[Tuto KiCad] Concevoir un circuit imprimé partie 1: le schéma

Salut les poilus!

Il y a un bon moment ce ça (oh la vache oui, été 2012), j’avais écrit cet article sur Fritzing.

C’est vrai que Fritzing c’est bien. Mais dès qu’on doit utiliser des composants qui ne sont pas dans sa bibliothèque, c’est vite TRÈS lourd. Il faut créer le composant, créer son empreinte au format SVG, et disons-le franchement: les interfaces de création ne sont pas géniales et j’ai autre chose à faire que de passer une heure à créer un relais ou quoi que ce soit d’autre.

J’avais testé vite fait KiCad et j’avais vite abandonné car pour le coup, Fritzing était plus facile à prendre en main. Mais frustrant. Mais plus facile à prendre en main. Alors bon.

Récemment j’ai attaqué la conception d’un circuit imprimé sur lequel sont implantés:

  • Une Teensy 3.2
  • Un lecteur de carte MicroSD
  • Un écran OLED

Et connaissant Fritzing et ses limitations, je n’ai même pas osé le démarrer et je me suis mis sérieusement à KiCad.

Héééé ben franchement je vais vous dire:

  1. ce n’est pas si compliqué
  2. je relègue définitivement Fritzing au placard, en le remerciant pour les services qu’il m’a rendus.

Avec KiCad, on a un véritable outil de conception de circuits imprimés, avec aussi sa bibliothèque de composants (fatalement limitée), mais quel plaisir de pouvoir créer un nouveau composant en 5 minutes s’il n’existe pas dans la bibliothèque de base!

Le truc avec KiCad, c’est que la prise en main n’est pas hyper intuitive au tout départ. Mais une fois qu’on a pris le temps de comprendre les quelques concepts de base, c’est tellement bon… Et c’est ce que je vais vous expliquer ici.

Pour aller plus loin évidemment, il y a la documentation officielle de KiCad

Créer un projet

KiCad manipule plusieurs types de fichiers, selon la tâche à effectuer (typiquement les schémas électroniques et les implantations physiques de composants). Tous ces fichiers sont regroupés dans un répertoire de projet.

La première étape, quand on veut concevoir un circuit, et donc de créer un projet: Fichier/Nouveau projet/Nouveau projet, et nous l’appelerons tuto-dm.

Dans le répertoire, il crée automatiquement 3 fichiers: tuto-dm.pro, tuto-dm.sch et tuto-dm.kicad_pcb.

Créer le schéma électronique

Pour ce tuto, nous allons créer un circuit imprimé contenant un atmega128 (DIP), un driver de moteur pas à pas Pololu A4988, et disons une LED et sa résistance. Le but de ce tutoriel n’est pas de réaliser un projet fonctionnel, mais d’apprendre les bases de la conception dans KiCad.

On va donc maintenant rentrer dans le dur, et créer notre schéma. Pour cela, dans KiCad, double-cliquons sur tuto-dm.sch

Nous avons droit à un bel écran de dessin technique, avec un cartouche en bas (spéciale dédicace aux cours de techno du collège).

Deux barres d’outils : à gauche, des options d’affichage (j’ai envie de dire: rien à péter pour l’instant); à droite, ce qui va nous intéresser: la barre d’outils de dessin.

Parmi les outils, trois vont nous intéresser:

  • le triangle avec les signes + et – (oui, c’est un ampli op! Bonne réponse de l’amiral) permet de placer des composants sur le schéma.
  • le symbole de masse nous permet de placer des symboles de type « power », c’est à dire tout ce qui est relatif à l’alimentation.
  • le segment vert permet de placer des fils, autrement dit de relier les composants entre eux.

Petite note sur le déplacement dans la vue:

  • Clic milieu + déplacement de la souris: panning
  • Molette : zoom

Placement des composants

Cliquons sur l’icône « placer un composant », puis quelque part sur le dessin. Une fenêtre s’ouvre, pour nous demander quel composant insérer.

Dans le champ de filtre, nous allons taper ATMEGA328, et sélectionner le premier de la liste (ATMEGA328-AU) en double-cliquant dessus. On peut positionner le microcontrôleur avec la souris, et cliquer pour valider.

Plaçons maintenant notre led et sa résistance. KiCad est encore en mode « placer un composant », donc il suffit de cliquer quelque part sur le schéma pour rouvrir la fenêtre de sélection de composant.

Dans le filtre, tapons R, et double-cliquons sur le 1er résultat :R [Resistor]. Avant de positionner la résistance, on peut la faire pivoter en appuyant sur la touche R du clavier (Rotate). Mettons-la à l’horizontale, et plaçons la à côté de la pin PB1 de l’ATMEGA328.

Même topo pour placer la LED (LED_GENERIC), et nous allons la positionner à côté de la résistance. Si vous avez déjà placé un composant et que son sens n’est pas bon, pas de problème! Il suffit de positionner le curseur de la souris au-dessus (pas besoin de cliquer) et d’appuyer sur la touche R du clavier jusqu’à obtenir l’orientation correcte.

Normalement on devrait en être là:

Placement des alimentations

Pour KiCad, une alimentation est un composant spécial, accessible avec le bouton

On va commencer par placer les masses à côté de la led, et l’ATMEGA328.
Cliquer sur [], et chercher GND dans la liste. Placer les différentes masses, et répéter l’opération pour le 5V sur l’ATMEGA328.

