COM O SOFTWARE EAGLE

PROJETO DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO
COM O SOFTWARE EAGLE
EWALDO LUIZ DE MATTOS MEHL
4A PARTE: OPERAÇÃO AVANÇADA DO SOFTWARE EAGLE
4.1. GERAÇÃO DE DESENHOS TRIDIMENSIONAIS DAS PCIS
4.1.1. APRESENTAÇÃO E INSTALAÇÃO DA EXTENSÃO EAGLE-3D
Um adendo muito interessante ao EAGLE chama-se EAGLE-3D e foi desenvolvido por Mathias Wießer
(http://www.matwei.de/) usando a linguagem de programação do usuário – ULP – disponibilizada pela
CADSOFT para usuários avançados. Uma ULP é uma espécie de aplicativo que permite que se façam
algumas rotinas automáticas com os arquivos do EAGLE. Existe uma série de ULPs, com as mais diversas
finalidades.
A ULP EAGLE-3D permite obter desenhos como da Figura 4.1 abaixo, que além de se constituírem em um
apelo visual interessante, são muito úteis na etapa de montagem do circuito eletrônico.
Figura 4.1: Exemplo de imagem obtida com a ULP EAGLE-3D.
Inicialmente devem-se obter os arquivos para a instalação e operação da ULP EAGLE-3D. A Tabela 4.1 a
seguir mostra os arquivos necessários, todos disponíveis gratuitamente na Internet.
Arquivo
Descrição
eagle3d_1_05_27112006.exe
library_images_1_05.zip
povwin36.exe
Arquivo de
Windows
instalação
Site onde se encontra
para
http://www.matwei.de/
Imagens dos componentes
http://www.matwei.de/
Programa POVRay para Windows
http://www.povray.org/download/
Tabela 4.1: Arquivos necessários para a operação da ULP EAGLE-3D.
O programa gratuito chamado POVRay (disponível em http://www.povray.org/ ) será usado para fazer
a renderização do arquivo e criar a imagem desejada.
Após a obtenção dos arquivos os seguintes passos devem ser tomados:
1) Executar o arquivo eagle3d_1_05_27112006.exe para instalar a ULP. Pode-se instalá-la na
mesma pasta onde se encontra o EAGLE, ou em uma pasta independente.
2) Na pasta onde foi instalada a ULP EAGLE-3D, criar uma sub-pasta chamada img. Nesta pasta deve
ser copiado todo o conteúdo extraído do arquivo compactado library_images_1_05.zip. São mais
de 1500 arquivos do tipo PNG, que servem para fazer a pré-visualização dos componentes
eletrônicos. Alguns destes componentes estão mostrados na Figura 4.2 e abrangem circuitos
integrados, conectores, soquetes, resistores, capacitores e os demais tipos de componentes usados
na montagem de uma PCI. Apesar do seu número elevado, é comum que na imagem tridimensional
obtida falte um ou outro componente. Esta é a principal dificuldade de se usar o programa EAGLEE.L.M.Mehl - Projeto de Placas de Circuito impresso com o software EAGLE
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3D, pois em diversas ocasiões o desenho tridimensional da PCI que é obtido tem alguns
componentes faltando, como se a placa tivesse sido montada de forma incompleta. A princípio é
possível criar um novo componente, mas é tarefa muito demorada e que exige conhecimentos da
técnica de renderização de imagens. O melhor a fazer é escolher componentes que já estejam
modelados. Na seqüência deste trabalho mostra-se como contornar esta limitação.
Figura 4.2: Algumas das imagens de componentes disponíveis na ULP EAGLE3D..
3)
Instalar o programa POVRay, executando o arquivo povwin36.exe Em
seguida abrir a pasta povray existente na instalação da ULP EAGLE-3D
(ver Figura 4.3 ao lado) e copiar todo o seu conteúdo para a pasta
include do programa POVRay. Este procedimento evita uma série de
erros quando se tenta fazer a renderização do arquivo criado com a ULP
EAGLE-3D, que acontecem quando o programa POVRay não consegue
encontrar alguns dos módulos que são necessários para a criação das
imagens.
4)
Em seguida deve-se abrir a pasta include no local onde está instalado o
programa POVRay e selecionar todos os arquivos que tem a extensão
.ttf. Estes arquivos são as fontes de caracteres usadas pelo programa
POVRay. Deve-se então copiar todos estes arquivos para a pasta Fonts
na pasta de instalação do Windows. Se isto não for feito, as letras que
identificam os componentes não serão corretamente desenhadas na
imagem tridimensional que será obtida ao final do processo.
