혼자서 PCB만들기: 처음부터 배우는 KiCad를 활용한 PCB설계

 

전자 설계는 창의적이면서도 논리적인 사고를 요구하는 공학의 한 분야입니다. 이 책은 자신만의 전자제품을 만들고자 하는 분들에게 실질적인 도움을 드리기 위해 작성되었습니다. 특히, 진입 장벽이 높았던 유료 전자 설계 프로그램 대신, 무료이면서도 강력한 KiCad를 처음 접하는 분들께 이 도구의 다양한 장점을 소개하고자 하였습니다. KiCad는 무료로 제공되지만, 상용 소프트웨어에 뒤지지 않는 성능을 가지고 있으며, 오픈소스 특유의 활발한 사용자 커뮤니티로 더욱 다양한 설계가 가능합니다.

 

참고 사항

 

https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000215103098

 

https://github.com/pcbcupid/Kicad-7-Series

 

 

이 책을 집필하면서, 독자들이 이론을 실질적인 프로젝트를 통해 익히는 것을 가장 염두에 두었습니다. 그래서 각 장은 실습을 중심으로 구성하였고, 독자들이 직접 따라 할 수 있는 예제를 담았습니다. 이를 통해 전자 회로 설계가 단순한 이론에 그치지 않고, 실생활에 직접 적용할 수 있는 유용한 기술임을 체험해 보길 바랍니다.

 

책을 마무리하면서 두 가지 당부를 드리고자 합니다.

 

첫째, 학습 과정에서 많은 실수를 경험하세요. PCB 설계는 정밀한 작업이지만, 초보자라면 시행착오를 겪는 것은 당연합니다. 중요한 것은 실수로부터 배운 것을 통해 더 나은 설계로 향해 나아가는 것입니다.

 

둘째, 스스로 질문하고 탐구하는 자세를 유지하세요. 전자 설계 및 프로그래밍은 무한한 가능성을 가진 분야입니다. 새로운 문제에 도전하고, 창의적인 해결책을 모색하는 과정에서 더 많은 것을 배우게 될 것입니다. 

책 속으로

 

Enerdata의 세계에너지 및 기후통계 2024의 세계 전력 소비 추이를 보면 1990년부터 2023년까지 전 세계적으로 전력 소비량이 꾸준히 증가하고 있으며, 특히 경제 성장과 인구 증가가 활발한 지역에서 그 수요가 급증하고 있다. 전력 소비가 증가한 원인은 여러 가지 복합적인 요소가 작용한 결과일 것으로 추정되나 정보통신기술(ICT)의 발달과 함께 데이터 센터, 서버 팜, 통신 네트워크 등의 전력 소비가 급격히 증가하고 가정에서 사용하는 냉난방, 전자제품, 조명, 스마트폰, 컴퓨터, 전기차, 인터넷 사용이 폭발적으로 증가가 원인 중 하나로 보여진다.

 

오늘날 이처럼 무수히 많은 전자 제품이 우리 일상생활의 모든 측면에서 중요한 역할을 하고 있다. 이에 따라 전자 회로 설계의 중요성도 점점 더 커지고 있습니다. 회로 설계와 PCB(Printed Circuit Board) 제작 기술은 다양한 분야에서 필수적인 기술로 자리 잡았으며, 이러한 기술을 이해하고 적절히 활용하는 것은 전자 기기를 설계하고 개발하는 데 있어 필수적인 과정이다. 이 책은 전자 설계를 처음 접하는 초보자부터 중급 사용자까지, KiCad를 통해 PCB 설계를 배우고자 하는 모든 분들을 대상으로 작성되었다.

 

KiCad는 오픈소스 기반의 전자 설계 자동화(EDA) 도구로, 회로도 작성, PCB 레이아웃 설계, 3D 시뮬레이션 등 다양한 기능을 지원한다. 무료로 제공되면서도 다양한 기능을 제공하고 있어 KiCad는 취미로 전자 기기를 제작하는 사람들부터 전문 엔지니어에 이르기까지 폭넓게 활용되고 있다.

 

이 책은 KiCad의 기본적인 사용법부터 체계적으로 다루며, 실습으로 독자들이 실제로 PCB를 설계하고 제작할 수 있도록 돕기 위해 기획되었다.

 

책의 전반부에서는 KiCad의 기본 개념과 사용 방법을 소개하고, 후반부에서는 실질적인 프로젝트 예제를 통해 독자들이 배운 내용을 직접 적용할 수 있도록 구성하였다. 또한, PCB 설계가 완료된 후에는 마이크로컨트롤러와 같은 장치를 제어하기 위해 간단한 C 프로그래밍 언어 예제를 사용하는 방법도 포함되어 있다. 이를 통해 독자들은 전자 기기의 설계에서 프로그래밍까지 전 과정을 아우르는 포괄적인 학습 경험을 얻을 수 있을 것이다. 

