Conception de circuits imprimés avec KiCad

Présentation du cours

Ce cours propose de découvrir KiCad à travers la réalisation complète d'un projet électronique concret : la conception et la fabrication d'un dé électronique.

L'objectif est de parcourir les différentes étapes permettant de passer d'une idée et d'un schéma électronique à un circuit imprimé (PCB) prêt à être fabriqué.

Le cours sera principalement basé sur la pratique. Les différentes fonctions de KiCad seront découvertes progressivement au fur et à mesure des besoins du projet.

🎲 Le projet : un dé électronique

Tout au long du cours, nous allons concevoir un dé électronique autonome alimenté par une pile 9 V.

Le circuit sera notamment composé de :

• un microcontrôleur ATtiny13 ou ATtiny85 ;

• un registre à décalage 74HC595 pour piloter les LED ;

• 7 LED permettant d'afficher les différentes faces du dé ;

• des résistances de limitation de courant ;

• un bouton-poussoir pour lancer le dé ;

• un régulateur linéaire 7805 pour obtenir l'alimentation 5 V du circuit ;

• les condensateurs nécessaires au filtrage et au découplage ;

• une diode 1N4007 de protection contre l'inversion de polarité de la pile ;

• les différents connecteurs et composants nécessaires au fonctionnement de la carte.

Un premier prototype fonctionnel du dé existe déjà. Il servira de point de départ, mais le circuit sera analysé, corrigé et amélioré pendant le cours.

Un des premiers défauts identifiés concerne par exemple l'absence de protection contre une inversion de la pile 9 V : une simple mise en contact avec une polarité inversée peut actuellement endommager le circuit. Nous ajouterons donc une protection adaptée dans la nouvelle version.

De la conception à la fabrication

À travers ce projet, nous découvrirons progressivement les principales étapes de conception d'un PCB avec KiCad :

• comprendre la structure et la fabrication d'un circuit imprimé ;

• réaliser et organiser un schéma électronique ;

• utiliser les bibliothèques de composants de KiCad ;

• sélectionner les symboles et les empreintes adaptés ;

• lire les informations utiles dans une documentation technique (datasheet) ;

• créer et modifier des symboles ;

• créer des empreintes personnalisées ;

• transférer le schéma vers le circuit imprimé ;

• placer correctement les composants ;

• définir les dimensions et la forme du PCB ;

• router les pistes sur plusieurs couches ;

• utiliser les plans de masse et les vias ;

• vérifier le schéma et le PCB ;

• préparer les fichiers de fabrication ;

• générer les fichiers Gerber et de perçage ;

• découvrir la commande et la fabrication industrielle d'un PCB ;

• aborder les principes du PCBA, avec la nomenclature (BOM) et les fichiers de placement des composants.

Objectif final

À la fin du parcours, l'objectif est d'avoir conçu une nouvelle version complète et fonctionnelle du dé électronique, puis de préparer tous les fichiers nécessaires à sa fabrication.

Le projet permettra ainsi de découvrir l'ensemble du processus :

Schéma électronique → choix des composants → PCB → routage → vérification → fichiers de fabrication → PCB réel.

Le rythme du cours sera adapté à l'avancement du groupe. Certaines notions pourront être approfondies ou ajoutées en fonction des difficultés rencontrées et des questions des participants.