Modern Device線上零組件銷售平臺(tái)的開(kāi)發(fā)者保羅?巴德格（Paul Badger）設(shè)計(jì)了「The Really Bare Bones Board（簡(jiǎn)稱RBBB）」開(kāi)發(fā)板和它的電路原理圖（Schematic）。這對(duì)于一個(gè)實(shí)用的Arduino類開(kāi)發(fā)板來(lái)說(shuō)幾乎已經(jīng)很足夠了，而且一旦你在EAGLE上畫(huà)好了電路原理圖，就可以很輕松的將它與其他設(shè)計(jì)合并。
要設(shè)計(jì)印刷電路板有很多工具可以選擇用，像是開(kāi)放原始碼軟件「KiCAD」或是各式各樣的網(wǎng)路線上服務(wù)。在開(kāi)放原始碼硬件社群中最受到喜愛(ài)的軟件是CadSoft的「EAGLE」。
在這篇文章里，你將會(huì)學(xué)習(xí)到如何使用EAGLE這個(gè)軟件來(lái)做基本的印刷電路板設(shè)計(jì)和制作ATmega微控制板的基本核心。
零件清單
? 電阻 , 10K 1/8W
? 電解電容, 47μf (2)
? 電阻 , 1K 1/8W
? 瞬時(shí)按鈕開(kāi)關(guān)
? 陶瓷電阻, 16MHz
? ATmega328P微控制器IC, ATmega 328P
? IC插座，28針腳 (非必要)
? 二極體, 4005
? 低壓降線性穩(wěn)壓器(LDO), L4931
? 電源插座
? 1×6排針
? 陶瓷電容, 0.1μf (2)
工具清單
? 能連上網(wǎng)路的Windows、Mac或Linux電腦
? Cadsoft EAGLE單機(jī)版PCB設(shè)計(jì)軟件
? RBBB EAGLE 零件資料庫(kù)
注釋：RBBB的零件清單如上所示，但你不必真的需要有零件在手，就可以跟隨下面的設(shè)計(jì)教學(xué)。
JeeLabs的尚?克勞德?威普樂(lè)（Jean-Claude Wippler）以RBBB為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)出JeeNode，JeeNode使用不同的排針并加裝了SPI無(wú)線端口以提供無(wú)線傳輸使用。
使用EAGLE
EAGLE是一個(gè)集合多種程式的軟件套件，每一個(gè)功能都有對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。這次我們將會(huì)把注意力放在「電路原理圖編輯器（Schematic Editor）」和「電路板編輯器（Board Editor）」上；其他的模組還包括自動(dòng)布線器（Autorouter）、元件編輯器、CAM處理軟件（CAM Processor，用來(lái)建立機(jī)械加工用的檔案）和一個(gè)編寫(xiě)用戶端程式語(yǔ)言（User Language Programs）的界面。
我們可以從元件庫(kù)中選取要用的元件，每一個(gè)元件都會(huì)有兩種圖示，分別給電路原理圖和電路板使用。由于大部分的元件都來(lái)自不同的元件資料庫(kù)（packages），而EAGLE的元件庫(kù)允許不同的封包連結(jié)相同的元件圖示，為了簡(jiǎn)化過(guò)程，我們做好了一個(gè)包含這次設(shè)計(jì)所需元件的RBBB資料庫(kù) ，等之后你熟悉了設(shè)計(jì)的過(guò)程，另一個(gè)SparkFun資料庫(kù)將會(huì)是一個(gè)很好的跳板來(lái)開(kāi)拓你的視野。
EAGLE設(shè)計(jì)的工作流程
I. 設(shè)計(jì)和尋找素材：找零件、詳讀規(guī)格、下載需要的東西和描繪藍(lán)圖。
II. 電路原理圖設(shè)計(jì)：用信號(hào)線連接各個(gè)元件。
III. 電路規(guī)則檢查（ErC）： 使用人工智慧（AI helper）來(lái)檢驗(yàn)電路上的錯(cuò)誤。
