[Tuto FlatCAM] Fabrication d’un circuit imprimé: du fichier Gerber au fraisage

Voici l’article qui boucle la boucle, et que je voulais écrire depuis longtemps!
Nous allons fabriquer le circuit imprimé dessiné sous KiCAD lors des dernières sessions.

Voici les étapes qui vont nous mener à un circuit opérationnel:
1. Export du circuit au format Gerber (isolation, perçage et découpe)
2. Importation des fichiers Gerber dans FlatCAM
3. Traitement dans FlatCAM (miroir, manipulation de géométrie et export en G-Code)
4. Ouverture des fichiers G-Code dans bCNC, mise à zéro, mise à niveau automatique.(Hum, désolé, ça c’est pour plus tard)
5. Usinage

1. Export au format Gerber depuis KiCAD

Nous partirons de ce schéma:

Le format Gerber est le standard utilisé dans la production de circuits imprimés. Il contient la description des pistes, des textes, des perçages, et toutes les informations nécessaires à la fabrication du circuit.

Pour notre projet, nous allons exporter 3 fichier Gerber:
* Contour des pistes
* Perçages
* Contour du circuit (pour la découpe)

Cliquons sur le bouton

Comme je disais, nous n’exporterons que les pistes de la couche de cuivre (rouge, F.Cu) et les découpes (jaune, Edge.Cuts).

En haut, choisissons le répertoire de sortie, relatif au projet KiCAD (ici, gerber/), et cliquons sur le bouton [Plot] en bas de la fenêtre. Normalement, KiCAD nous a généré deux fichiers d’extension gbr.

Il ne nous reste plus que le fichier de perçage. Cliquons sur le bouton [Generate Drill File].

On va choisir le format Gerber, et les millimètres comme unité. Attention, ne pas cocher [Mirror Y Axis] !

Une fois que tout est prêt, cliquer sur [Drill File]

KiCAD a généré un fichier .drl dans notre répertoire, et c’est tout ce qu’il nous manquait! Nous pouvons passer à l’étape suivante 🙂

2. Import des fichiers Gerber dans FlatCAM

Si vous ne connaissez pas encore FlatCAM, c’est le bon moment!
C’est un programme très puissant, même s’il est parfois un peu buggé lorsqu’il s’agit de manipuler les géométries. Mais pas de panique, je vais vous expliquer.

FlatCAM, brut de décoffrage

Nous allons importer nos trois fichiers (deux gbr et un drl):
* File>Open Gerber, et sélectionner les deux fichiers gbr.
* File>Open Excellon, et sélectionner le fichier drl.

Et voici où nous en sommes:

Ok donc là, FlatCAM affiche nos fichiers Gerber. Nous allons maintenant les manipuler pour pouvoir générer du G-Code (oui, c’est le but, faut pas l’oublier)

La première chose à faire, c’est de tout retourner, car le circuit sera gravé par en-dessous. FlatCAM a une fonction pour ça, qui s’appelle mirror. Alors nous allons déjà renommer les 3 fichiers dans FlatCAM, et vous comprendrez pourquoi.

Double-cliquons sur le 1er fichier, et changeons son nom par quelque chose de plus court, comme cuivre par exemple. Pareil pour les deux autres (decoupe, percage).

Si j’ai voulu donner des noms plus courts aux fichiers gerber, c’est parce que nous allons devoir effectuer une symétrie (miroir selon l’axe Y). Bah oui, nous devons graver le circuit à l’envers…

Pour appliquer la symétrie à nos 3 fichiers, malheureusement, pas de solution « cliquer ici ». Nous allons utiliser la console de FlatCAM. Si elle n’est pas déjà visible en bas de l’écran, aller dans le menu Tool>Command Line.

Il y a une tapée de commandes disponibles (help pour avoir la liste).

Nous allons symétriser nos 3 fichiers gerber avec la commande suivante:

Ok, on a symétrisé nos objets, mais vous avez vu où ils sont maintenant?? On va repositionner tout ça aux alentours de (0,0) pour une question de… maniaquerie. Et de volonté de ne pas péter les outils au moment de l’usinage avec un retour à (0,0) aléatoire.
Allez, +146 en X, et +108 en Y:

Il ne se passe rien? cliquons sur le bouton [Replot] de la barre d’outils, et FlatCAM va redessiner l’affichage. Je parlais de bugs, c’en est un.

2.1 Génération de G-Code pour la gravure d’isolation

Superbe! Nous n’avons maintenant plus qu’à générer le G-Code pour fabriquer notre circuit imprimé.

Double cliquons sur l’objet cuivre dans la liste de gauche.

Les détails s’affichent.

Je ne vais malheureusement pas tout détailler car je suis une grosse feignasse.
Les blocs qui nous intéresseront sont essentiellement Isolation Routing et Board Cutout.