Figura 4.3: Detalhe da instalação
dos arquivos.
4.1.2. EXEMPLO DE USO DA ULP EAGLE-3D
Basicamente o trabalho de obtenção da imagem tridimensional consiste nos seguintes passos:
Carregar o arquivo .brd contendo o projeto da PCI no EAGLE.
Acionar a opção ULP no EAGLE e escolher o arquivo apropriado .ulp do EAGLE-3D.
Selecionar algumas opções na caixa de diálogo da ULP do EAGLE-3D.
Esperar que a ULP do EAGLE-3D faça a criação de um arquivo do tipo raytrace (arquivo .pov).
Abrir o programa POVRay e carregar o arquivo .pov que foi criado com o EAGLE-3D.
Escolher a resolução do arquivo de saída e acionar a renderização.
Esperar a renderização terminar. Será criado então um arquivo .bmp com a imagem desejada.
1 PASSO: CARREGAR O ARQUIVO DA PCI NO EAGLE
O
O exemplo a seguir (Figura 4.4) utiliza o projeto chamado de demo3, existente na pasta de exemplos do
EAGLE. Este projeto reúne componentes do tipo SMD com componentes trough-hole tradicionais. Faz-se o
carregamento do arquivo de forma tradicional, ou seja, o arquivo demo3.brd será aberto pelo módulo
Board do EAGLE enquanto o arquivo demo3.sch está aberto no módulo Schematics.
O arquivo refere-se a um circuito contendo um microcontrolador do tipo PIC16F84ASO, fabricado pela
empresa Microchip. O encapsulamento deste componente é o SO18W, para montagem em superfície, sem
soquete. Os demais componentes são um resistor de 2,2 kΩ tipo SMD, dois capacitor cerâmicos de 30 pF
tipo SMD, um diodo 1N4148 e um cristal oscilador de quartzo. O circuito incorpora uma fonte de alimentação
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implementada com um regulador 78L03Z (encapsulamento TO-92, semelhante ao usado para transistores
de sinal), dois capacitores eletrolíticos de 47 µF e um capacitor cerâmico de 10 nF.
Figura 4.4: PCI obtida no projeto demo3 do EAGLE.
o
2 Passo: Acionar a ULP EAGLE3D
No menu superior do EAGLE, aciona-se o ícone
, correspondente à linguagem de programação do
usuário – ULP. Mude a janela de localização do arquivo até a pasta onde está instalado o EAGLE-3D. Você
obterá a imagem mostrada na Figura 4.5.
Figura 4.5: Localização dos arquivos da ULP EAGLE3D.
Observa-se a presença de quatro arquivos do tipo .ulp. O arquivo 3d40.ulp deve ser usado se a versão do
EAGLE é inferior ou igual à 4.09r2. O arquivo 3d41.ulp é para o EAGLE versão 4.1 ou superior. Os outros
dois arquivos não devem ser escolhidos e são complementos do EAGLE-3D. No nosso caso, estamos usando
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o EAGLE versão 4.16r1 e portanto escolhemos a ULP com o nome 3d41.ulp. Ao acionar este arquivo abrese uma nova janela, mostrada na Figura 4.6.
Figura 4.6: Janela de interface da ULP EAGLE3D.
No quadro onde está escrito Sprache/Language, escolhemos a opção do idioma português
(Portuguese). Também selecionamos a opção Selecionar o directório do projeto, de modo que o
arquivo raytrace gerado será armazenado na mesma pasta onde se encontra o arquivo demo3.brd. Neste
primeiro exemplo não vamos alterar as opções padrão da caixa de diálogo e apenas faremos uma pequena
modificação na aba onde está escrito Placa (Figura 4.7):
Figura 4.7: Parâmetros da aba Placa na ULP EAGLE3D.
Mudamos o ângulo de rotação da placa para z=20º, mantendo x=0o e y=0º. Isto permite observar a
placa de uma posição ligeiramente inclinada, uma visualização mais conveniente. Agora é só acionar a opção
Criar POV-File e Sair. Vai abrir-se então uma caixa de diálogo (Figura 4.8) perguntando sobre o logotipo
que deve ser estampado sobre o invólucro do circuito integrado PIC16F84ASO.
