SOFTWARE DE DISEÑO DE PCB

Software de diseño de PCB para poner en práctica el nuevo proyecto electrónico que acaba de diseñar. Por lo tanto, tienes las mejores herramientas de software de PCB disponibles que le ayudarán a desarrollar su placa de circuito impreso más rápido y con facilidad.

PCBWeb Designer   es una aplicación CAD gratuita para diseñar y fabricar hardware electrónico. Diseñe esquemas de varias hojas con la herramienta de cableado rápida y fácil de usar. Enrute placas multicapa con soporte para vertidos de cobre y verificación DRC. Catálogo de piezas de Digi-Key integrado con administrador de lista de materiales.

ZenitPCB      Es una excelente herramienta de software de diseño de diseño de PCB para crear placas de circuito impreso (PCB) profesionales. Es un programa CAD flexible y fácil de usar, que le permite realizar sus proyectos en poco tiempo. Con ZenitPCB Layout es posible crear el proyecto partiendo tanto de la captura del esquema como del propio layout.

TinyCAD      Es un programa que le ayuda a dibujar diagramas de circuitos. Viene completo con bibliotecas de símbolos para que pueda comenzar de inmediato. Además de poder simplemente imprimir sus diseños, puede usar TinyCAD para publicar sus dibujos copiando y pegando en un documento de Word o guardándolos como un mapa de bits PNG para la web.

PCB de Osmond      Es una herramienta flexible para diseñar placas de circuito impreso. Funciona en Macintosh. Entre sus muchas características se incluyen: tamaños de placa prácticamente ilimitados, número de capas de placa, número de piezas, soporte para piezas de montaje en superficie y orificios pasantes y más.

BSch3V       Es un programa de captura de esquemas para Windows. El nombre «BSch» es una abreviatura de «Esquema básico». Tiene solo funciones básicas, con el fin de simplificar la operación.

ExpressPCB   Es muy fácil de aprender y usar. El diseño de PCB es fácil, incluso para el usuario por primera vez.

Kicad   Es un software de código abierto (GPL) para la creación de diagramas esquemáticos electrónicos e ilustraciones de placas de circuito impreso. Es útil para todos los que trabajan en diseño electrónico (diagramas esquemáticos y tablero impreso hasta 16 capas).

gEDA  Se ejecuta en Linux y ha producido herramientas que se utilizan para el diseño de circuitos eléctricos, captura de esquemas, simulación, creación de prototipos y producción. Actualmente, el proyecto gEDA ofrece un conjunto maduro de aplicaciones de software gratuitas para el diseño de electrónica, que incluyen captura de esquemas, gestión de atributos, generación de listas de materiales (BOM), listas de redes en más de 20 formatos de listas de redes, simulación analógica y digital y placa de circuito impreso (PCB ) patrón de diseñó.

Fritzing  El software Fritzing es una interesante iniciativa de código abierto para ayudar a diseñadores, artistas, investigadores y aficionados a trabajar creativamente con electrónica interactiva y desarrollar proyectos electrónicos. Fritzing te ayuda a aprender más sobre circuitos electrónicos, a documentar tus proyectos e incluso te permite prepararlos para la producción.

DesignSpark PCB es el software de diseño de electrónica más accesible del mundo. Fácil de aprender y fácil de usar, está diseñado para reducir significativamente el tiempo entre el concepto y la producción. En el núcleo de este enfoque único se encuentra un potente motor de software que le permite capturar esquemas, diseñar placas y diseños de PCB.

EasyEDA es un conjunto de herramientas EDA gratuito, de instalación cero, basado en la web y en la nube, que integra una potente captura de esquemas, simulación de circuitos de modo mixto y diseño de PCB en un entorno de navegador multiplataforma sin problemas, para ingenieros electrónicos, educadores, estudiantes y aficionados.

Herramientas de análisis

Proteus VSM incluye un amplio conjunto de instrumentos virtuales: osciloscopio, análizador de buses, generador de funciones, generador de patrones, contador de tiempo, terminal virtual, voltímetro, amperímetro.

Además, seremos capaces de realizar tomas de datos y medidas detalladas mostrándolas en gráficos. Es posible analizar frecuencias, distorsiones, ruidos o análisis por barrido si adquirirmos el módulo de simulación avanzada.

¿Qué es Proteus VSM?

Compiladores de terceras partes soportados.