Dans notre cas précis, nous allons ignorer Board Cutout, car nous avons une découpe assez tarabiscotée pour ce circuit. Mais sachez que cette commande permet de générer un tracé de découpe rectangulaire autour du circuit. C’est souvent suffisant.

Nous devons définir le diamètre de notre outil (ici, c’est une pointe de 0.4mm), et le nombre de passes d’isolation (en général je laisse une seule passe).

Une fois ces paramètres définis, cliquons sur [Generate Geometry] (le premier bouton, en bas du bloc Isolation Routing. Vous allez voir les pistes s’entourer de lignes rouges, éloignées de 0.2mm (le rayon de notre outil).

Retournons dans l’onglet Project. FlatCAM a créé un nouvel objet, cuivre_iso. Dans la terminologie de FlatCAM, c’est un objet de type géométrie. Il contient les lignes rouges en question.

Vous voyez le panneau de détails? On se rapproche du G-Code 🙂

Il faut indiquer la profondeur de gravure (Cut Z), la hauteur lors des déplacements rapides (Travel Z), la vitesse d’avance pour la gravure (Feed rate), et le diamètre de l’outil (Tool Dia.) On clique sur [Generate], et hop! Apparaissent des lignes bleues, qui représentent les traces réelles de l’outil.

Retournons sur l’onglet Project, et ô surprise, FlatCAM nous a généré un objet de type cnc : cuivre_iso_cnc.

On arrive au bout!

S’il n’y a rien à ajouter au début ou à la fin du fichier G-Code, il n’y a plus qu’à cliquer sur [Export G-Code], en bas, et enregistrer le fichier où bon vous semble.

2.2 Génération de G-Code pour le perçage

Wouuuhou! Bon, d’accord ça a l’air un peu long comme ça, mais c’était décrit en profondeur.

Passons au perçage. Z’allez voir, c’est plus rapide. On va revenir sur l’onglet Projet, et double cliquer sur notre objet percage.

FlatCAM nous affiche la liste des différents diamètres de trous utilisés dans le circuit (0.8mm, 1.0mm et 1.32mm).

Si vous vous en foutez et que pour vous, un trou c’est un trou, avec une taille unique, laissez les 3 lignes sélectionnées. Sinon, si vous voulez distinguer les diamètres et changer d’outil entre chaque série de perçage, il faudra sélectionner successivement les 3 lignes, et générer 3 objets cnc.

Pour la démo, on ne va pas se casser la nénette (oui, je suis toujours aussi peu courageux), et générer un seul objet cnc. Donc laissons les 3 tailles d’outils sélectionnées. Ajustons la profondeur de perçage (Cut Z, la hauteur pour les déplacements rapides (Travel Z) et la vitesse d’avance verticale (Feed rate), puis cliquons sur [Generate].

J’ai spoilé, je suis désolé. FlatCAM a généré un nouvel objet cnc: percage_cnc.

Et c’est kiki va générer un G-Code pour le perçage?

2.3 Une découpe un poil compliquée – manipulation de géométrie

Alors bon, cette partie, c’est seulement si on veut une découpe un peu tordue, comme celle de mon exemple. Sinon, passez votre chemin.

Parmi les fichiers Gerber, il y en a un qui s’appelle decoupe. Sélectionnons-le.

Disons qu’on veut l’attaquer avec une fraise de 1.5mm. On va précéder exactement comme pour générer la géométrie de l’isolation des pistes, sauf que le diamètre de l’outil sera de 1.5mm

J’avais prévenu que ce serait la merde… FlatCAM génère deux lignes: une à l’extérieur, et une à l’intérieur. Nous devons nous débarrasser de cette dernière.

Il faut pour cela sélectionner l’objet Géométrie créé (dans notre cas, decoupe_iso), et passer en mode Edit Geometry avec le bouton . Les lignes rouges changent alors de couleur.

Le but de la manœuvre, c’est de dessiner un polygone entre les deux lignes rouges, et d’effectuer une union booléenne entre les 2 lignes rouges d’origine et ce polygone, pour ne conserver que l’extérieur. Oui, c’est un peu lourdingue, mais c’est la seule façon que j’ai trouvée pour arriver à mes fins. Si vous en avez une autre, je suis preneur!

Donc, une fois en édition de géométrie, cliquons sur le bouton . Il s’agit ensuite de dessiner notre polygone entre les deux lignes de contour. Pour terminer le polygone, taper [Espace].

Une fois le polygone terminé, cliquer sur le bouton pour rafraîchir la géométrie et quitter le mode édition. Mais pas de panique, on y retourne tout de suite.

Allez! Rebelote :

La manip qui va suivre est un peu délicate pour cause de petit bug de sélection. On va zoomer à mort dans un coin de notre circuit, et cliquer sur le polygone que nous avons tracé précédemment. Il doit devenir noir.

Ensuite, appuyer sur Ctrl et cliquer sur le contour restant. Le reste devient noir.

