Bevor ein Elektronikprojekt in Angriff genommen wird, plant ein professioneller Elektronikingenieur den gesamten Prozess so detailliert wie möglich. Er muss alle Materialien, den Zeitrahmen und die Reihenfolge aller Tätigkeiten berücksichtigen. Es ist natürlich auch wichtig, sich Gedanken über die Ziele des Projekts zu machen. Einer der ersten Schritte ist in der Regel der Entwurf der Leiterplatte, die für die elektronische Schaltung verwendet werden soll. Für dieses einfache Schema können Sie mit einer Bleistiftskizze auf einem Blatt Papier beginnen. Wenn Ihr Projekt jedoch größer ist und Sie einen klaren Plan haben wollen, ist es besser, gleich ein Programm zu verwenden, das für diesen Zweck entwickelt wurde – dessen Verwendung ist ohnehin unerlässlich, wenn Sie Ihre eigene Platine ätzen wollen.
Zu welchem Zeitpunkt in der Entwicklung eines Projekts benötigen Sie ein Elektronikdesign-Programm?
Vor der Herstellung eines elektronischen Geräts ist es immer notwendig, die gesamte Schaltung zu entwerfen. Eine solche Tätigkeit zwingt zur Festlegung von Kriterien, die das Gerät erfüllen muss. Informationen über die Leistung und die genauen Abmessungen der elektronischen Bauteile, die in dem Projekt verwendet werden sollen, sind ebenfalls erforderlich. Wenn zum Beispiel eines der Ziele des Projekts darin besteht, ein Gerät in einer bestimmten Form zu bauen, muss die Form der Leiterplatte möglicherweise an das Gehäuse angepasst werden. Wenn Sie die kleinstmögliche Größe des Geräts wünschen, können Sie sich von vornherein dafür entscheiden, die Platine doppelseitig zu gestalten. Das Wichtigste ist natürlich die Funktionalität der Geräte – Sie müssen für alle Elemente Platz einplanen. Es geht auch um die Teile, die nicht elektronisch sind, z. B. die Halterung für einen bürstenlosen Motor in einem kleinen mobilen Roboter oder der konkave Teil des Gehäuses des gesamten Geräts (der z. B. die Höhe der Elektrolytkondensatoren an einer bestimmten Stelle auf der Platine begrenzt). Natürlich sind einige dieser Aspekte nur bei den ersten Prototypen des Geräts zu sehen. Um die Arbeit zu beschleunigen und den Bedarf an einer großen Anzahl von Prototypen zu verringern, ist es jedoch ratsam, so viele solcher Änderungen wie möglich vorwegzunehmen. Es ist auch gut, die geeignete Positionierung der Komponenten aufgrund ihrer Funktion zu berücksichtigen – wenn das Gerät zum Beispiel einen Knopf haben soll, muss dieser an einer leicht zugänglichen Stelle angebracht sein. Bauteile, die sich erwärmen, sollten nicht in der Nähe von Bauteilen platziert werden, die empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren – es ist daher nicht unüblich, ein geeignetes Kühlsystem zu verwenden (z. B. einen Kühlkörper, einen Lüfter oder beides gleichzeitig).
Programme zur Entwicklung von Elektronik
Eagle
Eagle ist eine hochwertige Software, die von der international bekannten und angesehenen Marke Autodesk entwickelt wurde. Die Installationsdatei ist ca. 120 MB groß und kann unter Microsoft Windows (ab Version Windows 7), Linux und OS X installiert werden. Es handelt sich um eine Software, die unter Hobby-Elektronikern weithin bekannt ist und verwendet wird, aber auch (und vielleicht besonders) von Studenten und erfahrenen Personen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, dem Benutzer die Werkzeuge für den Entwurf und die Optimierung von Leiterplatten zur Verfügung zu stellen. Mit der richtigen Schnittstelle können Sie problemlos Projekte mit verschiedenen Abmessungen und mehreren Ebenen erstellen.
