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USO DE ETIQUETAS EN KICAD PARA LA CONEXIÓN DE COMPONENTES

by: May 23,2021 785 Views 0 Comments Posted in PCB Design Tutorial

PCB Design Tutorial KiCAD Circuit

Summary:       Objetivo: Informar al público en general del uso y las opciones de etiquetas que posee KiCad, esto con la finalidad de mostrar el abanico de posibilidades presentes para que, al momento de enfrentar la creación de un proyecto, puedan seleccionar la opción mas adecuada. En este artículo se utiliza un diseño como ejemplo y se adapta a cada opción presente en KiCad para su comprensión. Al finalizar esta unidad, tendrá los conocimientos necesarios para diseñar con el uso de etiquetas.

USO DE ETIQUETAS EN KICAD PARA LA CONEXIÓN DE COMPONENTES


Con la finalidad de elaborar circuitos de una manera más práctica, sencilla y ordenada, en KiCad existen cuatro (4) maneras básicas para la conexión de componentes, dependiendo de la cantidad de elementos presentes en el proyecto, así como la comodidad que presenta el diseñador durante su creación, podrá emplear las que considere necesarias. Entre estas opciones tenemos:


·        Conexión a través de líneas.

·        Conexión por etiquetas de red.

·        Conexión por etiquetas jerárquicas.

·        Conexión por etiquetas globales.


CONEXIÓN A TRAVÉS DE LÍNEAS:


Cómo su nombre lo indica, permite realizar la conexión entre componentes a través de líneas, éstas pueden emplearse en toda la hoja de trabajo y puede pasar sobre otras líneas durante su conexión, un ejemplo es el indicado en la imagen número 1:



Imagen 1. Conexión de componentes a través de líneas.


Si decide seleccionar esta opción durante su construcción, debe corroborar que no se realicen conexiones entre líneas durante su desplazamiento, que no formen parte del circuito ya que este es uno de los errores mas comunes al momento de realizar el trazado, veamos la siguiente imagen:



Imagen 2. Superposición de líneas sin conexión entre ellas.


En esta imagen se aprecia como las líneas conectadas a los pines 19, 20, 21 y 22 no se tocan entre ellas, un error frecuente es el que veremos a continuación:



Imagen 3. Error en conexión de líneas.


El punto verde entre las líneas indica que existe conexión entre ellas, uno de los errores más comunes. En este escenario, el programa no va a detectar esto como un error ya que puede darse la ocasión en la que se requiera conectar líneas, por eso es importante corroborar siempre el trabajo realizado.  


Para el diseño presentado en la imagen número 1, estas líneas no deben conectarse entre ellas.


Nota: Las líneas de color azul, se emplean en este ejemplo para diferenciar por bloques los módulos creados, es una manera de generar a nivel visual sus etapas, quedando divida de la siguiente manera:


·        Etapa de alimentación.

·        Etapa comparador/amplificador.

·        Etapa con Arduino Nano.

·        Etapa de iluminación.


Para realizar la conexión a través de líneas, se selección la opción línea, ubicada en la parte superior derecha de nuestro programa con el siguiente símbolo: 



Seleccionamos el símbolo y lo llevamos al extremo de un componente, pulsamos clic y lo desplazamos hasta el extremo del componente que queremos conectar:


Imagen 4. Conexión de dos resistencias por medio de una línea.


CONEXIÓN POR ETIQUETAS DE RED:


Esta opción permite disminuir la cantidad de líneas entre componentes, reduce la probabilidad de cometer errores por conexiones no deseadas y al mismo tiempo, mejora a nivel visual la distribución de cada elemento en nuestra hoja de diseño. La imagen número 5 muestra los componentes indicados en la imagen número 1 pero con la conexión por etiquetas de red.



Imagen 5. Conexión a través de etiquetas de red.


Se realiza una vista mas cercana al circuito para que se pueda apreciar la diferencia:

                                                           


Imagen 6. Etiqueta de Red etapa Iluminación.


Las letras de color negro presente en la imagen 6 representan las etiquetas, éstas necesitan repetirse en el otro extremo donde estaban anteriormente conectadas con líneas para que el programa pueda establecer la conexión entre ellas, la siguiente imagen muestra su conexión:



Imagen 7. Conexión D2_T1 en pin D2 en etapa Arduino Nano.


