Chapitre 7 : Création du typon

Passons maintenant à la conception du circuit imprimé (de A à Z bien-sûr), en commençant par la création du typon. Ensuite dans le chapitre suivant, nous verrons la fabrication et le matériel adéquat pour fabriquer un CI (Circuit Imprimé).
Une petite définition s'impose :

Définition Wikipédia : En électronique, le typon désigne le masque transparent sur lequel sont imprimées les pistes, dans une encre opaque aux ultraviolets, afin de permettre la gravure d'un circuit imprimé.
Le typon sert lors de l'insolation de la plaque de bakélite.

Le typon est donc composé de pistes (en encre noire) imprimées sur une feuille transparente. Il servira à révéler les pistes sur la plaque de bakélite (le circuit imprimé).
Bref de toute, façon on verra cela par la suite.
Retenez que c'est un schéma qu'on dessine avec l'ordinateur (encore heureux me diriez vous), qui sera indispensable à la création du CI.

WinTypon : LE logiciel

WinTypon est un de ces logiciels qui sert à dessiner des typons.
Autant vous dire tout de suite qu'il est payant (40€), mais il est génial !
Ici vous pouvez télécharger la Démo : WinTypon. La version complète est à commander ici
Prenez la version light (32€) de Wintypon (les prix sont indiqués ici).

Kicad : Un logiciel gratuit

Kicad est un logiciel cette fois-ci gratuit, mais plus laborieux et si je peux me permettre chiant...
Cependant, si vous voulez l'utiliser, lisez ce tutoriel : [logiciel] Kicad

Eagle

Il y'a également Eagle, un tutoriel est disponible ici.

Partie 1 : Premier pas

Installation de Wintypon et prise en main

Nous parlerons ici de la version complète, elle est compatible sur Vista, Xp, Windows 7, et sur la distribution Debian.
L'installation ne devrait en principe pas poser de problèmes.

Dans un premier temps, nous allons tout de suite indiquer où se trouvent les dossiers contenant les empreintes (ce sont les empreintes des composants) à Wintypon.
Pour cela, il faut aller dans le menu Outils--Options, puis dans l'onglet --Dossier--, cliquez sur le premier parcourir. Ici vous sélectionnerez le répertoire par défaut qui contiendra les futurs typons que vous créerez.
Le deuxième "parcourir" correspond au dossier des empreintes qui se trouve ici par défaut : "C:\Micrelec\empreinte".
Voilà nous allons maintenant découvrir l'interface du logiciel qui est vraiment bien agencée.

Commencez par créer un nouveau fichier (fichier--nouveau). Vous avez devant vous le nouveau typon pour l'instant sans bordures :

Nouveau : Créer un nouveau typon
Ouvrir : Ouvrir un typon
Enregistrer : Enregistrer un typon
Ecartement et unité du quadrillage : Ici vous modifierez l'écartement du quadrillage (l'intervalle entre deux carreaux), ainsi que l'unité (pas, cm ou mm). Je vous conseille vivement de garder la grille sur 1 pas car c'est beaucoup plus clair.
Précision des pistes : Quand vous créerez ou déplacerez une piste, elle suivra un quadrillage. Plus la précision est grande plus vous pourrez placer vos pistes précisément. Moi je vous conseille de la mettre sur 1/8
Rafraichir l'écran : Quand une piste reste visible alors que vous l'avez déplacée, ceci réglera le problème.
Vue du circuit entier
Changer de face : Sur un CI, il y'a deux faces : Cuivre et composant. Ceci vous permet de changer de face
Placer une nouvelle piste
Insérer un angle à une piste
Modifier la largeur des pistes
Placer un composant (vous pouvez aussi créer vous mêmes une empreinte de composant)
Créer un contour de carte (c'est ce que nous allons faire juste après)