Wie funktioniert Eagle
Das Programm Eagle ist so konzipiert, dass nach der Erstellung des Projekts das daraus resultierende Material für jeden, der es liest, klar und transparent ist. Der Benutzer erstellt vor Beginn der Arbeit einen elektronischen Schaltplan des gesamten Systems, damit das Programm weiß, wie die einzelnen Komponenten zusammenhängen. Es ist erwähnenswert, dass diese Software auf eine sehr umfangreiche Datenbank mit gängigen elektronischen Bauteilen zurückgreift, die ständig aktualisiert wird. Die Schnittstelle bietet auch die Möglichkeit, eigene Elemente zu zeichnen und ihnen entsprechende Eigenschaften und Namen zu geben. Wenn die Komponenten richtig angeordnet sind und der gesamte Stromkreis geschlossen ist, kann der Benutzer die Komponenten auf das PCB-Modell übertragen. Es ist einfach, das Programm automatisch Spuren erstellen zu lassen, die Sie dann selbst bearbeiten können. Natürlich können Sie auch selbst alle Elemente auf das Spielbrett übertragen und die entsprechenden Pfade zeichnen. Das Programm prüft die Länge der Strecken, die Signalwege und die Korrektheit der Verbindungen. Die Benutzeroberfläche des Programms ist so gestaltet, dass jeder Benutzer es bedienen kann.
Mehr Details über Eagle
Der vollständige Name der Eagle-Software lautet eigentlich CadSoft EAGLE. Der Begriff EAGLE (Englisch für ‘Adler’) selbst ist eigentlich ein Akronym für Easily Applicable Graphical Layout Editor, was wörtlich übersetzt ‘Leicht anwendbarer grafischer Editor’ bedeutet. In dem Paket mit der Installationsdatei erhält der Benutzer eine Bibliothek mit vielen Elementmodellen. Jedes wird so erstellt, dass die Verbindungen klar sind und die Dimensionierung mit der Realität übereinstimmt. Ein sehr großer Vorteil der Eagle-Software ist, dass sie keinen finanziellen Aufwand erfordert, wenn sie nicht für kommerzielle Projekte verwendet wird. Die kostenlose Version berücksichtigt die Möglichkeit, Platinen mit Abmessungen von nicht mehr als 100 mm x 80 mm (4 Zoll x 3,2 Zoll) und mit nicht mehr als zwei Schichten (unten und oben) zu erstellen. Darüber hinaus lässt sich das Programm mit mehreren hundert praktischen Add-ons leicht verbessern und erweitern. Es ist auch eine ausgezeichnete Wahl für diejenigen, die sich beruflich mit Elektronik beschäftigen. Mit dem Erwerb einer Lizenz erhalten Sie die volle Leistungsfähigkeit des Programms – Sie können es ohne Lizenzbeschränkungen nutzen und bei Bedienungsproblemen schnell und einfach Hilfe finden, denn es ist eines der beliebtesten Tools seiner Art. Alle Daten des Programms werden in einem offenen XML-Format gespeichert. Als Autodesk 2016 CadSoft (den Hersteller von Eagle) kaufte, änderte es die Regeln für die Softwarelizenzierung. Derzeit kann das Programm in einer Standardversion für ein Jahr zum Preis von 100 US-Dollar erworben werden, während die Premiumversion (Eagle Premium) fünfmal so viel kostet.
EasyEDA
EasyEDA ist eine Software, die vom Hersteller in der Cloud gehostet wird. Es ist derzeit eine weitere der beliebtesten PCB-Designsoftware, aber seine Fähigkeiten sind nicht nur auf diese Aufgabe beschränkt. EasyEDA ist ein völlig kostenloses Tool, das neben der Erstellung von Schaltplänen und dem Entwurf von Leiterplatten auch die Erstellung von Spice-Simulationen (Simulation einer funktionierenden elektronischen Schaltung) ermöglicht. Mit einer solchen Software haben Sie bereits Zugriff auf über eine Million kostenloser Bibliotheken mit detaillierten Bauteildaten, die laufend aktualisiert werden. Das hat nicht nur den Vorteil, dass eine sehr große Anzahl von Artikeln zur Verfügung steht – rund 200.000 davon stammen vom chinesischen Hersteller LCSC, der neben detaillierten Daten zu jedem Artikel auch einen Einblick in den aktuellen Preis und die Verfügbarkeit jedes Artikels gibt. Auf diese Weise muss sich der Konstrukteur keine Gedanken darüber machen, ob er das gefundene Element erhalten kann, da er diese Überprüfung sofort durchführen kann. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, mehrere hunderttausend vorgefertigte Open-Source-Projekte einzusehen und zu nutzen. Das bedeutet, dass jede Person die zur Verfügung gestellten Entwürfe verwenden und selbst ein Gerät auf deren Grundlage bauen kann. Dies kann besonders beim Erlernen der Elektronik nützlich sein, wenn eine unerfahrene Person eines ihrer ersten Projekte dieser Art durchführen möchte. Richtig erstellte Diagramme können auch ein hervorragendes Material für detaillierte Analysen sein.
