Logiciels libres et enseignement

Favoriser l’usage de logiciels libres et de formats ouverts

- Auteur : Thomas Nau de l’Université d’Ulm, en Allemagne. Mainteneur actuel : Harry Eaton, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, Maryland, USA.

  • Licence : GPL
  • Langue : Anglais
  • Environnement requis : Linux
  • Site web : pcb.sourceforge.net/
  • Version testée : 1.7.1-4

Présentation

Pcb est un logiciel libre permettant la réalisation de typons de circuits imprimés. Il présente de nombreuses fonctionnalités intéressantes tout en restant utilisable simplement, et connait nativement un très grand nombre de composants electroniques. La version ayant servi à l’élaboration de cette doc est la 1.7.1-4 de la distribution Debian.

Préparation du travail

Une fois le logiciel lancé simplement avec l’invite pcb (il existe des possibilités de lancement avec options), on ne dispose pas du menu help. Il est donc préférable de se munir de la doc au format ps ou html qui se trouve par exemple dans /usr/share/doc/pcb. On peut imprimer les pages du chapitre Introduction et celle du chapitre Getting Started. Cela permettra de préciser certains points de la présente doc qui a pour but de balayer une partie des fonctionnalités du logiciel en travaillant à différents niveaux sur un exemple simple. Il est également indispensable d’imprimer le fichier refcard.ps présent au même endroit que la doc précédente, et qui est, en fait, une page résumant les commandes souris et clavier.

Entrainement

Pour la suite des opérations il faut se familiariser avec quelques clics et touches. Essayer :

  • clic sur via puis 2 clics gauche à 2 endroits différents dans la fenêtre, terminer par Esc.
  • clic sur Line puis clic gauche maintenu pour un trait entre les 2 vias précédentes, relacher puis clic gauche à nouveau pour fixer. quitter par Esc. Recommencer en changeant d’option dans Settings. Essayer All-directions lines ou rubber-band mode.
  • z puis Shift z curseur dans la fenêtre.
  • s puis Shift s plusieurs fois curseur sur une via ou la ligne.
  • Suppr curseur sur une via ou une ligne.
  • Sélection de l’ensemble par clic troisième bouton en laissant le doigt pour tracer un rectangle autour puis troisième bouton en laissant le doigt sur un élément de la sélection pour déplacer l’ensemble.
  • u pour annuler dans l’ordre les opérations effectuées.

D’autres essais peuvent faits (voir la refcard citée précédemment, cela permettra de ne pas hésiter dans un contexte plus touffu. Esc permet de quitter le mode en cours.

Première approche

Avant de créer un typon, il nous faut un schéma, simple de préférence Réalisé avec la bibliothèque de Xfig, voici celui d’un petit dispositif déclenchant le fonctionnement d’un relais lors d’une variation de lumière :

A - La grille de travail

Dans Pcb maintenant, cliquer sur File > start new layout. Entrer un nom. Puis continuer avec Screen > display grid puis Display > 50 mil . Installons un zoom Display > 1:4 . Regarder ce que dit la status line en bas de la fenêtre. C’est aussi une boîte de dialogue. Pcb travaille en millièmes d’inches, ce qui fait qu’actuellement nous avons une grille permettant de disposer sur les points les circuits normalisés et de passer entre les pistes si nécessaire. La status line doit indiquer que l’on regarde le côté composant (component) de la plaque. la touche Tab permet de permuter avec le côté soudure (solder). Les réglages de taille et de style de pistes peuvent être choisis dans Sizes.

B - Les éléments

Disposons nos éléments maintenant : Windows > library > resistors 0,25W > 10 k (double clic). En descendant le curseur de la souris dans la fenetre, on voit l’élément en question. Un clic gauche et il est en place, peu importe l’endroit et le sens pour l’instant. Recommencer l’opération pour avoir un transistor BC 517 darlington et un connecteur 2 pins. La diode, le relais et la LDR ne sont pas disponibles, nous allons les créer.

Commencer par un clic sous l’étiquette Active dans le panel de gauche pour avoir l’option solder. Ensuite, un clic sur via. En repassant dans la fenêtre on peut alors cliquer 2 fois pour placer les 2 vias sur 2 points de la grille. La touche Esc permet de sortir du mode. Attention, il faut retenir l’ordre dans lequel on a placé ces vias. Passer en mode Active > silk puis cliquer sur Line pour dessiner la diode à la souris. Le curseur peut être déplacé aussi avec les flèches du clavier et l’on peut zoomer un peu plus en appuyant sur z directement au clavier quand le curseur est dans la fenêtre principale. On sélectionne, la couleur change puis on clique dans le menu Buffer > cut selection to buffer, on place le curseur sur la première via crée et l’on continue avec Buffer > convert buffer to element. En revenant dans la fenêtre principale un clic gauche à l’endroit voulu, ou dans le menu Buffer > paste buffer to layout et c’est presque fini.

Une fois dessinée, il faut lui donner un nom. On place le curseur sur le triangle de la diode par exemple et l’on tape au clavier n. On répond à la status line avec une majuscule D par exemple. Attention là encore, pas de minuscules, c’est important pour la suite. On fait de même en se plaçant sur les vias et là, on répond par un numéro correspondant à l’ordre de création, la première via posée a donc le numéro 1. Voilà, l’élément est terminé

Pour vérifier si tout va bien, mettre le curseur sur la diode et faire Shift d une fenêtre s’ouvre et l’on peut grossir la vue. Quitter cette option et cliquer sur silk dans le panel on/off le dessin de la diode disparait comme ceux des autres éléments, et il ne reste que les pads ou pins. Les noms des éléments peuvent également se déplacer ou tourner. Avec la même méthode, on peut créer l’élément relais.

