led/supercar6_led_Eagle.zip

Tagliando il circuito all'altezza del pin 14 del c.i. CD4017, e ovviamente anche sul suo filo di massa (pin 13 e 15), e munendo il circuito rimanente di morsetti di alimentazione e transistor di potenza, il lavoro è terminato.

Chiediamoci: Come reagisce il file board al fatto che gli ho modificato il sorgente schematico da cui è stato generato?

Facciamo i passaggi e verifichiamo.

Modifica di un file schematico pre esistente.

Se avete scaricato il file dal link sotto l'immagine sovrastante scompattatela dentro a una nuova cartella chiamata ad esempio "oscillatoreNE555".

 
 

Procediamo rinominando la cartella "oscillatoreNE555", poi cancelliamo i file di backup (quelli con il carattere #) e rinominiamo a loro volta anche i files.

 
 

A questo punto siamo pronti per aprire il control panel di Eagle e verificare che i file siano funzionanti, quindi procediamo.

   

Per creare il progetto e renderlo attivo, puntiamo con il mouse sulla cartella gialla "oscillatoreNE555" clicchiamo con il tasto destro e facciamo "new project". Il pallino verde si sposta all'altezza del nuovo progetto.

Ora semplicemente trasciniamo con il mouse i nostri tre file all'interno della cartella rossa che rappresenta il nuovo progetto.

In definitiva dovremo vedere questo:

 
 
 

OK !  Siamo pronti per aprire lo schematico, quindi facciamo e cominciamo a 1) cancellare le parti in più, 2) aggiungere le parti mancanti.

 
 

Selezioniamo il comando elimina evidenziato nell'immagine e cominciamo a togliere tutto quello che non serve più.

 

Ecco il primo risultato.

 

Vediamo quale è stato l'effetto di questi tagli sul file .brd, è importante perché potrebbe non trovare consistenza e non essere in grado di proseguire. (se avete seguito bene tutti i passi non dovrebbero esserci grossi problemi).

 
 

Perfetto !!!, proprio quello che ci aspettavamo di trovare. ora torniamo nello schematico e concludiamo lo schema in maniera compatibile con la commessa assegnataci. Vedremo che i nuovi componenti verranno dislocati al di fuori dell'area di fresatura e connessi provvisoriamente con i fili volanti elastici. Fly wire.

 
 
 
Librerie dei componenti mancanti.

Se avete letto il tutorial precedente non dovreste avere problemi con le librerie, tuttavia preferisco rinfrescare la memoria mostrando nell'immagine successiva la posizione in libreria del morsetto a vite.

 
 

Il morsetto scelto è il classico 10mmx10mm con passo 5mm. Ne useremo 2, uno per le alimentazioni e uno per poter collegare il relè al collettore del darlington TIP122 che useremo.

Se in libreria lo specifico transistor non ci fosse, si potrà adoperare un transistor simile con case analogo, ovvero un TO220 verticale.

 
 

Per quanto riguarda il Led e le resistenze si trovano, come già chiaramente detto nel primo esercizio con il criterio di ricerca led3mm e nelle librerie "resistor" R-US in cui selezionerete quella con passo 10mm.

Come si vede nell'immagine.

 
  

In pochi minuti dovremmo essere in grado di finire lo schema elettrico. 

  

Ora dobbiamo eseguire il board, agendo nell'apposito tasto sulla barra dei comandi, affianco al tasto CAM. I pezzi prima mancanti sono come preannunciato al di fuori dell'area utile del PCB, dovremmo eseguire delle modifiche eliminando le "piste morte", gli eventuali vias inutili, dislocando i nuovi componenti ed eseguendo nuovamente lo sbroglio. Ecco cosa ci si presenta davanti.

 
 

Ottimo... il sistema risponde ancora secondo le previsioni. Ora cominciamo a dislocare i componenti mancati sulla superficie del PCB. Cerchiamo fin da subito di ottimizzare i percorsi e gli ingombri.

 
 

A questo punto dobbiamo tentare lo sbroglio automatico e quindi verificare se il layout scelto è realizzabile o no. Dopo la manovra ogni "flywire"  ovvero i fili volati elastici devono essere risolti.

Consiglio vivamente di salvare la situazione prima di eseguire lo sbroglio, altrimenti si potrebbe avere qualche difficoltà a tornare indietro.

In realtà si potrà usare il file di backup (il brd con il simbolo # che è stato generato negli ultimi 9 salvataggi nella medesima cartella di lavoro dove stiamo operando. Questa operazione potrebbe essere poco agevole ai principianti.

