tutorial : Eagle CAD / CAM

ISTITUTO TECNICO TECNOLOGICO "Vincenzo CERULLI"
GIULIANOVA(TE)
12 DICEMBRE 2013
TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
EASILY APPLICABLE GRAPHICAL LAYOUT EDITOR
MATTEO FELICIONI - IV^ ELETTRONICA - [REV.: Prof. Francesco BENIGNETTI]
TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
EAGLE C.A.D./C.A.M.
Eagle è un software adibito alla
progettazione di schemi, finalizzato
alla realizzazione di p.c.b. nelle
ultime release è stato dotato di un
modulo per simulazioni elettroniche
con
un’interfaccia
puramente
grafica. Eagle, è l’acronimo di:
Easily Applicable Graphical Layout
Editor ed appartiene alla software
house Cad Soft.
Il file d’installazione è scaricabile presso il sito ufficiale della società:
http://www.cadsoftusa.com/download-eagle/
con una licenza di prova limitata, o completa.
La licenza di prova tuttavia non limita nessuna funzionalità di Eagle, se non
la parte di simulazione all’interno del software ed il foglio di lavoro, che sarà
circoscritto a circa la metà di un foglio A4.
Eagle è disponibile per i principali sistemi operativi utilizzati a livello
mondiale, quale Microsoft® (Xp, Vista, Windows 7, Windows 8, x64, x86),
Linux (da kernel 2.6 in su) e Apple Mac OS X® (dalla versione 10.6 in su).
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L’interfaccia del “Pannello di controllo” si compone di pochi, ma funzionali
pulsanti:
File: all’interno del menù a tendina, troveremo la voce
Open (Project, Schematic/Board/Library, CAM Job, ULP,
Script, Text) con la quale potremo aprire i lavori
precedentemente salvati, e la voce New, con la quale
potremo creare un nuovo file, che potrà essere
(principalmente):
Schematic: file al cui interno è racchiuso lo schema di un
circuito precedente lavorato.
Board: file in cui sono stati sviluppati schemi PCB per la realizzazione
pratica (incisione) di uno schema precedentemente lavorato nella sezione
Schematic.
Library: con questo pulsante potremo andare a modificare una libreria
già esistente, aggiungendo componenti, descrizioni, footprint e altro
ancora.
Nota: il sottomenù Open ed il sottomenù New sono identici.
View: all’interno di questo menù possiamo trovare le voci
Refresh: il quale ci permetterà di aggiornare il pannello di controllo.
Search In Tree: che ci permettà di cercare all’interno del pannello di
controllo una voce specifica.
Sort By Name/Type: questa voce ci permette di ordinare le varie voci
all’interno del menù per ordine alfabetico o di estensione.
Option: in questa sezione troveremo le varie opzioni del software,
tramite cui potremo impostare le “Directories…” (ovvero le cartelle in cui
il programma andrà ad operare o ad archiviare le varie informazioni),
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i “Backup..” con il quale potremo andare a salvare una copia di tutto il
programma in una cartella specifica del computer (al fine di conservare
un, cosiddetto, punto di ripristino dell’intero programma), le “Users
Interface…” che ci permette di modificare l’interfaccia del programma,
cambiando i margini dei fogli, la squadratura, i colori dei vari sfondi e le
impostazioni generali dello Schematic o della Board. Ultima voce che
troviamo è la “Windows Position” che ci permette di pre impostare dove
le varie finestre di Eagle si andranno a posizionare una volta aperte.
 Windows: questo menù a tendina ci permette di richiamare a schermo
una delle finestre aperte in Eagle, che sia uno Schematic, una Library o
una Board.
 Help: le varie voci all’interno di questo menù, ci permetteranno di
accedere alla documentazione e agli aiuti all’interno del programma,
per acquisire ad ulteriori nozioni sull’origine* di Eagle e, sul suo
funzionamento interno.
*Screen shot del pannello di controllo di Eagle
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All’interno della finestra a sinistra del Pannello di controllo possiamo trovare
le varie voci con le relative descrizioni:
Libraries: qui sono raccolte
TUTTE le varie Librerie utilizzabili
all’interno di Eagle. In queste
librerie
sono
presenti
principalmente componenti SMD
e
non,
come
relative
informazioni, che ci permettono
di utilizzarli all’interno dello
Schema o della Board o della
Simulazione, per comporre i
nostri circuiti. Tra le varie
informazioni,
troviamo
il
Footprint del componente, ed il
relativo schema elettrico. Le
librerie qui presenti, possono
essere abilitate o disabilitate
tramite la spunta del pallino
verde relativo, che permette di Ignorare quelle librerie, senza però
cancellarle. Le librerie di Eagle sono espandibili, infatti per
implementarne altre, basterà andare all’interno della cartella di eagle nei
documenti dell’utente utilizzato nel sistema (per sistemi operativi
Microsoft) e posizionare la nuova libreria. A questo punto, basterà
aggiornare il pannello di controllo tramite il tasto F5 (refresh) e la libreria
comparirà all’interno dell’elenco. Se così non fosse basterà riavviare il
programma. Essendo molto numerose, si consiglia di disabilitare
all’interno del programma, le librerie inutilizzate, in modo da rendere il
programma più leggero e performante.