Créer un contour de carte

Comme nous allons imprimer notre typon sur un circuit imprimé, il faut que celui-ci ait la même taille et la même forme que le circuit imprimé...
Donc il faut savoir sa taille, sa forme sera rectangulaire (dès fois on fait un CI en forme de cercle pour des cas bien précis). Pour commencer et être sur d'avoir de la place il est conseillé de commencer par la taille : 10 x 16 cm ou 100 x 160 mm.
Alors c'est partit, créons un contours de carte avec le bouton n°13 (indiqué ci-dessus). Vérifiez bien que l'unité est en cm est indiquée, et écrivez 10 en hauteur et 16 en largeur.
Voilà, vous avez un joli contour de carte en rouge qui ne faudra pas dépasser !

Les pistes et composants

Après la bordure, nous allons placer des composants. Cliquez sur le bouton 12, et sélectionnez dans la colonne de gauche "Led" et dans celle de droite la bonne vieille led 5mn.
Ensuite vous pourrez la placer où bon vous semble, mais dans le contour de carte bien sûr ^^. Nous allons maintenant changer son nom et sa valeur, cliquez sur le bouton "modifier" et sélectionnez la led (cliquez sur les empreintes).
Voici ce qui s'affiche devant vous :

Je ne pense pas que ce soit compliqué, vous pouvez entrer plusieurs champs si vous souhaitez préciser le nom du composant, modifier la position, la police et la taille des champs.
En valeur nous indiquerons 5mn. Après avoir cliqué sur OK, vous remarquerez que le "5mn" est flou, c'est normal il faut rafraichir l'écran avec F5 ou le bouton 6.
Pour déplacer les champs il suffit d'utiliser l'outil "déplacer". Si le déplacement est imprécis, il faut modifier l'accrochage (bouton 5).
Placez encore 2 autres Led, modifiez les si ça vous chante. Nous allons maintenant les relier avec des pistes (cliquez sur le bouton 9). Puis cliquez sur une borne d'une Led et reliez là à une autre borne d'une autre led. Si on clique dans le vide cela défini un angle sur lequel on peut repartir pour une autre direction.
Voici le résultat quand on relit trois led :

Sauf que le circuit n'est pas tellement propre, il faut déplacer les pistes au milieu des bornes des leds et éviter le moins de diagonales possible. On déplacera aussi les champs en dehors des pistes (c'est plus joli). Voici ce que ça donne :

Je vous préviens, il faut être très rigoureux avec ces choses là, vous devez faire comme dans l'exemple précédant ! Cela évite notamment les courts-circuits et les mauvaises surprises !

Partie 2 : Création du schéma d'Easybot

Comme je pourrais vous donner un schéma tout fait d'Easybot, je vous propose d'en construire un ensemble !

Les préliminaires

Pour commencer, créez une bordure de taille 10 x 16 cm (comme avant) dans un nouveau typon.
Et maintenant c'est parti, vous allez voir à quel point ce logiciel est simple d'utilisation. On va placer en premier le cœur du robot, le boss incontesté : Le pic 16F877. Je vous rappelle que c'est un circuit intégré qui a 40 broches (ça va être un peut chiant à souder si je peux me permettre). Dans la fenêtre des composants, sélectionnez dans la première colonne "Support CI" (CI = Circuit Intégré).
Puis dans la 2ème colonne "circuit 40br" (surtout pas le 40br o). Placez-le au milieu un peu vers le bas, en horizontal avec l'encoche à gauche (clic droit pour pivoter). Ça donne ça :

Rafraichissez tout de suite l'écran (F5) et renommez le composant pour que ça soit clair (ne mettez pas trop d'info non plus, 16f877 fera largement l'affaire).
C'est de là que tout partira, c'est pour cela qu'on le met souvent en premier.

