在Fritzing中创建自定义元件-电子发烧友网

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

Fritzing是一个开源的原型制作平台，用户可通过此软件轻松创建电路。与其他免费电路设计工具（比如Eagle或KiCAD EDA）相比，Fritzing的主要优势是能够在“面包板”视图中创建电路——就像使用真正的线缆在实际工作台上连接真实元件。Fritzing拥有许多内置电子元件和第三方库，但是有时候，您的电路可能会用到一些没有包含在其中的新元件或稀有元件。本教程将逐步指导您如何将这些元件转换为Fritzing元件。

软件

Fritzing 版本 0.9.3b – 下载地址： https://fritzing.org/home/

Inkscape – 下载地址： https://inkscape.org/en/

本指南首先教您使用免费Inkscape编辑器处理矢量图形的基础知识。然后，我们使用这些图形为所有三种Fritzing视图创建源文件：面包板视图、原理图视图和PCB视图。最后，我们将添加一些元数据并将其全部集成到一个Fritzing元件中！

第1步：收集所有信息

绘制矢量图形和设计元件之前，我们需要获得元件的所有信息，主要是指创建面包板视图所需的元件物理尺寸。面包板视图中的元件尺寸应与实际元件相同。元件的数据表通常包含元件尺寸，所以最好从这里开始。制造商倾向于将尺寸放在数据表的最后几页上。

图1. 数据表中的元件尺寸

不幸的是，这并不总是这么简单。有时，您正在设计的元件根本没有数据表，尤其是该元件是一个分线板的时候。您可能能够找到分线版上模块的数据表，但是没有分线板自身的尺寸。这时您就不得不临时制作了。请先尝试在互联网上搜索一下。尽管还没有人制作这个Fritzing元件，但是有人可能会为您测量尺寸。如果网上没有，那么请拿出卡尺并开始测量吧。

作为例子，我将会把ROHM传感器评估套件中的几个传感器制作成Fritzing元件：UV传感器(ML8511)，霍尔效应传感器(BD7411G)和颜色传感器(BH1745NUC)。所有传感器的创建步骤几乎都是相同的，所以我们现在只关注ML8511A。该传感器位于一个小型分线板上，由于没有分线板尺寸，我们必须测量大多数项目。

图2. ML8511分线板

要为面包板视图创建图形，我们至少需要外板尺寸、安装孔位置和连接器位置。所有这些都会影响元件在Fritzing中的位置以及与其他元件的连接，因此必须非常精确！

图3. 所需尺寸

提示：分线板上的许多元件都具有标准化的尺寸。比如，排针的间距为2.54毫米（0.1英寸）。像IC这样的元件尺寸我们可以查询其数据表。测量这些通常不是一个好主意，因为您的测量结果还不如数据表中的尺寸准确。

由于面包板视图应与真实元件相同，因此我们还应该测量元件（比如电容、电阻和IC）在面包板上的焊接位置。测量这些元件的位置时不必像连接器那样精确。这些元件不会连至分线板以外的任何其他元件，因此其位置误差不会影响其他Fritzing元件的位置。但是，它们在面包板视图中的位置应与实际元件的位置大致相同。

现在我们有了我们需要的所有尺寸，是时候为真实元件创建精确的矢量图形了！

第2步：面包板视图

Fritzing中的所有图形都基于矢量，并以SVG格式存储 – 可扩展矢量图形（Scalable Vector Graphics）。通常，计算机中的图像通过像素阵列表示。毕竟，即使您正在阅读本文的显示屏幕是由大量像素组成的。这种存储图形信息的方法称为光栅图形（raster）这对于数字存储内容（比如照片）来说非常棒，但是该方法存在一个主要问题：您永远无法获得小于一个像素的细节。您可以放大图像，但是不会获得更精细的细节，只会得到更大的像素。当然，有些图形程序和过滤器可以缓解这个问题，但是没有“缩放和增强”按钮能够奇迹般地为图片添加更多细节。

另一方面，矢量图形处理的是对象，而不是像素。如果您在光栅图形编辑器（比如经典的Microsoft Paint）中创建一个矩形时，您可以更改某些像素的颜色。而在矢量图形编辑器中，您可以创建一个矩形对象。该对象具有颜色等属性；您可以移动、拉伸、转动或以其他方式编辑该对象。放大矢量矩形对象时，您永远不会丧失精度。然后，完成矢量图形后，您可以将它们导出到位图–一个光栅图像。此时，最大的优势就是：您可以定义该位图的分辨率。其大小取决于您的意志！