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 Design Rules: all’interno di questa tendina, possiamo modificare le
regole di disegno di Eagle. Tramite una modifica appropriata di queste
opzioni, potremo andare a comunicare a Eagle, le normative di disegno
e di rappresentazioni da utilizzare per i nostri file. Tuttavia si consiglia
di lasciare questa voce inalterata.
 User Language Programs: all’interno di questa voce, sono contenuti
tutti i file relativi alla traduzione di Eagle da una lingua all’altra. Questi
file sono necessari agli sviluppatori per ottenere traduzioni più efficaci
e prestanti. Tuttavia una modifica inappropriata potrebbe portare alla
destabilizzazione del software.
 Script: in questo menù possiamo aggiungere, modificare o eliminare, i
vari tool (strumenti) che Eagle utilizza per la realizzazione guidata di
schemi e PCB
 CAM Jobs: in questo menu possiamo modificare le impostazioni di
basi, con il quale il programma va a creare e/o gestire la parte CAM dei
nostri lavori, quali output predefiniti, drill (fori) e tutta la parte
meccanica.
 Project: all’interno di questo menu possiamo trovare TUTTI i file creati
precedentemente dall’utente. Essi possono essere schematic, pcb o
project. All’interno inoltre possiamo trovare gli esempi racchiusi in
Eagle, quali gli schemi elettrici e PCB della scheda di Prototipazione
Open Source Arduino 2. Istallando particolari librerie inoltre, potremo
trovare nuovi esempi, annesse alle relative librerie. I file presenti in
questo menu, sono inoltre accessibili dalla cartella Eagle creata dal
programma dei documenti nell’utente utilizzatore (es. Windows:
C:\Users\NomeUtente\Documents\eagle).
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AREA DI LAVORO
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L’area di lavoro di Eagle si compone generalmente di: un menu di
pulsanti in alto quali:
File, Edit, Draw, View, Tools, Library, Options, Windows, Help) molto
simili alla barra di menu del pannello di controllo, a cui si aggiungono i
comandi di Funzione e di Editing.
I “comandi di funzione” sono quei comandi che troviamo solo in una
determinata finestra (ad esempio quella dello schematic) che ad
esempio, comprendo i comandi per la segnalazione e la correzioni degli
errori di collegamento.
Mentre i comandi di Editing, sono quei comandi che svolgono la funziona
di Undo (ovvero “passo indietro” con il quale potremo annullare l’ultima
operazione fatta) e di Redo (con il quale potremo ripristinare la
precedente azione), inoltre troviamo un vasto elenco di comandi
utilizzati (ad esempio) nell’ambito dello schematic.
Sempre nello schematic troviamo un altro menu a tendina, quello
relativo alle librerie utilizzate all’interno dello schema.
Un menù delle short course ovvero dei collegamenti per funzioni che
sarebbero più difficilmente raggiungibili. Qui generalmente troviamo
diversi comandi, quali (da sinistra verso destra) apri, salva, stampa, CAM,
passa a schermata PCB, cambia foglio di lavoro, apri librerie, Zoom+,
Zoom-, Centra Foglio ecc. ecc.
Un menù delle “palette”: in questo menu troveremo tutti i comandi
utilizzabili nell’area di lavoro.
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Qui possiamo osservare i comandi relativi all’area di lavoro dello
Schematic (sulla destra) e della Board (sulla sinistra), in cui troviamo tutti
gli strumenti utilizzabili e le varie opzioni di visualizzazione dello schema.
All’interno di questo menu, possiamo notare delle
barre orizzontali, che separano le palette informative
(un esempio è dato dalla prima paletta, rappresentata
dall’icone I, che, selezionato un’oggetto, ci darà tutte
le informazioni relative al Package di un componente,
allo schema elettrico, al relativo uso ecc ecc), dalle
palette di comando (esempio il comando
rappresentato dall’icona con 4 frecce, che ci
permetterà di muovere un componente all’interno
dell’aria di lavoro), dalle palette grafiche (ovvero
quelle che utilizzeremo per creare forme geometriche,
linee di interconnessione, bus, o notazioni grafiche),
dalle palette di errore, con le quali possiamo andare a
controllare gli errori presenti all’interno dello schema
o board, o controllare le regole grafiche applicate al
nostro schema o board precedentemente impostate
nel pannello di controllo, tramite le apposite voci nel
menu.
Tutte le queste funzioni descritte finora, sono ampliamente utilizzate per
creare schemi e board PCB all’interno delle relative aree di lavoro, con
l’aggiunta delle palette (“platters”) appartenenti alla relativa are di
lavoro.
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Schematic
Per accedere a quest’area di lavoro, basta selezionare File->New>Schematic sul pannello di controllo. A questo punto ci troveremo di
fronte una nuova finestra: l’area di lavoro dello Schematic. Nella parte
alta della schermata troviamo le varie barre di menu; a sinistra invece
troviamo le palette che compongono quest’area di lavoro.
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Queste palette sono i nostri strumenti, con cui andremo a comporre il
circuito cosi come in foto, che sono (partendo dall’alto, da destra verso
sinistra):

