本書帶領讀者從原理圖設計、布局布線一直到元件庫的設計，全面貫通。從Arduino到BB-Black，從簡單的原理圖設計到復雜的核心板設計，循序漸進。
讓沒有任何基礎的讀者，基于開源硬件平臺快速掌握PCB設計。
帶領讀者從原理圖設計、布局布線一直到元件庫的設計，全面貫通。
從Arduino到BB-Black，從簡單的原理圖設計到復雜的核心板設計，循序漸進。
前 言本書寫作于2013年，那時制造者運動已經從修補匠的小圈子發展成充滿激情的百萬人社區。業余愛好者已經變成創業者，而創業者變成了大規模制造商。3D打印機價格下降到普通消費者可以接受的范圍，而打印機的性能已經提升到能夠制造高精度飛機部件和醫療設備的程度。因此，許多經濟學家和新聞記者將制造者運動的興起視為新工業革命的開端。
Arduino（開放硬件）平臺是這場運動的最佳代表。2005年發布了第一個Arduino電路板設計——Arduino USB，這樣學生和愛好者們就獲得了Atmel微控制器的低成本編程工具。從那以后，市場上銷售出數十萬塊Arduino電路板，而Arduino系列已經擴展為擁有數量龐大的電路板、軟件包、開發套件和附件的大家族。Arduino電路板已經用于開發機器人、樂器、游戲平臺甚至是無人飛機。這種電路板變得如此流行，以至于很多由業余愛好者轉型的創業者使用它來構建新發明的原型機。
但是制造者們還需要更多的東西：更高的性能、更好的經濟性和更靈活的可定制性。形勢的發展意味著需要設計新的電路，這是一種需要專門知識和軟件的任務。更專業的設計工具超出了普通制造者可承受的價格范圍，但是EAGLE除外。從1988年發布以來，EAGLE在性能變得更加穩定和可靠的同時，價格仍然維持在缺乏現金的學生也能承受的范圍內。每一次新版本的發布，EAGLE都會贏得大量的追隨者。EAGLE之于軟件就如同Arduino之于硬件，這是個再合適不過的類比。也難怪所有的開源Arduino設計都是用EAGLE的格式發布的。
在寫作本書的時候，我的目標是讓硬件方面的學習者了解如何充分發揮EAGLE的功能。這需要對電路理論有基本理解，包括歐姆定律和基爾霍夫定律，除此以外就沒什么了。這里不會出現晶體管分析或微分方程。相反，我的目標是使讀者動手探索EAGLE，為設計實用電路打下基礎，能夠為市場注入新的活力，延續制造者運動的非凡勢頭。
本書結構本書通過一系列電路設計項目來介紹EAGLE，從反相放大器開始，直至一個六層板的計算機主板。隨著電路的逐漸復雜，本書會介紹越來越多的EAGLE高級功能，并把如何自動進行重復性工作介紹給大家。本書也包括幫助讀者理解電路板基本原理的大量內容，以及實例電路背后的理論知識。
本書第1～3章介紹EAGLE和電路板設計。這部分的作用是使讀者熟悉EAGLE的基本功能和全書使用的術語。第3章帶領讀者輕松地完成一個很簡單的完整電路設計。
第4～7章的內容是設計一個實用的電路板：開放硬件（Arduino）Femtoduino。這些章用手把手的方式講授電路板設計的四個基本步驟：繪制電路原理圖、電路元件布局、電路布線以及生成Gerber/Excellon文件。
第8～13章討論與EAGLE電路板設計有關的混合主題。包括電路仿真、創建定制元件的過程和設計自動化中的某些首要課題。設計自動化是EAGLE的最強大功能之一，也是最容易忽略的方面之一。因此，我建議讀者熟練掌握編輯器命令和用戶語言編程。
第14章和第15章介紹本書的高級設計實例：BeagleBone Black。這個名字聽上去有點呆，但是這個電路可是一點都不呆，該電路板具有六層板、數以百計的元件和上千根走線。介紹這一實例時，也會討論EAGLE的高級功能和利用設計自動化的方法。
獲取示例文件為了對文字內容進行補充，本書提供所有的電路設計、程序和支持文件的壓縮包，并命名為eagle-book.zip。這個文件可以免費下載。如果讀者希望繼續這方面討論，建議讀者對現實中EAGLE設計的理論探討進行對比。此外，讀者可以訪問本書的彩圖。
致 謝首先，我想感謝北美Pearson的Bernard Goodwin在本書寫作期間對我的支持。感謝他的睿智和靈活處理，使本書寫作過程如期進展順利。
我想對Apostrophe 編輯服務公司的San Dee Phillips表達我的誠摯謝意，他為我指出這么多的格式、拼寫和語法錯誤。我還想為Betsy Gratner的開朗以及為本書所做的策劃、Gloria Schurick在編輯合成中付出的艱苦努力、Kathy Ruiz目光銳利的校對和Laura Robbins對本書圖片的管理表示感謝。
