آموزش طراحی شماتیک سلسله‌مراتبی در KiCad - قسمت 40 آموزش Kicad

در kicad، شماتیک‌های چند صفحه‌ای سلسله‌مراتبی هستند. یک صفحه منبع یا ریشه وجود دارد و صفحات اضافی به‌عنوان زیرصفحه‌های صفحه ریشه یا دیگر زیر صفحه‌ها ساخته می‌شوند. در صورت داشتن تمایل صفحات می‌توانند در یک سلسله‌مراتب چندین بار گنجانده شوند.

طراحی یک شماتیک با دقت زیاد به‌عنوان طراحی سلسله‌مراتبی خوانایی شماتیک را بهبود بخشیده و کشیدن‌های تکراری را کاهش می‌دهد.

ایجاد یک شماتیک سلسله‌مراتبی از صفحه ریشه آغاز می‌شود. روال کاری ایجاد یک زیرصفحه است و پس از آن کشیدن مدار در زیرصفحه و ایجاد اتصالات الکتریکی بین صفحات. اتصالات می‌توانند بین گره‌ها در یک زیرصفحه و گره‌ها در صفحه منبع با استفاده از لیبل‌ها و پین‌های سلسله‌مراتبی یا بین هر دو گره در سلسله‌مراتب با استفاده از لیبل‌های سراسری برقرار شوند.

اضافه‌کردن صفحات به یک طراحی

شما می‌توانید یک زیرصفحه را به کمک ابزار Add Hierarchical Sheet (میان‌بر S، یا دکمه در نوارابزار راست) به طراحی اضافه کنید. ابزار را اجرا کرده سپس روی قاب طراحی برای کشیدن گوشه‌های پایین و بالای سمبل زیرصفحه دو بار کلیک کنید. کادر صفحه را به‌اندازه کافی بزرگ در نظر بگیرید تا بتوانید پین‌های سلسله‌مراتبی را که بعداً اضافه می‌کنید را در آن جای دهید.

پنجره خصوصیات صفحه ظاهر شده و از شما یک اسم صفحه و نام فایل می‌خواهد.

نام صفحه باید منحصربه‌فرد باشد به علت اینکه این اسم برای هر گره در زیرصفحه به شکل نام گره کامل است. برای مثال یک گره با لیبل محلی net1 در صفحه sheet1 دارای اسم کامل /sheet1/net1 خواهد بود. اسم صفحه برای ارجاع در جاهای مختلف در GUI نیز استفاده می‌شود که شامل بلوک عنوان و پیمایشگر سلسله‌مراتبی است.

Sheet file فایلی که صفحه جدید در آن ذخیره می‌شود یا از آن بارگذاری می‌شود را مشخص می‌کند. مسیر به فایل صفحه می‌تواند نسبی یا مطلق باشد. معمولاً ذخیره‌کردن فایل‌های زیرصفحه در دایرکتوری پروژه و استفاده از مسیر نسبی راه ترجیحی است به‌طوری‌که پروژه قابل جابه‌جاشدن است.

یک فایل تک صفحه می‌تواند بیشتر از یک‌بار در یک پروژه به‌وسیله مشخص‌کردن اسم فایل مشابه برای هر صفحه تکرار شده استفاده شود. مدار کشیده شده در صفحه به‌ازای هر بار استفاده ارائه خواهد شد و هر ویرایشی در یک مورد به همه موارد دیگر منعکس خواهد شد.

✅ نکته

شماره صفحه در اینجا قابل پیکره‌بندی است. شماره صفحه در بلوک عنوان صفحه و پیمایشگر سلسله‌مراتب نمایش‌داده‌شده و صفحات بر اساس شماره صفحه در پیمایشگر سلسله‌مراتب و در هنگام نقشه‌کشی و چاپ‌کردن مرتب می‌شوند.

چندین گزینه گرافیکی نیز در دسترس است. Border width ضخامت کادر را در اطراف شکل صفحه تعیین می‌کند. Border color و Background fill رنگ را به ترتیب برای کادر و داخل کادر شکل صفحه تنظیم می‌کند. اگر هیچ رنگی تنظیم نباشد یک نمونه رنگ شطرنجی نمایش‌داده‌شده و مقادیر پیش‌فرض از تم رنگ استفاده می‌شود.