Come detto precedentemente , selezionando questa paletta e
cliccando su un componente posizionato sul foglio di lavoro, il
programma di darà una panoramica informativa del componente
selezionato, mostrandoci il package, il nome, la posizione, il gate,
l’angle, la libraria e il valore. Inoltre tramite questo strumento,
potremo inoltre andare a modificare questi valori.

Questa paletta, in quest’area di lavoro, ci permette di cliccare su un
oggetto e vedere tutte le opzioni possibili per esso. Questo comprende
le opzioni di copia, di nominazione, di rotazione ecce cc.

La paletta “show/hide/edit
layers” come da nome, ci permette
di
selezionare
quali
livelli
all’interno dell’area di lavoro
selezionare.
Questi
livelli
rappresentano i vari strati dello
schema, che tramite questo
comando, posiamo andare ad
abilitare o disabilitare. Tra questi
livelli possiamo trovare il livello
n91 (ovvero strato dello schema
dove sono posizionati i nostri
collegamenti
tra
i
vari
componente), il livello Nr.92 (lo
strato dello schema relativo ai collegamenti di busses che
generalmente non viene minimamente utilizzato), il livello Nr.93 che
normalmente troviamo disabilitato (se abilitato, questo livello ci
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





permette di visualizzare i numeri dei pin di ogni componente sullo
schematic), il Nr.94 (in cui troviamo tutti i nostri componenti
posizionati finora), il Nr.95 (in questo livello sono contenuti tutti i nomi
dei componenti finora utilizzati, che potremo visualizzare o no), il
Nr.96 (come per il precedente livello, in questo sono contenute scritte
relative al valore di un componente, ad esempio il valore di una
resistenza), il Nr.97 (strato dello schema in cui sono contenute le
informazioni del schema) ed il Nr.98 (al cui interno troviamo eventuali
commenti o note, anche se raramente usate).
Questa paletta ci permette di posizionare un punto sullo schematic,
fornendoci le relative coordinate.
Il comando “Move an Object” ci permette di selezionare un
componente, una forma geometrica o un collegamento, e spostarlo
all’interno dell’area di lavoro in modo da organizzare lo schema in
modo ordinato e personalizzato.
Il comando “Copy an Object” come intuibile dal nome, ci permette
di copiare un componente, una forma geometrica o un collegamento,
e posizionarlo sullo schema. Per integrati come il 4093, che
contengono più porte logiche al proprio interno, copiandone una già
posizionata, posizioneremo una seconda porta, del tutto separata dalla
prima.
Lo strumento “Mirror an Object” ci permette di specchiare un
componente, portando ad esempio, i pin di collegamento, da destra
verso sinistra, senza però ruotare il componente.
Lo strumento “Rotate an Object” al contrario del comando
precedente, ci permette di ruotare fisicamente il componente, il
collegamento o la figura geometrica selezionata, senza tuttavia darci la
possibilità di specchiare il componente.
“Define a Group” presente in ogni programma di editing, questo
comando ci permette di selezionare i componente all’interno del
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quadrato circoscritto con questo strumento, e, selezionando un altro
strumento, applicare a tutti gli oggetti selezionati, una particolare
azione. Ad esempio, selezionando un gruppo di componenti e
cliccando sul tasto copia, Eagle ci fornirà sullo schematic una copia di
ogni singolo componente.

Lo strumento “Change Object Proprieties” ci
permette di aprire il menu delle proprietà di un
componente o una linea selezionata, impostando
cosi valori come il nome, la grandezza delle linee, le
opzioni di visualizzazione, il package, la grandezza, lo
stile, il testo relativo all’oggetto, il peso, la spaziatura
e l’allineamento. Generalmente poco usato, questo
strumento ci permette di modificare la parte relativa
alla griglia del componente selezionato. Ciò vuol dire
che potremo andare a creare un’eccezione per i
componente selezionato, che eccederà dalle regole
grafiche che abbiamo precedentemente trovato
all’interno del pannello di controllo. Molte di queste
voci tuttavia, non sono applicabili al singolo
elemento selezionato, ma si applicano all’intero
foglio di lavoro. Ad esempio l’opzione “width” ci permette di scegliere
lo spessore del filo utilizzato all’interno dell’intero foglio schematic.

Questo particolare strumento ci permette di richiamare un
componente dalla clipboard e posizionarlo all’interno del foglio di
lavoro dello schematc.

Strumento elimina: questo strumento ci permette di eliminare un
componente, un collegamento, un bus o una forma geometrica dallo
spazio di lavoro.
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
Lo strumento “Add a Part” è
lo strumento più fondamentale
del menu delle palette. Questo
strumento ci permette di
richiamare la finestra delle
librerie, e di scegliere tra le
centinaia
disponibili
un
componente che andrà ad
essere posizionato all’interno
dello schema. Nella finestra
ADD (di cui possiamo notare
una figura di qui sotto) ci sono
centinaia di librerie, in cui troveremo quasi tutti i componenti prodotti,
utilizzati o progettati, dalle varie industrie finora. Queste librerie, come
precedentemente detto, sono selezionabili nel pannello di controllo,
tramite la relativa voce “Libraryes” e quindi completamente ampliabili.
Nella finestra possiamo trovare a sinistra l’elenco dei componenti,
catalogati secondo il nome, la famiglia di appartenenza, e le sigle. In
basso troviamo la barra della ricerca, che può essere utilizzata per
filtrare (tramite le caselle Pads, SMDs, Description e Preview) gli
elementi visualizzati secondo quanto scelto o cercato. Sulla destra
invece troviamo due rettangoli, in cui troveremo, una volta selezionato
il componente, un’anteprima del relativo frootprint (per un eventuale
PCB) e del relativo simbolo schematico. All’interno dell’elenco di
librerie, troviamo anche resistori, capacitori e induttori, sotto la
relativa libreria RLC. Troviamo anche i diodi, sotto la libreria Diode, i
diodi LED, sotto la libreria Leds, relè, sotto la categoria Relay e i
connettori WAGO (come da schema) catalogati sotto la relativa libreria
Con-Wago-500.
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Un’altra delle librerie particolarmente importante, è quella dei Frame
o Cartigli, al cui interno troveremo i vari Frame e Cartigli da utilizzare
per i nostri lavori.

