Captura de esquemático no Kicad

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O processo de projeto de uma placa de circuito impresso (PCB, do inglês printed circuit board), normalmente se resume a duas etapas no caso de placas simples. Para o caso de placas mais complexas, outras etapas podem ser adicionadas, como por exemplo a análise de interferência eletromagnética entre as trilhas.

 

Esta sequência de tutoriais descreverão as duas etapas básicas para criação de uma placa de circuito impresso: a captura do esquemático e o desenho da PCB utilizando o Kicad.

 

 

Representação de componentes no esquemáticos e PCB

 

O esquemático representa, através de símbolos, os elementos e ligações de um circuito eletrônico. Por exemplo, um capacitor pode ser representado pelos símbolos abaixo no Kicad:

kicad-esquemático-figura-1

 

Todos sabemos que na realidade um capacitor não se parece com seu símbolo gráfico, como podemos comprovar com a visualização dos modelos de capacitores 3D do Kicad abaixo:

 esquemático no Kicad

 

Logo, somente o símbolo do capacitor  e seu valor não são suficientes para desenhar, é preciso saber qual o formato do capacitor e suas dimensões físicas para poder desenhá-lo na placa. Essas informações recebem o nome de footprint (cuja tradução significa “pegada”), que é o desenho de acordo com o formato e tamanho do elemento. Para capacitores podemos utilizar por exemplo alguns dos footprints abaixo: 

 Esquemático no Kicad

 

Agora, com o entendimento que um esquemático utiliza símbolos para representar os elementos de um circuito e o  desenho da PCB utiliza footprints para representar os elementos, fica mais claro a diferença entre as duas etapas de projeto de uma PCB.

 

Nesse artigo vamos explorar os recursos do Kicad para a captura de esquemáticos.

 

 

Captura de esquemático no Kicad

 

Para facilitar o entendimento, vamos utilizar como exemplo um circuito para acionamento de relé de 5 volts (vendido normalmente como shield relé). Este circuito permite microcontroladores e plataformas microcontroladas (Arduino e etc…) acionar uma carga de maior potência (lâmpadas ou motores por exemplo) através de um relé. Como o relé normalmente precisa de uma corrente maior do que a fornecida pelos pinos de um microcontrolador, é utilizado um transistor para resolver este problema. Além do transistor é necessário um diodo de proteção junto a bobina do relé e é usado um LED para indicar se o relé está ligado ou não.

 

Para confecção desse circuito são necessários os seguintes componentes:

  • 1 resistor 1k 1/8W;
  • 1 resistor 10k  1/8W;
  • 1 diodo 1N4148;
  • 1 LED 3mm;
  • 1 transistor BC548;
  • 1 conector header 3;
  • 2 conector kre 3;
  • 1 relé de 5V  e 2 contatos.

 

Com essas informações podemos começar a captura do esquemático.

 

Primeiramente, na janela inicial do Kicad devemos criar um novo projeto, acessando o menu “Arquivo→New Project New Project”, conforme figura abaixo.

 Esquemático no Kicad

 

Na janela aberta, escolha o diretório onde os arquivos do projeto serão salvos e dê um nome ao projeto. Para este exemplo foi usado o nome “acionamento”.

 kicad-esquemático-figura-5

 

Em sequência, devemos abrir o editor de esquemático Eeschema, clicando em kicad-esquemático-icone1-01

 

kicad-esquemático-figura-6

 

Na janela principal do Eeschema podemos utilizar a roda do mouse (mouse wheel) para dar zoom no esquemático, o zoom é centralizado pelo cursor.  A adição de componentes pode ser feita utilizando o ícone  “place componentes” acessado na barra de ferramentas da direita ou pelo menu Inserir.

 kicad-esquemático-figura-7

 

Após clicar no botão de adicionar componentes deve-se clicar em qualquer ponto onde se deseja inserir o componente no esquemático. Depois do clique é aberta um janela para a seleção dos componentes. A busca pode ser feita digitando o nome do componente ou buscando o mesmo nas bibliotecas listadas. Digitando “r” selecionamos o resistor, clicando no botão ok o elemento é adicionado no esquemático.