Ensuite viens les borniers qui serviront à connecter proprement les câbles des moteurs d'alimentation... à la carte.
Ce seront des borniers2 (avec deux broches), il y'en aura deux pour les moteurs (2 fils par moteurs), deux pour les boutons poussoirs, un pour l'alimentation et un éventuellement pour une LED. Ce qui nous fait 6 borniers2. Voici le placement logique des bornier (dans la 1ère colonne, sélectionnez "connecteur" et dans la 2ème "bornier 2") :

J'ai indiqué beaucoup d'informations pour que le typon soit le plus clair possible (Ces infos ne seront bien-sûr pas visibles sur le typon imprimé, ils servent juste d'indication).
Il est toujours important de mettre les "+" et "-" pour ne pas se tromper par la suite, d'indiquer à quoi correspondent les borniers. Veillez à toujours les placer sur la même ligne et laisser un minimum d'espace entre celui-ci et le CI.

Pour fournir une base de temps au micro-contrôleur, il faut un quartz branché en parallèle avec deux condensateur de 22 picofahrad (c'est minuscule). Le Quartz est un quartz "2 pas" (se situe dans l'onglet "Quartz") et les condensateurs des "céramique_rect 2x3 p". Vous les placerez devant les broches 13 et 14 du pic.

Passons au L293D, c'est un CI 16 broches. Il nous faut donc un support CI de 16br. Dans la catégorie "Support CI", sélectionnez "circuit 16br." et placez le au dessus du pic, verticalement et l'encoche vers le haut.

Afin d'éviter des parasites sur la sortie des Boutons Poussoirs, nous allons placer des résistances de tirage. Elles servent à "aspirer" les éventuels parasites dans le but de ne pas tromper le micro-contrôleur. Elles sont reliées à la masse comme ceci :

Le pic 16F877 doit être alimenté en 5V CC (comme bon nombre de pics). Il vous faut placer le régulateur 7805 (dans la liste des composants) en dessous du bornier d'alimentation. Il se situe dans la catégorie "régulateur" -- "régulateur to220 à plat".

Et à part ça il ne nous reste plus grand chose si ce n'est peut-être un interrupteur, vous pouvez prendre l'inverseur pcb, c'est l'interrupteur classique qu'on soude sur le Circuit Imprimé. Voici le Circuit Imprimé final avec seulement les composants :

Les connexions

Il va falloir connecter tout le bastringue maintenant.
Je vous propose deux solutions, une barbare longue mais sûre, et une rapide mais qui demande plus d'expérience.
La première va être de simplement connecté les pistes aux pastilles en traçant nous même avec la souris. La deuxième est de connecter toutes les pastilles ensemble et ensuite lancer ce qu'on appelle un auto-routeur qui va faire le travail à votre place.

Nous allons décrire la deuxième technique, la première vous sera alors évidente si vous avez compris la deuxième.
Sélectionnez l'outil "Placer une nouvelle connexion" juste à côté de la "largeur de piste" (le "1mn"). Puis placez votre première connexion, entre le "+" de l'Alim et une broche de l'interrupteur. C'est très simple, vous cliquez sur la pastille 1 du bornier de l'Alim puis sur la pastille 3 de l'interrupteur. Et hop une connexion de faîte ! Ça devrait donner ceci :

Voilà maintenant je vais vous indiquer gentiment mais c'est bien parce'que je suis gentil toutes les connexions à effectuer sur notre montage. A votre place je trouverais ça trop facile et je chercherais par moi même, mais libre à vous de choisir. Je vais vous donner en premier le schéma avec toutes les connexions, ça donne ça :

Le 7805 est composé de trois broches. La broche numéro une attend une tension continue de 12V à peu près, autrement dit le "+" de notre Alim. Donc connectez la broche 1 de l'interrupteur avec la broche "1" du 7805.
La broche 2 du 7805 doit être connectée à la masse du circuit "le -"
La broche 3 débite une tension continue de 5V
Le "+" des deux boutons poussoirs seront connectés au +5V du 7805 (attention pas au "12V" !!)
Le "-" des deux BP respectivement connectés aux broches 2 de la résistance R1 et R2
Les broches 2 des résistances seront connectées au pic, j'ai choisi les broches 35 et 34 (RB2 et RB1)
Les broches 1 des résistances connectées à la masse
Les broches 13 et 14 du pic connectées au quartz, les pattes du quartz aux condensateurs puis les broches 2 des condos à la masse
Les broches 1, 11 et 32 du pic connectées au +5V du 7805.
Les broches 12 et 31 à la masse (pour info Vdd = "+" et Vss = "-")

