4. 电路原理图的绘制

无论任何一个PCB设计工具软件在设计原理图都会大致经历如下的10个步骤，KiCad也不例外。因此要想尽快熟悉KiCad在原理图这部分如何使用，就按照如下的10个步骤去体会每个步骤对应的功能是如何实现的，都需要什么样的操作，要注意哪些核心的要点和技巧，再自己动手设计一个项目，就能有所深刻体会。

  • 创建工程和文件
  • 设置图纸大小： 根据图纸的复杂程度、各元器件的原理图库，一般A3比较合适，一个设计可以采用多页
  • 设置文件环境：格点大小、格点属性、光标属性、电气格点属性、图纸颜色等
  • 加载元器件库：如果有已经构建好的符号，则直接加载来用，如果没有的话需要依照数据手册进行构建
  • 放置元器件： 合理化、按照信号流程、可以翻转、旋转放置，方便连线、清晰理解
  • 原理图连线： 减少交叉，尽量少用最好是不用文字的Net进行标记
  • 调整修改原理图： 网标有没有重复、错误的连接、虚连接
  • ERC检查（电气规则检查）：电气连接上的错误
  • 报表输出： 产生用于布局布线的Netlist、用于采购元器件的BOM清单
  • 文件输出：保存、备份、导出到PDF或其它格式、打印

在此部分将介绍如何使用KiCAD开绘制原理图

4.1. 使用Eeschema绘制原理图

1 在Windows下运行kicad.exe，在Linux环境下可以在Terminal下键入“kicad”。 您现在就来到KiCad项目管理的主窗口中。 从这里您可以访问八个独立的软件工具：

KiCad主窗口

  1. Eeschema: 原理图输入
  2. Schematic Library Editor: 原理图库编辑器
  3. Pcbnew: PCB布局布线
  4. PCB Footprint Editor: PCB封装编辑器
  5. GerbView: Gerber 查看
  6. Bitmap2Component: 图片转元件
  7. PCB Calculator: PCB计算器
  8. Pl Editor: Pl编辑器。 
请参阅工作流程图，了解如何使用这些工具。

2 创建一个新项目：文件→新建→项目。 将项目文件命名为tutorial1，系统将自动为项目文件采用扩展名“.pro”。 对话框的确切外观取决于你使用的平台，但应该有一个用于创建新目录的复选框。 如果你没有专用的目录，可以选中使用系统推荐的目录，您的所有项目文件都会保存在那里。
3 那我们就开始创建原理图了。点击左侧的第一个按钮启动Eeschema（原理图编辑器）
4 单击顶部工具栏上的Page Setting（页面设置） 图标。设置合适的纸张尺寸（A4,8.5×11等）并输入标题为Tutorial1。如有必要，您将在此处看到可以输入更多信息。单击确定。此信息将填充右下角的原理图表。使用鼠标滚轮放大。保存整个原理图：文件→保存

5 我们现在将放置第一个元器件。单击右侧工具栏中的Place Symbol（放置符号）图标。您也可以按Add Symbol（添加符号）热键[a]。

6 单击原理图表的中间部分，屏幕上将出现一个选择符号窗口。我们要放一个电阻器，在电阻器类别的R上搜索/过滤。您可能会注意到电阻器上方的Device（器件）标题。此器件标题是元器件所在库的名称，这是一个非常通用且有用的库。

7 双击它，这将关闭Choose Symble（选择符号）窗口。单击要放置的器件的位置将选中的器件放在原理图页面中。

8 鼠标指在元器件上单击放大镜图标就可以放大元器件。或者使用鼠标滚轮放大和缩小。按下滚轮（中央）鼠标按钮可水平和垂直平移。

9 尝试将鼠标悬停在器件R上并按[r]。该器件就会发生旋转。你无需实际单击该器件即可旋转它。 

注意：如果您的鼠标也在//Field Reference（R）//或//Field Value（R？）//上，则会出现一个菜单。 您将在KiCad中经常看到//Clarify Selection//菜单; 它允许处理彼此重叠的对象。 在这种情况下，告诉KiCad你想对Symbol ... R ...执行操作。