EasyEDA ist kostenlos und voll funktionsfähig
Ein weiterer Vorteil des Programms ist, dass es mit praktisch allen Betriebssystemen kompatibel ist, die gängige Webbrowser unterstützen. EasyEDA ist ein Programm, das in Ihrem Browser läuft, wenn Sie easyeda.com besuchen. Das heißt, egal ob Sie täglich mit Windows, Linux oder XOS arbeiten, Sie können EasyEDA ohne Probleme auf einem der Browser nutzen. Ein sehr großer Vorteil ist die Gebührenfreiheit – praktisch alle wichtigen Funktionen sind kostenlos und offen, auch für die kommerzielle Nutzung. Der Benutzer kann alle Funktionen des Editors nutzen, private Projekte erstellen, öffentliche und private Bibliotheken formulieren, in einem Team arbeiten, das Forum und den technischen Support nutzen. Die kostenpflichtige Version kostet 4,9 US-Dollar pro Monat und Konto, während die Unternehmensversion 9,9 US-Dollar pro Monat kostet. Die Benutzer werden in erster Linie mit der Entfernung jeglicher Werbung belohnt, und Projekte, die in den Papierkorb verschoben werden, bleiben dort 15 Tage länger als in den kostenlosen Versionen (Dateien können bis zu 30 Tage, nachdem sie in den Papierkorb verschoben wurden, wiederhergestellt werden). Die Unternehmensversion ermöglicht die Anpassung des Logos und bietet darüber hinaus Funktionen für das Team- und Aufgabenmanagement. Die Nutzer sind eingeladen, die kostenpflichtige Version zu erwerben, damit sie das gesamte Projekt aktiv unterstützen können, damit es weiter wächst und die Plattform kontinuierlich gepflegt und unterstützt wird.
EasyEDA ist sehr flexibel
Alle Arbeiten, die Sie in diesem Programm erstellen, können Sie einfach und schnell speichern und auch veröffentlichen, wenn Sie dies wünschen. Dies ist eine sehr hilfreiche Option für Elektroniker, die sich auf praktisch jedem Niveau befinden – egal ob sie gerade erst lernen oder bereits in diesem Beruf arbeiten. EasyEDA macht es einfach, ein Problem einer anderen Person zu präsentieren, sogar einer sehr weit entfernten, indem die App in der Cloud platziert wird. Beide Parteien können zu 100 % sicher sein, dass sie genau dasselbe Projekt betrachten. Die Anwendung nutzt die Datenwolke, so dass der aktuell angezeigte Projektstatus immer der aktuellste ist. Es ist auch nicht möglich, dass das Projekt auf einem anderen Computer (z. B. mit einem anderen Betriebssystem) nicht oder falsch geöffnet wird. Ein sehr nützliches Merkmal dieser Software ist ihre hohe Kompatibilität mit anderen derartigen Tools. Wenn Sie zum Beispiel schon einmal eine andere Software benutzt haben oder ein Freund Ihnen ein Projekt schickt, das mit seiner Software erstellt wurde, werden Sie in den meisten Fällen keine Probleme haben, es zu reproduzieren. Sowohl Bibliotheken als auch Schaltpläne können einfach aus Eagle oder Altium, LTspice oder KiCad und anderen oben beschriebenen Programmen importiert werden. EasyEDA ermöglicht auch den Export von Dateien in ein Format Ihrer Wahl, so dass Sie Ihre Projekte an Orte senden können, an denen üblicherweise Desktop-Software verwendet wird. Es ist auch eine großartige Idee für die Website-Administratoren, eine von ihnen entworfene Leiterplatte sehr schnell und relativ kostengünstig bestellen zu können.