最后，我想向《Nuts & Volts Magazine》的Bryan Bergeron、《Sams Teach Yourself Arduino Programming in 24 Hours》的作者Richard Blum以及《Arduino for Beginners》的作者John Baichtal表達我的敬意。在本書尚未完工之時，他們認真地閱讀了本書內容，并提出很多有益的見解。他們的評論拉近了本書與讀者的距離，并拓展了很多話題。
Matt Scarpino ，具有電子工程碩士學位（MSEE），是高級認證互聯設計師（CID+）。他有12年軟件和硬件設計經驗，包括信號處理和智能手機通信方面的電路設計。現在從事高性能嵌入式系統的軟件開發工作。他的著作有《OpenCL in Action》、《Automatic Sketchup》、《Programming the Cell Processor》和《SWT/JFace in Action》。
譯者序
前言
致謝
第一部分 基本介紹
第1章 EAGLE概述 2
1.1 快速漫游EAGLE 3
1.1.1 元件庫 3
1.1.2 原理圖編輯器 3
1.1.3 電路板編輯器 4
1.1.4 電路元件編輯器 5
1.1.5 自動布線器 5
1.1.6 CAM處理器 6
1.2 獲取EAGLE 6
1.3 使用許可 7
1.4 本書的組織 8
1.5 更多信息 9
1.5.1 element14——www.element14.com 9
1.5.2 SparkFun——www.sparkfun.com 9
1.5.3 YouTube——www.youtube.
com 10
1.5.4 CadSoft——www.cadsoftusa.com/www.cadsoft.de 10
1.6 本章小結 10
第2章 電路板和EAGLE設計概要 11
2.1 印制電路板剖析 11
2.1.1 電子元件 12
2.1.2 單面板 13
2.1.3 雙面板 15
2.1.4 多層板 15
2.1.5 Gerb和Excellon文件 17
2.2 EAGLE電路設計概述 17
2.2.1 創建工程 17
2.2.2 創建原理圖設計 18
2.2.3 設計電路板 20
2.2.4 布線 21
2.2.5 生成設計文件 21
2.3 本章小結 23
第3章 簡單電路設計 24
3.1 反相放大器 24
3.2 初始步驟 25
3.2.1 安裝本書的EAGLE元件庫 25
3.2.2 創建新工程和原理圖 26
3.3 反相放大器原理圖 27
3.3.1 垂直工具欄里的工具 28
3.3.2 為設計添加元件 29
3.3.3 EAGLE術語 30
3.3.4 對符號進行連接 31
3.4 電路板布局 33
3.4.1 創建電路板設計 33
3.4.2 柵格 34
3.4.3 電路板的尺寸和原點 35
3.4.4 電路板布局 35
3.5 布線 36
3.5.1 自動布線器 36
3.5.2 手動布線 37
3.6 CAM處理器 38
3.7 本章小結 40
第二部分 設計開源硬件平臺Femtoduino
第4章 Femtoduino原理圖設計 44
4.1 初始步驟 45
4.1.1 創建新工程和原理圖 45
4.1.2 配置柵格 46
4.2 復位開關 47
4.3 電壓調整 49
4.4 ATmega328P 微處理器 50
4.4.1 ATmega328P的引腳 51
4.4.2 繪制電路原理圖——ATmega328p 52
4.5 連接插座 54
4.5.1 面包板插座 54
4.5.2 AVR在線串行編程插座 55
4.6 導線類 55
4.7 電氣規則檢查 56
4.7.1 ERC警告 56
4.7.2 ERC錯誤 57
4.8 生成電路板設計 57
4.9 原理圖框架 57
4.10 屬性和變量集合 58
4.10.1 全局變量 58
4.10.2 特殊元件屬性 59
4.10.3 變量集合 59
4.11 本章小結 60
第5章 布局和設計規則 61
5.1 層 61
5.1.1 顯示命令 61
5.1.2 鏡像命令 63
5.2 電路板布局 64
5.2.1 準備電路板 64
5.2.2 地平面和多邊形 65
5.2.3 在電路板設計圖中放置器件 66
5.3 設計規則檢查 68
5.3.1 File表單 69
5.3.2 Layers表單 70
5.3.3 Clearance表單 70
5.3.4 Distance表單 71
5.3.5 Sizes表單 71
5.3.6 Restring表單 72
5.3.7 Shapes表單 73
5.3.8 Supply表單 73
5.3.9 Masks表單 74
5.3.10 Misc表單 75
5.4 本章小結 75
第6章 布線 77
6.1 布線設計概述 77
