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想要自己設計鍵盤的電路板,就一定推薦使用 KiCad 這套電路圖繪製軟體,它是 OpenSource 的軟體,可以在 Windows/Linux/Mac 上使用!如果您想要一個酷炫的鍵盤,或是想設計符合自己人體工學的排列方式,可以自己做一個鍵盤。

Table Of Contents

前言

本篇 KiCad 教學文件翻譯自 KiCad 官方文件。會先講解 KiCad 的基本操作與完成一個簡單的電路板,還不會教你設計自己的鍵盤,請先了解 KiCad 的操作與機板原理。往後我們將會提供自作鍵盤的教學文章。

電路圖繪製流程

首先若是你的元件已存在元件庫 (Library) 的話,就可以開始製作,沒有的話就需要先建立元件。

建立專案

按下 File -> New -> Project,選擇儲存路徑與專案名稱 (例如 myKeyboard) 之後,按下確定。

建立完專案之後,接者就可以開始繪製練習的電路圖,請按下專案列表中的 myKeyboard.sch

New Project - KiCad
New Project – KiCad
KiCad Eeschema
KiCad Eeschema

開啟電路圖的編輯器之後,接者先調整一些設定,請按下電路圖編輯器上方工具列Edit Page SettingsKicad Tool Icon Setup Page。選擇 A4 (或是你需要的尺寸),與輸入其他資訊,按下 OK。

Kicad Page Settings
Kicad Page Settings

新增第一個元件

新增一般元件

回到電路圖編輯器,我們來放置第一個元件。按下 右邊工具列 (不是上面工具列) 的 Place symbol

Place symbole - KiCad
Place symbol – KiCad

在電路圖上任一處隨意點選,就會開啟元件視窗,接者再搜尋視窗中輸入 ‘r’ (表示尋找 Resistor (電阻)。雙擊 ‘R’ 後,游標就會變成一個電阻,這時可以按下 ‘r’ 來旋轉元件。調整好之後,隨意放一個位置。

Choose Symbol Window - KiCad
Choose Symbol Window – KiCad

接者,在元件上面按下右鍵,按下 Properties -> Edit Value,會跳出輸入視窗。請輸入 ‘1 k’,按下 ‘OK’。

Right Click on  Resistor  - KiCad
Right Click on Resistor – KiCad

接者請繼續新增其他元件,您可以使用快捷鍵 ‘a’ 來新增元件:

  • LED
  • PIC12C508A-ISN
  • Resistor (電阻) – 100

放置位置與下圖相同:

My Eeschema - KiCad
My Eeschema – KiCad

建立一個新的元件

在 KiCad 裡面,所有的元件都是從 Library 中讀出來的,而世界上的元件有超多種,當然不可能所有元件都支援,所以缺少的元件,你可以去網路上找,或是自己做!

請按下 上方工具列Create, delete and edit symbols 就會進入元件庫編輯視窗,接者請參考如何建立新元件

Create, delete and edit symbols - KiCad
Create, delete and edit symbols – KiCad

最後,我們新增一個自己做的元件,按下快捷鍵 ‘a’,搜尋 ‘MYCONN3’ 就可找到我們製作的新元件,放到 PIC12C508A 的下方。

完成電路

電源與接地

接者設置電路圖的電源與接地,按下右側工具列Place Power Port,或是只用快捷鍵 ‘p’。

Power Port - KiCad
Power Port – KiCad

搜尋 ‘VCC’ 就可以找到電源,搜尋 ‘GND’ 就可以找到接地。

Place Power Window - KiCad
Place Power Window – KiCad

請放置 3 個 VCC 與 2 個 GND, 在實際電路上,所有 VCC 是相通的,GND 是相通的,不論你放置幾個,都是一樣的,請放置如下圖:

My Eeschema 2 - KiCad
My Eeschema 2 – KiCad

線路 (電路)

接下來就可以開始連接電線了。請點選右邊工具列Place wire (綠色) 圖示:

Place wire - KiCad
Place wire – KiCad

連接電路如圖:

My Eeschema 3 - KiCad
My Eeschema 3 – KiCad

使用標籤線路

現在因為我們使用的元件很少,電路圖的線路也不多。所以可以一條一條慢慢拉,但是如果我們有幾百條或是千條的線要拉,那三天三夜也弄不完,而且還有可能會出錯,所以我們可以使用標籤線路。

標籤線路就是在 Pin 腳的兩端標記上一樣的名稱,KiCad 就會知道這兩個腳是需要連接在一起,在產生電路圖的時候就會自動拉一條線,如下圖範例,上下兩個電路是一樣的效果,上方透過標籤線路 (LED) 等於自動連在一起。除此之外,還可以做一般線路的標示。

My Eeschema 4 - KiCad
My Eeschema 4 – KiCad

所以回到我們的電路圖,請特別把 INPUT 標示為標籤線路,其他的都是一般標示:

My Eeschema 5 - KiCad
My Eeschema 5 – KiCad

標示不使用的腳位

KiCad 會檢查空腳位,所以元件若是有沒有用到的腳位,必須標示 no connection,使用右邊的 Place no connection flag 工具來標示沒有使用的腳位:

Place no connection flag - KiCad
Place no connection flag – KiCad
No Connection - KiCad
No Connection – KiCad

電源與接地旗標

最後一步就是告訴 KiCad 電源與接地,我們只要簡單設定 Power Flag 即可,請按下 ‘a’ (放置新元件),並搜尋 ‘PWR_FLAG’ 與放置兩個,個別接到 VCC 與 GND。

PWR_FLAG – KiCad

製作電路板前的工作

將元件命名

我們在放置元件的時候,會有很多 U?、J?、R? 等等的名稱,現在我們要將這些元件自動標上流水號,使用上方工具列Annotate schematic symbols

開啟視窗後,選擇要命名的順序,按下 Annotate 後,就可以自動將所有 U?、J?、J?、R? 變成 U1、J1、J2、R1。

Annotate Schematic Symbols Window Kicad
Annotate Schematic Symbols Window – KiCad

檢查電路

做好電路之後可以用 KiCad 的工具 Perform electrical rules check 來檢查一下電路是否有錯誤,目前的電路很簡單,不會有什麼錯誤。

Perform electrical rules check - KiCad
Perform electrical rules check – KiCad

建置網路圖 (Netlist)

完成電路繪製之後,就需要建置網路圖 (Netlist),按下上方工具列的 Generate Netlist,使用預設值,直接按下儲存即可:

Generate Netlist - KiCad
Generate Netlist – KiCad

產生元件模板 (Footprint)

完成 Netlist 之後,接下來要對應元件模板,元件模板是做什麼用的呢?若我們放置了一個電阻,KiCad 不知道實際這個元件的大小,Eeschema 電路圖只是知道元件之間的連接線,要透過元件模板 (Footprint) 來實際定義元件的電路腳位、大小、形狀與焊接方式 (DIP 或是 SMD)。按下上方工具列的 Assign PCB footprints to schematic symbols

Assign PCB footprints to schematic symbols
Assign PCB footprints to schematic symbols

開啟後,會讀取資料庫。中間會列出所有你使用的元件,右邊是你可以使用的元件模板 (Footprint),請選擇:

  • D1 元件,然後雙擊右邊的 ‘LED_THT:LED-D5.0mm’
  • U1 元件,然後雙擊右邊的 ‘Package_DIP:DIP-8_W7.62mm’
  • J1 元件,然後雙擊右邊的 ‘Connector:Banana_Jack_3Pin’
  • R1 與 R2 元件,然後雙擊右邊的 ‘Resistor_THT:R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical’
Assign Footprints Window Kicad 1
Assign Footprints Window Kicad 1

如果你想確認電路腳位是否正確,你可以點擊工具列的 View selected footprint 來確認,就可以看到元件的長相。

先做到這邊,記得儲存你的專案。

下一步:製作 PCB

若你有客製化鍵盤的需求,可以與我們聯絡。

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