在本指南中，我使用Inkscape实现所有矢量图形。该软件是免费的，而且简单易用。另外，它还内置了使用教程！下图为Inkscape的主窗口。左侧为工具栏，右侧为捕捉选项，顶部为当前工具设置，底部提供一些基本颜色选择。

图4. 主窗口

首先，我们需要启用网格，这会让对象的放置更容易一些。点击“File（文件）”菜单并单击“Document Properties（文档属性）”（或使用键盘快捷键Ctrl + Shift + D）。系统会弹出一个新的窗口。转到第三个选项卡（“Grids（网格）”）。选择“Rectangular grid（矩形网格）”并点击“New（新建）”按钮。

图5. 文件属性窗口

主窗口中会出现一个蓝色网格，我们可以通过更改参数“Spacing X（X间距）”，“Spacing Y（Y间距）”和“Units（单位）”来更改网格大小。由于我们将以毫米或英寸为单位处理尺寸，因此我建议将网格尺寸设置为0.1毫米或0.01英寸。当然，我们可以随时更改网格的尺寸，具体取决于我们处理的是哪种部件。

现在我们已经准备好创建第一个矢量对象了！通常，我首先创建一个矩形来定义元件的外部尺寸。在主窗口中，选择矩形工具，并通过单击和拖动创建一个新的矩形。矩形的大小和颜色都没关系，我们将在后面设置所有这些内容。

图6. 新矩形

点击菜单“Object（对象）”，然后单击选项“Fill and Stroke（填充和描边）”（键盘快捷键为Ctrl + Shift + F）。首先，我们需要禁用描边，所以选择“Stroke paint（描边颜料）”选项卡并选择“No paint（无颜料）”（大X）。接下来，我们要更改矩形的颜色以匹配分线板的颜色。该板的颜色为深灰色，我们可以在“Fill（填充）”选项卡中进行设置，我选择颜色＃141414。

现在我们需要确定矩形的尺寸。选择矩形，并在顶部栏中更改其宽度和高度以匹配元件的外部尺寸。ML8511分线板为20.0 mm x 20.0 mm，因此我输入这些尺寸。接下来，删除正方形周围的所有空白画布是一个不错的主意，这样我们就不必担心多余的画布。再次打开“Document Properties（文档属性）”窗口，并在第一个选项卡“Page（页面）”中按下“Resize page to drawing or selection（根据图纸或选择调整页面大小）”按钮。现在这个页面跟这个正方形一样大！

图7. 调整页面大小以匹配正方形电路板

该正方形将成为所有部件的基板，就像真实的PCB一样。首先，我们必须添加两个安装孔。创建两个直径与实际安装孔相同的白色圆圈。要创建一个圆，请选择Circle/Ellipse（圆/椭圆工具）并创建一个椭圆。然后，就像我们处理矩形一样，将其颜色改为白色（以便我们可以在电路板的深灰色背景下看到它），并设置其宽度和高度（在本例中为3.3毫米 x 3.3毫米）。将两个圆圈放置在要创建安装孔的位置。

图8. 准备安装孔

现在我们来处理非常酷的矢量内容——选择页面上的所有对象（灰色方块和两个白色圆圈），然后进入菜单“Path（路径）”。点击“Object to Path（对象转路径）”选项。现在，不再有不同类型的对象（矩形和圆形）了，所有对象都具有相同的类型：路径。路径也是对象，能够使用原始对象无法实现的方法进行操作。比如，您可以将一个矩形转换一个路径并在边上添加两个点，将其变成一个六边形！您还可以对路径执行数学运算；您可以将两条路径合并成一条路径。我们将使用其中一种方法在灰色方块中“钻孔”。选择所有对象，返回“Path（路径）”菜单，单击选项“Exclusion（排除）”。眨眼间，白色圆圈现在变成了两个孔！

图9. 创建安装孔

最关键的元件是连接器。如您在真正的分线板上看到的那样，排针指向电路板下方，我将在设计中反映这一点。我将绘制针脚的顶部焊盘，而不是绘制针脚。首先，我将为VDD针脚创建一个浅灰色（＃C1C1C1）方块，为其他三个针脚各创建一个浅灰色圆圈。正方形为2.0毫米×2.0毫米，圆圈的直径为2.0毫米。我还在两个针脚的中心添加一个较暗的圆圈，以便Fritzing中的电线具有明确的连接区域。

图10. 连接器针脚基础

要将一个对象移至另外一个对象的中心，我们应使用另一个功能：“Object（对象）”菜单中的“Align and Distribute（对齐和分配）”（Ctrl + Shift + A）。选择第一个对象（比如浅灰色方块），然后选择第二个对象（小深灰色圆圈）。现在，在“Align and Distribute（对齐和分配）”窗口中，将“Relative to（相对于）”设置为“First selected（首先选中）”，然后单击“Center on vertical axis（垂直轴居中对齐）”和“Center on horizontal axis（水平轴居中对齐）”。这会将小圆圈恰好移至浅灰色方块的中心。