Votre schéma ressemble à ça? Très bien.

Création de composants personnalisés

Ok, donc il ne nous manque plus que le Pololu A4988. Cliquons sur le schéma, puis dans le filtre: POLO… Ah non. A49… Non plus.
Aha, je vous ai bien eus hein 😀

Ce serait trop facile…

Bon, hé bien il ne reste plus qu’à le créer puisqu’il n’existe pas en standard! z’allez voir, ça n’a rien de méchant.

On va commencer par cliquer, dans la barre d’outils du haut, sur le bouton « Editeur de librairie – créer et éditer des composants »

Arrive une page blanche, sur laquelle nous allons pouvoir dessiner notre Pololu A4988 dans sa version schématique.

Cliquons sur le bouton « Créer un nouveau composant »

  • Nom du composant »: POLOLU_A4988
  • Référence par défaut: DRV (Totalement arbitraire. DRV = Driver)

Laissons les autre champs tels quels et cliquons sur OK.

A l’écrans, nous avons maintenant deux blocs de texte superposés, que nous allons arranger un peu.

C’est l’occasion d’apprendre comment déplacer des éléments dans KiCad!
Il suffit de placer la souris au-dessus du texte, et appuyer sur la touche M. A partir de là, on peut déplacer le composant avec la souris, et quand c’est bon, on clique. C’est tout 🙂

Avant de créer les connexions, on va juste ajuster la grille avec un clic droit, Sélection grille, et sélectionner 2.54mm.

Ok, maintenant créons les 16 connexions de notre A4988, en commençant par la rangée de gauche(de haut en bas), puis la rangée de droite(de bas en haut). Pour rappel, voici un Pololu A4988 dans son milieu naturel:

http://www.arduino-projekte.de

Sur la barre d’outils de droite, cliquons sur le bouton Ajouter des pins au composant , puis quelque part sur la page. Pas d’inquiétude pour le positionnement du composant par rapport à l’origine, on pourra le replacer plus tard.

Après avoir cliqué sur la page, une fenêtre s’ouvre et nous demande plus d’informations sur la pin à créer.
La première s’appelle ENABLE avec une barre au-dessus (pour dire que le driver est activé si elle est à zéro volt). Dans le champ nom pin, tapons ~ENABLE~, les ~ servant à afficher la barre au-dessus du texte.

Numéro de pin: 1
Orientation: Droite
Type: Entrée

Clic sur OK, clic sur la page et hop! La première pin est créée.
Et on enchaine avec les suivantes:

Nom: MS1
Numéro de pin 2

Nom: MS2
Numéro de pin 3

Nom: DIR
Numéro de pin 8

C’est bon?

Alors avant de tout casser, nous allons sauver ce composant.
Il faut d’abord créer une librairie qui va le contenir: cliquons sur « Sauver le composant dans une nouvelle librairie ». On va parcourir le disque jusqu’à trouver le répertoire de notre projet et sauver sous le nom « pololu_a4988.lib ». Au message qui suit, répondons OK, puis allons dans le menu Préférences/Librairies de composants. Dans la liste du haut, cliquer sur Ajouter, et sélectionner le fichier pololu_a4988.lib fraichement créé. Bien!

Cliquons enfin sur « Sélection de la librairie de travail », et dans le filtre: pololu. Valider en double cliquant sur pololu_a4988.

Là, on est bien!

Allez, on va créer les 8 pins de droite en commençant par en bas. Plus aucune difficulté maintenant! Pensez juste à changer l’orientation des pins 😉

Nous n’avons plus qu’à dessiner un rectangle autour du Pololu, ramener les textes à côté avec la touche M, sauver avec un petit Ctrl+S et hop! C’est terminé.

On peut fermer l’éditeur de composant et revenir à notre schéma principal. Maintenant, si on clique sur « Placer un composant », dans la liste nous trouverons notre Pololu A4988. Plaçons-le à côté de l’ATMEGA328, sa pin 8 faisant face à la pin 11 de l’ATMEGA328.

N’oubliez pas d’alimenter le Pololu avec +5V et GND.

Liaison des composants

Bien! Nous avons placé nos composants, il faut maintenant câbler le schéma.

Commençons par cliquer sur le segment vert dans la barre d’outils de droite (placer un fil).
Le fonctionnement est simple: clic 1 sur la pin 1, clic 2 sur la pin 2. Les clics intermédiaires permettent d’ajouter des coudes au fil.

On va relier comme ça la résistance à la pin 13, la résistance à la LED, et les alimentations.

Assignation de valeurs aux composants

En regardant le schéma, on se rend compte que la valeur de la résistance n’a pas été définie. Nous allons placer la souris au-dessus de la résistance, et appuyer sur E (Edition).
Une fenêtre s’ouvre et nous propose (entre autres) de donner une valeur au composant.

Si jamais un menu « Clarification sélection » s’affiche, sélectionner « Champ valeur » et indiquer 220.

Bilan

Et voilà, après avoir raccordé le pololu à l’ATMEGA328, vous devriez avoir un schéma similaire à celui-ci.

Allez, ça ira pour l’instant 🙂

Prochaine étape: le circuit imprimé!