Altium Designer
Altium Designer ist ein weiteres PCB-Designprogramm für Elektronikingenieure. Das Hauptziel bei der Entwicklung der Anwendung war es, den PCB-Designprozess so weit wie möglich zu automatisieren. Das Projekt wird von dem australischen Unternehmen Altium Limited ständig aktualisiert, verbessert und weiterentwickelt. Die Ursprünge des Programms gehen praktisch auf das Jahr 1985 zurück, aber die damalige Version unterscheidet sich drastisch von der, die den Nutzern heute zur Verfügung steht. Der Editor verfügt zwar über ähnliche Funktionen wie seine Konkurrenten, hat aber auch eine Reihe von Merkmalen, die ihn von anderen abheben. Vor allem aber ist das Programm in die Angebote mehrerer Distributoren für elektronische Bauteile integriert. Mit dieser Lösung können die benötigten Teile sehr schnell online gesucht und dann beim Hersteller bestellt werden. Die interaktive 3D-Bearbeitungsfunktion ist ebenfalls sehr nützlich – die Datei kann in die Formate MCAD oder STEP exportiert werden. Altium Designer ist ein weiteres Programm, das in Anpassung an die aktuellen Technologien das Programm mit dem Web verbunden hat und es ermöglicht, die eigenen Designs in der Datenwolke zu veröffentlichen. Das macht es einfach, Ihr Projekt mit anderen zu teilen, aber auch Projekte zu verwenden, die von anderen Nutzern geteilt werden. Es ist erwähnenswert, dass man mit der Sprache VHDL eine funktionierende elektronische Schaltung simulieren kann, so dass man mit den richtigen Eingabedatensätzen leicht erkennen kann, was man am Ausgang erhalten sollte. Mit einem solchen Tool können Sie leicht überprüfen, ob Ihr Projekt ordnungsgemäß funktioniert. Der nächste Schritt bei der Verwendung eines solchen Werkzeugs besteht darin, das Gerät physisch herzustellen und dann zu prüfen, ob die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert. Dazu können Sie Daten in den Simulator eingeben und sehen, wie die Ausgabe aussieht, und dann die gleichen Daten in ein echtes Gerät eingeben und die Ergebnisse vergleichen. Altium Designer wird leider mit einer relativ teuren Lösung in Verbindung gebracht, aber man sollte wissen, dass es auch für seine Fähigkeit bekannt ist, schnelle Ergebnisse zu erzielen, insbesondere bei sehr komplexen Schaltungen.
TinyCAD
TinyCAD ist eines der populärsten Microsoft Windows Programme, das keinen finanziellen Beitrag vom Benutzer verlangt. Das Tool ist nicht nur kostenlos, sondern basiert auch auf einem offenen Code, was bedeutet, dass Personen, die auch programmieren können, die programmierte Anwendung legal manipulieren können, indem sie die erforderlichen Funktionen hinzufügen. Das Programm verfügt auch über eine umfangreiche Datenbank von Bauteilen, die auf dem Diagramm platziert werden können. Eine wertvolle Option ist die Möglichkeit, auf einfache Weise eine klare und detaillierte Legende einzufügen (auf der auch der ursprüngliche Autor des gesamten Projekts angegeben werden kann). Funktionen wie die Möglichkeit, verschiedene Bereiche eines Projekts mit speziellen Markierungen in unterschiedlichen Farben hervorzuheben, sind sehr nützlich. Das macht es noch einfacher, das Diagramm zu lesen, sowohl für Außenstehende als auch für den Autor selbst, wenn er das Projekt nach einer langen Pause wieder aufgreift. Alle Funktionen sind in der sehr sorgfältig ausgearbeiteten “Hilfe” des Programms ausführlich beschrieben. Sie finden klare Beschreibungen der Funktionsweise der einzelnen Funktionen – alle Beschreibungen werden durch entsprechende Beispiele unterstützt, die direkt aus der laufenden Anwendung gepostet werden. Bemerkenswert sind auch kleinere und relativ unbedeutende Einstellungen, die jedoch bei häufigerer Nutzung des Programms einen entscheidenden Einfluss auf die Ergebnisse haben können. In den Einstellungen gibt es eine sehr nützliche Option, um den aktuellen Status des Projekts automatisch nach einer bestimmten Zeitspanne zu speichern. Es handelt sich um eine Lösung, die ein sehr häufig auftretendes Problem nahezu vollständig beseitigt, von dem vor allem unerfahrene Elektroniker betroffen sind, die ihre gesamte Arbeit verlieren, weil der Akku eines Laptops aufgebraucht ist oder ein Desktop-Computer versehentlich vom Netz getrennt wird. Die Möglichkeit, die Farben der einzelnen Markierungen im Diagramm zu korrigieren, kann bei der Arbeit sehr nützlich sein. Diese Lösung eignet sich besonders für Daltonisten, für die die ursprüngliche Farbvariation nicht ausgeprägt genug ist.
Eine weitere äußerst nützliche Option ist die Möglichkeit, eine Liste der verwendeten Komponenten zu erstellen, so dass der Benutzer nach dem Speichern des Projekts schnell überprüfen kann, welche Komponenten er seiner Werkstatt hinzufügen muss, wenn er das entworfene Layout bauen möchte. TinyCad ist eine Software, die problemlos mit Standard- und weniger verbreiteten Symbolbibliotheken umgehen kann. Die erstellten Dokumente können problemlos in Grafikformate wie PNG oder EMF exportiert werden. Die entworfenen Verbindungen können auch in Formaten gespeichert werden, die es ermöglichen, sie in anderen Programmen zu öffnen – Erweiterungen wie PADS-PCB, PCB, Protel, Eagle, gEDA PCB oder xml.