Questo comando “Swap Equivalent Pins/Pads” ci permette di
cambiare i pin visualizzati all’interno dello schema, visualizzando
magari, anche i pin di alimentazione o di controllo.

Il comando “Replace a par with a different device” ci permette di
selezionare un componente e di sostituirlo con un altro all’interno
della finestra ADD vista precedentemente con il comando “Add a
Part”. Ovviamente anche questa finestra si presenterà identica alla
finestra precedente.

Lo strumento “Swap Equivalent Gates” ha la funzione equivalente
allo strumento “Swap Equivalent Pins/Pads” e ci permette di
selezionare un altro gates all’interno del componente selezionato.

Lo strumento “Define the name of an object” ci permette di
associare al componente selezionato, un nome, che può essere il suo
nome reale oppure un nome relativo al funzionamento del
componente all’interno dello schema. Anche qui, possiamo selezionare
anche un collegamento, o una forma geometrica.

Lo strumento “Define the value of an Object” fornisce le stesse
opzioni dello strumento prima descritto, però sta volta, associato al
valore dell’oggetto. Ad esempio selezionando una resistenza, questo
strumento ci permetterà di impostarne il relativo valore di resistenza,
e di visualizzarlo sullo schema.

Il comando “smash” ci permette di splittare, ovvero di separare, le
varie parti testuali del componente selezionato, permettendoci di
spostare le varie parti testuali di quest’ultimo. Questo comando torna
particolarmente utile quando uno schema deve contenere
informazioni in particolari strutture geometriche (ad esempio tabelle o
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM






grafici); con questo strumento potremo spostare la parte testuale dello
schematic e posizionandole in esse.
“miter Wires” ci permette di modificare un collegamento,
sostituendo ad un angolo retto, una curva parabolica, per un maggiore
impatto estetico o funzionale.
“Split/bend a line” è un comando molto simile a quello sopra
descritto, e ci permette di spostare un collegamento, selezionando il
percosso che esso deve seguire all’interno dello schema. Questo
strumento ci permette di non far accavallare a componenti o pin i vari
collegamenti all’interno dello schematic.
Lo strumento “Activate another gate from a device” ci permette di
invocare e posizionare sul testo, un altro gate relativo al componente
selezionato. Come esemplificato prima, con un componente 4093, al
cui interno troviamo 4 porte NAND, questo comando ci dà la possibilità
di posizionare un altro gate relativo a questo integrato, e di
posizionarlo nell’aria di lavoro.
Questo comando (“draw a lines” relativo all’area del menu di
palette per le forme geometriche, ci permette di tracciare una retta,
selezionandone lo spessore, l’angolo radiale e la forma di essa.
Nonostante sia elencato tra i comandi geometrici, questo strumento ci
permette di tracciare i vari collegamenti tra i componenti nello schema
e di farli risultare, effettivamente collegati.
Lo strumento “Draw a text” ci permette di inserire sullo schema un
teso, aggiungendo cosi una nota, o una descrizione aggiuntiva
all’intero schema.
”Draw a circle”: questo strumento ci permette di tracciare un
cerchio all’interno dello schema, permettendoci di selezionare lo
spessore e il raggio del cerchio. Inoltre potremo andare a decidere
anche il livello in cui questo cerchio verrà posizionato.
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
“Draw an ARC”: come lo stumento sopra descritto, questo
comando svolge l’equivalente funzione, solamente invece che
tracciare un cerchio, questo ci permette di tracciare un cerchio aperto,
definendo il diametro e la sezione di apertura del cerchio.

“Draw A Rectangle”: questo strumento equivale agli strumenti
“draw an ARC” e “Draw a circle”, solo che invece che tracciare un
cerchio o un cerchio aperto, tracceremo un quadrato. Anche in questo
caso potremo selezionare il layout del quadrato (ovvero il riempito che
questo avrà) e il livello in cui lo piazzeremo.





“Draw a polygon”: equivalente allo strumento sopra descritto,
questo comando ci permette di creare un poligono, scegliendone la
forma, il riempimento, il layout e il livello relativo.
Lo stumento “draw a bus” è l’equivalente del comando che ci
permette di creare un filo tra due componenti e di collegarlo. Questo
però ci permette di creare un bus.
“Draw an electrical connection”: simile al comando “Draw a Bus” e
“draw a lines” ci permette di stabilire una connessione elettrica,
tramite un cavo da noi tracciato.
La paletta “Place a Net Junction” ci permette di piazzare sullo
schema un punto di connessione facendo risultare al programma, tre
fili o più, effettivamente collegati. Eagle non svolge questa funzione
autonomamente, in quanto uno sbaglio di connessione tra più fili,
porterebbe ad un errore nella sezione di lavoro del PCB nel caso in cui
si decidesse di utilizzare lo strumento di “Auto-Router” che
successivamente andremo a spiegare.
Lo strumento “Place a Label Displaying a Net/Bus Name” ci
permette di nominare un collegamento, che può essere un
collegamento semplice, o un bus, in modo da fornire maggiori
informazioni all’interno dell’aria di lavoro e dello schema.
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
Lo strumento “Define Attributes” ci permette di vedere e/o
modificare le librerie a cui il componente selezionato appartiene, in
modo da fornire maggiori informazioni all’interno dello schema, ad
esempio, visualizzando la libreria di appartenenza.