Cliquer ensuite sur le bouton Polygon Union :

Les deux lignes intérieures devient rouges.

Valider en cliquant sur .

Notre géométrie est maintenant correcte!

Encore une étape et nous pourrons sauter au point 2.1 pour la génération du G-Code… Il faut créer des petits points d’attache (tenons, ou tabs en anglais), sinon notre circuit va voler à la fin de la découpe.

L’article est long hein… Je suis éreinté. Je voulais enchaîner sur bCNC mais je le ferai dans un prochain article.

Allez, on y va pour les tenons, dedieu dedieu!

Pour créer des tenons, il faut modifier encore un peu la géométrie précédente, en coupant la ligne à deux endroits.

Nous allons de nouveau éditer la géométrie decoupe_iso, et dessiner deux rectangles de 5mm sur la ligne, un en haut et un en bas.

On va revalider en cliquant sur le bouton OK en haut, puis retourner en mode édition. Maintenant, on va sélectionner le tracé du contour, puis le rectangle avec Ctrl. Les deux sont noirs? Ok. Allons dans le menu Drawing>Cut Path. Boum. FlatCAM a coupé notre contour. Il n’y a plus qu’à sélectionner le rectangle et l’effacer (touche – du clavier). Et pareil pour le tenon du bas.

Il suffit maintenant de refaire le point __2.1__, en ajustant le diamètre d’outil, la profondeur, et en cochant éventuellement la case Multi Depth pour faire plusieurs passes de découpe (dans ce cas, indiquer la profondeur de chaque passe juste en-dessous).

Ouf! On a enfin fini!

Nous avons donc maintenant nos trois fichiers G-Code (gravure, perçage et découpe), et il n’y a plus qu’à les envoyer dans la machine avec bCNC. Mais ça, c’est pour un prochain article, parce que là, cet article est déjà trèèèès long et je suis au bout de mes forces 😀

[Tuto KiCad] Concevoir un circuit imprimé partie 2: le circuit imprimé

Vous avez aimé le premier article sur KiCAD? vous n’avez plus rien mangé ni bu en attendant la suite? Hé bien faites-vous un gros sandwich avec une bonne bière, car la voici!

Alors avant de commencer, je souhaite me dédouaner d’une chose. Dans le premier tuto, je vous ai présenté les fonctions de base de KiCad en construisant un schéma sans queue ni tête.
Dans cette seconde partie, nous n’utiliserons pas le schéma présenté précédemment, mais un vrai schéma pour un vrai projet. C’est plus concret, et surtout, je ne travaillerai pas pour rien, hé hé 🙂

Alors voilà, nous allons partir sur un petit circuit pas méchant. L’idée, c’est de faire un mini shield pour une Arduino Uno, qui va générer un signal sinusoïdal grâce à un DAC (MCP4921). Le DAC pilote un MOSFET pour alimenter une LED de puissance.

Voici le schéma KiCad :

Assigner des empreintes aux composants

Le schéma reste un schéma, et ne reflète pas forcément la réalité physique des composants. D’ailleurs, un même composant peut se présenter sous différentes formes. Typiquement, il peut y avoir une version montée en surface (SMD, ou CMS en français) et une version traversante.

Et malheureusement, KiCad ne peut pas savoir quelle version de chaque composant nous voulons implanter sur notre circuit.

Par conséquent, à chaque composant, nous allons devoir associer une empreinte (c’est à dire une forme physique du composant). Et ce sont ces empreinte que nous allons par la suite positionner sur notre circuit imprimé.

Pour associer une empreinte à un composant du schéma, placez la souris au dessus du composant (ici le MOSFET) et appuyez sur F (comme Footprint).

En appuyant sur le bouton [Sélection], une fenêtre s’ouvre, et nous affiche une méga liste vraiment mal foutue, parce qu’on ne peut pas faire de recherche dedans. Il faut savoir ce qu’on veut.
A gauche, on a les grandes familles de composants (résistances, transistors, connecteurs…), éventuellement sous-catégorisés en SMD (Surface Mount Device) et THT (Through Hole Technology).
En cliquant sur une famille, on a à droite sa liste d’empreintes de composants.

Dans notre cas, nous allons implanter un MOSFET au format TO-220. Je ne croyais pas dire des choses pareilles en public un jour, mais je réalise que parler de boîtiers TO-220, ça doit quand même faire une sacrée impression dans les dîners mondains.

Pour le DAC, c’est un Housings_DIP:DIP-8_W7.62mm.

Et pour les connecteurs, j’ai pris des
Connect:AK300-2 pour les gros (entraxe de 5mm)
Pin_Headers:Pin_Header_Straight_1x02_Pitch2.54mm pour les petits.

Ok, donc tous nos composants sont maintenant associés à une empreinte, alors passons à la suite!

Ah il faudra quand même que je vous montre comment créer une empreinte de composant, si jamais vous avez besoin de quelque chose qui n’existe pas dans la librairie standard. C’est important de savoir faire, et vous verrez c’est vraiment facile. Je ferai une aparté à la fin de l’article à ce sujet.