Todos los modelos de microprocesadores suministrados con VSM son capaces de ejecutar los ficheros binarios (en formatos Motorola Hex o Intel) generados por su propio ensamblador o compilador. No obstante, las capacidades de depuración disponibles son limitadas puesto que el modelo del microprocesador no tiene forma de relacionar el código máquina resultante con las fuentes originales del programa.

Afortunadamente, la mayoría de los compiladores generan ficheros de datos con códigos para la depuración que contienen información extra usada por los depuradores y otro tipo de herramientas. VSM es capaz de cargar los ficheros de depuración producidos por los compiladores de terceras partes pudiendo, de esta forma, las facilidades de depuración de los lenguajes de alto nivel: visualizar y saltar de una parte a otra del código fuente, visualizar los contenidos de las variables utilizadas por el programa en cada paso, etc.

Compiladores para los microprocesadors PIC:

Compiladores microprocesadores 8051:

Compiladores microprocesadores ARM

Compiladores microprocesadores AVR

Compiladores microprocesadores MSP430 y PICCOLO.

¿Qué es VSM?

Para los ingenieros que diseñan sistemas embebidos, Proteus VSM es la herramienta con la que podemos realizar el ciclo completo de trabjao desde el diseño electrónico de los circuitos hasta la construcción final del circuito impreso. Con Proteus VSM somos capaces de escribir el código que se ejecutará en nuestro microprocesador y simular al mismo tiempo el funcionamiento del software y del hardware. Nos permite tener una visión completa del resultado de ejecutar cada paso del código en los registros internos del microprocesador, en su memoria, en sus pines de entrada y salida y en todos los dispositivos que se encuentran a su alrededor.

La simulación se realiza en tiempo real o en algo que se puede considerar prácticamente como tiempo real. Ordenadores personales basados en un Pentium III a 300MHz son capaces de simular un sistema básico con un microprocesador 8051 funcionando a una velocidad de reloj de 12MHz. VSM incorpora las herramientas de depuración más usuales como puntos de ruptura de la ejecución del programa (breakpoints), ejecución paso a paso y visualización del estado de variables, tanto si el programa se ha escrito en ensamblador como si se ha utilizado un lenguaje de alto nivel.

VSM permite la utilización de modelos animados creados por terceras partes, incluídos aquellos que puedan ser realizados por el propio usuario. Muchos de estos modelos animados pueden ser realizados sin necesidad de escribir ninguna límea de código.

¿Qué es proteus?

Proteus es una aplicación para la ejecución de proyectos de construcción de equipos electrónicos en todas sus etapas: diseño del esquema electrónico, programación del software, construcción de la placa de circuito impreso, simulación de todo el conjunto, depuración de errores, documentación y construcción.

Sin la utilización de la suite Proteus, el proceso para construir un equipo electrónico basado en un microprocesador se compone de cinco etapas. Sólo al final del proceso somos capaces de detectar los errores y cualquier problema exige volver a ejecutar el ciclo completo:

El depurado de errores puede convertirse en una labor ardúa en tiempo y recursos, lo que conlleva un alto coste económico. Sin embargo con la herramienta Proteus el proceso queda definido de la siguiente manera:

Las ventajas saltan a la vista. Con Proteus las fases de prueba no suponen la necesidad de volver a construir nuevos prototipos, con el ahorro de costos y tiempo que ello supone.

Los diferentes módulos que componen Proteus se pueden adquirir de forma  independiente añadiendo nuevas funcionalidades a medida que aumentan nuestras necesidades de desarrollo y producción. Además, la capacidad de simular cada una de las  familias de microprocesadores también es objeto de adquisición por separado. De esta manera podemos empezar adquiriendo unas funcionalidades básicas e ir adquiriendo prograsivamente nuevas características aprovechando al máximo nuestras inversiones en la herramienta y asegurar al máximo los costes de inversión en el software.

En el mundo de la formación, Proteus se muestra como una hereramienta magnífica porque permite al alumno realizar modificaciones tanto en el circuito como en el  programa, experimentando y comprobando de forma inmediata los resultados y permitiéndole de esta forma aprender de forma práctica y sin riesgos de estropear materiales de elevado coste.

Si se desea simular el funcionamiento electrónico del circuito, el funcionamiento lógico del programa cargado en el microprocesador, construir la placa de circuito impreso, documentar todo el proceso y obtener vistas en tres dimensiones, Proteus le ofrece una herramienta completa a un precio competitivo.

¿Cómo es el trabajo con Proteus?