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Figura 4.8: Não há a opção MICROCHIP para o logotipo do
circuito integrado; para este exemplo usou-se o logotipo da
empresa ATMEL.
Mesmo sabendo que a empresa ATMEL não fabrica microcontroladores PIC, escolhemos na janela anterior
esta opção, a título de exercício, acionando a tecla OK. Esperamos então alguns segundos para a
confirmação da criação do arquivo demo3.pov, conforme a Figura 4.9.
Figura 4.9: Confirmação da criação do arquivo POVRay demo3.pov e aspecto do ícone correspondente obtido.
Vamos agora abrir a pasta de tutorial do EAGLE e de fato lá está o arquivo que foi gravado. Se o programa
POVRay foi corretamente instalado, o ícone do arquivo demo3.pov está corretamente identificado e basta
abrir este arquivo para acionar o programa de renderização, como mostrado na Figura 4.10.
Figura 4.10: Acionamento da renderização no programa POVRay.
As figuras tridimensionais são obtidas na forma de arquivos do tipo bitmap (.bmp) e o programa POVRAy
permite escolher diversas resoluções. No entanto deve-se levar em conta que uma renderização com alta
resolução exige bastante do computador e é normal que demore alguns segundos (ou até alguns minutos...)
para ser completada. Assim, recomenda-se iniciar o programa POVRAy com uma renderização de baixa
resolução para ver se está tudo certo e posteriormente mudar para uma resolução mais alta quando se tiver
certeza que tudo estiver correto. Escolhemos neste exemplo a resolução de 640x480 e acionamos, no
menu superior, o botão onde está escrito Run. Após alguns segundos será criado o arquivo demo3.bmp
mostrado na Figura 4.11.
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Figura 4.11: Resultado obtido com o arquivo demo3.brd.
o
3 Passo: Acionando componentes faltantes
Observamos que estão faltando no desenho da Figura 4.11 dois capacitores eletrolíticos (C4 e C5, cada um
de 47 µF) e o cristal de quartzo oscilador (Q1). O que aconteceu é que estes componentes estavam no
arquivo demo3.brd, mas foram selecionados a partir de bibliotecas para as quais o EAGLE-3D não tem
correspondência nos seus modelos geométricos. Mas, se olharmos atentamente os arquivos .png que estão
na pasta img do EAGLE-3D, veremos que existem diversos desenhos de capacitores eletrolíticos e de cristais
osciladores.
Vamos portanto voltar ao EAGLE e acionar novamente a ULP, mas com algumas mudanças: na aba
denominada como Global, acionamos as opções Componentes desconhecidos e também Nomear
modelos desconhecidos, como mostrado na Figura 4.12. Trocamos o eixo z novamente para 20o na aba
Placa e acionamos o botão Criar POV-File e Sair. O arquivo demo3.pov deve ser reescrito sobre o
anterior.
Será então aberta uma nova janela (Figura 4.13) para cada um dos componentes desconhecidos, ou seja,
que não constam da lista de imagens do EAGLE-3D. Neste momento é necessário procurar atentamente qual
o componente a ser usado para cada caso. O programa aceitará qualquer opção do usuário, permitindo
portanto que se façam coisas absurdas, como escolher uma imagem de um resistor para um capacitor.
A melhor coisa a fazer é abrir a pasta img do EAGLE-3D e observar atentamente as figuras; escolhem-se
então as que parecem mais apropriadas para cada um dos componentes desconhecidos.
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Figura 4.12: Escolha das opções Componentes desconhecidos e Nomear modelos desconhecidos.
Figura 4.13: Janela para escolha da imagem que será associada ao capacitor C4. O mesmo será feito para C5.
No nosso caso, escolhemos tanto para o capacitor C4 como para C5 o tipo Elko 2,5mm Pitch, 5mm
Diameter, 11,2mm High, que corresponde a capacitores eletrolíticos pequenos com terminais radiais.
O botão na Figura 4.13, onde está escrito Mostrar imagem, permite verificar se a escolha foi apropriada
antes de clicar sobre o botão OK.
Para o cristal oscilador de quartzo Q1, a imagem escolhida foi uma das listadas como Quarz 4,9mm,
conforme mostrada na Figura 4.14.
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Figura 4.14: Janela para escolha da imagem que será associada ao cristal oscilador Q1.
Ao final é perguntada também a altura do invólucro metálico do cristal quartzo oscilador Q1, conforme a
Figura 4.15. Escolhemos 10 mm.