 kicad-esquemático-figura-8

 

Podemos adicionar os outros elementos (menos o relé, por enquanto) conforme quantidade e nome listados abaixo:

 

Descrição

Nome na biblioteca do Kicad

Quantidade

Resistor

R

2

Diodo

D

1

LED

LED

1

Transistor

BC548

1

Connector 3 vias

CONN_01x03

3

 

Depois de adicionados todos os componentes (exceto o relé), o esquemático deve ficar conforme a figura abaixo:

 kicad-esquemático-figura-9

 

Para o relé, vamos criar um símbolo novo, já que o relé existente no Kicad não possui a pinagem compatível com o que iremos utilizar. Para criar um símbolo devemos clicar no ícone “library editor”  kicad-esquemático-icone1-02 ou utilizar o menu Tools. A janela de edição de símbolo é similar à janela principal.

 kicad-esquemático-figura-10

 

Podemos criar um componente do zero clicando no ícone  kicad-esquemático-icone1-03 “Create a new component”.

 

No nosso exemplo vamos criar um símbolo modificando um já existente, para isso primeiramente deve ser selecionada a biblioteca onde está o símbolo. Isto é feito clicando-se no ícone “select working library”  kicad-esquemático-icone1-04.

 

Escolha a biblioteca “device” e clique em ok para continuar.

 kicad-esquemático-figura-11

 

Clicando no ícone “ Load componente from library”  kicad-esquemático-icone1-05escolha o componente Relay 2RT.

Iremos modificar a pinagem deste componente padrão para criar um com a pinagem correta para nossa aplicação.

 kicad-esquemático-figura-12

 

Depois do componente carregado, dê um duplo clique sobre o nome “RELAY_2RT” para trocar o nome do componente para “RELE_NOVO”.

 kicad-esquemático-figura-13

 

Para movimentar vários elementos ao mesmo tempo, clique com o botão direito e arraste para marcar um retângulo de seleção, solte o botão, arraste os componentes para posição desejada e clique para reposicioná-los.

 

kicad-esquemático-figura-14

 

Reposicione os elementos conforme a figura abaixo para compor nosso novo componente.

 

kicad-esquemático-figura-16

 

Usando um duplo clique sobre o círculo do pino, abra as propriedades para trocar o número dos pinos:

 

kicad-esquemático-figura-17

 

Troque a numeração dos pinos para ficar como a figura abaixo:

 

kicad-esquemático-figura-18

 

Com o cursor sobre o pino 3, pressione a teclar 'r' 2 vezes para rotacioná-lo.

 

kicad-esquemático-figura-19

 

Com o cursor sobre o pino 3, pressione a tecla “m” para movê-lo conforme abaixo:

 kicad-esquemático-figura-20

 

Faça a mesma coisa com pino 6 para finalizar nosso novo componente.

 kicad-esquemático-figura-21

 

Agora devemos salvar o componente em uma nova biblioteca clicando no ícone “save current component to new librarykicad-esquemático-icone1-06.

 

Na caixa de diálogo aberta, salve a biblioteca no mesmo diretório do projeto. Caso desejar, troque o nome da biblioteca, que no exemplo tem o mesmo nome do componente “rele_novo.lib”.

 

kicad-esquemático-figura-22

 

Ao salvar, aparecerá a mensagem informando da necessidade de incluir a biblioteca no Eeschema. Para poder utilizá-la, aperte ok e feche o editor de componentes.

 kicad-esquemático-figura-23

 

De volta ao Eeschema, devemos entrar na opção do menu “Preferences→ Componente Libraries” para incluir a nova biblioteca criada com o novo relé (Esse é o mesmo procedimento para utilizar qualquer biblioteca de símbolos de terceiros no Kicad).

 kicad-esquemático-figura-24

 

No gerenciador de bibliotecas, clique no botão Adicionar para incluir a nova biblioteca:

 

kicad-esquemático-figura-25

 

Na janela de seleção de arquivos, procure o diretório de projeto e abra o arquivo da biblioteca criada:

 kicad-esquemático-figura-26

 

Depois de incluída a biblioteca, pressione ok para fechar a janela de bibliotecas.