6.2 手動布線 78
6.2.1 一個簡單實例 79
6.2.2 連接微控制器到插座 80
6.2.3 創建過孔 80
6.3 跟隨布線 81
6.4 自動布線器 82
6.4.1 常規配置 83
6.4.2 高級設置選項 83
6.4.3 自動布線器的操作 85
6.5 家庭PCB制造 85
6.5.1 概述 86
6.5.2 碳粉熱轉印方法 87
6.6 本章小結 89
第7章 生成和提交輸出文件 90
7.1 工作和CAM處理器 90
7.1.1 CAM處理器 90
7.1.2 femtoduino.cam工作文件 91
7.1.3 載入工作文件 92
7.1.4 執行工作 93
7.1.5 創建新工作——焊膏模板 93
7.2 查看Gerber文件 94
7.3 鉆孔文件 95
7.3.1 Excellon文件 96
7.3.2 EAGLE工具信息文件 97
7.3.3 鉆頭架 98
7.4 提交設計文件 98
7.4.1 OSH Park 99
7.4.2 Advanced Circuits 100
7.4.3 Sunstone 102
7.4.4 Eurocircuits 104
7.4.5 Seeed Studio 105
7.5 本章小結 107
第三部分 高級功能
第8章 創建元件庫和新元件 110
8.1 創建元件庫 110
8.1.1 EAGLE術語 110
8.1.2 創建元件庫 111
8.2 創建SIMPLE-TQFP 111
8.2.1 創建SIMPLE符號 111
8.2.2 創建TQFP 16封裝 114
8.2.3 創建SIMPLE-TQFP器件 115
8.3 創建VACUUM-TH 116
8.3.1 創建VACUUM符號 117
8.3.2 創建TH9封裝 118
8.3.3 創建VACUUM-TH器件 118
8.4 創建TW9920 119
8.4.1 設計TW9920符號 120
8.4.2 創建VFBGA100L-8×8封裝 121
8.4.3 創建TW9920器件 124
8.5 本章小結 124
第9章 LTspice電路仿真 126
9.1 LTspice介紹 126
9.1.1 SPICE和LTspice 126
9.1.2 LTspice的獲取 127
9.1.3 仿真示例——反相放大器 127
9.2 原理圖設計 128
9.2.1 添加元件 128
9.2.2 移動元件 130
9.2.3 創建連線 130
9.2.4 元件名稱和數值 131
9.2.5 信號名稱 132
9.3 電路仿真過程 133
9.3.1 設置仿真參數 133
9.3.2 執行仿真過程 134
9.3.3 配置仿真結果顯示參數 135
9.4 與EAGLE交換設計 136
9.4.1 向EAGLE導入LTspice電路原理圖 136
9.4.2 導出EAGLE電路原理圖到LTspice 136
9.5 本章小結 137
第四部分 EAGLE設計自動化
第10章 編輯器命令 140
10.1 編輯器命令介紹 140
10.1.1 EAGLE命令的語法 140
10.1.2 命令的執行 141
10.1.3 通配符和簡略形式 141
10.1.4 定義點 142
10.2 原理圖編輯命令 142
10.2.1 use命令 143
10.2.2 add命令 143
10.2.3 name命令 144
10.2.4 value命令 144
10.2.5 attribute命令 145
10.2.6 smash命令 145
10.2.7 move命令 145
10.2.8 rotate命令 146
10.2.9 net命令 146
10.2.10 bus命令 147
10.2.11 label命令 148
10.2.12 frame命令 148
10.3 電路板設計命令 148
10.3.1 grid命令 149
10.3.2 layer命令 149
10.3.3 display命令 150
10.3.4 mirror命令 150
10.3.5 signal命令 150
10.3.6 ratsnest命令 151
10.3.7 route命令 151
10.3.8 ripup命令 152
10.3.9 via命令 152
10.3.10 auto命令 153
10.4 元件庫接口命令 153
10.4.1 open命令 153
10.4.2 edit命令 154
10.4.3 write命令 154
10.4.4 wire命令 154
10.4.5 arc命令 155
10.4.6 rect命令 155
10.4.7 circle命令 156
10.4.8 pin命令 156