 

 

목차

• 저자서문 5
  서론 12
  
  KiCad 소개 15
  1.1 KiCad란 무엇인가? 17
  1.2 KiCad의 주요 기능 및 사용 용도 18
  1.3 설치 및 기본 설정 20
  1.4 KiCad의 인터페이스 이해하기 29
  1.4.1 프로젝트 관리자 창 29
  1.4.2 회로도 편집기(Schematic Editor) 30
  1.4.3 PCB 편집기(PCB Editor) 34
  1.4.4 3D 뷰어(3D Viewer) 37
  
  전자회로 기초 39
  2.1 전자회로의 기본 원리 41
  2.1.1 옴의 법칙(Ohm’s Law) 41
  2.1.2 키르히호프의 법칙(Kirchhoff’s Laws) 42
  2.1.3 직류(DC)와 교류(AC) 44
  2.1.4 전자 회로의 분류 44
  2.1.5 전자 회로에서 사용되는 단위 45
  2.2 기본 전자 부품 소개 46
  2.2.1 저항(Resistor) 46
  2.2.2 캐패시터(Capacitor) 48
  2.2.3 다이오드(Diode) 50
  2.2.4 트랜지스터(Transistor) 50
  2.2.5 인덕터(Inductor) 51
  2.2.6 스위치(Switch) 51
  2.3 회로도 이해하기 52
  2.3.1 도선, 전원 53
  2.4 전자회로 기초이론 실습 55
  2.4.1 직렬 회로 설계 55
  2.4.2 병렬 회로 설계 56
  2.4.3 기본 LED 회로 설계 57
  2.4.4 센서 회로 설계 59
  
  KiCad 회로도 편집기(Schematic Editor) 65
  3.1 Schematic Editor 소개 및 기본 인터페이스 67
  3.1.1 심볼 에디터(Symbol Editor) 68
  3.1.2 심볼 라이브러리 브라우저(Symbol Library Browser) 70
  3.1.3 풋프린트 에디터(Footprint Editor) 70
  3.1.4 회로도 주석(Annotate Schematic) 71
  3.1.5 전기규칙검사기(Electrical Rules Checker) 72
  3.1.6 시뮬레이터(Spice Simulator) 72
  3.1.7 풋프린트 할당(Assign Footprints) 73
  3.1.8 심볼 필드 테이블(Edit Symbol Fields) 73
  3.1.9 BOM 생성(Generate Bill of Materials) 74
  3.1.10 PCB 편집기 전환(Switch to PCB Editor) 74
  3.1.11 스크립팅 콘솔(Scripting Console) 74
  3.2 회로도 그리기 (부품 배치, 연결, 라벨 설정) 75
  3.2.1 회로도그리기 과정 75
  3.3 회로도 그리기 실습 81
  3.3.1 기본 LED 회로 81
  PCB 설계 기초 93
  4.1 PCB란 무엇인가? 95
  4.1.1 PCB 주요 기능 95
  4.1.2 PCB 분류 96
  4.1.3 PCB 제작 과정 96
  4.2 PCB의 구성 요소 및 구조 101
  4.3 PCB 설계의 기본 원칙 102
  4.3.1 부품 배치 원칙 102
  4.3.2 배선(Layout) 원칙 103
  4.3.3 전원 및 접지 설계 103
  4.3.4 전자기 호환성(EMC) 설계 104
  4.3.5 열 관리 104
  4.3.6 제조 가능성(DFM, Design for Manufacturability) 고려 105
  4.4 PCB 설계에서의 일반적인 문제와 해결 방법 105
  
  KiCad PCB 편집기(PCB Editor) 109
  5.1 PCB Editor 소개 및 기본 인터페이스 111
  5.1.1 회로도에서 PCB 업데이트(Updata PCB from Schematic) 112
  5.1.2 풋프린트 라이브러리 브라우저(Footprint Library Browser) 113
  5.1.3 디자인 규칙 검사기(Design Rules Checker) 114
  5.1.4 3D 뷰어(3D Viewer) 114
  5.2 회로도를 기반으로 한 PCB 디자인 116
  5.2.1 PCB Layout 과정 116
  5.3 PCB Layout 실습 145
  5.3.1 기본 LED 회로 145
  디지털 시계 설계 프로젝트 169
  6.1 프로젝트 개요 171
  6.2 회로 설계 172
  6.2.1 설계에 사용하는 소자 172
  6.2.2 심볼 준비 173
  6.2.3 LED 풋프린트 만들기 175
  6.2.4 스위치(ITS-1105)의 풋프린트 만들기 176
  6.2.5 7세그먼트 디스플레이(S-5462ASR2/C)의 풋프린트 만들기 177
  6.2.6 아두이노 쉴드 회로 179
  6.2.7 LED 회로 180
  6.2.8 BUZZER 및 스위치 회로 181
  6.2.9 74HC595 시프트 레지스터 회로 181
  6.2.10 도트 매트릭스 회로 182
  6.2.11 세븐 세그먼트 회로 183
  6.2.12 최종 회로도 완성 184
  6.2.13 풋프린트 설정 및 ERC 185
  6.2.14 PDF 생성 185
  6.3 PCB 레이아웃 설계 및 제작 186
  6.3.1 PCB 레이아웃 186
  6.4 부품주문 201
  6.5 PCB 조립 202
  
  디지털 시계 프로그래밍 205
  7.1 아두이노 개발환경 구축 207
  7.2 아두이노 프로그램 구조 208
  7.3 아두이노에서 자주 사용하는 함수 209
  7.4 아두이노에서의 객체지향 프로그래밍 211
  7.5 객체지향 스타일의 Blink 214
  7.5.1 클래스 정의 214
  7.5.2 객체 생성 및 사용 215
  7.6 Clock 클래스 216
  7.6.1 클래스 정의 216
  7.6.2 객체 생성 및 사용 219
  7.7 Buzzer 클래스 220
  7.7.1 클래스 정의 220
  7.7.2 객체 생성 및 사용 221
  7.8 Button 클래스 221
  7.8.1 클래스 정의 222
  7.8.2 객체 생성 및 사용 223
  7.9 DynamicDisplay 클래스 223
  7.9.1 클래스 정의 224
  7.9.2 객체 생성 및 사용 227
  7.10 전체 프로그램 작성 228
  
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