Donc!

Sur la barre d’outils de KiCad, en haut, il y a un bouton [NET]. Cette fonction va nous permettre de générer la netlist, qui est en fait un fichier texte récapitulant toutes les connexions entre les composants. C’est le maillage de notre circuit.

Cliquez sur [Générer], et KiCad va nous proposer d’enregistrer un fichier nom_du_projet.net dans le répertoire du projet. Parfait. Une fenêtre devrait apparaitre.

En fait, KiCad nous explique que chaque composant doit être annoté (par exemple, les résistances doivent être nommées R1, R2, R3…).
Alors là, en général je m’en contrefous et je clique sur [Numérotation]. Je fais en général de petits circuits et je sais ce que je vais mettre dessus, et où.

Hop! Notre fichier .net est créé et nous allons pouvoir passer à la vue de conception de circuit imprimé. Pour cela, cliquer sur . Ce bouton est à droite de la barre d’outils.

La fenêtre PcbNew d’ouvre, avec un fond noir, encadré de rouge. Vide. Ah. T’inquiète, c’est normal. Nous allons importer notre netlist, et tout va se charger correctement: clic sur le bouton [NET] dans la barre d’outils, puis [Read Current Netlist]. L’opération peut prendre quelques secondes, et une fois terminée, nous pouvons fermer cette fenêtre.

Positionner les composants

Tout est bien là, mais VRAIMENT en vrac. On va réarranger un peu tout ce bazar avec les touche M et R (déplacer et pivoter, comme lors de la conception du schéma).

On y voit un peu plus clair!

Comme il s’agit d’un shield pour une Arduino Uno, il va falloir être précis au niveau des 4 connecteurs du haut et des deux du bas. L’espacement vertical doit être de 1.9 pouce.

Soit on la joue naïve (en regardant les coordonnées en bas), soit on utilise la grille comme il faut pour un placement efficace. Allez, je choisis pour vous: réponse 2.

La grille est un outil super puissant, pour peu qu’on sache l’exploiter. Nous allons définir une grille personnalisée, avec comme pas vertical 1.9 pouce, et comme pas horizontal 0.1 pouce (2.54mm) (on s’occupera de l’horizontal juste après).

Dans le menu Dimensions>Grid, entrons les deux pas (attention, selon votre configuration régionale, il faut peut être utiliser une virgule à la place du point. J’ai ce problème).

Une fois la grille validée, cliquons sur le bouton tout en bas de la barre d’outils de droite:

Il va nous permettre fixer l’origine de la grille. Nous allons poser cette origine sur la pin SCK du connecteur du haut. C’est la pin 13 de notre Arduino.

Ensuite, activons notre grille personnalisée avec clic droit>Grid select>User Grid.

On peut voir que la partie basse descend un peu trop bas… On va déplacer notre connecteur du bas pour qu’il soit placé sur la ligne de la grille, puis rétablir une grille au pas de 2.54mm pour réarranger vite fait les autres composants.

Procédons de la même manière pour placer notre connecteur du bas correctement en X, et réarrangeons le tout.

Nous pouvons maintenant créer les pistes de cuivre qui relieront nos composants, avec le bouton .

Peu à peu, nous arrivons à quelque chose comme ça:

Zone de remplissage

Nous allons relier toutes les masses à l’aire d’une zone de remplissage. Pour cela, cliquons sur le bouton , puis quelque part sur notre schéma. On choisit la couche de cuivre, le Net (dans ce cas, GND), puis OK. Nous pouvons ensuite dessiner un chouette rectangle autour de notre circuit (double clic pour le valider).

On peut afficher ou pas les zones de remplissage avec les boutons suivants:

Et pour reconstruire la zone, c’est la touche B du clavier.

Oh yeah! Mais le contour… C’est un peu trop conventionnel, non?

Pour terminer, nous allons donner une forme un peu exotique à notre circuit final.

Sélectionnons la couche Edge.Cuts à droite (elle est jaune normalement).

A l’aide des boutons et , nous allons nous éclater à dessiner un contour totalement déliraaaant (avec la voix de Stéphane Bern), puis re-appuyer sur B pour que KiCAD recalcule le remplissage de masse, et hooooop!

Supplément gratuit spécial été : créer une empreinte de composant personnalisée

Savoir créer des composants custom, c’est capital. Pouvoir le faire hyper facilement, c’est encore mieux. C’est d’ailleurs la raison principale qui m’a fait quitter Fritzing pour KiCAD. Avec Fritzing, pour créer un composant, c’est une putain de plaie. Ouverte. Et pas désinfectée. KiCAD, lui, a soigné cette plaie sans douleur ni cicatrice, et m’a même fait un gros bisou sur le front pour que j’oublie tout 🙂

Pour la démo, je vais créer un circuit intégré, le CD4011 (quatre portes NAND). Il a une valeur sentimentale, c’est le premier circuit intégré que j’ai eu l’occasion d’utiliser (Kosmos Electronic 2000… Souvenirs…)

Bref! Voici la tronche du circuit dans KiCAD, vite fait:

CD4011 à la Nico

Bien, maintenant nous allons créer l’empreinte de ce circuit.