 

Na janela principal do Eeschema, clique no ícone de adicionar componentes kicad-esquemático-icone1-07, e escolha o elemento criado “RELE_NOVO”.

 kicad-esquemático-figura-27

 

Com todos o elementos, agora é necessário rearranjá-los para as ligações entre eles serem feitas. Colocando o cursor sobre um elemento, e apertando a tecla “m”, ele pode ser movido. A tecla “r” pode ser utilizada para rotacionar e a tecla “x” para espelhar o elemento. Usando esses comandos é possível arranjar o circuito como na figura abaixo.

 kicad-esquemático-figura-28

 

As ligações podem ser feitas clicando-se no ícone “place wire”  kicad-esquemático-icone1-08  e clicando nos círculos nos terminais dos componentes.

 kicad-esquemático-figura-29

 

Conecte todos os elementos como a figura abaixo:

 

kicad-esquemático-figura-30

 

Intencionalmente foi deixada a conexão do resistor da base do transistor desconectada, para que haja um erro para demonstrarmos o uso da ferramenta de detecção de erro.

 

Antes disso, os componentes precisam ser nomeados (inicialmente eles são denominados R?, D?, etc...), para isso clique no ícone “Annotate schematic components” kicad-esquemático-icone1-09 . Na janela que foi aberta, use as opções padrão e clique no botão “Annotate”:

 kicad-esquemático-figura-31

 

Na janela aberta em seguida, clique em OK.

 

kicad-esquemático-figura-32

 

Agora todos os componentes estão nomeados, como a figura abaixo:

 

kicad-esquemático-figura-33

 

Com os componentes nomeados, é possível usar a ferramenta de detecção de erro ERC, clicando no ícone “perform electrical rules checkkicad-esquemático-icone1-10.

 

Na janela aberta clique no botão RUN. Clique nos links de texto em azul para navegar para as partes do circuito que não estão conectadas ou apresentando problemas (no caso do exemplo, a base do transistor que ficou desconectada).

 

  kicad-esquemático-figura-34

 

Os erros podem ser corrigidos conectando-se os pinos indicados ou marcando o pino como não conectado clicando no ícone “place not connected flagkicad-esquemático-icone1-11.

 

Os erros aparecem indicados com setas verdes como na figura abaixo.

 

kicad-esquemático-figura-35

 

Completando a ligação da base do transistor, basta aperta RUN na tela da ferramenta de detecção de erro para verificar se está tudo ok, nenhuma mensagem aparece neste caso como na tela abaixo:

 kicad-esquemático-figura-36

 

Fechando a ferramenta de detecção de erro, voltamos ao circuito que agora está com todas conexões corretas. Agora, para completar o esquemático basta colocar os valores dos componentes. Isso pode ser feito colocando-se o cursor sobre o elemento e apertando a tecla “v”, como mostrado para o resistor R1 na figura abaixo:

 kicad-esquemático-figura-37

 

Alguns componentes já têm valores como, por exemplo, o transistor, LED e o relé. Os demais elementos devem receber o valor conforme a tabela abaixo:

 

Elemento

Valor

R1

1k

R2

10k

D2

1N4148

P1

Header 1x3

P2

KRE3

P3

KRE3

 

O esquema completo pode ser visto na figura abaixo:

 

kicad-esquemático-figura-38

 

É possível adicionar anotações de texto usando a tecla ‘t’ e por exemplo descrever as conexões do conector P1, como na figura abaixo:

 

kicad-esquemático-figura-39

Com o esquemático pronto, podemos salvá-lo e seguir para o próximo passo.