Lo strumento “Define a Dimension” ci permette di piazzare sul
foglio di lavoro due punti orizzontali o verticali, e di visualizzare la
distanza presente tra essi e di “fissarne” il testo relativo, all’interno
dello schema.

Gli strumenti “Electrical Rule ChacK” (sulla sinistra) e “Show
Errors Found by ERC or DRC” permettono al programma, di
comunicarci gli errori di collegamento e/o di posizionamento, di tutti i
componenti presenti all’interno del foglio di lavoro, che non rispettano
le regole elettriche o grafiche che è possibile impostare nel pannello di
controllo sotto le relative voci.
 Un particolare comando degno di nota che non si trova nelle palette, è
il comando “Change the Grid Settings” posizionato in alto, sotto il
menu della finestra, che ci permette di impostare tutti i valori relativi
alla griglia all’interno dell’aria di lavoro.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
 Nella finestra che si aprirà selezionando questo comando infatti,
troveremo varie opzioni, tra cui la
possibilità di attivare o disattivare,
la visualizzazione della griglia
all’interno dell’area di lavoro.
Inoltre potremo impostare la
dimensione fisica della griglia,
andando a impostare sia la
larghezza, che l’altezza, inoltre
potremo anche impostare una scala multipla del valore da noi impostato.
 La grandezza della griglia è espressa nel programma in mm o in Inch.
Inoltre in questa finestra, in basso a sinistra, possiamo trovare anche un
tasto di “Default” che ci permetterà di reimpostare i valori di default
della griglia, stabiliti dal programma prima del nostro intervento.
La descrizione dei menu e dei “platters”(palette) relativi all’area di lavoro
dello schematic è completata.
Procederemo ora ad illustrare i comandi dell’area di lavoro del PCB,
omettendo però i comandi già descritti in precedenza. Dopo questa
spiegazione, procederemo ad illustrare un esempio pratico di
realizzazione di un circuito/PCB utilizzando come esempio, lo schema ed
il PCB creato dal professore durante le ore di insegnamento, e fornendo
inoltre, uno schema/PCB ulteriormente completo che completa
l’obiettivo principale, di realizzare una board di controllo di un’eventuale
forno di cottura per componenti SMD che realizzeremo nelle ore
scolastiche.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Board
La schermata della Board che ci permette di progettare un PCB che potrà
eventualmente essere inciso, si può aprire tramite il pannello di controllo,
facendo File->New->Board.
Anche in questa schermata troviamo diversi menu e funzioni già descritte in
precedenza. Tra le varie voci possiamo notare solamente due aggiunte, che
sono:

Il comando “Stop Command” che assume una colorazione rossa
o grigia, a seconda della possibilità o non, di attivare la funzione di
“stop di comando”. Questa funzione non ha un particolare utilizzo
negli schemi da noi generalmente creati, in quanto è una funzione
relativa alle altre palette. La spiegazione risulterà più chiara con la
descrizione della funzione successiva.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM

Il comando “Execute Command” ci da la possibilità di eseguire
(appunto) un comando, all’interno di tutto il PCB. Questa funzione è
particolarmente utile combinata alla paletta “Ripup Routed Track To
Airwires” (che successivamente spiegheremo) che ci darà la possibilità
di applicare l’effetto della paletta (ovvero di cancellare una
connessione tramite file, ritrasformando il collegamento in air-wire,
filo in aria, o elastico) a tutto il PCB, evitandoci così di dover
selezionare ogni filo di connessione e eliminarlo singolarmente.
Finita la descrizione delle funzioni aggiuntive all’interno del menu di
controllo, possiamo passare alla descrizione delle palette aggiuntive che
troviamo all’interno dell’area di lavoro del PCB, di cui abbiamo avuto visione
precedentemente.
Nota: Le differenze di opzione all’interno
delle palette, non sono trattate, in
quanto sono praticamente equivalenti, o
leggermente differenti. L’unica differenza
degna di nota avviene all’interno della
paletta “show/hide edit layers” in quanto
ora, troveremo molti più layers da
gestire, in quanto un PCB su eagle può
essere composto da massimo 16 strati.
Quindi troveremo 15 lati aggiuntivi,
relativi ad altrettanti lati che tuttavia,
non vengon mai utilizzati, se non da
industrie, in quanto la produzione di PCB
a più di 2 lati, comporta spese e
macchinari insostenibili per una persona.
Infatti generalmente, in un PCB “autoprodotto” troveremo al massimo 2 lati.
Il TOP (Nr.1, rosso) ed il Bottom (Nr.16, blu) che rappresentano la parte
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
positiva del PCB e la parte negativa. Di fatti un normale PCB (anche a livello
amatoriale) è sempre composta da questi due lati, di solito, uno per i
collegamenti principali, e l’altro per eventuali jumper o xilografie del PCB.
Oltre a questi lati principali, troviamo altri lati, che sono relativi alle opzioni
aggiuntive, dateci dalla schermata di lavoro del PCB, ad esempio i livelli
relativi ai fori del PCB, o ai nomi dei fori, o al riempimento, alla griglia dei
componenti, dei fori e dei collegamenti, alle misure generali del PCB, alla
squadratura e alle scritte (Text) che eventualmente inseriremo.
Detto ciò, procediamo con la l’esposizione delle palette:

Il comando “Lock Postion of a Part” permette di fissare nell’area di
lavoro del PCB, una particolare componente o forma geometrica o
collegamento, in modo che esso non si possa muovere tramite una
selezione di gruppo o tramite un auto posizionamento dei componenti.
Di fatti il componente risulterà movibile solo se prima sbloccato
tramite lo stesso comando Lock.

