点亮 LED

学习本教程前,建议先阅读硬件入门准备,以获得更好的体验。

在本节的教程中,我们将绘制一个点亮 LED 的电路,来初步体验电路设计中的原理图的绘制。在这个过程中,我们将学习如何使用立创 EDA 在线编辑器,以及如何绘制原理图。

创建立创 EDA 项目

打开网址https://lceda.cn/editor,访问立创 EDA 在线编辑器。

点击左上角菜单,选择 “文件-新建-工程…” 创建一个新的项目。

立创EDA项目创建

在弹出的新建工程窗口中,输入项目名称,例如 点亮 LED,点击 “确定” 创建项目。

立创EDA项目创建

创建完毕后,会自动打开新项目的原理图编辑界面。

原理图编辑界面

EDA 界面介绍

我们先简单了解一下 EDA 的界面,以便后续学习基本的使用。

编辑器介绍图

常用的界面区域包括:

  1. 菜单栏:提供了大量的功能,例如文件操作、编辑操作、查看操作、工具操作等。
  2. 图纸区:用于显示当前编辑的图纸,原理图的在图纸内绘制。
  3. 电气工具: 提供绘制原理图的常用工具,例如导线连接,电源标识,接地标识等。
  4. 绘图工具:提供绘制图纸的常用工具,例如矩形、圆形、直线、文本等。
  5. 常用库:提供了基础的元器件,例如电阻、电容、二极管、晶体管、排针等。
  6. 属性栏:用于设置当前选中元素的属性,例如元件的值、封装、引脚等。

直接介绍他们的功能很晦涩,我们在后续的教程中会逐步学习这些功能。

绘制原理图

绘制 LED 元件

现在我们可以来绘制原理图了。首先,我们需要在图纸区绘制一个 LED 元件。LED 元件在常用库中,我们在常用库中找到 LED 元件后,点击一下,然后将鼠标移动到图纸区,点击鼠标左键,即可绘制一个 LED 元件。

lceda-draw-1

提示:使用鼠标滚轮可以放大和缩小图纸。

好了,现在你迈出了原理图绘制的第一步。

绘制电源接口

放置了第一个元件

根据我们曾经学过的电路知识,只有一个二极管是无法点亮的,我们需要给它提供电源。

但是不同于以往高中学习的电路,我们实际的电路模块通常使用的是外部提供的直流电源,而不是自带一块电池,因此我们只需要留一个供电的接口即可,我们假定使用 3V3 的电源进行供电。

接口的种类众多,各有优劣,我们这里选择最简单的排针接口。在常用库中找到排针接口,点击右下角箭头将类别选择为1x2,再次点击元件。然后将鼠标移动到图纸区,点击鼠标左键,即可绘制一个排针接口。

如下图所示,在常用库中点击元件右下角的箭头可以选择不同参数的元件。

添加电源接口

将元件连接在一起

目前看起来一切顺利,只需要将元件连接起来就可以了。
将鼠标靠近引脚末端,左键点击,就可进入连线状态,然后将鼠标移动到另一个元件的引脚末端,再次点击鼠标左键,即可将两个元件连接起来。

连接元件

现在的电路连线看起来有点奇怪? 明明一个很简单的连接,却绕了一大圈。目前仅有两个元件,如果元件多了,这样的连线方式就会变得非常混乱。因此,我们需要重新调整元件符号的位置和方向,使得连线更加简洁。

Esc 键可以退出连线状态。

删除连线

我们对着连线左键点击,导线会被选中变成红色,然后按下键盘上的 Del 键,即可删除连线。

调整元件

通过观察发现,我们只要将排针符号旋转180度,就可以将连线变得简洁。我们对着排针符号左键点击,排针符号会被选中变成红色,然后按下键盘上空格键,即可旋转排针符号。

重新连接

现在我们需要重新连接元件,只需要按照原来的步骤进行即可。下图是调整后的连线。

调整后的连线

保存原理图

现在我们已经完成了原理图的绘制,接下来需要保存原理图。按键盘上的 Ctrl+S 快捷键,即可保存原理图。

保存成功的弹窗

电路调整

目前看来,电路似乎是可用的,事实上 LED 也可以发光,但是如果将此电路实际搭建出来,你会发现 LED 发光非常刺眼,甚至会发烫。

这是因为我们给 LED 提供了过大的电流,LED 的额定电流一般为 20mA 左右(不同二极管略有不同),而我们给它提供了 3.3V 的电压,发光二极管的压降约为0.7V,而电路中导线和电源内阻都是很小的值,这导致 LED 的电流非常大。

当然,解决方案非常简单,只需要串接一个电阻作为限流电阻即可。我们在常用库中找到电阻元件,然后将它连接在 LED 和电源之间即可。电阻的阻值可以通过计算得到,也可以通过实验得到。我们这里假定 LED 电流为 20mA,电压为 3.3V,那么电阻的阻值可以通过计算得到:

$$ R = \frac{U - 0.7}{I} = \frac{3.3 - 0.7}{0.02} = 130 \Omega $$

公式中的 $U$ 代表电压,$I$ 代表 LED 所需电流,$R$ 代表限流电阻,0.7 代表 LED 的压降。

我们在常用库中找到电阻元件,然后将它连接在 LED 和电源之间。双击阻值文字可以进行修改,我们将阻值修改为 130。

设计电路时,阻容元件应选常见参数值,非常见参数值的元件可能会出现缺货、价格高等问题。

DRC 检查

DRC 检查的全称是 Design Rule Check,即设计规则检查。它可以帮助我们检查原理图中是否存在错误,例如元件连接错误、元件重叠、元件缺失等。我们在左侧工具栏中找到"设计管理器",即可查看当前的 DRC 检查结果。

DRC检查

在上图中可以看到,当前的 DRC 检查结果是 0 个错误,这说明我们的原理图没有基本的错误。如果存在错误,我们需要根据错误提示进行修改,直到 DRC 检查结果为 0 个错误。

DRC 检查通过仅仅是基本的检查,不代表电路一定是正确的,在电路生产之前,我们还需要进行更加严格的检查,以确保生产后的电路是可用的。

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