صفحات از فیلدهای سفارشی دلخواه پشتیبانی می‌کنند که می‌توانند با دکمه‌های و اضافه و حذف شوند. فیلدهای صفحه می‌توانند به شکل اختیاری با تیک زدن کادر Show خود روی شماتیک نمایش‌داده‌شده و آنها می‌توانند از داخل صفحه یا با استفاده از متغیرهای متن در دیگر فیلدهای صفحه در دسترس قرار بگیرند.

پنجره خصوصیات صفحه می‌تواند در هر زمانی با انتخاب یک سمبل صفحه و استفاده از میان‌بر E و یا با راست کلیک‌کردن روی سمبل شماتیک و انتخاب Properties در دسترس قرار بگیرد.

پیمایش بین صفحات

شما می‌توانید توسط دو بار کلیک روی شکل صفحه کودک یا راست کلیک‌کردن روی صفحه کودک و انتخاب Enter Sheet از صفحه والد به یک صفحه سلسله‌مراتبی وارد شوید.

با استفاده از دکمه در نوارابزار بالا یا با راست کلیک‌کردن در یک قسمت خالی شماتیک و کلیک‌کردن Leave Sheet به صفحه والد برگردید.

شما می‌توانید با دکمه به صفحه  بعدی و با دکمه به صفحه قبلی پرش کنید.

در روش جایگزین شما می‌توانید با پیمایشگر سلسله‌مراتب به هر صفحه‌ای پرش کنید. برای باز کردن ویرایشگر روی دکمه در نوارابزار چپ کلیک کنید. پیمایشگر سلسله‌مراتب در سمت چپ صفحه قفل می‌شود. هر صفحه در طراحی به‌عنوان یک آیتم در درخت نمایش داده می‌شود. کلیک‌کردن روی یک نام صفحه آن صفحه را در قاب ویرایش باز می‌کند.

اتصالات الکتریکی بین صفحات

نمای کلی

اتصالات الکتریکی بین صفحات با لیبل‌ها ایجاد می‌شوند. در Kicad چندین نوع از لیبل وجود دارد که هر کدام هدف اتصال متفاوتی دارند.

• Local labels تنها در داخل یک صفحه اتصالات را برقرار می‌کند؛ بنابراین لیبل‌های محلی نمی‌توانند برای اتصال بین صفحات استفاده شوند.
• Global labels اتصالات را در هر جایی از یک شماتیک صرف‌نظر از صفحه برقرار می‌کند. لیبل‌های سراسری با دکمه  اضافه می‌شوند.
• Hierarchical labels به hierarchical sheet pins که در صفحه والد در دسترس هستند وصل می‌شوند. طراحی‌های سلسله‌مراتبی برای ایجاد اتصالات بین صفحات والد و کودک وابسته به پین‌ها و لیبل‌های سلسله‌مراتبی هستند. شما می‌توانید پین‌های سلسله‌مراتبی را به‌عنوان تعریف‌کردن واسطی برای یک صفحه تصور کنید. لیبل‌های سلسله‌مراتبی با دکمه اضافه می‌شوند.

✅ نکته

✅ نکته

پین‌های صفحه سلسله‌مراتبی

پس از قراردادن لیبل‌های سلسله‌مراتبی داخل زیرصفحه پین‌های سلسله‌مراتبی مچ شده می‌توانند به سمبل زیرصفحه در صفحه والد اضافه شوند. سپس شما می‌توانید با سیم‌ها، لیبل‌ها و باس‌ها اتصالات به پین‌های سلسله‌مراتبی را برقرار کنید. پین‌های سلسله‌مراتبی در یک سمبل زیرصفحه به لیبل‌های سلسله‌مراتبی مچ شده در خود زیرصفحه متصل می‌شوند.

✅ نکته

برای هر لیبل سلسله‌مراتبی در زیر صفحه، پین سلسله‌مراتبی را به داخل سمبل صفحه با کلیک‌کردن روی دکمه در نوارابزار بالا وارد کنید و سپس روی سمبل صفحه کلیک کنید. یک پین سمبل برای اولین لیبل سلسله‌مراتبی مچ نشده به نشانگر موس می‌چسبد جایی که آن می‌تواند در هر جایی در راستای کادر سمبل صفحه قرار بگیرد. دوباره کلیک‌کردن با ابزار به اضافه‌کردن پین‌های صفحه اضافی ادامه خواهد داد تا جایی که دیگر هیچ پین سلسله‌مراتبی برای واردکردن از زیر صفحه باقی نماند. پین‌های صفحه با انتخاب‌کردن Import Sheet Pin از منوی مربوطه نیز می‌توانند وارد شوند.