“Route Manually” questa palette ci permette di tracciare
fisicamente una linea di collegamento (detta anche traccia del PCB) tra
i due punti selezionati. Questo comando equivale alla funzione “Draw
a Wire” nello Schematic, infatti anche qui, questo comando ci
permetterà di selezionare lo spessore della traccia (da uno spessore di
0.01 Inch, 0.254 mm, ad uno spessore massimo di 0.254" (Inch),
ovvero 6.4516 mm), il grado radiale della curva parabolica della
traccia, lo style (continuo, tratteggiato, tratteggiato multiplo) e il modo
di curvare del filo. Di fatti in PCB che saranno utilizzati con alte
frequenze, una line spezzata (soprattutto a 90°) provoca grandi
perdite, e alti rischi di archi elettrici in aria o su PCB in quanto lo
spigolo vivo della traccia, funge da antenna, facendo accumulare
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cariche elettriche che potrebbero forare lo strato isolante del PCB e
finire su un’altra traccia o, ancora peggio, in aria o su una persona.
Per questo Eagle fornisce una ampia scelta di curve, che vano dalla
spezzata a "n" gradi, alla continua curva, alla curvilinea “completa”.
Di seguito un’immagine relativa alle opzioni che questo comando ci
fornisce:
un’altra opzione che questo comando ci permette, è quella di decidere il
layers (livello) in cui la linea verrà scritta, questo ci da la possibilità di
utilizzare la linea come xilografia, piuttosto che come traccia del PCB.

il comando “Ripup Routed Tracks to Airwires” rappresenta la
funzione inversa del comando “Route Manually” in quanto questo
comando ci permetterà di eliminare una traccia del PCB, facendolo
ritornare alla condizione iniziale di filo in aria (air-wire) o elastico.
Di fatti passando dalla schemata di Schematic alla schemata del PCB, i
nostri collegamenti vengono importati dallo schema, e mantenuti nel
PCB, come fili in aria, di colore giallo, che sono collegati al componente
in modo diretto, ovvero senza una relativa traccia su PCB. Questo
modo di rappresentare i fili non collegati di EAGLE ci permette di
constatare e di capire, quali collegamenti dello Schematic sono ancora
teorici, e quanti invece, sono stati effettivamente collegati sul PCB.
Come precedentemente accennato, tramite questo comando e la
funzione di “Execute Command” potremo applicare l’eliminazione dei
cavi di collegamento, a tutto il PCB, evitando così di dover cancellare
manualmente ogni singolo filo.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM

Il comando “Draw a Via” ci permette di posizionare sul PCB una
Via, ovvero l’equivalente pratico, di una piastra metallica di
collegamento, in cui andrà un cavo, o un pin particolare di un
componente. Questo comando è utilizzato per creare piccole piastre di
collegamento, che permetteranno ad un Jumper (un collegamento in
aria, tramite un filo) sul PCB di essere saldato al resto della traccia.
Anche in questo comando, è possibile operare delle modifiche alla
piastra che andremo a piazzare. Difatti oltre che poter modificare lo
spessore del foro e la grandezza della piastra, potremo anche
modificarne la forma, ed il livello su di “profondità” del relativo foro.

In successione al comando sopra spiegato, possiamo trovare il
comando “Draw a Hole” che accompagna sempre il comando
precedente, in quanto stabilisce la grandezza del foro da operare per la
piastra. Un altro utilizzo pratico di questo comando, si ha quando
bisogna segnalare i fori per il fissaggio del PCB, come vedremo in un
PCB d’esempio successivamente. Anche in questo comando
ovviamente, potremo selezionare la larghezza del buco, ma non il layer
in cui lo andremo ad operare, in quanto le operazioni con questo
strumento, verranno posizionate sempre, nel livello relativo al layer
relativo ai fori “generali” del PCB (che comprendono anche i fori da
operare per inserire il componente).