Esta es la manera como se realiza la conexión por medio de etiquetas de red, para realizar esta selección, ubicamos en la misma barra donde visualizamos la conexión por línea y seleccionamos el siguiente símbolo:



Una vez seleccionado, pulsamos clic en el extremo donde estableceremos la conexión, en ese momento se nos abrirá una ventana de texto como la presente en la siguiente imagen:



Imagen 8. Propiedades de la etiqueta.


Escribimos el nombre que permitirá identificar ambos extremos, lo seleccionamos, copiamos y luego pulsamos aceptar, esto nos va a permitir tener copiado el nombre que empleamos, así evitamos errores de transcripción.


Imagen 9. Creación de Etiqueta de Red, primera conexión.


Luego, vamos al otro punto donde queremos realizar la conexión, pulsamos clic, pegamos el nombre anteriormente copiado y seleccionamos aceptar.



Imagen 10. Creación de Etiqueta de Red, segunda conexión.


Con esto, logramos crear la primera conexión por medio de etiquetas de red. Repetimos este procedimiento con todas nuestras conexiones.


Prueba de conexión en el circuito:


Al finalizar nuestra fase de conexiones, debemos pasar a la etapa de numeración y registro de componentes, a medida que vamos incluyéndolos en nuestra hoja de trabajo podemos enumerarlos de forma manual, pero podemos realizarlo al finalizar las conexiones, esta etapa queda a gusto del diseñador.


Para anotar de manera automática los componentes y validar su funcionamiento sin errores, buscamos el siguiente icono:



Al seleccionarlo, se desplegará una ventana con varias opciones para la numeración de componentes, si dejamos que la numeración sea por defecto, pulsamos el botón anotar, como se muestra en la siguiente imagen:



Imagen 11. Numeración de componentes.


Al pulsar este botón, podrá apreciar que cada componente posee ahora un número. Para corroborar que todas las conexiones están correctamente, ubicamos el siguiente icono: 



Al pulsar sobre él, se mostrará una ventana donde indicará si existen errores en nuestro diseño y al mismo tiempo dará la ubicación de los errores para su fácil ubicación y corrección, al desplegarse la ventana, seleccionamos el botón ejecutar y esperamos el resultado.


Si en el campo mensajes, aparece la palabra finalizado, significa que no tenemos errores.


CONEXIÓN POR ETIQUETAS JERÁRQUICAS:


Esta opción permite distribuir el diseño con el uso de diferentes hojas de trabajo, en este punto se puede emplear una mayor cantidad de componentes sin que nos falte espacio de trabajo ya que al usar múltiples hojas, nuestro espacio de trabajo se amplía. Para realizar el diseño con etiquetas jerárquicas buscamos el siguiente icono:



Pulsamos sobre él y nos dirigimos a nuestra hoja de trabajo, pulsamos clic y desplazamos el cursor como cuando diseñamos un cuadro o rectángulo:

Imagen 12. Construcción de hoja jerárquica.


Para finalizar las dimensiones de nuestra hoja, pulsamos clic, en ese momento aparecerá una ventana con las propiedades del esquema, ahí colocamos el nombre del módulo que vamos a desarrollar:



Imagen 13. Propiedades del esquema.


En este ejemplo, se realiza la hoja correspondiente a la Alimentación del circuito ya que la distribución de cada módulo será en base al diseño presentado al inicio.


Al completar la información, pulsamos el botón Aceptar y tendremos nuestra primera hoja jerárquica, al pulsar doble clic sobre ella, se abrirá y tendremos una hoja idéntica a la principal.

Imagen 14. Hoja Jerárquica – Alimentación.


Así como se creó esta hoja jerárquica, serán creadas las hojas de acuerdo a la distribución presentada en la Imagen 1 y 5 respectivamente, esto da un total de cuatro (4) hojas jerárquicas en el mismo proyecto, aquí su distribución:  


Imagen 15. Hojas jerárquicas.


Para acceder a cada hoja jerárquica, hay que pulsar doble clic dentro de la hoja, en este caso, visualizaremos el contenido presente en la hoja Alimentación:



Imagen 16. Contenido en la hoja jerárquica Alimentación.


Posee los mismos elementos descritos en la imagen 1 y 5 solo que se incorpora los pines de conexión del comparador – amplificador. En esta hoja no se realiza el etiquetado por hoja jerárquica.


Las numeraciones de los componentes variaron debido a que, al momento de ingresarlos en cada hoja, cambió su numeración.


Para salir de esta hoja y volver a la principal, se debe seleccionar el siguiente icono:



Nos permite retroceder a la hoja anterior de jerarquía, es decir la que posee mayor jerarquía.


Imagen 17. Hoja jerárquica Comparador – amplificador.


