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Aus Raspberry Pi Geek 02/2019

Lötplatinen mit KiCad gestalten

© Alexandr Makarov, 123RF

Planvoll verdrahtet

Peter Kreußel

Die Leiterplattendesign-Software KiCad leistet trotz einer etwas umständlichen Bedienung auch Hobbybastlern gute Dienste.

Die Entwickler von KiCad [1] bezeichnen ihr quelloffenes Programm als “Software zum Entwickeln anspruchsvoller, gedruckter Schaltungen”. Hobbybastler, die kleinere oder mittelgroße Schaltungen auf einer Lochrasterplatine zusammenlöten, fühlen sich davon kaum angesprochen – zumal das Programm, wie der Getting-Started-Guide [2] gleich zu Beginn erwähnt, aus sieben Teilprogrammen besteht.

Doch KiCad eignet sich gerade wegen dieser Modularität auch für Anwender, die nicht die ganze Bandbreite seiner Funktionen benötigen: Wer nur Schaltpläne zeichnen möchte, arbeitet ausschließlich mit dem Schaltplaneditor-Modul Eeschema (Abbildung 1).

Abbildung 1: Diese Konstantstromschaltung auf Basis des Schaltreglers LM3404 soll mithilfe von KiCad auf einer Lochrasterplatine umgesetzt werden.

Abbildung 1: Diese Konstantstromschaltung auf Basis des Schaltreglers LM3404 soll mithilfe von KiCad auf einer Lochrasterplatine umgesetzt werden.

Der PCB-Layout Editor dient seinem Namen gemäß (PCB: printed circuit board) zum Entwerfen gedruckter Platinen (Abbildung 2). Dennoch eignet er sich auch für Bastler, die stattdessen Lochrasterplatinen verwenden.

Abbildung 2: Die Kernfunktion des Open-Source-Programms KiCad besteht im Design gedruckter Schaltungen.

Abbildung 2: Die Kernfunktion des Open-Source-Programms KiCad besteht im Design gedruckter Schaltungen.

Drahtverhau

Abbildung 3 zeigt die Schaltung aus Abbildung 1 im PCB-Layout-Editor. Die Bauteile sind an einem 2,54-Millimeter-Raster auf der Leiterbahn platziert, die Kupferbahnen für gedruckte Schaltungen fehlen jedoch: Für Raster-Boards genügt es, die als magentafarbene Geraden skizzierten elektrischen Verbindungen mithilfe von Drähten herzustellen, etwa mit lötbarem Lackdraht. Der 3D-Viewer zeigt eine realistische Vorschau der Bauelemente auf dem Board und erleichtert so das Stecken und Löten (Abbildung 4).

Abbildung 3: Die Bauteile aus <a href="#artRef-f1">Abbildung&nbsp;1</a> auf einer 2,54-Millimeter-Lochrasterplatine zu platzieren gelingt in KiCad mit wenig Aufwand.

Abbildung 3: Die Bauteile aus Abbildung 1 auf einer 2,54-Millimeter-Lochrasterplatine zu platzieren gelingt in KiCad mit wenig Aufwand.

Abbildung 4: Anhand der 3D-Vorschau pr&uuml;fen Sie, ob sich das entworfene Platinenlayout problemlos umsetzen l&auml;sst.

Abbildung 4: Anhand der 3D-Vorschau prüfen Sie, ob sich das entworfene Platinenlayout problemlos umsetzen lässt.

KiCad haftet nicht zu Unrecht der Ruf einer steilen Lernkurve an: Seine Bedienung erinnert an das schon 1982 entstandene Urgestein AutoCAD [3]. Viele Handgriffe fühlen sich anfangs wenig intuitiv an. Doch im Grunde genügen eine Handvoll Arbeitstechniken, um zügig mit dem Programm zu arbeiten.

Dieser Artikel konzentriert sich darauf, wie Sie mit KiCad Schaltpläne zeichnen und die Platzierung der Bauelemente für eine Steck- oder Lochrasterplatine planen. Möchten Sie gedruckte Platinen ätzen oder fertigen lassen, dann sind Sie mit KiCad bereits beim richtigen Programm und müssen nur noch den letzten Arbeitsschritt dazulernen, das Zeichnen von Leiterbahnen.

Die Tabelle “KiCad-Pakete” nennt die Programmpakete für den vollen Funktionsumfang in unterschiedlichen Distributionen. Sie installieren das Programm jeweils bequem über die jeweilige Software-Verwaltung. Im Download-Bereich der KiCad-Webseite finden sich daneben auch Hinweise auf Versionen für weitere Distributionen sowie Binärpakete für MacOS X (ab 10.11) und Windows.