Il comando “Calculate Shortest Airwires”, ci permette una verifica
della presenza di tutti i collegamenti sottoforma di "elastico" (Ratnest)
della nostra Board.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM

Il comando “Autorouter” è uno dei comandi più utili e funzionanti
di Eagle.
Difatti questo comando ci permette di impostare dei parametri, secondo i
quali il programma andrà ad operare i collegamenti in modo
AUTOMATICO, senza un intervento manuale sui singoli cavi. Come
possiamo notare dall’immagine, le opzioni dell’ Auto-Router sono
vastissime, e ci permettono di impostare i lati disponibili per il
collegamento del PCB. Tramite le apposite caselle relative ai vari lati
infatti, potremo scegliere quali lati utilizzare e quali no. Poiché, come
detto prima, i lati utilizzati da un PCB autoprodotto sono solamente due,
qui troviamo selezionato solo il lato negativo (Bottom) con il simbolo “-“
che sta a dire al programma, che, per questo livello, le tracce hanno
priorità orizzontale, e non verticale, o diagonale. Inoltre scorrendo tra le
varie schermate di opzioni, potremo andare a decidere anche la lunghezza
delle tracce e lo spessore, operando cosi scelte di valore economico o
scelte di valore funzionale.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM

Come per lo schema, questi comandi sono adibiti alla
segnalazione degli errori e delle regole grafiche non rispettate.
Finita la spiegazione dell’area di lavoro del PCB (o board), possiamo passare
ad illustrare il circuito spiegatoci dal professore durante l’orario scolastico.
Creazione di uno schema
Il primo passo nella realizzazione di uno schema su Eagle, oltre all’apertura
della finestra Schematic tramite il pannello di controllo (File->New>Schematic), consiste nel piazzare tutti i componenti che compongono lo
schema. Per fare ciò si seleziona il comando “Add a part” e si ricercano tra le
varie librerie, i componenti che compongono lo schema.
Ad esempio nello schema qui spiegato, dovremo ricercare i seguenti
componenti, nelle seguenti librerie:
 Wago: i connettori wago, sono essenziali per fornire una corretta
interfaccia di collegamento con il mondo esterno alla schema. Questi
connettori infatti, consentono (tramite il serraggio di una vite
apposita) il collegamento EFFETTIVO del circuito ad una fonte esterna.
Difatti questi connettori sono usati soprattutto per l’alimentazione, in
quanto connettori di potenza (resistenti, nella configurazione standard
500, fino a 5-10°). All’interno delle librerie di Eagle, questi connettori si
possono trovare nella libreria “con-wago-500” in diversi package da 1
coppia di connettori, fino a 15 coppie. Per il nostro circuito abbiamo
predisposto due coppie di connettori doppi Wago (due per
l’alimentazione e due per le linee di controllo), e un connettore da 6
coppie Wago, per il collegamento del relè a doppio scambio.
 Resistenze: le resistenze adoperate all’interno di questo schema, si
trovano nella libreria “Rlc” nella sottosezione “R-EU_” in cui sono
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
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raccolti tutti i vari package delle resistenze in commercio in Europa.
Oltre alle resistenze, qui possiamo trovare anche i vari condensatori e
induttori (da qui il nome della libreria, R= resistor, l = inductor, c =
capacitor). Una volta posizionate tuttavia, le resistenze non avranno un
valore stabilito, per questo, si dovrà procedere successivamente ad
assegnarli un valore, tramite lo strumento Value di Eagle.
Diodo 1N4004: questo diodo è necessario all’interno del circuito, per
evitare correnti inverse del relè. Difatti quando la bobina di un relè
viene posta accidentalmente in un campo magnetico, esso genera una
corrente inversa. Per evitare ciò, si procede al posizionamento di un
diodo in parallelo al relè. Spesso però, molti relè hanno integrato
questo diodo, in modo da risparmiare spazio all’interno del PCB e
garantire una miglior efficienza complessiva. Questo diodo si trova
all’interno della librerie “diode” sotto il relativo nome.
Transistor “BC337-25”: questo transistor permette il pilotaggio del
relè, impossibile con (ad esempio) Arduino, in quanto necessiterebbe
troppa corrente. Questo particolare transistori si trova nella libreria
“transistor-npn” nella sottocategoria “BC337” che sta a rappresentare
la famiglia di appartenenza.
Diodo LED da 3mm: questo LED è stato posizionato all’interno del
circuito per garantire un feedback a quest’ultimo. Infatti quando il
circuito sarà in funzione, il LED si accenderà, segnalando all’operatore,
che il circuito è sotto tensione. Questo diodo LED si trova nella liberia
“led” nella sottocategoria “LED” sotto il nome “LED 3mm”
Relè 4052: ultimo componente, basilare, all’interno di questo circuito è
il relè 4052, che si trova nella libreria “relay” sotto il nome di “4052” è
consiste in un relè a doppio scambio classico.
Un ultimo “componente” da posizionare consiste nella massa del
circuito, che si può trovare nella libreria “supply” di Eagle.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Una volta piazzati tutti i vari componenti e spostai in modo da facilitarne il
collegamento, la nostra area di lavoro sarà così composta:
A questo punto, non ci resta altro che adoperare i dovuti collegamenti,
tramite lo strumento “Draw Lines” precedentemente descritto.
Un accorgimento basilare nell’utilizzo di questo strumento consiste
nell’evitare che le varie linee di collegamento si sovrappongano ai pin dei
componenti.
Quest’accorgimento ci sarà utile più avanti, per evitare che l’ Auto-Router di
Eagle non riconosca i dovuti collegamenti ondevitare erronei collegamenti.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Una volta effettuati i collegamenti come da schema, la nostra area di lavoro
si presenterà cosi.
