KiCad 与 CircuitMaker 使用方法分享：从零开始学电子设计

摘要

本文档专为电子设计新手打造，详细介绍了两款主流免费电子设计自动化（EDA）软件 ——KiCad 和 CircuitMaker 的使用方法。内容涵盖软件安装、项目创建、原理图绘制、PCB 布局及生产文件导出等完整流程，通过 step-by-step 操作步骤和实用技巧，帮助零基础用户快速掌握电子电路设计的基本技能，适用于单片机、嵌入式系统等小型电子项目的开发。

一、软件简介与适用场景

1. KiCad

• 特点：完全开源免费，跨平台支持（Windows/macOS/Linux），功能全面，适合从简单电路到复杂系统的设计。
• 优势：无版权限制，元件库丰富且可自定义，社区活跃，教程资源多。
• 适用场景：学生作业、开源项目、小型商业产品开发。

2. CircuitMaker

• 特点：免费但需注册账号，基于 Altium 技术，界面友好，集成社区元件库。
• 优势：操作简单易上手，仿真功能基础实用，适合快速原型设计。
• 适用场景： hobbyist 制作、教学演示、简单电路设计。

二、KiCad 使用步骤详解

1. 安装与启动

1. 访问官网（KiCad - Schematic Capture & PCB Design Software），下载对应系统的安装包。
2. 安装时勾选 "全部组件"，包括元件库和示例项目。
3. 启动软件，初始界面显示项目管理窗口，包含 "新建项目" 和 "打开项目" 选项。

2. 新建项目

1. 点击 "新建项目"，选择保存路径（建议单独创建项目文件夹，如 "51_MCU_Project"）。
2. 输入项目名称（如 "main"），点击 "保存"，自动生成两个文件：
   • main.kicad_pro（项目配置文件）
   • main.kicad_sch（原理图文件，自动打开）

3. 绘制原理图

（1）界面介绍

• 左侧：工具栏（放置元件、导线、电源等）
• 右侧：元件库浏览器（搜索和选择元件）
• 中间：绘图工作区

（2）添加元件

1. 点击左侧工具栏 "添加元件" 按钮（电阻 + 问号图标）或按快捷键A。
2. 在右侧搜索框输入元件名称（如 "AT89C51"、"Resistor"、"LED"）。
3. 找到元件后双击，移动到绘图区点击放置（按Esc取消）。
4. 提示：若元件缺失，点击 "管理库" 添加常用库（如 "Device"、"MCU_Microchip"）。

（3）连接元件

1. 点击工具栏 "放置导线" 按钮或按W。
2. 点击元件引脚端点开始绘制，移动到目标引脚端点点击结束（导线自动对齐）。
3. 示例连接：单片机 VCC→电源符号（PWR）的 VCC，GND→GND 符号，IO 口→LED→电阻→GND。

（4）设置元件参数

1. 双击元件打开属性窗口：
   • 修改 "参考编号"（如 R1、C1、U1）
   • 设置 "值"（如电阻 "220Ω"、电容 "10μF"）
2. 完成后按Ctrl+S保存。

（5）电气规则检查（ERC）

1. 点击菜单栏 "工具→运行电气规则检查"。
2. 根据底部提示修改错误（如未连接的引脚、短路）。

4. 生成 PCB 布局

（1）生成网表文件

1. 原理图界面点击 "工具→生成网表文件"，选择 "KiCad 网表" 格式。
2. 保存为main.net（默认路径即可）。

（2）创建并打开 PCB 文件

1. 返回项目管理窗口，右键项目名称→"新建 PCB"，生成main.kicad_pcb。
2. 双击打开 PCB 文件，界面左侧为 PCB 工具栏，中间为布线区域。