Distribution

Pakete

Debian, Raspbian

kicad, kicad-common, kicad-demos, kicad-doc-de, kicad-footprints, kicad-libraries, kicad-packages3d, kicad-symbols, kicad-templates

Ubuntu und Derivate

kicad, kicad-demos, kicad-doc-de, kicad-footprints, kicad-libraries, kicad-packages3d, kicad-symbols, kicad-templates

OpenSuse

kicad, kicad-doc-de, kicad-library, kicad-library-3d

Fedora

kicad, kicad-doc, kicad-packages3d

Arch Linux

kicad, kicad-library, kicad-library-3d

Drag and Drop

Starten Sie zunächst KiCad aus dem Startmenü oder via kicad auf der Kommandozeile (Abbildung 5). Dieses Basisprogramm verwaltet Ihre KiCad-Projekte mit mehreren Dateien und öffnet sie in den passenden Modulen. Das linke Icon in der oberen Leiste dient zum Anlegen eines neuen Projekts.

Abbildung 5: Das KiCad-Hauptprogramm verwaltet lediglich die Projekte und startet die erforderlichen Module f&uuml;r unterschiedliche Aufgaben.

Abbildung 5: Das KiCad-Hauptprogramm verwaltet lediglich die Projekte und startet die erforderlichen Module für unterschiedliche Aufgaben.

Klicken Sie nach dem Anlegen auf das linke Symbol für den Schaltplaneditor in der darunterliegenden Leiste. Starten Sie ihn zum ersten Mal, dann fragt das Programm, ob es die Standard Symboltabelle kopieren soll. Für Einsteiger ist das die richtige Option.

Im Artikel geht es zunächst darum, den Schaltplan aus Abbildung 1 zu zeichnen. Es handelt sich um eine Konstantstromquelle für Beleuchtungs-LEDs auf Basis des Treibers LM3404 [4]. Dieses IC arbeitet als Schaltregler (buck regulator), der Strom durch Ein- und Ausschalten im MHz-Bereich dosiert.

Beginnen wir mit dem zwischen Masse und Versorgungsspannung geschalteten Kondensator C1, Abbildung 1 links. [Pos1] passt die ganze Seite in das Fenster ein. Platzieren Sie den Mauszeiger ein Stück vom linken oberen Seitenrand und drehen Sie das Mausrad so lange nach oben, bis nur noch die Planquadrate A1 bis B2 der Seitenumrandung erscheinen. Die mittlere Maustaste verschiebt den Bildausschnitt.

Drücken Sie dann [A] zum Einfügen eines Bauteils (vergleiche Tabelle “Tastatur-Shortcuts”). Es öffnet sich der Dialog Symbolauswahl (Abbildung 6). Da dort über 12 000 Symbole in mehr als 180 Kategorien bereitstehen, gelingt die Auswahl am schnellsten durch Tippen in das beim Öffnen des Dialogs aktive Suchfeld.

Abbildung 6: Standardbauteile w&auml;hlen Sie im Symbolauswahl-Dialog durch Tippen eines einzigen Buchstabens aus.

Abbildung 6: Standardbauteile wählen Sie im Symbolauswahl-Dialog durch Tippen eines einzigen Buchstabens aus.

Tasten

Funktionen

[A]

Bauteil hinzufügen

[Strg]+[B]

Netz hervorheben

[C]

Bauteil oder Label duplizieren

[Strg]+[E]

Bearbeiten mit Bauteileditor

[F]

Footprint-Zuordnung bearbeiten

[J]

Knotenpunkt hinzufügen

[L]

Bezeichner hinzufügen

[M]

Bauteil im Schaltplan verschieben

[O]

Felder automatisch platzieren

[Q]

Symbol Keine Verbindung hinzufügen

[R]

Element rotieren

[T]

Text hinzufügen

[U]

Bauteilreferenz bearbeiten

[V]

Bauteilwert bearbeiten

[W]

Elektrische Verbindung verlegen

[X]

Spiegeln (X-Achse)

[Y]

Spiegeln (Y-Achse)

[Ctrl]+[Y]

Wiederherstellen

[Ctrl]+[Z]

Rückgängig machen

[Pos1]

An Bildschirm anpassen

[F4]

Zentrieren

[Eingabe]

Maus Linksklick

[Ende]

Maus Doppelklick

Oft gebrauchte Bauteile wie Widerstände oder Kondensatoren führt KiCad unter R oder C, also unter den in der Elektronik gängigen englischen Anfangsbuchstaben. Zur Auswahl eines Kondensators tippen Sie c: Dann erscheint oben in der Liste der Unpolarized capacitor (ungepolter Kondensator). Ein Druck auf die Eingabetaste schließt den Dialog. Via Maus bewegen Sie nun den Kondensator und platzieren ihn per Mausklick im Schaltplan.

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