 

Dopo la manovra di sbroglio il pcb si presenta come in figura:

Non tutto è andato a buon fine, necessita infatti di qualche ritocco. La prima cosa da verificare è senza ombra di dubbio la coerenza di quei due vias nella medesima pista collegati all'ingresso del regolatore di tensione IC3. Altre cose sono di minore importanza come le serigrafie che riportano ancora il nome del precedente progetto  "SuperCar 6 LED" (sarebbe un grave errore mandare in produzione il pcb con il nome sbagliato, specie se il progetto non è dl tutto "proprietario", e sono da rivedere gli spessori delle piste.

Cominciamo correggendo le connessioni morte. Attualmente l'ingresso del regolatore risulta connesso alla posizione "2" del morsetti X1, che corrisponde a +Vcc dell'alimentazione esterna. Questo dimostra, schema alla mano, che quella pista sul top layer è assolutamente in più, quindi possiamo eliminarla.

Se tentiamo di usare il tasto di cancellazione il sistema risponde così:

 
 

Ci mette al corrente che a partire dal board non è in grado di modificare lo schematico in quanto un chiaro taglio di una pista nel pcb potrebbe risultare di posizione ambigua nello schema, ne consegue che piuttosto di sbagliare non lo esegue.
Come risolviamo se non è possibile cancellare?
Semplice: Accompagnamo la pista, trascinadola con il mouse lungo il suo stesso percorso, rilasciandola sopra ad ogni curva.
Quando giungiamo sopra alla diramazione in cui era avvenuto l'errore salviamo la situazione.
Cosi facendo abbiamo eliminato la pista in più.

 

procediamo assieme:

  • trasciniamo il  vias più in alto sopra al sottostante, al rilascio del mouse il primo sparisce.

  • Portiamo le piste che non hanno intralcio nel medesimo layer cliccando su "i" e poi selezionando il colore di interesse.

  • Aumentiamo lo spessore delle piste selezionandole e poi agendo sempre su "i" seguito da "width" che porteremo a 0,0024, (dove possibile).

 

 

Tra il pin 1 dell'integrato e il condensatore la pista ha cambiato sia layer che spessore, mentre tra il pin 1 e la massa ha cambiato solo spessore. I condensatori in questo caso possono stare leggermente incrociati, tanto è vero che quello sul regolatore potremmo anche non montarlo e che sono leggermente sovradimensionati in diametro. Anche se li installiamo entrambi non si daranno fastidio più di tanto.

Finiamo quindi il lavoro di inspessimento delle piste, seleziona pista, -> " i ", width, -> rotellina mouse fino a che vediamo comparire il numero 0.0024, e un click di conferma, per ogni pista da ingrossare.

A titolo di esercizio provate a cambiare il layer a questa pista. L'effetto è che dovrebbe sparire il vias.

 

Con qualche altro piccolo ritocco su spessori piste e piani si ottiene il seguente lavoro finito.
 

 
 Scarica i files Eagle completi di file costruttivi gerber. http://www.gtronic.it/energiaingioco/it/scienza/supercar_6_led/oscillatoreNE555.zip
 

Agendo sul tasto "cam" e selezionando prima "excellon" creiamo il gerber per il piano di foratura e poi su open->job-> gerb274x-4layer.cam per creare i file costruttivi delle piste superiori e inferiori, delle serigrafie e delle maschere del solder.

Alla fine, nella cartella di destinazione, troverete questi file:

 
 

Da cui ho cancellato i file di back up, ovvero i .sch e i .brd contenete il carattere "#" (leggasi number), seguito dal numero progressivo di backup, che potrà arrivare fino a 9.

Benché sia stato creato allo scopo di fare il presente esercizio CAD questo circuito funziona, quindi se a qualcuno dovesse servire, prendete i gerber dal link indicato sopra e spediteli a Sandy -> bonzisandy88@hotmail.com        
che vi aiuterà, facendovi da interprete, a procuravi una piccola serie di questi dispositivi (non meno di 100 esemplari altrimenti in fabbrica non attrezzano neppure la macchina).

Spero che questo mio tutorial vi sia piaciuto.

Vi ricordo che per la completa comprensione era necessario leggere anche il primo tempo, e per quanto riguarda la costruzione dei gerber il mio progetto/tutorial dal titolo "amplificatore stereo 18+18 watt e tutorial cad/cam".

 A breve faremo un terzo esercizio in cui presenterò un progetto un po' più impegnativo, ovvero un amplificatore stereo Hi-Fi completo di Vu-meter a 10+10 led, un selettore digitale degli ingressi e il controllo di toni, loudness ,volume e bilanciamento.

 Concludo con un augurio di salute e serenità per tutti.

Marco