Dans l’éditeur de schéma, cliquons sur le bouton Footprint Editor, puis sur New Footprint. On va l’appeler CD4011-DIP.

On va cliquer à droite sur Add Pads, et poser les 14 pastilles de notre circuit intégré (espacées de 2.54mm, et la largeur du circuit est de 7.62mm.

Avant de poser la 2ème pastille, on peut éditer la 1ère (touche E), et régler par exemple la forme et le diamètre de la pastille. Ce réglage sera repris sur les suivantes.

On va créer un répertoire cd4011.pretty dans le dossier du projet, puis aller dans Préférences>Footprint Libraries Manager, cliquer sur l’onglet Project Specific Libraries, et ajouter notre librairie d’empreinte comme ceci:

Après ça, File>Save Footprint in active Library, et on lui donne un nom (CD4011-DIP).

Et voilà! Les numéros de pins de l’empreinte collent avec celles du composant dans le schéma, et c’est toute ce dont on a besoin!

Il ne nous reste plus qu’à dire à KiCAD « Hey, j’ai créé une nouvelle bibliothèque d’empreintes, et j’aimerais l’utiliser dans mon projet. Je peux te montrer où elle se trouve? »

Depuis l’éditeur d’empreintes, on va donc dans Préférences>Assistant des librairies d’empreintes, et on parcourt notre disque dur jusqu’à l’emplacement de notre répertoire pretty. Il nous propose d’importer l’empreinte de façon globale, ou bien juste pour le projet actuel. Pour la démo, choisissons le projet actuel.

De retour dans l’éditeur de schéma, plaçons la souris sur notre composant, appuyons sur F, suis Sélection. On déroule la liste, et voici le graal: notre empreinte du CD4011 est présente et utilisable!

Bilan des courses

Si vous en êtes à lire ce paragraphe, félicitations!

J’avoue que l’article est assez long, j’ai essayé de l’illustrer le plus possible pour expliquer la démarche pas à pas… Normalement, entre le premier article et celui-ci, KiCAD devrait sembler plus accessible qu’au premier abord.

En fait, les raccourcis clavier sont capitaux dans KiCAD, et notamment:

  • M (move) : déplacer un élément
  • G (grab) : déplacer un élément en conservant ses connexions
  • E (edit) : modifier les propriétés d’un élément
  • F (footprint) : assigner une empreinte physique à un composant de schéma
  • Suppr (Delete pour nos amis suisses) : effacer un élément

Si KiCAD a un doute quant à l’élément qui se trouve sous la souris, il affichera un menu Clarification qui nous permet d’indiquer avec précision l’élément sur lequel on veut agir.

Avec tout ça, nous avons un beau circuit imprimé virtuel, il ne reste plus qu’à le fabriquer! Mais ce sera l’objet d’un prochain article 😀

[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!

Interfaces de programmation pour ESP8266

La première question qu’on se pose quand on reçoit un ESP8266, c’est…

« Ah merde, mais comment je vais programmer ce machin? »

Il y a besoin de 4 fils : +, -, Rx et Tx, donc la première chose, c’est de se procurer un convertisseur USB-série. Le point crucial, c’est la tension de sortie de ce convertisseur. Elle doit être de 3.3v à la fois sur le Vcc ET sur le Tx. Le risque avec du 5V, c’est tout bêtement de griller l’ESP.

L'interface USB-série
L’interface USB-série. On peut voir en bas le sélecteur 5V-3.3V, et en haut le bouton reset.

L’ESP8266 01 a des broches au pas de 2.54mm, mais n’est pas utilisable dans une breadboard à cause de la position des broches. Donc soit on y va avec des fils et des connecteurs Dupont, soit un se fait un petit circuit imprimé pour connecter tout ça à l’adaptateur USB-série. Au début, j’utilisais la première méthode, mais j’ai finalement opté pour un petit circuit imprimé…

Vert jaune rouge... Rastaman!
Vert jaune rouge… Rastaman!

A gauche, il y a un emplacement pour un cavalier. Il sert à faire démarrer l’ESP8266 en mode programmation.

Oui, je n'avais que des connecteurs femelles à 8 contacts...
Oui, je n’avais que des connecteurs femelles à 8 contacts… C’est joli le scotch…
Et l'ensemble connecté sur le PC, prêt à être programmé!
Et l’ensemble connecté sur le PC, prêt à être programmé!