（3）导入网表

1. 点击 "工具→从网表更新 PCB"，选择main.net。
2. 点击 "更新"，元件以 "飞线" 形式显示（飞线表示电气连接）。

（4）布局与布线

1. 布局：
   • 按M拖动元件到合适位置（芯片放中间，接口放边缘）。
   • 按R旋转元件，按Delete删除多余元件。
2. 布线：
   • 点击 "放置迹线" 按钮或按X。
   • 点击焊盘开始布线，移动到目标焊盘点击结束（按Tab修改线宽，建议 0.25mm）。
3. 覆铜（增强接地）：
   • 点击 "添加→填充区域"，绘制板框内区域。
   • 在属性中设置 "网络" 为 GND，勾选 "填充"。

5. 生成生产文件

1. DRC 检查：点击 "工具→运行设计规则检查"，确保无错误。
2. 导出 Gerber 文件：
   • 点击 "文件→fabrication outputs→Gerbers 文件"。
   • 勾选必要层：顶层铜（F.Cu）、底层铜（B.Cu）、丝印层、阻焊层、板框（Edge.Cuts）。
   • 生成的文件可直接发送给 PCB 厂家打板。

三、CircuitMaker 使用步骤详解

1. 安装与启动

1. 访问官网（Free PCB Design Software | CircuitMaker），注册免费账号。
2. 下载 Windows 版安装包，安装时勾选 "社区元件库"。
3. 启动后登录账号，进入主界面，显示项目模板和社区设计。

2. 新建项目

1. 点击 "New Project→Blank Project"，输入项目名称（如 "Arduino_LED"）。
2. 选择保存路径，点击 "Create"，自动生成*.SchDoc（原理图）和*.PcbDoc（PCB）。

3. 绘制原理图

（1）界面介绍

• 左侧：快捷工具栏（放置元件、导线等）
• 右侧：Components 面板（元件库）
• 顶部：菜单栏（设计、工具等）

（2）添加元件

1. 在右侧搜索框输入元件名称（如 "Arduino Uno"、"Resistor"、"LED"）。
2. 双击元件或拖拽到绘图区，点击放置。
3. 提示：缺失元件可点击 "Get More Components" 从社区下载。

（3）连接元件与设置参数

1. 按W放置导线，连接元件引脚（如 Arduino 5V→电阻→LED→GND）。
2. 双击元件修改参数：
   • 电阻值（如 "220Ω"）、参考编号（如 R1）。
   • LED 设置正向电压（如 "2V"）。

（4）ERC 检查

1. 点击 "Tools→Run ERC"，根据提示修改错误。

4. 生成 PCB 布局

1. 原理图界面点击 "Design→Update PCB Document"。
2. 点击 "Execute Changes"，元件导入 PCB 界面。
3. 布局：按M移动元件，Space旋转，调整位置使飞线简洁。
4. 布线：按P放置导线，连接对应焊盘（线宽建议 0.2mm）。
5. 覆铜：点击 "Place→Polygon Pour"，设置网络为 GND，覆盖布线区域。

5. 生成生产文件

1. 点击 "Tools→Run DRC" 检查设计规则。
2. 导出 Gerber 文件：
   • 点击 "File→Fabrication Outputs→Gerber Files"。
   • 勾选所需层，生成文件后压缩发送给厂家。

四、新手常见问题与解决方法

1. 元件找不到？

   • KiCad：添加官方库或从 SnapEDA 下载模型。
   • CircuitMaker：使用社区库搜索，选择 "Verified" 元件。

2. 布线时导线无法连接？

   • 确保元件已正确导入 PCB，飞线显示正常。
   • 检查是否在正确的布线层（顶层 / 底层）。

3. 编译 / 检查报错？

   • 查看错误提示的坐标位置，重点检查未连接的引脚和短路。

五、学习资源推荐

• KiCad：官方文档（Documentation | KiCad）、B 站 "KiCad 入门教程"。
• CircuitMaker：官网教程（https://learn.circuitmaker.com/）、YouTube"CircuitMaker Tutorial"。

通过以上步骤，即使零基础用户也能逐步掌握电子电路设计的基本流程。建议从简单电路（如 LED 闪烁电路）开始练习，熟悉工具后再挑战复杂项目。