Download to read offline
Uploaded byJens Brynildsen
Two day Electronics workshop with KiCad training
Slides from the first day of two, teaching how to design an ESP32 development board from scratch-
Two day Electronics workshop with KiCad training
- 1. 2 dagers elektronikk-kurs •Del 1: Tegne eget kretskort i Kicad (dette kurset) • Del 2: Montere kortene vi har fått produsert i Kina Mars 2022 Workshop
- 2. Plan i kveld •Først gjør vi et Kicad-kurs der vi tegner en veldig enkel lommelykt. Dette introduserer dere til Kicad 6 og generell flyt • Etter en pause designer alle hvert sitt eget utviklingskort basert på en av disse to ESP32 modulene • ESP32 Wroom 32E • ESP32 S2 Mini 1
- 3. • Kan puttesrett i produkter og kommer til å virke • Har kontroll på stråling, så den er enklere å godkjenne i forhold til RED-direktivet • Litt dyrere enn løse chipper, men ikke veldig • Mindre sårbar for endringer Hvorfor modul?
- 4. Wrover Wroom Mini Modulstørrelser (18.0 × 31.4 × 3.3) (18.0 × 25.5 × 3.1) (15.4 × 20.0 × 2.4)
- 5. Wrover Wroom Mini Modulstørrelser (18.0 × 31.4 × 3.3) (18.0 × 25.5 × 3.1) (15.4 × 20.0 × 2.4)
- 6. • 448 KBROM, 520 KB SRAM, 4 MB embedded flash • Alle funksjoner (Wifi, BLE) • To Kjerner • Må ha USB-chip i tillegg (CP2102) • Litt mindre enn Wrover-modulen, større enn S2 modulen. • Godt utvalg av pinner tilgjengelig ESP32 Wroom 32E
- 7. • 128 KBROM, 320 KB SRAM, 4 MB embedded flash • Fysisk liten • Innebygget USB-støtte • Flere pinner enn Wroom modulene • Mangler Bluetooth-støtte og har bare en kjerne • Fordi den er modul, er den pin kompatibel med S3 Mini som er dual core og Bluetooth 5 (men ikke er tilgjengelig enda) ESP32 S2 Mini 1
- 8. • LED påIO13 • APA102 (DotStar pixel) 2020 • Ekstra knapp • Vippebryter (for konfigurasjon) • Buzzer, IR sender/mottaker • Sensorer (Thermistor, Photodiode m.m.) I tillegg?
- 9. Mars 2022 Workshop @jenschr /jenschr@gmail.com
- 10. Vi starter medat de som ikke har lastet ned KiCad 6 gjør dette nå.
- 11. Velg default ialle dialoger om du ikke har noen bestemte preferanser
- 12.
- 13. Kicad workshop • Hvorforbruke Electronic Design Automation (EDA)? • Hvorfor velge KiCad i stedet for Fritzing, Eagle, Altium, Orcad, EasyEDA eller andre? • Vise en rask gjennomgang av trinnene for å lage en veldig enkel PCB • Gå i gjennom alle trinnene i å designe et kretskort • Lage en grunnleggende Arduino Uno i felleskap
- 14. Trinn for ålage kretskort med KiCad • Skjematikk • Lage egne skjematikk-symboler • Utlegg av kretskort • Lage egne “footprints” • Hvordan rette feil fra DRC • Eksport av filer for produksjon (Gerber, BOM m.m.)