IV. 電路板設(shè)計(jì)：將設(shè)計(jì)元件置入電路板，并設(shè)計(jì)真實(shí)的電路來(lái)連接它們。
V. 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DrC）： 使用人工智慧來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)上的錯(cuò)誤。
建立Gerber檔和drill檔： 使用CAM處理軟件來(lái)建立機(jī)械加工用的檔案。
1. 開(kāi)始制作
首先請(qǐng)從Cadsoftusa.com網(wǎng)站下載EAGLE Light Edition，并在moderndevice.com/downloads下載RBBB元件資料庫(kù) ，將封包放入EAGLE程式資料匣中的lbr資料匣里。
EAGLE將CAD繪圖用顏色來(lái)區(qū)分不同功能的圖層。在「電路原理圖編輯」的視窗里，元件圖示在「符號(hào)圖層（Symbols layer）」，它的標(biāo)示會(huì)在「名稱圖層（Names layer）」或「數(shù)值圖層（Values layer）」，而網(wǎng)絡(luò)連接（Net）則在「網(wǎng)路圖層（Net layer）」，你可以透過(guò)檢視（View Menu）來(lái)顯示或隱藏這些圖層。
小祕(mì)訣：請(qǐng)時(shí)常檢查你的工具列來(lái)確認(rèn)是否繪制在對(duì)的圖層上。
1.1 打開(kāi)電路原理圖編輯器，并選擇「檔案（File）」→「新增檔案（New）」→「電路原理圖（Schematic）」。你會(huì)得到一個(gè)警示訊息「目前不會(huì)執(zhí)行任何自動(dòng)正反向標(biāo)注（no forward/backward annotation will be performed.）」，由于在一般的情況下你會(huì)同時(shí)開(kāi)啟電路原理圖和電路板編輯器來(lái)讓它們同步化，所以這個(gè)訊息只是要告訴你還尚未打開(kāi)電路板檔而已。
1.2 選擇「新增（Add）」工具，把RBBB元件資料庫(kù)里的Frame元件置入構(gòu)圖紙上，這并非必要，但這步驟很簡(jiǎn)單，并可以讓你在之后繪制電路原理圖時(shí)不用一直調(diào)整屏幕的大小。
2. 電源回路
這5個(gè)元件負(fù)責(zé)接受直流電源輸入并輸出一個(gè)沒(méi)有雜訊的5V電源。
正中央的圖示是一個(gè)電壓調(diào)整器，電壓調(diào)整器最重要的規(guī)格是輸出電壓（output voltage）、最大輸出電流（maximum output current）和最小電壓差（dropout voltage，輸入和輸出電位的最小差值）。L4931電壓調(diào)整器的最小電壓差僅僅0.4V，所以讓它從6V的輸入端（來(lái)自4顆3號(hào)電池）輸出5V是非?？煽康摹Ｋ墓?yīng)電流可高至250mA，用來(lái)應(yīng)付大部分的微控制器應(yīng)用是非常足夠的。
使用兩個(gè)電解電容用來(lái)過(guò)濾電壓輸入端的雜訊，并在必要時(shí)代替沒(méi)電的電池和提供脈沖電壓。L4931建議使用至少2.2μF以上規(guī)格的濾波電容。我們這次的電路板是使用高達(dá)47μF的電容，這應(yīng)該完全足以用來(lái)應(yīng)付最糟糕的電池供應(yīng)設(shè)備。
電源插座可能看起來(lái)很大，但這正是人機(jī)界面中一項(xiàng)重要的決定：它可以很輕易的提供給一般的變壓器使用，我們將會(huì)把它安裝在電路板上，讓你可以在不需要時(shí)拿掉它，并提供一個(gè)雙針腳的輔助接頭來(lái)當(dāng)作選擇性的電源線。