شما می‌توانید خصوصیات یک پین صفحه را در پنجره Sheet Pin Properties ویرایش کنید. این جدول را با دوبار کلیک‌کردن روی یک پین صفحه، انتخاب یک پین صفحه و استفاده از میان‌بر E یا راست کلیک‌کردن روی یک پین صفحه و انتخاب Properties باز کنید.

نام پین صفحه می‌تواند در کادر متن یا با انتخاب‌شدن از لیست کشویی لیبل‌های سلسله‌مراتبی در زیرصفحه ویرایش شود. یک نام پین صفحه باید حتماً با لیبل سلسله‌مراتبی مربوطه در زیرصفحه مچ شود؛ بنابراین اگر یک نام پین تغییر کند لیبل هم باید تغییر کند.

Shape شکل پین صفحه را تغییر داده و هیچ خاصیت الکتریکی ندارد. این مورد می‌تواند به ورودی، خروجی، دوطرفه، وضعیت سه‌گانه یا غیرفعال تنظیم شود. رنگ و فونت و اندازه متن نیز می‌تواند تغییر کند.

مثال‌های طراحی سلسله‌مراتبی

طراحی‌های سلسله‌مراتبی می‌توانند داخل یکی از دسته‌های زیر قرار داده شوند:

• Simple: هر صفحه تنها یک‌بار استفاده می‌شود.
• Complex: تعدادی از صفحات چندین بار ارائه شده‌اند.
• Flat: یک مورد فرعی از سلسله‌مراتب ساده، بدون اتصالات بین زیرصفحه‌ها و صفحه‌های والد آنها. سلسله‌مراتب تخت می‌تواند برای ارائه‌کردن یک طراحی غیر سلسله‌مراتبی استفاده بشود.

هر مدل سلسله‌مراتبی می‌تواند سودمند باشد. انتخاب مناسب‌ترین نوع بستگی به طراحی دارد.

سلسله‌مراتب ساده

یک مثال ساده از یک سلسله‌مراتب ساده، پروژه دمو video است که همراه با Kicad وجود دارد. صفحه اصلی یا ریشه دارای هفت زیرصفحه منحصربه‌فرد است که هر کدام با لیبل‌ها و پین‌های صفحه سلسله‌مراتبی صفحات را در صفحه ریشه به همدیگر متصل می‌کنند. دو عدد از سمبل‌های زیرصفحه در زیر نشان‌داده‌شده‌اند.

سلسله‌مراتب پیچیده

پروژه دمو complex_hierarchy مثالی از یک سلسله‌مراتب پیچیده است. صفحه اصلی دارای دو سمبل زیرصفحه است که هر دوی آنها به فایل صفحه مشابه (ampli_ht.kicad_sch) ارجاع می‌دهند. این به طراحی اجازه می‌دهد تا دارای دو کپی از یک آمپلی‌فایر یکسان باشد. اگرچه دو سمبل صفحه به نام فایل یکسانی ارجاع می‌دهند؛ اما اسامی صفحه منحصربه‌فرد هستند (ampli_ht_vertical و ampli_ht_horizontal). داخل هر زیرصفحه به‌غیراز شناسه‌های مرجع که همیشه منحصربه‌فرد هستند، مدارات کاملاً برابر هستند.

این پروژه دارای هیچ‌گونه اتصالات پین صفحه‌ای نیست. تنها اتصالات بین صفحه اصلی و زیرصفحه‌ها، اتصالات تغذیه سراسری هستند که با سمبل‌های تغذیه ساخته می‌شوند. هرچند صفحات در یک سلسله‌مراتب پیچیده در صورت نیاز می‌توانند شامل اتصالات پین صفحه‌ای باشند.

سلسله‌مراتب تخت

پروژه دمو flat_hierarchy مثالی از یک سلسله‌مراتب تخت است. صفحه اصلی دارای دو سمبل زیرصفحه منحصربه‌فرد بدون پین‌های صفحه‌ای سلسله‌مراتبی است. صفحه اصلی در این پروژه هیچ کاری به جز نگه‌داشتن زیرصفحه‌ها انجام نمی‌دهد. زیرصفحه ها تنها به‌عنوان صفحات اضافی در شماتیک استفاده می‌شوند.

✅ نکته