El primer paso en nuestro trabajo de construcción de un equipo electrónico consiste en dibujar el esquema utilizando la pestaña ‘esquema electrónico’

Durante la elaboración del esquema se pueden llevar a cabo simulaciones avanzadas que nos ayudan a comprobar el correcto funcionamiento de nuestro proyecto, mediante el uso de las herramientas ProSPICE (motor de simulación de circuitos electrónicos) desde la propia pestaña ‘Esquema electrónico’.

Podemos utlizar en este proceso todas las ayudas que Proteus pone a nuestra disposición: instrumentos virtuales, inspectores de buses de datos, modelos animados de dispositivos electrónicos, generadores, sondas, etc.

También podemos programar, depurar y simular el código que se ejecutará en nuestro microprocesador utilizando la pestaña ‘Código fuente’ aprovechando toda la potencia del VSM (motor para la simulación de la lógica del programa cargada en el microprocesador).

Además, podemos utilizar el moderno interface de programación ‘Diseñador Gráfico’ cuando estamos utilizando equipos Arduino. Este interface nos permite escribir nuestros programas utilizando la técnica de flujograma. Es posible utilizar potentes módulos y bloques de órdenes, que simplifican enormemente la labor de construir nuestro código y permiten desarrollos en un tiempo record.

Utilizando Proteus, el resultado del conjunto (software, microprocesadores, periféricos, etc) puede simularse completamente para tener una visión lo más real posible de cómo nuestro diseño se va a comportar en la realidad.

Proteus nos permite usar potentes entornos virtuales (espacio de trabajo para el desplazamiento de robots-tortuga, mapas de situación GPS, etc) para que nuestra experiencia de simulación sea lo más parecida a su comportamiento en la vida real en la que debe funcionar nuestro equipo.

Una vez depurado nuestro código, podemos llevar a cabo la carga del software en equipos del mundo real.

Cuando el diseño electrónico y el software funcionan a nuestra satisfacción podemos pasar a la etapa de construir el circuito impreso. Proteus  genera de forma automática la lista de redes (NETLIST) a partir del diseño electrónico. Una red es un grupo de pines interconectados entre sí y la lista de redes es un listado que contiene la información completa de todas las redes que forman nuestro diseño. Desde la pestaña ‘Diseño PCB’ podemos proyectar nuestra placa de circuito impreso partiendo de la información de la lista de redes derivada de nuestro diseño electrónico. De esta forma, nos aseguramos que la placa tendrá unidos entre sí, con las pistas correspondientes, los pines de los distintos componentes electrónicos de forma idéntica a como los hemos definido en nuestro esquema electrónico. Podemos crear las pistas de nuestra placa de forma manual o aprovechar las potentes capacidades de enrutado automático que ofrece Proteus.

Proteus hace muy sencilla la tarea de diseñar el circuito impreso con potentes ayudas: autoenrutado, pistas en serpentina, conexionado de pistas con huellas usando la técnica de lágrima, generación automática de superficies de disipación, definición de placas multicapas y profundidad de taladros, etc.

Al terminar el diseño de nuestra placa de circuito impreso, podemos obtener una imagen en tres dimensiones de nuestro diseño utilizando la pestaña ‘visor 3D’,  que nos resultará muy útil para presentar a nuestros clientes una visión preliminar del resultado de nuestro trabajo.

Podemos comprobar que todas las reglas del diseño (las propiedades eléctricas, espacios de separación, etc. de cada uno de los diferentes tipos de pista) que hemos definido para construir nuestra placa se han ejecutado y cumplido correctamente utilizando la pestaña `Visor Gerber’

Y llevar a cabo la generación de los ficheros de fabricación de los circuitos impresos en diferentes formatos ampliamente estándarizados y utilizados por las compañías del sector.

Dese la pestaña ‘Lista de materiales’ podremos obtener la lista de materiales a partir del diseño electrónico.

Desde el módulo ‘Explorador del diseño’ podemos gestionar todos los componentes que forman nuestro diseño y ubicarlos rápidamente en cualquiera de las pestañas que componen el conjunto de herramientas Proteus.

Este módulo también nos permite gestionar y controlar diferentes versiones de nuestro diseño. Por ejemplo, gestionar versiones diferentes con uno, dos o tres puertos de salida. También podemos indicar a nuestro departamento de producción los materiales que deben proveerse según la versión que se vaya a construir desde el módulo ‘Lista de materiales’.