- 15. Mer avanserte emner •Spice simulering av kretser • Antenne-design • Design med mange lag • Oppsett av mer avanserte prosjekter med Hierakisk skjematikk Som vi ikke dekker på denne workshop’en
- 16. Kjapp gjennomgang • Jeglager en veldig enkel krets mens jeg snakker i gjennom det jeg gjør • Dere følger med og skriver ned spørsmål • Når kretskortet er ferdig tegnet går vi gjennom de forskjellige trinnene og tar spørsmålene når vi kommer til hver modul av hele prosessen
- 17. Arbeidsflyten Kjapp gjennomgang avhele prosessen
- 18. Prosjekt • Alle filerer tekst-baserte og kan redigeres/prosesseres • Et nytt prosjekt inneholder bare skjematikk og PCB
- 19. Skjematikk • Inneholder allede elektroniske koblingene • Bestemmer hva som er koblet til hva • Man sitter typisk med dataark og finleser hvordan ting skal kobles for å unngå å måtte gjøre ting flere ganger • Har ingenting med det fysiske utseendet å gjøre • Kretsen sjekkes med ERC
- 20. Symboler for skjematikk •Definerer hvordan en komponent virker ved å legge ut alle tilkoblingene • Alle tilkoblinger nummereres slik som i data-arket • Pinner plasseres gjerne etter funksjon og ikke nummerering, men du står fritt til å gjøre som du vil • Lagre alltid i dine egne biblioteker, ikke i standard-lib
- 21. Utlegg av kretskort •De skjematiske komponentene kobles til fysiske “fotavtrykk” • Disse plasseres utover en flate og kobles opp • Kanter på kortet og monteringshull legges til • Kretsen sjekkes med DRC
- 22. Lage egne fotavtrykk •Hver gang man finner en ny og spennende chip må denne legges til, men om det er et standard fot- avtrykk vil den ofte finnes allerede • Vær veldig nøye når du tegner. Bruk data-arket som referanse • Print ut på papir, legg chippen oppå og se at det stemmer før du bestiller • Det finnes tjenester med ferdige fotavtrykk, men de varierer i kvalitet
- 23.
- 24.
- 25. Hvordan rette feilfra DRC • Rett opp problemer først, men ikke glem å sjekke etter unconnected! • En wire har alltid to ender. Husk å sjekke begge når du ikke forstår en feil • Nyeste KiCad gjør det nesten umulig å koble feil med mindre man flytter ting rundt
- 26. Eksport av filer •Sjekk at ting ser riktig ut i 3D visning og at ERC/DRC ikke inneholder feil • Pass på at alle soner er fyllt ut • Eksporter Gerber og Drill • For PCBA eksporter også BOM og POS
- 27. og så lagervi ESP32 devkits! Pause
- 28.
- 29.
Editor's Notes
- #2 I kveld skal alle få designe sitt eget kretskort med en liten IoT modul på. Når designet er ferdig sender vi det til produksjon i Asia. Mest sannsynlig gjør vi det hos firmaet PCBWay. Når kortene er produsert, setter vi opp kveld nummer to. Da monterer vi komponentene, lodder kortene med utstyret i Smutcave og får kortene opp og gå med software. Noen av dere var kanskje på ESP32-kurset til Badeand?
- #3 På grunn av chip-manglen har jeg bestilt inn 30 av Wroom-modulene og 100 av S2 Mini, slik at vi garantert har modulene vi trenger til å lage minst ett fungerende kort til hver. Ønsker dere flere, kan dere bestille inn det antallet dere ønsker i etterkant. De fleste ønsker forøvrig å justere designet sitt litt før ny produksjon. Jeg fikk forøvrig en liten nedtur ang ESP S2 modulene men vi kommer til det.
- #4 Flere av dere kjenner kanskje kortene til Unexpected Maker? Han har vært kjempeflink til å lage utviklingskort basert på nye chipper. Fordi han lager produkter som er for utviklere, er ingen av kortene hans sertifisert på noen måte. Skal man lage et IoT produkt for videresalg må man minimum gjøre CE og RED sertifisering. Modul gjør dette mye enklere. ESP familie oversikt https://www.espressif.com/en/products/modules
- #5 Espressif lager flere størrelser av modulene sine. Størrelsen på modulene dikterer den minste størrelsen utviklingskort man kan lage. Som dere ser av oversikten her, så Hva skiller modulene fra hverandre utover størrelsene? https://products.espressif.com/#/product-selector?names=
- #6 Størrelsen på modulene bestemmer også antall pinner man hat plass til, men ikke helt? Ingen av modulene har 2.54mm mellom bena. Mini-modulen har pinnene enda tettere, men har faktisk en del flere pinner brukket ut enn Wroom-modulen.