Le truc avec l’ESP8266, c’est qu’il se décline en je ne sais combien de versions différentes. J’ai aussi un 12e sous la main, et pour lui, l’emplacement des broches est un peu plus particulier, dans le sens où elles sont espacées de 2mm, et non de 2.54mm. Du coup j’ai dû commander des headers au pas de 2mm afin de faire un programmateur et adaptateur.

Il est juste glissé entre les headers pour faire le contact. Pas de soudures, c'est cool!
Il est juste glissé entre les headers pour faire le contact. Pas de soudures, c’est cool!

Après coup, je me dis que j’aurais pu placer les headers pour faire en sorte que l’ESP8266 soit carrément enfiché sur les headers. Mais là, ça va pile poil.

Il faut un cavalier en permanence entre la GPIO15 et la masse pour qu’il démarre (ça il faut le savoir…), et un autre en bas pour mettre la GPIO0 à la masse (ça c’est pour le mode programmation).

Côté connection au PC, c’est le même principe.

Un peu plus gros mais ça va bien :)
Un peu plus gros mais ça va bien 🙂

 

Shapeoko 3, déconnexions USB et carte de contrôle

Je me bats avec ma Shapeoko 3 depuis à peu près le début, car il y a des déconnexions USB très fréquentes quand on attaque assez fort dans la matière. Par contre ce n’est pas le cas si on n’attaque pas trop fort dans la matière.

Un tour dans les forums et des discussion avec Jorge Sanchez (de chez Carbide 3D) m’ont laissé entendre que ces déconnexions étaient très probablement causées par des interférences électromagnétiques entre les moteurs (pas à pas, ou peut-être la broche) et le câble USB.

J’ai suivi les instructions de Jorge: raccordement de masses, utilisation d’un isolateur galvanique USB, mise à la terre. J’ai cru que c’était réglé, et puis c’est revenu… Ça m’a vraiment saoulé, et j’ai décidé de fabriquer ma propre carte de contrôle pour la machine.

Je suis parti sur des drivers pas à pas Pololu DRV8825, commandés par une Arduino Uno sous Grbl. Rien de très compliqué a priori, puisque j’ai déjà fait quelque chose de comparable avec mon CoreXY, sur 2 axes seulement.

Alors je me suis lancé, et j’ai fabriqué un circuit imprimé avec la Shapeoko elle-même (comme je disais, quand on grave et que ça ne force pas, ça marche!).

Côté design, j’ai utilisé Fritzing et Visolate.

Pour l’envoi sur la machine, j’ai découvert bCNC et croyez-moi c’est VRAIMENT le top. Je ferai certainement un article dessus pour la prise en main. Pour la faire courte, c’est un logiciel qui envoie le G-Code à la machine, mais qui permet de compenser l’axe Z selon les mesures faites au préalable avec un palpeur. C’est trop bien, particulièrement quand on grave un circuit imprimé et qu’on veut avoir une profondeur identique partout!

Bref, voici la fabrication de la carte en images.

Gravure PCB
Gravure des traces. Si si, ça tourne! C’est l’appareil photo qui est trop rapide 🙂

 

perçage pcb
Le perçage avec une mèche de 1mm.

 

bCNC
bCNC en pleine action! On peut voir le quadrillage effectué par le palpeur, avec les différences de hauteur.

 

Le circuit terminé
Le circuit terminé. C’est autre chose que ce que j’avais fait dans le passé!

 

Test pcb
Test avec 3 moteurs Nema17, concluant 🙂

 

J’ai branché les moteurs de la Shapeoko (Nema23) sur la carte, et.. Rien. Enfin si: des réactions, mais des réactions étranges.

En fait j’ai réalisé que les fils n’étaient pas agencés pareil au niveau des connecteurs!

Cablage moteurs pas à pas 4 fils
Codes couleurs des moteurs bipolaires à 4 fils. (honteusement piqué sur http://www.linengineering.com)

 

Avec les fils dans le bon ordre, le fonctionnement est bien meilleur, n’est-ce pas 🙂

Tout content, je lance un job avec des passes de 2.5mm dans du pin. J’y crois, j’y crois, j’y crois. Jusqu’à ce que ça se plante. La même. Exactement la même qu’avec le contrôleur d’origine de la Shapeoko. Autant dire que ma tête a pris successivement toutes les couleurs de l’image ci-dessus.

J’ai tout fait, j’ai essayé sur un PC de bureau (relié à la terre) plutôt qu’un portable, j’ai essayé à tout hasard un autre firmware, rien à faire. C’est relou hein…

Alors hier soir j’ai retenté le contrôleur d’origine, en diminuant la profondeur des passes (1.25mm) et ça va. Pour le moment en tout cas…

Mais c’est frustrant, quand on a une grosse machine, puissante, de devoir se coltiner des passes aussi fines, franchement…

[Edit du soir même] Hééééé ben non. Finalement ce soir elle ne voulait plus. Je commence à en avoir plein mon ass, mais alors vraiment…

[Edit du lendemain] Carbide 3D va m’envoyer une nouvelle carte (une nouvelle mouture, pas juste un remplacement de celle-ci). Même si je râle, j’apprécie énormément leur support, ils ne laissent pas leurs clients dans le mouise. C’est très important.