10 右键单击器件的中间位置，然后选择属性→编辑值。 将鼠标悬停在器件上并按[v]可以获得相同的结果。 或者，[e]将带你进入更通用的属性窗口。 请注意下面的右键单击菜单如何显示所有可用操作的热键。

11 将出现“编辑值字段”窗口，用1k替换当前值R，单击确定。 

注：不要改变元器件的参考标注字段(R?), 在后面系统将会自动编号，电阻器内的电阻“值”应该设置成了1k.

12 要再放置一个电阻器，只要用鼠标点击你要放置的位置，器件符号选择窗口将会再次出现。

13 你先前选用的元器件会在你的历史列表中，以R的形式出现，点击OK就可以放置该器件。

14 如果你放错了器件想删除它，可以点击你要删除的器件，再点击“删除”就可以将该器件从原理图中移除，你也可以将鼠标悬浮在想要删除的器件上面，然后按“删除”。

15 如果你要复制放置在原理图上面的器件，将鼠标悬浮在想要复制的器件上面，按[c]. 鼠标点击你要放置器件的位置即可。

16 右键单击第二个电阻，选择“拖动”，重新定位器件并左键单击以放置。将鼠标悬停在器件上并按[g]可以实现相同的功能。 [r]将旋转器件，而[x]和[y]将围绕其x轴或y轴翻转。 

注：右键单击→移动或[m]也是移动任何物体的有用选项，但最好仅将其用于尚未连接的器件标签和器件。 我们稍后会看到为什么会这样。

17 通过将第二个电阻悬停在其上并按[v]编辑第二个电阻。 将R替换为100. 您可以使用Ctrl + Z撤消任何编辑操作。

18 更改网格大小。 您可能已经注意到，在原理图表上所有元器件都被捕捉到大间距网格上。 您可以通过右键单击→网格轻松更改网格的大小，通常我们建议在原理图中使用50mil的网格。

19 我们将从还没有在默认项目中配置的库中添加元器件。 在菜单中，选择“首选项”→“管理符号库”。 在“符号库”窗口中，您可以看到两个选项卡：Global Libraries（全局库）和Project Specific Libraries（项目专用库）。 每一个库都有一个sym-lib-table文件。 如果要让一个库（.lib文件）可用，它必须位于其中一个sym-lib-table文件中。 如果你的文件系统中已经有某个库文件但却没有在这里显示出来，你可以通过“浏览库”将其添加到其中一个的sym-lib-table文件中。 为了方便练习，我们现在将添加一个已经可用的库。

20 您需要找到计算机上安装官方KiCad库的位置，查找包含数百个.dcm和.lib文件的库目录。 尝试C：\Program Files(x86)\KiCad\share(Windows)和/usr/share/kicad/library/(Linux)。 找到目录后，选择并添加MCUMicrochipPIC12.lib库并关闭窗口。 您将收到一个警告 - 该名称已存在于列表中; 但不用管，点击添加即可。 它将添加到列表的末尾。现在单击其昵称并将其更改microchip_pic12mcu。 单击“确定”关闭符号库窗口。

21 重复添加器件步骤，但这次选择microchip_pic12mcu库而不是Device库并选择PIC12C508A-ISN器件。

22 将鼠标悬停在微控制器器件上，[x]和[y]再次翻转器件，将器件返回到其原始方向。

23 重复添加器件步骤，这次选择Device(设备)库并从中选择LED器件。

24 有序排列原理图页面上的所有器件，如下所示。

25 我们现在需要为我们的3针连接器创建原理图器件符号MYCONN3。 你可以跳转到KiCad中标题为“Make Schematic Components”的部分，了解如何从头开始制作该器件的符号库，然后返回本节继续使用该电路板。