 

 

Associação de Footprints

 

O próximo passo é adicionar o footprint correspondente de cada componente para podermos desenhar a PCB. Isso pode ser feito clicando no ícone “Run CvPcbkicad-esquemático-icone1-12para abrir a ferramenta  CvPcb.

Ao abri-lo aparecerá a mensagem abaixo, clique Sim.

 

kicad-esquemático-figura-40

 

Isso ocorre porque o elemento Q1 (BC548) já tem um footprint associado que não foi encontrado, como pode ser constatado na nova mensagem:

 kicad-esquemático-figura-41

 

A janela principal do CvPcv mostra uma lista com os elementos e o footprint associado a cada um.

 kicad-esquemático-figura-42

 

Dando um duplo clique nos footprints, na caixa da direita eles podem ser adicionados ao componente. Como no caso do LED na figura abaixo, onde foi adicionado o footprint LED-3mm.

 kicad-esquemático-figura-43

 

É possível visualizar o footprint antes de selecioná-lo utilizando o ícone “view selected footprint”  kicad-esquemático-icone1-13 , que abre a janela abaixo.

  kicad-esquemático-figura-44

 

Utilizando o ícone “3d Displaykicad-esquemático-icone1-14  na janela de visualização do footprint é possível ver o modelo tridimensional associado ao footprint:

 kicad-esquemático-figura-45

 

Os footprints são determinados de acordo com os formatos e dimensões dos componentes físicos disponíveis para construção da placa. Logo é preciso saber estas informações antes de projetar a PCB.

 

No caso do nosso exemplo, os footprints utilizados para os elementos comuns estão listados na tabela abaixo (ao invés disso poderiam ser usados componentes SMD, por exemplo):

  

Nome

Footprint

D1

LEDs:LED-3MM

D2

Diodes_ThroughHole:Diode_DO-35_SOD27_Horizontal_RM10

K1

Relays_ThroughHole:Relay_DPDT_IM0(3,6,7)NS

P1

Pin_Headers:Pin_Header_Straight_1x03

P2

Connect:bornier3

P3

Connect:bornier3

Q1

TO_SOT_Packages_THT:TO-92_Inline_Narrow_Oval

R1

Resistors_ThroughHole:Resistor_Horizontal_RM10mm

R2

Resistors_ThroughHole:Resistor_Horizontal_RM10mm

 

A lista completa é mostrada na janela abaixo, agora basta salvar, fechar o CvPcb e voltar ao Eeschema.

 kicad-esquemático-figura-46

 

Na tela principal, agora é necessário criar o netlist para a criação do PCB. Isto pode ser feito pelo ícone “Generate netlist”  kicad-esquemático-icone1-15  ou pelo menu “Tools->Generate Net List File”:

 

kicad-esquemático-figura-47

 

Na janela aberta, na aba Pcbnew, clique no botão “Generate”:

 

kicad-esquemático-figura-48

 

Clique  na opção salvar no diálogo de salvamento de arquivo, escolhendo o mesmo diretório do projeto.

 

kicad-esquemático-figura-49

 

 

Conclusão

 

Chegamos ao final desse tutorial. Foram apresentados os passos necessários para a criação do esquemático, assim como a criação de componentes e associação do footprint. O próximo passo será o desenvolvimento da PCB, visualizar a placa em 3D e, por fim, gerar os arquivos para fabricação. Confira todos os passos no próximo artigo. 

 

Baixe os arquivos do projeto aqui.

 

Caso tenha ficado alguma dúvida, deixe os seus comentários abaixo.

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Daniel Arbartavicius
Membro
danielarbartavicius80

No KiCAD também é possível carregar arquivos de programa de microcontroladores e realizar simulações como no Proteus?

Daniel Arbartavicius
Visitante
Daniel Arbartavicius

Na biblioteca do meu Eagle só consta os itens relativos a Power. Como baixo os outros itens de outras bibliotecas?
Obs.: Estou falando da versão Light para Linux. Essa versão tem algumas limitações mas não o número de itens da biblioteca, pelo que me consta.