Si vous avez le même problème que moi, faites-moi signe, que vous l’ayez résolu ou non, ça m’intéresse!

Fabrication d’un circuit imprimé à l’ancienne

J’aime bien me moquer proverbes, parce qu’ils permettent de tout justifier pour pas cher.

Le proverbe du jour autorise celui qui l’emploie à effectuer un virage à 180° sans souci : « il n’y a que les imbéciles qui ne changent pas d’avis »…

En effet, j’ai finalement investi dans le nécessaire pour graver chimiquement mes circuits imprimés. A l’ancienne. Comme dans les cours de techno du collège (pour les vieux comme moi qui faisaient des TP de techno).

Putain de fraiseuse! Dans l’article précédent, je vantais les mérites des zones de Voronoï, et je les vante toujours. Mais quand c’est trop serré, c’est trop serré. Impossible de graver un circuit imprimé un peu dense à cause du jeu. Et quand je dis « dense », je parle juste d’espacements de 2.54mm…

Enfin bref, ça m’a saoulé, et j’ai finalement pris la décision de passer au chimique.

J’ai commencé par tenter la fameuse technique du transfert de toner au fer à repasser sur la plaque de cuivre, avant de tremper le tout dans un mélange acide qui bouffera le cuivre non protégé par le toner.

La phase du transfert… Une horreur. Après pas mal d’essais, plusieurs types de papier, plusieurs durées de chauffe, des trempages interminables dans l’eau… Impossible d’avoir un tracé propre sur la plaque. D’la merde… Pour moi en tout cas. C’est dommage, parce que beaucoup y arrivent, mais perso ça m’a pris la tête. Alors j’ai pris mon portefeuille à deux mains et j’ai commandé :

  • une insoleuse en kit
  • une graveuse (bac chauffant qui fait des bulles)
  • des plaques photosensibles
  • du gros perchlorure de fer qui tache

Et là, même si le circuit n’est pas vraiment complexe, on peut quand même parler de propreté et de précision:

PCBpédalier midi

N’est-ce pas! ça, c’est un pédalier midi que je vais essayer ce soir avec les copains, et qui va me servir à sampler des boucles de basse sans toucher à l’ordi. C’est beau, non?

Produire un circuit imprimé avec des zones de Voronoï

Je voulais faire un circuit imprimé pour le CoreXY, pour pouvoir ranger mon petit bazar dans un boitier propre et libérer ma plaque d’essais.

Le truc, c’est que ma fraiseuse CNC souffre d’imprécision… Et comme je dois tracer des pistes et pastilles pour les Pololu (connecteurs espacés de 2.54mm), j’ai un peu peur du résultat…

Et je n’ai toujours pas envie d’utiliser des produits chimiques.

Alors j’ai investigué et j’ai trouvé une technique redoutable de production de PCB, qui devrait être capable de compenser l’imprécision de la machine : les diagrammes de Voronoï.

L’idée est, plutôt que de tracer les contours précis de chaque piste et pastille, d’aller « au plus large », et isoler uniquement les zones nécessaires. Un dessin vaut mieux qu’une longue histoire:

voronoi pcb
Le circuit à graver

Les lignes fines qu’on voit entre les pistes sont celles qui vont être fraisées. Après tout, on n’a pas besoin de faire le tour de toutes les pistes avec précision pour les isoler les unes des autres.

1. Conception du circuit

J’ai tout d’abord conçu mon petit montage avec Fritzing.fritzingJ’y ai mis mes deux pololu, des connecteurs pour les moteurs, les alimentations et le signal.

On bascule en mode « circuit imprimé », simple couche. Avec l’autoroutage (ou pas… mon circuit était autorouté d’une façon très bizarre), on met en place les pistes de cuivre.

fritzing-pcb
Je n’ai pas pu éviter un jumper…

2. Export au format Gerber

Depuis le menu fichier>exporter pour la production>gerber étendu, nous pouvons exporter le circuit imprimé au format Gerber. On obtient un répertoire avec une tapée de fichiers, dont deux nous intéressent particulièrement : pcb_corexy_copperBottom.gbl et pcb_corexy_drill.txt.

Le premier contient les traces du circuit imprimé, et le second les coordonnées des trous à percer (en pouces… sympa les gars).

3. Traitement du fichier Gerber avec Visolate

Traumflug, un membre très actif de la communauté Reprap et coauteur de Teacup, a écrit un programme en java qui permet de générer des zones de Voronoi à partir d’un fichier Gerber.