26 现在可以放置新制作的器件。 按[a]并选择myLib库中的MYCONN3器件。

27 器件标记符J？将出现在MYCONN3标签下。 如果要更改其位置，请右键单击J？ 然后单击Move Field（相当于[m]）。 在执行此操作之前/之后放大可能会有所帮助。 重新定位J？ 在如下所示的器件下。 标签可以随意移动多次。

28 现在我们放置“电源”和“地”符号。 单击右侧工具栏上的放置电源端口按钮。 或者，按[p]。 在器件选择窗口中，向下滚动并从Power（电源）库中选择VCC。 单击确定。

29 在1k电阻的引脚上方单击以放置VCC部件。单击微控制器VDD上方的区域。 在器件选择历史部分中，选择VCC并将其放在VDD引脚旁边。 再次重复添加过程，并在MYCONN3的VCC引脚上方放置一个VCC部件。

30 重复添加引脚步骤，但这次选择GND部分。 将GND部分放在MYCONN3的GND引脚下。 在微控制器的VSS引脚左侧放置另一个GND符号。 原理图现在应该看起来像这样：

31 接下来，我们将连接所有器件。 单击右侧工具栏上的“放置导线”图标。 

注：小心不要选择//Place bus（放置总线）//，它直接显示在此按钮下方，但线条较粗。 KiCad中的“总线连接”部分将详细介绍如何使用总线连接。

32 单击微控制器引脚7末端的小圆圈，然后单击LED引脚1上的小圆圈，在放置连接的时候你可以放大显示。 

注：如果要重新定位已经被连线连接的器件，要使用[g]（抓取）而不是[m]（移动）。 使用“抓取”将保持电线连接。 如果你忘记了如何移动器件，请查看步骤24。

33 重复此过程并连接所有其他器件，如下面的图所示。 要想终止继续连线，你可以双击即可。 当连接VCC和GND符号时，导线应接触VCC符号的底部和GND符号的中间顶部。 请参见下面的屏幕截图

34 我们现在将考虑另外一种建立连接的方式 - 使用“标签”。 通过单击右侧工具栏上的放置网络标签图标选择网络标签工具，你也可以用热键[l]。

35 单击连接到微控制器引脚6的导线的中间部位，将此“标签”命名为INPUT。

36 按照相同的步骤在100欧姆电阻的右侧放置另一个标签，也将其命名为INPUT。这两个标签具有相同的名称，在PIC的引脚6和100欧姆的电阻之间产生不可见的连接。 有些设计非常复杂，如果全部使用直接的连线将会使电路图非常杂乱，在这种情况下使用“标签”就比较合适。要放置标签，你不一定需要连线，只需将标签贴在管脚上即可。

37 标签也可用于简单地标记连线用于提供信息。 在PIC的引脚7上放置一个标签。 输入名称uCtoLED。 将电阻器和LED之间的连线命名为LEDtoR。 将MYCONN3和电阻之间的连线命名为INPUTtoR。

38 您不必标记VCC和GND线，因为标签是从它们所连接的电源对象中隐含的。

39 最后的结果如下图所示：

40 我们现在处理未连接的连线。 当KiCad检查时，任何未连接的引脚或连线都会给出警告。为了避免这些警告，您可以告诉程序某些未连接的连线是故意这样设置的，或者手动将每个未连接的连线或引脚标记为未连接。

41 单击右侧工具栏上的放置无连接标志图标。 单击引脚2,3,4和5. 放置一个“X”表示此缺少连线是故意的。 42 某些器件有隐藏起来的的电源引脚，你可以通过单击左侧工具栏上的显示隐藏的图钉来使它们可见。 如果遵守VCC和GND命名，则隐藏的电源引脚会自动连接。 一般来说，你应该尽量不要制作隐藏的电源引脚。