Se realiza un acercamiento al circuito para la visualización de su etiquetado de forma jerárquica:



Imagen 18. Etiqueta Jerárquica.


Para realizar este tipo de etiqueta, debe buscarse y seleccionar el siguiente icono:



El procedimiento a emplear es el mismo descrito anteriormente para la etiqueta de red sólo que se aplicará a un extremo del circuito, el otro extremo, se encuentra en otra hoja jerárquica, es aquí donde se notará la diferencia:


Esta hoja posee cuatro (4) etiquetas de jerarquía, para establecer las conexiones debemos salir a la hoja principal.


En esa vista, buscar y seleccionar el siguiente icono:

 


Luego, colocar el cursor en uno de los bordes de la hoja que posee las etiquetas creadas.



Imagen 19. Borde de Hoja Jerárquica Comparador.


Al pulsar clic sobre la línea aparecerán los nombres de las etiquetas presentes en ella:

 


Imagen 20. Etiquetas de la hoja jerárquica Comparador.


Nota: Una vez realizado este procedimiento, se repiten estos pasos en las siguientes hojas jerárquicas, en este punto, pasaremos a la hoja Arduino Nano, mostrando el proceso final de etiquetado:



Imagen 21. Etiquetas internas en Hoja jerárquica Arduino Nano.


Nota: La dirección de la flecha en este tipo de etiqueta representa la señal de entrada y salida, esto es seleccionado al momento de crear la etiqueta en propiedades de la etiqueta jerárquica¸ adicional a estas opciones se tienen las siguientes:



Imagen 22. Propiedades de la etiqueta jerárquica.


Una vez finalizada la creación de etiquetas en la hoja Arduino Nano, se procede a colocar las etiquetas en la vista de la hoja:



Imagen 23. Etiquetas externas en Hoja jerárquica Arduino Nano.


En este punto, se realiza el orden y la distribución de etiquetas por vecindad, de lado izquierdo, se aprecia las etiquetas en común con la hoja Comparador, mientras que del lado derecho se encuentran las etiquetas en común con la hoja Iluminación. Hoja que veremos a continuación:



Imagen 24. Etiqueta interna en Hoja jerárquica Iluminación.


Se repiten los pasos efectuados en las hojas anteriores obteniendo:



Imagen 25. Etiqueta jerárquica.


Llegado a este punto, se procede con la conexión de las etiquetas a través de líneas:



El resultado se muestra a continuación:



Imagen 26. Conexión de etiqueta jerárquica.


Nota: al culminar las conexiones, se realiza la revisión del diseño con el detector de errores:



CONEXIÓN POR ETIQUETAS GLOBALES:


El uso de este tipo de etiqueta permite mantener múltiples conexiones con sólo una etiqueta, a diferencia del ejemplo anterior.


Este tipo de etiqueta se realiza seleccionando el icono:



Luego, repetir los pasos descritos en la etiqueta anterior.


Partiendo de la distribución de hojas jerárquicas creada anteriormente, sólo se realizará el cambio de etiquetas.


En la hoja Alimentación, los voltajes de entrada estarán identificados con etiquetas globales:



Imagen 27. Etiqueta Jerárquica Global para 8V, 5V y GND.


En la Hoja Comparador, se procede a cambiar el tipo de etiqueta, para esto, se coloca el cursor sobre la etiqueta y al pulsar el botón secundario, aparecerá un menú, buscar la opción Cambiar Tipo y seleccionar Cambiar a etiqueta global, como se muestra en la siguiente imagen:



Imagen 28. Opciones para cambiar el estado de una etiqueta o texto.


Seleccionamos Cambiar a etiqueta global y automáticamente, cambia la forma de la etiqueta.



Imagen 29. Vista etiqueta Global.


Se realiza el mismo procedimiento en la hoja jerárquica de Arduino Nano:



Imagen 30. Vista etiqueta Global en hoja jerárquica Arduino Nano.


Repetimos el proceso con la hoja Jerárquica Iluminación.



Imagen 31. Etiqueta Global en hoja jerárquica Iluminación.



Imagen 32. Vista general de Etiqueta Global.



Imagen 33. Segunda opción al momento de generar etiquetas Globales.


Nota Final: KiCad ofrece opciones para la construcción de circuitos, depende de la complejidad del proyecto y de la comodidad del diseñador, cuál de éstos emplear.


La versión que se usó para la construcción del circuito, así como capturar las imágenes de cada etapa en esta explicación corresponde a la (5.0.2) – 1.




Hugo Hernández.

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