TP N° 8

CAO - Prise en main de Kicad

Objectifs

A l'issue de ce TP vous montrerez que vous êtes capables :

de mettre en oeuvre un outil de Conception Assisté par Ordinateur pour réaliser une interface JTAG destinée à la programmation de composants spécifiques, en :
- élaborant le schéma structurel de l'interface,
- réalisant le typon (schéma du circuit imprimé).

Présentation

Le résultat de ce travail sera concrétisé par l'impression du schéma structurel réalisé, et du schéma du circuit imprimé des exercices proposés.

Outils

Le matériel d'expérimentation du Laboratoire de Télécom et le logiciel Kicad

Travail Demandé

On désire réaliser le circuit imprimé d'une interface JTAG conforme au schéma de principe suivant :

schema JTAG

Présentation de la suite logicielle Kicad

Logiciel Open Source et gratuit cette suite, développée par un enseignant français, est disponible sous environnement Linux et Windows.
Cette suite est composée de 5 logiciels :

kicad : le gestionnaire de projets,
eeschema : le logiciel de schématique,
pcbnew : le logiciel de circuits imprimés,
cvpcb : utilitaire complémentaire qui permet de créer facilement l'association composant schématique ( ex: R1, U2, C3...) avec l'empreinte physique (résistance 5 pas...),
gerbview : utilitaire de visualisation des fichiers gerber.

La documentation est disponible dans kicad/help au format html (lisible facilement avec l'outil wkhtml fourni) ou dans kicad/help/docs_src au format openoffice.
rem : des fichiers textes divers sont disponibles dans le répertoire kicad. Les fichiers au format Unix peuvent être lus grâce à l'utilitaire wyoEditor fourni.
Ouvrir un des exemples fournis (dans C:\Program Files\kicad\demos), regarder le schéma structurel, le circuit imprimé ("à plat" puis en 3D).

1. Création d'un projet

1.1 Lancement du gestionnaire de projet

1.2 Premier projet : Exo1

rem : Attention, certaines icônes ou certains liens lancent des outils par un double clic, d'autres par un simple clic.

2. Le schéma structurel

Lancez l'éditeur de schéma de kicad (EeSchema) à l'aide de l'icône suivante :

2.1 Les composants dans les librairies

Complétez le cartouche en indiquant le titre du schéma, votre nom, ... à l'aide de l'icône :

: Ajustage de la feuille de dessin

    Déposez les composants sur la feuille de schéma à l'aide de l'icône :
: Ajouter composants
    Pour déposer un composant sur la feuille de dessin, sélectionnez une librairie puis le composant dans la librairie :
     - sub-D 25 :   conn > DB25
     - J107 :           conn > CONN_7X2
     - 74HC244 : 74xx > 74LS244
     - R :                device > R

Positionnez les composants sur la feuille de schéma en effectuant éventuellement les rotations nécessaires (clic droit sur le composant après l'avoir sélectionné)

2.2 Liaisons entre les composants
Dans cette version de EeSchema (17-jan-2005), le déplacement d'un composant ne permet pas de déplacer les liaisons (nets) associées aux pattes de ce composant. Il convient donc de bien préparer l'étape précédente (placer et positionner les composants sur le schéma structurel) avant de débuter la tracé des liaisons.

Terminez le schéma structurel en traçant les liaisons à l'aide de l'icône :
: Addition de fils de connexion

Terminez le schéma structurel en traçant les liaisons concernant les alimentations du circuit intégré à l'aide de l'icône :
: Force affichage des pins invisibles

2.3 Conformité électrique du schéma
Avant de pouvoir passer à la réalisation du schéma du circuit imprimé, il faut vérifier la validité du schéma structurel et corriger les erreurs éventuelles.

Contrôlez la conformité électrique (E.R.C. = "Electrical Rules Check") de votre schéma structurel à l'aide de l'icône :
: Contrôle des règles électriques

Il est impératif de numéroter chacun des composants du schéma. Cela peut se faire de manière manuelle (clic droit sur le composant, puis Edite composant > Référence) ou de manière automatique.

Numérotez automatiquement tous les composants du schéma structurel l'aide de l'icône :
: Annotation des composants

Corrigez éventuellement votre schéma structurel jusqu'à n'obtenir que des "warnings".

2.4 Génération des informations relatives au schéma structurel
Pour faciliter la réalisation du schéma du circuit imprimé, il faut fournir au logiciel Pcbnew toutes les informations concernant le circuit à réaliser. Cela passe par la génération d'une "netliste"

Générez la netliste de votre schéma structurel au format Pcbnew à l'aide de l'icône :
: Génération de la netliste

.

3. Le circuit imprimé (typon)

Les composants retenus lors de l'élaboration du schéma structurel doivent être définis plus précisément pour permettre leur implantation sur le circuit imprimé. Cela consiste à associer à chacun des composants une empreinte (module) à l'aide de l'outil Cvpcb.

De retour au gestionnaire de projet, lancez l'outil Association composants/modules de kicad (Cvpcb) à l'aide de l'icône suivante :

3.1 Liaison schéma structurel - circuit imprimé
Associez à chacun des composants les modules suivants :

     - J1 :              DB25MC
     - P1 :             he10-14d
     - R1 à R12 : R5
     - U1 :            20DIP-ELL300

3.2 Tracé du circuit imprimé
    De retour au gestionnaire de projet, lancez l'éditeur de circuit imprimé de kicad (Pcbnew) à l'aide de l'icône suivante :
    Choisissez la couche : Contour Pcb
    Dessinez le contour fermé du circuit imprimé (dimensions 78,74mmX53,34mm) à l'aide de l'icône :
: Addition de lignes ou de polygones graphiques

3.3 Placement des composants (modules) sur le circuit imprimé
    Chargez la netliste de votre schéma structurel dans Pcbnew à l'aide de l'icône :
: Lire netliste
Mettez vous en mode module afin de placer les composants à l'aide de l'icône :
: Mode module
Déposez l'ensemble des modules sur le circuit imprimé
    A l'aide du menu contextuel (clic droit) positionnez les modules à l'aide de la commande :
        Move et Place Globaux > Déplace tous les Modules
    Mettez vous en mode visualisation du chevelu à l'aide des icônes :
: Afficher le chevelu général

: Montrer le chevelu du module
Placez chacun des modules sur le circuit imprimé (menu contextuel ou curseur sur le composant et touche M) en minimisant les distances des liaisons, et en vérifiant l'accessibilité des connecteurs
Passez en mode 3D Visu pour vérifier le placement mécanique des composants

3.4 Routage
    Mettez vous en mode routage afin de tracer les liaisons entre les composants à l'aide de l'icône :
: Mode piste and Autoroutage
A l'aide du menu contextuel (clic droit) lançez le routage automatique à l'aide de la commande :
        Autoroutage global > Autoroute tous Modules
    Modifiez le tracé de certaines pistes, puis complétez le circuit imprimé (en faisant attention à la couche de travail) à l'aide de l'icône :
: Ajouter pistes et vias
Passez en mode 3D Visu pour vérifier la "soudabilité" de votre circuit imprimé
    Insérez les cotations du circuit imprimé à l'aide de l'icône :
: Addition de cotations
Contrôlez la conformité des règles de conception (D.R.C. ) de votre circuit imprimé, et vérifiez qu'il ne reste pas de liaisons non connectées à l'aide de l'icône :
: Contrôle des règles de conception

4. Compléments