幾乎所有的功率二極體都有短路的保護(hù)機(jī)制，我們使用常見(jiàn)的4005二極體，它的額定電流為1A，使用并聯(lián)的方式來(lái)預(yù)防意外接錯(cuò)的反向電源。有些其他的設(shè)計(jì)會(huì)使用串連的方式來(lái)連接，但這樣會(huì)讓我們需要額外再提供0.7V的電壓，假如我們想使用6V的電源，這樣會(huì)無(wú)法負(fù)荷。
經(jīng)驗(yàn)法則
? 小圓點(diǎn)表示相交的兩條信號(hào)線是有連接的；沒(méi)有小圓點(diǎn)則表示它們只是重迭而已。
? 使用柵格（Grid）工具，并將它的尺寸設(shè)定在0.1inch（100 mil），因?yàn)樽畛７傅腻e(cuò)誤就是兩條看起來(lái)有相交但其實(shí)并沒(méi)有連線。
? 每一條線（網(wǎng)絡(luò)連接或是信號(hào)線）都有獨(dú)立的名稱，就算在畫(huà)面上它們并沒(méi)有相鄰，所有名稱相同的信號(hào)線都會(huì)自動(dòng)連線在一起，這個(gè)功能非常方便。假如你有很多元件都需要用連接的方式來(lái)連線，那畫(huà)面肯定是一團(tuán)亂。
? 每一個(gè)元件都應(yīng)該要有一個(gè)顯而易見(jiàn)的名稱和量值，你會(huì)需要移動(dòng)標(biāo)簽來(lái)讓它們清晰易辨；運(yùn)用分離（Smash）工具讓標(biāo)簽從元件上分離，并可以移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)到它們適當(dāng)?shù)奈恢谩?/div>
? 繪制一張電路原理圖就像是要用電路組件跟其他人溝通一樣，想一下你是否已經(jīng)提供所有他們需要的功能。
注釋：我們的圖示可能一開(kāi)始看起來(lái)跟你屏幕上的有些不一樣，記得使用分離工具來(lái)分離標(biāo)簽，然后移動(dòng)它們到可輕易辨認(rèn)的位置。
2.1. 使用「新增（Add）」工具，選擇RBBB → Regulator，把Regulator元件放在畫(huà)面左上角的象限上，再使用新增工具來(lái)配置兩個(gè)Electrolytic_Caps元件、GND元件和+5V的信號(hào)供應(yīng)元件（RBBB → Supply），如圖所示。
2.2. 使用「網(wǎng)絡(luò)連接（Net）」工具，分別將電壓調(diào)整器的輸出和輸入端連接到兩個(gè)電容的正極，然后將電容的負(fù)極接到電壓調(diào)整器的接地線，把接地線連接到GND元件，并將電壓調(diào)整器的輸出端接到+5V的信號(hào)供應(yīng)元件上。
2.3. 使用量值（Value）工具來(lái)設(shè)定兩個(gè)電容皆為47μF。
2.4. 新增RBBB→Power_Jack，將它放在電壓調(diào)整器的輸入端旁邊。這是一個(gè)非常標(biāo)淮的中心正極（center-positive）電源插座（不考慮音樂(lè)用電子設(shè)備的話），把它的中心針腳接到電壓調(diào)整器的輸入端，并將套筒端（sleeve）接地，如果跳出「是否連接網(wǎng)絡(luò)線段（Connect Net Segments）？」的對(duì)話框，請(qǐng)選擇「是」。
2.5. 新增一個(gè)二極體，它會(huì)以水平的狀態(tài)出現(xiàn)在屏幕上，請(qǐng)使用「旋轉(zhuǎn)（Rotate）」工具把它負(fù)極那一面朝上，并且用「網(wǎng)絡(luò)連接」工具將它連接在電壓調(diào)整器的輸入端和接地端之間。
2.6. 最后，選擇1×2排針（RBBB→1x2_Pinhead）當(dāng)作額外的選擇性電源輸入，旋轉(zhuǎn)并放置它，將其中一個(gè)針腳連接電源、另一個(gè)接地。
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