Fritzing-Πλακέτες γρήγορα και εύκολα

Στον προηγούμενο οδηγό όπου περιέγραφα τη διαδικασία δημιουργίας μιας πλακέτας ενώ γνωρίζουμε το κύκλωμα και το έχουμε υλοποιήσει σε breadboard για να βεβαιωθούμε ότι δουλεύει, είχα παρουσιάσει σύντομα το πρόγραμμα fritzing το οποίο μας επέτρεπε να μεταβούμε γρήγορα στην πλακέτα. Εδώ θα ψάξουμε λίγο παραπάνω το πρόγραμμα για να δούμε τι άλλες δυνατότητες έχει και μέχρι που φτάνει.
Καλό είναι να ανατρέξετε εδώ για να δείτε πάνω κάτω πως λειτουργεί για αρχή.
Download link

αρχική οθόνη (2)

 Λίστα Εξαρτημάτων (Parts):

Ξεκινάμε με τη λίστα εξαρτημάτων, επειδή υπάρχουν πολλά "εξαρτήματα" που μπορούν να μας λύσουν τα χέρια.
Basic: Εδώ είναι τα βασικά εξαρτήματα, δηλαδή αντίσταση, πυκνωτής, πηνίο (παθητικά), και τρανζίστορ, δίοδος (ενεργητικά). Για τα απλά κυκλώματα θα αρκεστούμε σε αυτά.


Input: Για την είσοδο έχουμε να διαλέξουμε από διακόπτες μέχρι αισθητήρες επιτάχυνσης, θερμοκρασίας, πίεσης κτλ. Αν δεν βρείτε εδώ αυτό που χρειάζεστε υπάρχει πάντως και αλλού :)

Output: Στην έξοδο έχουμε φωτεινές ενδείξεις, LCD οθόνες, κινητήρες dc,σέρβο,βήματος και άλλα, ενώ περίεργο είναι ότι είναι εκεί και το μικρόφωνο.

ICs: Έχει κάποια βασικά ολοκληρωμένα εδώ όπως μικροελεκτές, ενισχυτές, το 555, κρυστάλους κτλ.

Power: Πέρα από τα αναμενόμενα έχει και σταθεροποιητή σε αυτή την κατηγορία.

Connection: Εδώ υπάρχουν αρκετά "εξαρτήματα" που δεν θα τα κοιτούσε κανείς... Όπως shields για το Arduino συγκεκριμένα το ethernet shield, mega proto shield (πλακέτα που κουμπώνει στο Arduino-mega και περιμένει απλά να την σχεδιάσουμε), το XBEE, USB connector κτλ.

Microcontroller: Καθώς φτιάχνουμε το κύκλωμα, καλό είναι να υπάρχει ολοκληρωμένο και όχι μόνο το κομμάτι που υλοποιούμε εμείς, αφού το πρόγραμμα παράγει και το διάγραμμα. Εδώ λοιπόν είναι όλοι οι διάσημοι μικροελεκτές.

Tools: Εδώ υπάρχει η προσθήκη σημείωσης και χάρακα.

Τέλος, έχουμε ειδικά για κάθε όψη του κυκλώματος κάποιες ιδιότητες.

Breadboard View: Μπορούμε να επιλέξουμε και άλλες βάσεις όπως perfboards.


Schematic View: Για το διάγραμμα πέρα από τις πηγές και τη γείωση υπάρχει και η δυνατότητα προσθήκης υπομνήματος.

PCB View: Με αυτό το κομματι θα ασχοληθούμε και μετά περισσότερο, αφού στην ουσία θέλουμε να φτιάξουμε τη μάσκα για να προχωρήσουμε στην εκτύπωση της πλακέτας. Μπορούμε λοιπόν να αλλάξουμε τις διαστάσεις της πλακέτας, να προσθέσουμε τρύπες, κείμενο ή εικόνα μέσω μεταξοτυπίας και jumpers.




Πέρα από τα βασικά όμως εξαρτήματα ας δούμε τι άλλα υπάρχουν. Στην καρτέλα με τα εξαρτήματα, κάτω δεξιά έχει δύο κουμπάκια (εικ. 3), εαν επιλέξουμε το δεξιότερο τότε ανοίγει μια στήλη με επιλογές. Βλέπουμε ότι μπορούμε να εισάγουμε δικούς μας φακέλους με εξαρτήματα, να εξάγουμε τη λίστα με τα εξαρτήματα και άλλες 3 έτοιμες.
Απ' αυτές επιλέξτε την SparkFun. Εκεί έχει πάρα πολλά boards έτοιμα που έχουν να κάνουν με το Arduino, με το Lilypad καθώς και extra αισθητήρες που πουλάει το συγκεκριμένο site.