Les broches 16 et 8 sont connectées au + de l'Alim
Les broches 1 et 9 sont connectées respectivement aux broches 36 et 28 du pic
Les broches 2 et 10, 15 et 17 sont respectivement connectées ensemble pour la marche avant et arrière du moteur
puis la broche 2 ou 10 connectée à la broche 17 du pic et la broche 15 ou 7 connectée à la broche 16 du pic
Vient ensuite les connexions moteurs :
La broche 3 sera connectée au + du Moteur1, la broche 6 au -.
La broche 11 connectée au + Moteur2, la broche 14 au -

Et viens en dernier la Led que je n'ai pas connectée sur le schéma. Connectez le + de la Led à la broche 38 (RB5) du pic, et le - à la masse

L'Auto routeur

Derrière ce nom barbare se cache un outil bien pratique, il va vous tracez les piste sans que vous n'ayez à lever le petit doigt !
Nous allons d'abord le configurer, dans l'onglet "Auto routeur" sélectionnez "Paramètres".
En largeur des pistes, on choisit en principe "1mn". Le pas de routage signifie la précision des pistes, on va prendre 1/8. Et enfin l'écart entre une piste et une piste ou une piste et une pastille sera en principe de 1/2. Puis cliquez sur OK.

Maintenant il suffit de lancer l'Auto routeur en cliquant sur "Exécuter (un essai)".
Il se peut qu'il y ait des composants qui ne sont "pas sur le pas de routage", dans ce cas supprimez les, on les reconnectera après le routage.
Si vous avez suivi mes instructions à la lettre le routage devrait être le suivant (j'ai supprimé les condos car ils n'étaient pas sur le pas de routage) :

Vous pouvez constater qu'il reste des piste que Wintypon n'a pas pu routé, c'est la raison pour laquelle je vous ai dit plutôt que cette technique était sale mais rapide.
Il va donc falloir les tracer vous mêmes ces pistes, et si c'est impossible par moments et bien il suffit de passer par dessus les piste à l'aide d'un strap (dans "fenêtre des composants" - "Strap")
NB : Quelque soit la longueur du strap, prenez toujours une pastille de 2mn1.

Allez au boulot ! Ça met généralement deux heures... N'oubliez pas de replacer vos composant si vous an avez supprimé auparavant pour le routage !

Le Circuit imprimé d'Easybot final

Ça y est c'est fait ? C'était long ? Je suppose que oui :p
Avant de terminer ce chapitre, nous allons mettre un petit texte sur le circuit imprimé. Celui-ci va servir à deux choses :
A l'esthétique, c'est toujours important
Puis à donner le sens quand nous graverons le circuit.

Sélectionnez l'outil "Texte" à gauche de la fenêtre. Là vous pourrez entrer du texte, changer la police (il est conseillé de mettre en gras et en taille 5mn pour que le CI passe mieux à la gravure) l'alignement etc. Mettez "Easybot 2009" pour exemple puis cochez la case "effet miroir". C'est très important, le texte sera alors à l'endroit sur le côté cuivre, car la vue que vous avez sur Wintypon est la vue côté composants, donc si le texte est à l'endroit côté composants, il sera à l'envers côté cuivre.

Voilà comme je suis gentil, je vous propose en téléchargement mon typon d'Easybot (sans le bornier de la Led) :

Télécharger le Typon final(by lukes)

Clic droit - enregistrer la cible du lien sous..

Tenez bon amis roboticiens, la fin n'est plus très loin !