La gestión de toda la documentación asociada al proceso de construcción de nuestro equipo electrónico puede ser gestionada desde la pestaña ‘Notas del proyecto’. Proteus pone a nuestra disposición un potente editor de texto que permite realizar una completa documentación de nuestros proyectos con información para los diseñadores, los encargados de la producción de los circuitos impresos, los responsable del montaje de los equipos, el departamento de compra de material o los servicios de control de calidad.

Proyecto de robot seguidor de línea ATmega8 (LFR)

La robótica es la rama de la tecnología que se ocupa del diseño, construcción, operación y aplicación de robots, así como de sistemas informáticos para su control, retroalimentación sensorial y procesamiento de información. La palabra robótica proviene de Runaround, un cuento publicado en 1942 por Isaac Asimov. El robot es una máquina electromecánica que está guiada por un programa de computadora o un circuito electrónico.

Un sistema de robot contiene sensores, sistemas de control, manipuladores, fuentes de alimentación y software que trabajan juntos para realizar una tarea asignada. Uno de los robots autónomos más básicos que puede construir es un robot de seguimiento de línea (LFR). El propósito de este tutorial de AVR, parte 23, es ayudarlo a construir un robot de seguimiento de línea utilizando un chip AVR de bajo costo, que puede seguir una ruta arbitraria.

LFR-Resumen

Nuestro LFR es un robot seguidor de línea bastante bueno, consta de piezas electromecánicas de bajo precio, componentes electrónicos y un circuito de procesador basado en un chip microcontrolador. Los básicos básicos se enumeran a continuación:

• Chasis de robot
• Motores de robot
• Balas de lanzador
• Ruedas de robot
• Tarjetas de sensor de infrarrojos
• IC L293D
• IC Atmega8
• Abrazaderas de motor, interruptores, soportes de batería, baterías, componentes electrónicos pequeños, tornillos y tuercas, etc.

La lógica del seguidor de línea se puede dividir en dos segmentos (detección y control). Al principio, la lógica LFR observa el patrón de seguimiento que se encuentra más adelante. En la segunda fase, la lógica opera dos motores de accionamiento (izquierdo y derecho) según el estado de la pista informada. La tarjeta del sensor de infrarrojos contiene diodos emisores de luz infrarroja y fotodiodos infrarrojos.

El controlador de motor de dos canales es un simple chip controlador H-Bridge L293D. El cerebro del robot seguidor de línea es un microcontrolador Atmega8.

LFR-Ensamblaje mecánico

En primer lugar, coloque los motores, las abrazaderas y las ruedas como se ilustra aquí. A continuación, coloque dos balas de ruedas (delanteras y traseras) en la parte inferior del chasis. Finalmente, taladre los orificios adecuados en el chasis para que quepan todas las piezas restantes, como la placa de circuito terminada, las tarjetas de sensor, el soporte de la batería, los espaciadores de PCB, las abrazaderas de soporte, etc.

El soporte de la batería se puede colocar en la parte superior trasera del chasis, cerca de la bala del lanzador. La mejor ubicación para la placa de circuito principal es la parte superior central del chasis. Las tarjetas de sensor de infrarrojos (izquierda y derecha) deben instalarse en la parte frontal del chasis, en dirección hacia abajo, de modo que los componentes del sensor de infrarrojos (emisor y receptor de luz) puedan captar cómodamente la trayectoria inferior.

Toma nota, nuestro LFR sigue un camino con pista negra sobre superficie blanca. Para detectar la pista correctamente, los sensores infrarrojos deben colocarse en el chasis de tal manera que estén muy cerca del nivel de la pista. Asegúrese de que la distancia entre dos tarjetas de sensor de infrarrojos (izquierda y derecha) debe ser de 3 a 6 mm mayor que el ancho de la marca en la pista.

Lógica del sistema LFR

Como se describió anteriormente, nuestro LFR es un robot simple que seguirá una línea negra sobre un fondo blanco. Este LFR basado en chip AVR tiene una lógica muy simple, que se explica a continuación utilizando if-else en el pseudocódigo.

IF (el lado izquierdo del LFR está a punto de tocar el lado izquierdo de la pista)
Gire a la derecha;
ELSE IF (El lado derecho del LFR está a punto de tocar el lado derecho de la pista)
Gira a la izquierda;
DEMÁS
Avanzar;

Si ambos sensores infrarrojos (izquierdo y derecho) están en la superficie blanca, el LFR se moverá hacia adelante, y si ambos sensores están en la superficie negra, el LFR se detendrá. Cuando el sensor izquierdo está en blanco y el sensor derecho en negro, el LFR girará a la derecha. De manera similar, cuando el sensor derecho está en blanco y el sensor izquierdo en negro, LFR girará a la izquierda. Estos cuatro casos son las únicas condiciones posibles para un robot seguidor de línea básico.