10.4.9 pad命令 157
10.4.10 smd命令 158
10.4.11 prefix命令 159
10.4.12 package命令 159
10.4.13 technology命令 159
10.4.14 connect命令 160
10.5 assign、change和set命令 161
10.5.1 assign命令 161
10.5.2 change命令 162
10.5.3 set命令 163
10.6 配置腳本 164
10.7 本章小結 165
第11章 用戶語言介紹 167
11.1 UL概述 167
11.1.1 ULP的執行 168
11.1.2 用戶語言程序和C語言程序 168
11.2 簡單數據類型和函數 169
11.2.1 數組 169
11.2.2 字符串 170
11.3 內建屬性 171
11.3.1 內建常量 171
11.3.2 內建變量 172
11.3.3 內建函數 173
11.4 控制結構 174
11.4.1 if else語句 174
11.4.2 switch case語句 175
11.4.3 while和do while循環 175
11.4.4 for循環語句 176
11.5 exit語句 176
11.6 本章小結 177
第12章 用戶語言檢查設計 178
12.1 UL專用數據類型 178
12.1.1 成員 178
12.1.2 循環成員 179
12.1.3 頂層結構及其執行語句 179
12.2 原理圖設計 180
12.2.1 UL_SCHEMATIC的數據成員 181
12.2.2 生成元件清單：元件和屬性 182
12.2.3 導線和導線類 187
12.2.4 頁面和框架 191
12.2.5 變量 192
12.3 電路板設計 193
12.3.1 電路板設計元件 194
12.3.2 層和多邊形 196
12.3.3 信號和接觸點 197
12.3.4 過孔和通孔 201
12.4 本章小結 203
第13章 創建對話框和菜單項 204
13.1 預定義對話框 204
13.1.1 消息框 204
13.1.2 目錄對話框 207
13.1.3 打開文件和保存文件對話框 208
13.2 定制對話框和窗體部件 209
13.2.1 創建新的對話框 209
13.2.2 標簽和文本視圖部件 210
13.2.3 按鈕 212
13.2.4 編輯部件 213
13.2.5 列表部件 215
13.2.6 勾選框和數字設定框 216
13.3 對話框布局 217
13.3.1 水平/垂直排列 218
13.3.2 柵格布局和表格 219
13.4 menu命令 220
13.5 本章小結 221
第五部分 BeagleBone Black迷你主板
第14章 BeagleBone Black原理圖設計 224
14.1 BeagleBone Black概述 225
14.2 高級EAGLE原理圖設計 226
14.2.1 頁面 226
14.2.2 門電路和調用工具 227
14.2.3 總線 228
14.3 AM3359存儲器/JTAG連接 228
14.4 AM3359 I/O連接 231
14.4.1 模數轉換 232
14.4.2 I2C通信 233
14.4.3 SPI通信 233
14.5 系統存儲器 234
14.6 電源管理 234
14.7 以太網和通用串行總線 237
14.7.1 以太網 237
14.7.2 USB 237
14.8 圖形顯示 239
14.8.1 HDCP加密 239
14.8.2 轉換最小化差分信號 240
14.9 本章小結 240
第15章 BeagleBone Black電路板設計 241
15.1 配置疊層 241
15.1.1 地平面和電源平面 242
15.1.2 四層疊層 242
15.1.3 BBB的疊層 242
15.1.4 在EAGLE中配置BBB的疊層 243
15.2 球柵陣列的創建和布線 244
15.2.1 生成BGA封裝 245
15.2.2 為BGA焊盤布設信號線 246
15.3 走線長度和蜿蜒布線 248
15.3.1 走線長度的獲取 248
15.3.2 延展走線的長度 249
15.3.3 差分對布線 249
15.4 BBB電路板設計 250
15.4.1 設計規則 251
15.4.2 AM3359的信號布線 251
15.5 本章小結 253
附錄A EAGLE元件庫文件 255
附錄B Gerber文件格式 274
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