η καρτέλα των εξαρτημάτων (3)

επεξεργασία εξαρτήματος (4)

Παρατηρήστε επίσης το εικονίδιο δίπλα απ' το φάκελο, το οποίο αφορά την επεξεργασία κάποιου εξαρτήματος έτσι ώστε να το φέρουμε στα μέτρα μας (εικ. 4), αν δεν μας αρκούν οι ιδιότητες προς επεξεργασία που μας παρέχει το πρόγραμμα στην καρτέλα από κάτω. Με αυτό το κομμάτι θα ασχοληθούμε αργότερα.








Ιδιότητες Εξαρτημάτων (Inspecror)


Αυτή είναι η επόμενη καρτέλα και περιέχει απλές ιδιότητες για κάθε εξάρτημα, ανάλογα τι έχουμε επιλέξει. Για παράδειγμα άλλες φορές δίνεται η επιλογή να αλλάξουμε την τιμή του, ας πούμε τα Ohm μιας αντίστασης, άλλες το μέγεθος που καταλαμβάνει πάνω στην πλακέτα ενώ για άλλα μπορούμε να διαλέξουμε διαφορετικά μοντέλα που είναι στάνταρ. Δεν θα το αναλύσω περαιτέρω, νομίζω είναι πολύ απλό αφού βρούμε το εξάρτημα που  θέλουμε να κάνουμε κάποιες βασικές αλλαγές ή βρίσκοντας ένα παραπλήσιο μέσα από τις ιδιότητες να βρούμε και το ζητούμενο.


Περιηγητής (Navigator)


Το τελευταίο κομμάτι των εργαλείων είναι το παράθυρο κάτω δεξιά που μας δείχνει το διάγραμμα και την πλακέτα καθώς εμείς φτιάχνουμε το breadboard. Τίποτα το φοβερό, απλά μια εποπτεία της δουλειάς μας και η γρήγορη εναλλαγή μεταξύ των όψεων του κυκλώματός μας.

Μενού

Πριν πάμε στο ζουμί της υπόθεσης,ας δούμε λίγο και το μενού του προγράμματος:

• Από το κεντρικό μενού File, μπορούμε να εξάγουμε κάθε στιγμιότυπο της δουλειάς μας σε εικόνα, να ανεβάσουμε το project στο internet στην πλατφόρμα του Fritzing κ.α.
• Όσον αφορά το interface του προγράμματος, το επεξεργαζόμαστε από το μενού Window.
• Ανάλογα με το ποιό κομμάτι του κυκλώματος κοιτάμε εμφανίζεται ή και όχι ένα extra μενού.
• Από το μενού View μπορούμε να επιλέξουμε τι θα βλέπουμε στο κύκλωμά μας και κατά βάση στην πλακέτα (επίπεδα, ετικέτες, κτλ).
• Τα αντικείμενα που επιλέγουμε μπορούμε να τα τροποποιήσουμε όσον αφορά τη θέση τους από το μενού Parts, ή με δεξί κλικ επάνω τους. Κάποιες βασικές κινήσεις φαίνονται και στα κάτω εργαλεία. Από εκεί μπορούμε να τα περιστρέψουμε, να τα "κλειδώσουμε" στη θέση τους και άλλα.

Τώρα, μετά την εισαγωγή στο Breadboard View και τα εργαλεία που μας προσφέρει το Fritzing, αφήνοντας το διάγραμμα (schematic) πάμε απ' ευθείας στο PCB View που είναι και αυτό που μας ενδιαφέρει περισσότερο. Ο βασικός λόγος της δημιουργίας του Fritzing είναι ακριβώς η δυνατότητά του να μας μεταφέρει στην "έτοιμη" πλακέτα.

PCB View (Σχεδίαση πλακέτας)

Τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, αλλά με λίγη υπομονή γίνονται πολύ ωραία πράγματα. Ξεκινάω φτιάχνοντας ένα απλό κύκλωμα που έχω κατά νου, το οποίο στο breadboard φαίνεται στην εικόνα 5. Πρόκειται για ένα δοκιμστικό κύκλωμα με τον μικροελεγκτή attiny2313. Ο συγκεκριμένος μικροελεγκτής δεν υπάρχει σε κάποια λίστα με εξαρτήματα, αλλά αυτό για τη δημιουργία του PCB δεν μας πειράζει, απλά βρίσκουμε έναν άλλο με 20 pins (DIP20).

το κύκλωμα στο breadboard (5)

Φαίνεται πολύ ωραίο εδώ αλλά για δείτε παρακάτω πως είναι η "πλακέτα"...

PCB View (6)

Επικρατεί ένα χάος... ας προσπαθήσουμε λοιπόν να το φτιάξουμε. Ξεκινώντας από τον μικροελεγκτή, με το ποντίκι επιλέγουμε τα στοιχεία του κυκλώματος και τα σύρουμε ώστε να ξεκαθαρίσει κάπως το τοπίο. Σιγά σιγά αρχίζουμε να τα τοποθετούμε ορθολογικά.

Ένας καλός γενικός κανόνας είναι να βάζουμε στο κέντρο της πλακέτας τα στοιχεία με τις περισσότερες συνδέσεις.