Diagrama del circuito de la tarjeta del sensor LFR-IR

Nuestro LFR tiene dos tarjetas de sensores de infrarrojos (izquierda y derecha) en la parte inferior del chasis para detectar el indicador de seguimiento negro en el camino. Cada tarjeta de sensor es una combinación de un LED infrarrojo, un fotodiodo infrarrojo y un chip comparador que funciona con un suministro de 5 V CC. El circuito comparador está cableado usando una parte (½) del LM358 IC.

En la condición de puente predeterminada (JP: 1 + 2), la salida de la tarjeta del sensor de infrarrojos está en un estado lógico bajo (L), cuando detecta un color negro, y viceversa. Recuerde, necesitamos dos tarjetas de sensor de infrarrojos idénticas; uno para el lado izquierdo y otro para el lado derecho.

Ahora que la parte del ensamblaje mecánico ha terminado, y hemos completado la construcción de las tarjetas de sensor de infrarrojos izquierdo y derecho (L&R). Dado que la MCU (ATmega8) no puede accionar los motores de CC directamente, se utiliza un circuito controlador de motor dedicado. El circuito del controlador del motor aquí se basa en un simple IC de 16 pines (L293D) que puede impulsar dos motores de CC de forma independiente.

Diagrama del circuito del controlador del motor LFR

Como se puede ver en el diagrama del circuito, los pines 4, 5, 13 y 12 de LM293 (U2) están conectados a GND y el pin 16 (VSS) está conectado a 5V. Los pines de ‘inhibición de chip’ (1 y 9) actúan como los pines de habilitación para los pares de entrada y salida en el lado izquierdo y derecho del controlador del motor, respectivamente. El pin 8 (VC) recibe el suministro de entrada no regulado (Vcc) del circuito de suministro de energía del LFR. Es de destacar que este chip de controlador de motor es compatible con PWM, lo que significa que si aplica algún voltaje en el rango de 0 V a 5 V en cualquier entrada, se ampliará en un factor y estará disponible en la salida correspondiente.

Los cuatro pines de entrada (2-7-10-15) reciben instrucciones de accionamiento del motor de la MCU. En resumen, U2 actúa como la interfaz entre el microcontrolador (U3) y los motores de CC (M1 y M2) en el que las instrucciones del microcontrolador entran en sus pines de entrada y las salidas se utilizan para impulsar los motores del robot.

LFR-Microcon-
Diagrama de circuito de la unidad de troller (MCU)

Aquí está el circuito del MCU, conectado alrededor de nuestro chip ATmega8 favorito (U3). La primera tarea es resolver qué pines de la MCU se utilizarán para tomar entradas de las tarjetas de sensores de infrarrojos y dar salidas al circuito del controlador del motor. Como ejercicio, elegí PC0 (izquierda) y PC3 (derecha) del PUERTO C para las dos entradas de dos tarjetas de sensores de infrarrojos, y los pines PB1 a PB4 del PUERTO B como salidas al circuito del controlador del motor (en realidad, solo PB1 y PB4 son importante en este momento). El código está escrito utilizando el lenguaje C, por lo que debe sentirse cómodo con la sintaxis del lenguaje C, el concepto de bibliotecas, el compilador, etc. (el IDE utilizado es AVR Studio 4). El código final (código hexadecimal) se puede grabar en la MCU utilizando un programador adecuado (consulte los capítulos anteriores de este tutorial de AVR).

Diagrama del circuito de la fuente de alimentación LFR

Por lo general, el LFR se alimenta con un voltaje de suministro de batería de 9 a 12 V, mientras que la mayoría de los circuitos solo requieren 5 V. Puede usar de 6 a 8 pilas AA (o una batería de 9 V 6F22, no es buena para una larga duración) como banco de energía del LFR. El regulador de voltaje fijo LM7805 (U4) se usa en el circuito de suministro de energía para convertir el voltaje de suministro de entrada más alto (Vcc) a un valor más bajo (+ 5V) para hacer feliz al MCU. El LM7805 funciona incluso sin los condensadores de búfer, pero es mejor si se utilizan condensadores, ya que reducirán las fluctuaciones de voltaje. Agregar un condensador cerámico de 10 nF a través de cada terminal del motor de CC (+ / _) es otra buena práctica para suprimir el ruido no deseado generado por el motor.

Código de muestra