- #8 Som nevnt fikk jeg en liten nedtur and S2 modulene. De er nå “ikke anbefalt for nye design” og blir erstattet av S3 modulene. Men hey - jeg har over 150 stk, så de som baserer kortet sitt på disse kan sikkert lage flere enn en? S3 modulene er forøvrig ganske dyre foreløpig.
- #9 I tillegg til det som trengs til selve modulen vil jeg anbefale dere å legge til litt ekstra - avhengig av hva du har tenkt å bruke modulen til. Om du lurer på hva som er nyttig, kan du jo ta en titt på sidene til Adafruit for inspirasjon? Circuit Playground har for eksempel en VSOP38338 IR mottaker. Denne er tilgjengelig for ca 6 kr stk.
- #10 Jeg vil gjerne ha feedback på slutten eller pr epost. Tidligere workshop: Oktober 2018, Februar 2019, Juni 2019, August 2019, Januar 2020, Mars 2022
- #12 Om du har en fil fra KiCad vil det være en del endringer. Velg default i alle dialoger om du er usikker.
- #13 Om du har en fil fra KiCad vil det være en del endringer. Velg default i alle dialoger om du er usikker.
- #14 EDA kalles også Electronic Computer-Aided Design (ECAD). Programmene har masse hjelpemidler som gjør det lett å lage kretser som fungerer. De sjekker for eksempel at du ikke har laget kortslutninger eller glemt å koble til noe. De fleste programmene ovenfor har enkelte fordeler som tiltaler: Fritzing er super-enkelt, Eagle integrert med Autodesk, Altium er gullstandarden, EasyEDA krever bare nettleser… KiCad: gratis, solid, ingen begrensinger. Holder helt til du får en jobb som betaler for Altium eller Eagle?
- #15 Disse tingene har jeg vært i gjennom mange ganger og kan ganske godt
- #16 Vi kan ikke dekke alt og det er mye jeg ikke kan. Jeg har laget mer en 30 vellykkede 2-lags kort til forskjellige prosjekter, men jeg er ikke egentlig en veldig avansert bruker. Jeg har stort sett lært meg det jeg kan ava KiCad på Youtube.
- #18 Lage et kort med LED + bryter + batteri. Lag en egen SMD LED IR12-21C/TR8 (skjematikk symbol og footprint)
- #19 Ok. Da håper jeg dere har skrevet ned spørsmål? La oss gå i gjennom dem - modul for modul.
- #20 Keyboard shortcuts, Sette navn på nett, Bruke labels, Lage netlist
- #21 I KiCad er det mange symboler som allerede følger med, men det er veldig vanlig at du må tegne dine egne symboler også fordi akkurat den chippen som DU har valgt ikke er i standard-biblioteket.
- #22 Forklar hele verktøy-paletten (Layers, Wires, Via, Filled Zones m.m.)
- #23 Forklar hele verktøy-paletten og hvordan man kan lage forskjellige typer pads
- #24 Her er et problem jeg hadde på design av et ekspansjonskort for en Pi. Alle koblingene måtte krysse hverandre, så dette ville blitt et mareritt å route.
- #25 Ved å endre hvilke pinner ting var koblet til i skjematikken fikk jeg en mye bedre layout. Ikke glem at du ofte kan bytte ting rundt i skjematikken for å gjøre routing penere?
- #26 KiCad 5 er et stor steg opp når det gjelder å hindre feil i utgangspunktet, men det er fortsatt mulig å drite seg ut om man flytter ting rundt
- #27 KiCad 5 hjelper deg nå med å passe på dette