Quand tout est prêt, on peut utiliser Rot avec le curseur sur l’élément pour le faire tourner avec un clic. Après quelques manips de sélection et déplacement, on peut arriver à la figure suivante :

C - Le circuit

Il reste à faire la liaison entre les éléments. Clic sur Active solder puis tracer les lignes Line et clic gauche en sortant avec Esc.Pour commencer à utiliser les layers, tracer une ligne pour le pole + en activant d’abord Active Power et une pour le pole - avec d’abord Active GND. Le côté solder est visible avec Tab. Ne pas oublier de sauver le travail File > save layout as.

Les layers permettent de différencier ou de relier des groupes d’éléments. Le premier intérêt est la clarté du typon. Regarder Settings > edit layer-groupings et cliquer dans les cases pour ne pas avoir Power, GND et Solder dans une même colonne. Repasser dans la fenêtre principale et regarder l’effet des touches du panel On/Off. On peut changer les couleurs et les noms des groupes, voir la doc.

D - L’impression

Pour imprimer notre typon, groupons Power, GND et Solder avec Settings > edit layer-groups dans la colonne solder side puis faire File > print layout > Postcript > Ok. On obtient des fichiers output.ps que l’on peut visualiser et imprimer avec Gv par exemple.

Deuxième approche

On garde le même schéma de départ mais on fait comme si le circuit était plus compliqué. Reprendre le circuit précédent ou une copie et supprimer toutes les lignes pour ne garder que les éléments puis passer en Active solder. Déplacer et faites tourner les éléments pour les mettre dans une disposition quelconque comme si on venait de les créer. Maintenant nous allons créer une Netlist c’est à dire une liste de connexions grâce aux numéros et aux noms des éléments. Dans notre éditeur favori... Emacs créer un fichier Ldr.net par exemple contenant ceci :

GND LDR-1 TR-1 C-1

Plus9V R-2 D-2 RE-4 C-2

CON1 TR-2 R-1 LDR-2

CON2 TR-3 D-1 RE-5

La première colonne contient des noms que l’on choisit comme on veut pour se repérer. La deuxième contient les points de chaque élément liés selon le schéma de branchement. Attention aux majuscules comme vu précédemment. Si vous faites une faute, Pcb vous le dira par la suite dans sa fenêtre de dialogue automatique.

Une fois ce fichier sauvé, revenir dans Pcb et le charger pendant que nos éléments sont affichés File > load netlist file. Une autre fenetre apparait, cliquer sur enable all nets, repasser dans la fenetre principale, positionner le curseur n’importe où et taper w. Des lignes apparaissent. En bougeant les éléments, on peut ainsi choisir des emplacements corrects. On efface ces lignes avec e et on les matérialise en ligne de soudure par m.

Troisième approche

Cette fois, nous supposons que le typon est trop complexe pour n’utiliser que le côté soudure. Il faut faire du double piste, c’est à dire faire des liaisons en cuivre du côté composant.

Réaliser un typon comme celui ci-contre, en Active solder et avec la masse en Active Gnd. La via B supplémentaire a été ajoutée en Active solder.
tr>
puis tracer le polygone Poly en Active power avec un passage en THERM sur la via B
Il suffit de grouper les layers correctement avant l’impression pour avoir le typon soudure et le typon composant. On peut vérifier son travail à l’aide du panel on/off

Conseils pour réaliser le circuit imprimé

Une fois le dessin des pistes obtenu il faut pouvoir imprimer les pistes conductrices qui relient les composants. Généralement les circuits imprimés sont réalisés sur les plaques d’epoxy et les pistes sont en cuivre. Les plaques vierges sont des plaques d’epoxy recouvertes de cuivre lui même recouvert d’une couche protectrice. On imprime sur un masque le circuit que l’on veut obtenir. Pour cette impression, on peut utiliser des calques canson passés à l’imprimante laser. Le calque ne se déforme pas comme les transparents et l’encre tient bien mieux dessus. Pour les imprimantes à jet d’encre, le papier calque peut fonctionner, le mieux est d’utiliser un papier de bonne qualité et de le photocopier ensuite en réglant bien le contraste de la photocopie. Le noir doit être parfait sinon il risque d’y avoir des trous dans les pistes conductrices ou des jonctions mal faites.

Cette étape franchie, on éclaire aux UV la plaque vierge en interposant le masque. C’est l’insolation. Lors de cette étape la couche protégeant le cuivre qui n’est pas masquée aux UV s’altère et perd ses propriétés protectrices. La plaque est ensuite placée dans un bain d’acide qui va attaquer et dissoudre le cuivre non protégé. A la fin seul le cuivre correspondant au masque reste sur la plaque. Il ne reste plus qu’à percer les trous pour les pates des composants et à réaliser les soudures !

Conclusion

Cette doc est une petite mise en route, si l’on veut voir quelque chose de plus trappu pour avoir des idées ou vérifier certaines choses il suffit de charger les layout LED et 68HC11 du répertoire d’exemples de Pcb. Ce dernier est accompagné d’un schéma en .fig. Bon courage.

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