A questo punto la parte relativa allo schema è completato; non ci resta altro
che posizionare il relativo frame e passare alla schermata del PCB. Per
posizionare un frame, basta selezionare lo strumento “Add a Part” e
selezionare nella libreria “frame” il frame “A4L-LOC” ovvero il frame relativo
allo standard A4 per i disegni tecnici. Questi frame sono disponibili anche in
un’altra libreria, che prende il nome (tecnico) di “cartiglio”. Una volta
posizionato il frame e centrato il disegno, si può procedere all’editing del
frame. Ovvero, aprendo il file relativo al cartiglio, attraverso il pannello di
controllo di eagle, potremo compilare il frame, inserendo i nostri nominativi
e le informazioni necessarie al completamento del disegno.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Fatto ciò, il nostro schema apparirà così:
A questo punto, possiamo passare alla realizzazione del lato PCB della
scheda. Per passare a questa parte di eagle ,basterà cliccare il tasto
“Generate/Switch to Board” situato in alto, sotto la barra del menu di Eagle:
Questo tasto ci consente di passare dalla finestra di Schematic alla relativa
finestra di Board, mantenendo effettivi tutti i collegamenti operati finora,
che saranno rappresentati nel PCB tramite cavi appositivi chiamati Wire-air
(fili in aria) o elastici. Grazie a questa funzione di eagle, quindi, non
creeremo il PCB da zero, ma lo creeremo dallo schema. In questo modo,
anche i due file (uno dello schema e l’altro del PCB) saranno collegati.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
PCB
Una volta arrivati nella schermata del PCB, i componenti saranno aggruppati
assieme nell’angolo basso a sinistra della finestra, cosi come in figura:
Nota: per comodità di stampa, da ora, lo sfondo dell’area di lavoro del PCB
sarà bianca, invece che nera. Per impostare questo colore basta cliccare in
Options->User Interface…->Layout-Background:-> White
Procediamo quindi al posizionamento dei componenti, in modo che i vari
elastici, non siano ne troppo intricati ne incidenti (questa fase della
progettazione PCB si chiama Sbroglio).
Il posizionamento dei componenti avviene all’interno del quadrato grigio
che costituisce la parte del foglio di lavoro utilizzata. Difatti una volta
completato il PCB, quest’area andrà rimpicciolita, a seconda dell’esigenza
d’incisione, per permettere un ridimensionamento migliore della scheda.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Per fare ciò, basta utilizzare il comando “Move an Object” e spostare le varie
linee. Detto ciò, bisogna fare particolare attenzione alle dimensioni
complete della scheda. Difatti i vari componenti dovranno essere posizionati
tenendo conto delle dimensioni massime che la scheda dovrà avere.
Una volta completate queste operazioni, il PCB sarà come in figura:
Per completare il PCB e permetterne una futura incisione, bisogna tracciare
le tracce che, per comodità, fare definire all’autorouter di eagle. Per fare
questo basterà selezionare il comando “Start the autorouter” e selezionare
tra le “preferred Directions” i lati del PCB su cui calcolare le tracce. Come
precedentemente detto, per un’incisione amatoriale, e data la semplicità
della scheda, utilizzeremo solo il lato Bottom, e disabiliteremo tutti gli altri,
selezionando “N/A” nel riquadro relativo ad ogni lato. Fatto questo basterà
premere su “ok” e l’autorouter calcolerà e traccerà ogni line per noi.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Se una traccia rimarrà un air-wire vorrà dire che l’autorouter non è riuscita a
collegare quel cavo per mancanza di spazio o incidenza di piste. Per
rimediare a ciò, bisognerà procedere ad una modifica manuale delle piste o
a spostare i componenti, eliminare i collegamenti, e riapplicare l’autorouter.
Questo finchè non saranno collegati tutti i cavi. Una volta finita questa
operazione, il PCB apparirà così:
A questo punto, si può procedere operando i necessari accorgimenti per una
board più efficiente e migliorata. Principalmente gli accorgimenti da operare
sono sullo spessore delle tracce del PCB. Ad esempio le tracce delle linee di
alimentazione devono essere leggermente più spesse, per consentire il
passaggio della corrente d’alimentazione, senza incidenti. Per fare ciò,
basterà selezionare lo strumento “Draw Lines” precedentemente illustrato,
modificare la larghezza delle piste tramite l’apposito menu situato in alto,
sotto la barra di menu, e ripassare le tracce che ne hanno necessità. In
questo caso solo le due linee di alimentazione tra i wago e la resistenza/relè.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Lo spessore di queste piste, può essere calcolato in rapporto alle tensioni di
alimentazioni considerate nella progettazione, tramite appositi Tool e
calcoli, ma per queste applicazioni, uno spessore di 0.032 inch, è più che
sufficiente.
Una volta fatto ciò, il PCB apparirà così:
In un PCB di questo genere, un frame/cartiglio, non è necessario. Tuttavia,
se volessimo applicarlo, basterebbe fare come detto precedentemente,
ovvero selezionando lo strumento “Add an Element” posizionandosi sulla
libreria “frames” o la libreria “cartiglio” e selezionando quello più adatto.
Fattio ciò, ridimensioniamo l’area di lavoro come precedentemente detto, e
centriamo il tutto all’interno del Frame.
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TUTORIAL : EAGLE CAD / CAM
Completate queste operazioni, si può definire il disegno dello schema e del
PCB completati. Come abbiamo potuto constatare quindi, il Software Eagle
assolve appieno le sue funzioni, permettendo la realizzazione di schemi e
PCB professionali, tramite una semplice interfaccia grafica.
I.T.T. "Vincenzo Cerulli" Giulianova(TE)
Anno scolastico 2013/2014
©FELICIONI Matteo IV a Elettronica
©Rev. Prof. BENIGNETTI Francesco
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