43 现在需要添加一个Power Flag来向KiCad表明电源是从某个地方进来的。 按[a]并搜索Power（电源）库中的PWRFLAG。 放置其中两个。 将它们连接到GND引脚和VCC，如下所示。 注意：这将避免经典的原理图检查警告：“警告引脚power_in未驱动（Net xx）” 44 有时候很在这里和那里写评论是件好事。要在原理图上添加注释，请使用右侧工具栏上的放置文本图标。 45 现在，所有器件都需要具有唯一标识符。 事实上，我们的许多器件仍被命名为R？ 还是J？ 通过单击顶部工具栏上的Annotate schematic symbols icon（标注原理图符号），可以自动完成标识符分配。 46 在Annotate Schematic（标注原理图）窗口中，选择Use the entire schematic并单击Annotate按钮。 在确认消息中单击“确定”，然后单击“关闭”。 请注意所有的？已被数字取代。 每个标识符现在都是唯一的，在我们的示例中，它们被命名为R1，R2，U1，D1和J1。 47 我们现在来检查一下原理图是否有错误。 单击顶部工具栏上的执行电气规则检查图标，单击“运行”按钮。 生成一个报告，通知你任何错误或警告，例如断开的连线。 你应该有0个错误和0个警告。 如果出现错误或警告，原理图中将出现一个绿色小箭头，表示错误或警告所在的位置。 选中“创建ERC文件”报告，然后再次按“运行”按钮以接收有关错误的更多信息。 注意：如果您收到“未找到默认编辑器，你必须选择它”的警告，请尝试将路径设置为c：\windows\notepad.exe（windows）或/usr/bin/gedit（Linux）。 48 原理图现已完成。我们现在可以创建一个Netlist文件，我们将添加每个元器件的封装。单击顶部工具栏上的Generate netlist icon（生成网表）。单击Generate Netlist按钮并保存在默认文件名下。 49 生成Netlist文件后，单击顶部工具栏上的Run Cvpcb icon。如果弹出丢失文件错误的窗口，请忽略它并单击“确定”。 50 Cvpcb允许你将原理图中的所有元器件与KiCad库中的封装链接起来。中心的窗格显示原理图中使用的所有元器件。在这里选择D1。在右侧窗格中，您可以看到所有可用的封装，此处向下滚动到LEDTHT:LED-D5.0mm并双击它。

51 有可能右侧窗格仅显示可用封装的选定子组。这是因为KiCad正试图向您推荐一些合适的封装。单击图标，和以启用或禁用这些过滤器。

52 对于U1，选择PackageDIP：DIP-8W7.62mm封装。对于J1，选择Connector：BananaJack3Pin封装。对于R1和R2，选择ResistorTHT：RAxialDIN0207L6.3mmD2.5mmP2.54mm_Vertical封装。

53 如果您想知道您选择的封装是什么样的，您可以单击“查看所选封装图标”以预览当前的封装。

54 搞定！您可以通过单击文件→保存原理图或使用按钮应用，保存原理图并继续

55 你可以关闭Cvpcb并返回Eeschema斜体原理图编辑器。如果你没有将其保存在Cvpcb中，请单击文件→保存立即保存。再次创建网表。您的网表文件现已更新，包含所有封装。请注意，如果您缺少任何设备的封装，则需要制作自己的封装。这将在本文档的后续部分中解释。

56 切换到KiCad项目管理界面。

57 网表文件描述了所有器件及其各自的引脚连接。网表文件实际上是一个文本文件，您可以轻松地检查，编辑或编写脚本。 

注意：库文件(*.lib)是文本文件，它们可以非常容易地编辑或写成脚本.