Τοποθετώντας τα στοιχεία στην πλακέτα (7)

Συγκεντρώνοντας τα εξαρτήματα (8)

Μετά αρχίζουμε να τα μαζεύουμε πιο κοντά, έχοντας στο νου μας ότι έχουν και ένα μέγεθος τα εξαρτήματα.
Επίσης, κάνοντας κλικ σε οποιοδήποτε σημείο της γραμμής που συνδέει 2 στοιχεία μπορούμε να δημιουργήσουμε γωνίες.
Αν παρατηρήσετε στην εικόνα 8 όλες οι γραμμές είναι ευθείες επειδή απλώς μετακίνησα τα στοιχεία. Αντίθετα στην εικόνα 9 υπάρχουν και τεθλασμένες γραμμές.




Routing (Χαράσσοντας τις διαδρομές της πλακέτας)


Όταν τελειώσουμε με την τοποθέτηση, κάνουμε Autoroute. Το εικονίδιο που βρίσκεται στα εργαλεία κάτω ή αλλιώς από το μενού Trace -> Autoroute. Με αυτό τον τρόπο, οι γραμμές-οδηγοί που φαίνονται στην εικόνα 8, αμέσως γίνονται παχιές "χάλκινες" γραμμές.
Κάθε φορά που κάνουμε κάποια μετατροπή στο κύκλωμα καλό είναι να κάνουμε και autoroute μετά.

Στο μενού Trace θα βρούμε και ρυθμίσεις που αφορούν τη διαδικασία routing της πλακέτας.
Επιλέγοντας Trace -> Autorouter Settings, διαλέγουμε ποιότητα εμφάνισης που στην περίπτωσή μας είναι homebrew. Δεν το έχω ψάξει ιδιαίτερα για να είμαι ειλικρινείς, αλλά στις custom ρυθμίσεις μπορούμε να επιλέξουμε το πάχος των γραμμών και τις διαμέτρους για τις τρύπες.
Κάνοντας Trace -> Design Rules Check ( Ctrl+Shift+D) μας εμφανίζει περιοχές που ενδεχομένως υπάρχει σφάλμα, δηλαδή είναι πολύ στριμωχτά τα εξαρτήματα ή οι γραμμές πέφτουν η μία πάνω στην άλλη.
Ακόμη μέσω του Trace ->Copper Fill γεμίζει όλη η πλακέτα με χαλκό, διατηρώντας αποστάσεις από τις διαδρομές. Με αυτό τον τρόπο γλιτώνουμε ώρα και χρήμα από την αποχάλκωση.
Τέλος μπορούμε να δώσουμε σε κάθε γραμμή ξεχωριστό πάχος επιλέγοντάς την και μεταβαίνοντας στην καρτέλα των ιδιοτήτων (Inspector) όπου εμφανίζεται έτσι κι αλλιώς μόνο αυτή η παράμετρος.

Αλλάζοντας το μέγεθος της πλακέτας (9)

Ιδιότητες Πλακέτας
 
Αφού έχουμε κάπως συμμαζέψει την πλακέτα μπορούμε να την κάνουμε πιο μικρή, κάνοντας κλικ πάνω της (στην κενή περιοχή) και επιλέγοντας από δίπλα διαστάσεις ή μετακινώντας τα όριά της που φαίνονται με άσπρες διακεκομμένες γραμμές.
Επίσης μπορούμε να ορίσουμε και πόσα επίπεδα(layers) θα είναι ή συγκεκριμένα μπορούμε να παράγουμε και έτοιμα shields για το Arduino.





Η πλακέτα είναι σχεδόν έτοιμη αλλά ας κάνουμε μια εικαστική παρέμβαση. Στα εξαρτήματα κάντε αναζήτηση γενικά "copper". Στα αποτελέσματα υπάρχει η επιλογή για να γράψετε κείμενο ή να φορτώσετε ακόμη και εικόνα τα οποία θα τυπωθούν μαζί με το κύκλωμα στην πλακέτα. Προσθέτουμε λοιπόν και το logo μας για να δίνει έναν αέρα επαγγελματισμού.
Παρατηρήστε την κάτω αριστερά γωνία :)

πλακέτα με ονοματεπώνυμο (10)

Ολοκληρώνοντας την απλή αλλά αρκετά επεξηγηματική εισαγωγή στο Fritzing, για να εξάγουμε την πλακέτα μας (τη μάσκα ουσιαστικά για πλακέτες χαλκού επικαλυμένες με φωτοευαίσθητο στρώμα), κάνουμε κλικ στο εικονίδιο κάτω (Export for PCB) και μετά επιλέγουμε πως θέλουμε το αρχείο. Διαφορετικά πάμε από File -> Export -> for Production.

Ελπίζω το παρόν άρθρο να είναι αρκετά διαφωτιστικό όσον αφορά την απλή χρήση του Fritzing σύντομα θα επανέλθω με ακόμη πιο λεπτομερή στοιχεία.