Daniel Arbartavicius
Membro
danielarbartavicius80

Obrigado Luis. Consegui descobrir o que acontecia. Quando abre o Eascheme basta ir adicionando as bibliotecas que deseja usar, pois ela já existem na pasta library. Agradeço demais a atenção. Abraço.

Paulo Bernardo
Visitante
Paulo Bernardo

Não tem como disponibilizar o download do arquivo rele_novo? O meu device nao tem o RELAY_2RT :/

Luis Claudio Gamboa Lopes
Visitante
Luis Claudio Gamboa Lopes

Eu enviei junto com o artigo, mais o pessoal do Embarcados não publicou. Use o link abaixo do dropbox para baixar o projeto. Abraço.

https://www.dropbox.com/s/qjrkydktom5y12u/kicad.zip?dl=0

Fabio_Souza_Embarcados
Visitante
Fabio_Souza_Embarcados

Olá Luiz, vou colocar o link para download no artigo. Obrigado!

Paulo Bernardo
Visitante
Paulo Bernardo

Muito obrigado!

Eliseu Santos
Visitante
Eliseu Santos

Bom dia Professor, o arquivo não se encontra mais nesse link, pode reenvia-lo ?

Eliseu Santos
Visitante
Eliseu Santos

Não está aparecendo mais no link da descrição, pode reenviar por favor ?

Fernando França
Visitante

Luis, queria saber se isso já aconteceu com você: na hora de associar os footprints, o resistor aparece deslocado na visualização 3D. Acredito que isso não afete em nada além da vista 3D, mas queria saber se é só comigo. Isso acontece com o Resistors_ThroughHole:Resistor_Horizontal_RM10mm e também o 15mm. Obrigado.

Luis Claudio Gamboa Lopes
Visitante
Luis Claudio Gamboa Lopes

Fernando, pode ser algum problema de versão da biblioteca de footprints. No Pcbnew dando um duplo clique sobre um footprint é aberta uma janela de propriedades do footprint. Na aba "3d settings" é possível mudar a posição do objeto 3d. Acredito que alterando os valores das opções "shape offset" o componente fique no lugar certo (na figura abaixo a configuração no footprint do resitor). Nesta janela também é possível atribuir mais de um objeto 3d ao componente, por exemplo da para usar um objeto circuito integrado e um objeto soquete.

Fernando França
Visitante

Obrigado mais uma vez por essa luz, estou finalizando uma plaquinha simples pra começar uma mais complicada. Porém ambas serão produzidas.

Fernando França
Visitante

Funcionou perfeitamente editando o offset, estou deixando aqui o resultado caso sirva pra alguém na mesma situação. O primeiro resistor apresenta o problema de deslocamento, o segundo já corrigido conforme sua orientação.

Fernando França
Visitante

Novamente parabéns Luis, estou seguindo passo a passo e acho que conseguirei finalmente migrar do Eagle para o KiCAD com segurança. Sobre a associação de footprints no CvPCB fiquei com uma dúvida: o footprint "Connect:bornier3" não aparece disponível na lista. Tem alguma ideia do que pode ser feito nesse caso? Estou usando o KiCAD no Jessie via backports. Um abraço e obrigado.

Luis Claudio Gamboa Lopes
Visitante
Luis Claudio Gamboa Lopes

Fernando,
na barra de ferramenta os 3 ícones mais a direita são filtros para busca na lista de componentes. Selecionando o conector de 3 pinos, com só o primeiro ícone marcado (filter footprint list by keywords) a opção "Connect:bornier3" realmente não aparece. Clique no primeiro ícone para desmarcar e no segundo (filter footprint list by keywords by pin count) para trocar o tipo de busca, assim a opção "Connect:bornier3" aparece. Confira se isso resolve seu problema. Caso não resolva deve estar faltando a biblioteca Connect na tabela de bibliotecas (Para adcionar use o menu: Preferences ->Footprint Libraries)

Abraço.

Fernando França
Visitante

"Like a charm" Luis. Era exatamente isso, vou seguindo daqui, novamente muito obrigado.