58 要创建物料清单（BOM），请转到Eeschema原理图编辑器，然后单击顶部工具栏上的“生成物料清单”图标。 默认情况下，没有活动的插件。 您可以通过单击“添加插件”按钮添加一个。 选择要使用的*.xsl文件，在这种情况下，我们选择bom2csv.xsl。 

注意
Linux的：如果缺少xsltproc，您可以下载并安装它：sudo apt-get install xsltproc
对于像Ubuntu这样的Debian派生发行版，或者sudo yum install xsltproc
对于RedHat派生的发行版。如果您不使用这两种发行版，请使用您的发行版软件包管理器命令来安装xsltproc软件包。
xsl文件位于：/usr/lib/kicad/plugins/。
Apple OS X：如果缺少xsltproc，您可以从应该包含它的Apple站点安装Apple Xcode工具，或者下载并安装它：brew install libxslt
xsl文件位于：/ Library / Application Support / kicad / plugins /。
Windows：xsltproc.exe和包含的xsl文件将分别位于//<KiCad安装目录>\bin//和//<KiCad安装目录>\bin\scripting\plugins//。
对于所有平台：
您可以通过以下方式获取最新的bom2csv.xsl https://raw.githubusercontent.com/KiCad/kicad-source-mirror/master/eeschema/plugins/xsl_scripts/bom2csv.xsl
KiCad自动生成命令，例如：xsltproc -o“％O”“/home/<user>/kicad/eeschema/plugins/bom2csv.xsl”“％I”
您可能想要添加扩展名，因此请将此命令行更改为：xsltproc -o“％O.csv”“/ home / <>> / kicad / eeschema /plugins / bom2csv.xsl”“％I”
按“帮助”按钮可以获取更多信息。

59 现在按Generate。该文件（与项目同名）位于项目文件夹中。使用LibreOffice Calc或Excel打开* .csv文件。将出现导入窗口，按OK。

您现在可以转到PCB布局部分，这将在下一节中介绍。但是，在继续之前，让我们快速了解如何使用总线连接组件引脚。

4.2.KiCad中的总线连接

有时候你需要将器件A上的多根顺序排列的线连接到器件B上的一些顺序排列的管脚上，在这种情况下你有两种选择：前面介绍的“标签”技术以及使用总线连接，我们看看如何实现总线连接：

  • 让我们假设您有三个4针连接器，您想要将引脚连接在一起。 使用标签选项（按[l]）标记P4部件的引脚4。 将此标签命名为a1。 现在按[Insert]将相同的项目自动添加到引脚4（PIN 3）下方的引脚上。 注意标签是如何自动重命名为a2的
  • 再按[插入]两次。 这个键将会重复最后一次的动作，它是一个无限有用的命令，可以让你的生活更轻松。
  • 在另外两个连接器CONN2和CONN3上重复相同的标签操作，您就完成了。 如果继续制作PCB，您将看到三个连接器相互连接。 图2显示了我们描述的结果。 为了美观的目的，还可以使用图标将“连线连接到总线入口”执行多次和图标将连线连接到总线上，如图3所示。但是，记住这对PCB没有影响。
  • 应该指出的是，连接到图2中的引脚的短导线并非严格必要。 实际上，标签可以直接应用于引脚。
  • 让我们更进一步，假设你有一个名为CONN_4的第四个连接器，无论出于什么原因，它的标签恰好有点不同（b1，b2，b3，b4）。 现在我们想要以引脚到引脚的方式将总线a与总线b连接起来。 我们希望不使用引脚标记（这也是可能的），而是使用总线上的标签，每个总线一个标签。
  • 使用之前说明的标记方法连接并标记CONN4。 将引脚命名为b1，b2，b3和b4。 使用图标将引脚连接到一系列Wire to bus输入，并使用图标连接到总线。 见图4。 - 在CONN4的总线上放一个标签（按[l]）并命名为b[1..4]。
  • 在前一个总线上放一个标签（按[l]）并将其命名为a[1..4]。
  • 我们现在可以做的是使用带有按钮的总线连接总线a[1..4]和总线b[1..4]。
  • 通过将两条总线连接在一起，引脚a1将自动连接到引脚b1，a2将连接到b2，依此类推。 图4显示了最终结果的样子。

注意： 通过[插入]可访问的重复最后一项选项可以成功用于重复期间项目插入。 例如，连接到图2，图3和图4中所有引脚的短导线都已放置此选项。    - 通过[Insert]访问的Repeat last item选项也被广泛用于使用图标将多个Wire系列放入总线入口。