Après avoir téléchargé Visolate, ouvrons notre fichier gbl.

visolate-1

Les pistes et les pastilles apparaissent, avec des couleurs j’te dis même pas. Bariolées. Chaque couleur correspondra à une zone de Voronoi. La première étape est donc de réunir ce qui doit être réuni, avec le bouton « fix topology ». Avant de cliquer, il faut zoomer un peu avec le slider « dpi ». Le programme va scanner le circuit et réunir les zones de notre circuit imprimé.

visolate-2Cool! Maintenant, cliquons sur « make toolpaths »: Visolate génère les parcours d’outil pour fraiser les zones de Voronoi. Il n’y a plus qu’à enregistrer le fichier avec « save G-Code » et on est paré. Enfin presque.

visolate-3

4. Génération du G-Code de perçage

Comme je le disais au-dessus, Fritzing génère les coordonnées des perçages en pouces. Il faut faire la conversion en mm. Ou basculer la machine en mode pouces. J’ai opté pour la conversion en mm.

Le fichier des perçages a cette allure:

[code]

; NON-PLATED HOLES START AT T1
; THROUGH (PLATED) HOLES START AT T100
M48
INCH
T100C0.038000
T101C0.041667
T102C0.035000
%
T100
X015681Y004991
X017681Y012991
X015681Y014991
X017681Y009991
X015681Y005991
X017681Y013991
X015681Y015991

etc.

[/code]

J’ai fait un programme qui convertit cette suite de coordonnées en G-Code, et en millimètres s’il vous plait : GerberDrill.

Désolé pour l’interface utilisateur toute pourrie… Le principe est simple: parcourir pour aller chercher le fichier drill.txt, définir le code à générer pour chaque trou et cliquer sur « Process drill file ». Le programme génère du G-Code pour se rendre à l’emplacement du trou, et percer à la profondeur indiquée.

5. Concaténation des deux fichiers G-Code et miroir

Je voulais tout faire d’une traite, c’est à dire fraiser les zones de Voronoi et marquer les points de perçage (puis percer à la main avec une mèche de 1mm avec la Dremel).

Donc dans un fichier texte, j’ai mis à la suite le G-Code généré par Visolate et celui généré par mon programme GerberDrill.

Etape importante : il faut mettre un effet miroir sur le G-Code, car la gravure va se faire sur la face inférieur du circuit. Pour cela, dans le fichier G-Code, remplacer tous les « X » par « X-« .

On enregistre le fichier et zou! balance la purée papa!

Le jeu de ma machine se remarque particulièrement au niveau des points de perçage, lorsqu’ils sont près d’une trace. J’ai dû les arranger à la cochon en en élargissant quelques uns… Hélas je n’ai pas pris de photo de la plaque juste après la gravure, mais voici la vue de dessous une fois les éléments soudés:

Désolé pour les soudures dégueulasses...
Désolé pour les soudures dégueulasses…

La prochaine fois je pense que je marquerai les perçages avant de faire les isolations. En tout cas j’ai bien contrôlé au multimètre et ça a l’air bon.

PCB CoreXY
Les connecteurs soudés
PCB CoreXY avec drivers
Les pololu montés

On peut voir à gauche les connecteurs pour les signaux step et direction. A droite les deux connecteurs de moteurs, et les deux connecteurs d’alimentation (5V en haut pour la logique, et 12V en bas pour les moteurs).

Il n’y a plus qu’à connecter la carte, mettre le jus et en avant!

Fabrication d’un circuit imprimé à la fraiseuse

Bonjour tout le monde!

N’ayant toujours pas reçu mes LM317, j’ai attaqué le circuit de contrôle du laser (celui qui reçoit les impulsions PWM et active / déasactive le laser).

Trois étapes:

  1. Traçage des contours des pistes avec ma fraise conique
  2. Traçage des trous pour les composants (je n’ai pas encore osé lui faire faire le perçage complet)
  3. Perçage manuel à la dremel (mèche de 1mm)

Voici la plaque après ces trois étapes:

PCB après perçage
On voit bien le jeu dans les axes, qui n’est pas toujours bien compensé… Mais je trouve ça pas si mal quand même, pour du roulé à a main sous les aisselles!

J’ai testé au multimètre l’isolation des pistes; ce n’était pas bien isolé partout, donc j’ai dû terminer les traces au couteau!

Le soudage des composants m’a posé un problème majeur : l’espace isolant n’étant pas très large, l’étain a eu tendance à baver à l’extérieur des pistes… Et je n’ai pas de tresse à dessouder alors j’ai arrangé le truc comme j’ai pu 🙂

PCB côté soudures
Côté soudures : sur la piste de gauche, on voit bien que c’est un peu la daube… Mais c’est isolé!
PCB côté composants
Côté composants : on n’y voit que du feu!

Bref, une fois certain de l’isolation de toutes mes pistes, j’ai testé ce petit circuit, et ça marche! La LED témoin s’allume en fonction du signal PWM. Je ferai le circuit d’alimentation du laser avec des traces plus larges, ça devrait demander moins de travail manuel après la gravure.