Figura 4.15: Janela para escolha da altura do invólucro metálico
do cristal oscilador.
Será então gerado um novo arquivo traceray chamado demo3.pov. No programa POVRay aciona-se
novamente a renderização e obtém-se uma nova imagem tridimensional da PCI, desta vez com os
componentes C4, C5 e Q1 que estavam faltando na imagem anterior, mostrada na Figura 4.16.
É interessante observar que as escolhas dos componentes ficam armazenadas em um arquivo chamado
3dusrpac.dat, na pasta onde está instalada a ULP EAGLE3D; o conteúdo deste arquivo, para o nosso
exemplo, está mostrado abaixo:
TAP5-45:0:1:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:CAP_DIS_ELKO_2MM5_5MM(:Elko 2,5mm Pitch, 5mm Durchmesser, 11,2mm Hoehe:Elko 2,5mm Pitch, 5mm Diameter, 11,2mm High
QS:0:1:0:0:0:0:1:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:0:SPC_XTAL_5MM(:Quarz 4,9MM:
O arquivo 3dusrpac.dat mostra que o invólucro chamado TAP5-45, que foi usado para os capacitores C4
e C5 no projeto da PCI, será doravante associado ao invólucro do EAGLE-3D com a referência
CAP_DIS_ELKO_2MM5_5MM. Isto será feito não apenas neste projeto, mas em todos os projetos nos
quais se utilize capacitores com o mesmo invólucro TAP5-45.
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Figura 4.16: Imagem obtida, desta vez com os componentes que faltavam C4, C5 e Q1.
Um problema que pode acontecer é a escolha indevida de um desenho. Por exemplo, vamos supor que, em
vez do desenho CAP_DIS_ELKO_2MM5_5MM tivéssemos escolhido um capacitor muito grande. Neste
caso é necessário abrir o arquivo 3dusrpac.dat com um editor de textos (por exemplo, o Notepad do
Windows) e apagar a linha correspondente à escolha errada.
Um detalhe importante é que nunca se deve apagar o arquivo 3dusrpac.dat; pode-se até abri-lo com um
editor de textos e apagar todo o seu conteúdo, mas mantendo o arquivo vazio na pasta original.
4o Passo: Mudando o logotipo do fabricante
Conforme se pode ver nas Figuras 4.11 e 4.16, o microcontrolador PIC16F84ASO tem estampado o logotipo
da empresa ATMEL, que não produz este componente. É possível incluir logotipos de outros fabricantes na
ULP EAGLE3D, mas este processo envolve a edição da própria ULP, tarefa que não é muito fácil.
Há uma forma de contornar este problema examinando-se o arquivo denominado ic.inc, existente na pasta
include do programa POVRay. Um trecho deste arquivo, onde se encontra a descrição do logotipo da
ATMEL, é mostrado abaixo.
#if(strcmp(logo,"ATMEL")=0.0)
#local logo_assigned = 1;
#local label = union{
text{ttf global_fontfile_eagle3d "a" 0.2,0 scale<besch_s*2,besch_s*2,1> rotate<90,0,0> translate<-LK/3,0,0>}
text{ttf global_fontfile_arial value 0.2,0 rotate<90,0,0> scale<value_scale_factor_arial,1,value_scale_factor_arial>
translate<-value_arial_size.z/2,0,-value_arial_size.x/2-BK/6>}
translate<0,HK+di_pcb+0.001,0>
pigment{Gray60}
}
#end
Verifica-se que o logotipo da ATMEL é simplesmente a letra “a” da fonte eagle3d.ttf, que está listada na
Tabela 4.2, enquanto que o logotipo da empresa MICROCHIP corresponde à letra “m”. Portanto basta editar
o arquivo ic.inc, de modo a trocar a letra “a” por “m”, na linha seguinte:
text{ttf global_fontfile_eagle3d "m" 0.2,0 scale<besch_s*2,besch_s*2,1> rotate<90,0,0> translate<-LK/3,0,0>}
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Tabela 4.2: Logotipos existentes na fonte eagle3d.ttf.
Acionando novamente o programa POVRay com o arquivo demo3.pov, obtém-se a Figura 4.17, que mostra
corretamente o logotipo da empresa MICROCHIP estampado sobre o microcontrolador PIC16F84ASO.
Figura 4.17: Figura final corrigida, com o logotipo da empresa MICROCHIP.
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CONDUCTOR THICKNESS WIDTH
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