图11. 连接器针脚的顶视图

为了更容易操作完成的针脚，您可以按住Shift单击选择两者，然后按下Ctrl + G，将方块和中心圆组合在一起。接下来，复制并粘贴圆形针脚两次。垂直对齐所有针脚，并将间距改为标准0.1英寸。最简单的方法是将网格大小更改为0.1英寸，然后使用网格对齐。做完这些之后，将四个排针组合在一起，我们的连接器就完成了。剩下的就是将连接器放置到深灰色的分线板上。

图12. 连接器已经完成的电路板

至此，所有关键部件都已到位，现在要做的是添加细节，使Fritzing元件看起来像真实元件。添加的细节完全取决于您自己。我添加了两个电容、一个电阻和实际的传感器芯片。电阻和电容的尺寸是标准化的，传感器芯片的尺寸可以在其数据表中找到。

图13. 带有所有部件的分线板

下一步是添加文字和标记。撰写本文时，Fritzing仅支持OCR A或Droid Sans字体，并会将其他字体转换为上述字体的其中一种，因此所有文本我都使用Droid Sans字体，大小为4.5。最后，按Ctrl + A选择所有内容并将它们组合在一起（Ctrl + G）。将图形保存为新的SVG文件。结果如下图所示。我觉得这非常接近真实元件！

图14. 左侧为实际ML8511传感器，右侧为完成的面包板视图

这里还有另外两个传感器：BH145NUC颜色传感器和BD7411G霍尔传感器。创建这两个图形的步骤与ML8511A几乎相同，只是针脚数量不同：BD7411G有三个针脚（因为这是一个数字传感器），BH1745NUC有五个针脚（该传感器使用I2C总线）。幸运的是，套件中所有传感器的所有关键元件（连接器和安装孔）的位置都相同。

我不是一个图形设计师，但是我认为所有传感器的面包板视图与实际元件非常相像！

图15. 左侧为实际BH1745NUC传感器，右侧为面包板视图

图16. 左侧为实际BD7411G传感器，右侧为面包板视图

好消息 – 最困难的部分已经完成！接下来的事情 – 创建原理图视图 – 要容易的多。

第3步：原理图视图

为原理图创建矢量图比面包板要容易得多。我们不必测量任何东西，因为在原理图中，分线板只是一个带有四个输入端的块。为了让事情变得更容易，我建议您导出现有的Fritzing原理图，然后进行编辑，以满足需求。要从Fritzing中导出零件SVG图形，打开面包板视图，添加一些部件（比如核心元件的三轴加速度计），然后右键单击并选择“Edit (new parts editor)（编辑（新元件编辑器））”，在元件编辑器中将其打开。系统会弹出另一个窗口——元件编辑器。稍后当我们将所有图形组合成一个Fritzing元件时，我们将使用该编辑器。现在，点击“文件（File）”菜单，选择“导出 “Export（导出）” → “as Image（导出为图像）” → “SVG”。在Inkscape打开这个SVG文件。

图17. 导出的原理图

现在我们需要添加一个间距为0.1的新矩形网格。这是因为原理图视图应以0.1英寸的倍数完成。比如，引线的长度为0.2英寸，其间距为0.1英寸。

图18. 准备原理图

从Fritzing导出的图形通常会被组合到一起，因此只需选择所有内容并点击“Ungroup（取消分组）”（Ctrl + Shift + G），直到没有分组为止。然后，我们只需编辑文本，删除两个引线，然后重命名其他引线以匹配分线板。将所有内容重新组合在一起，并将文件保存为SVG文件，原理图视图就完成了！

图19. 完成的原理图

另外两个传感器的原理图如下。同样，除了针脚数量不同之外，整个过程是相同的。

图20. BH1745NUC的原理图

图21. BD7411G的原理图

第4步：PCB视图

说实话，涉及到绘制PCB布局时，我并不是Fritzing的忠实粉丝。也许这仅仅是因为习惯了Eagle，但是，我承认Fritzing的简单易用非常有魅力，特别是对于初学者。我在Fritzing中设计了一块小型单面PCB，但不是更复杂的双层（或更多层）板。这就是说，PCB视图是环境的一个组成部分，如果我们要确保我们的新元件能正常工作，我们也必须为这个视图创建一个图形。

就像原理图一样，最简单的方法就是从Fritzing中导出现有PCB图形并进行编辑。我从元件编辑器的PCB视图中再次导出三轴加速度计元件。这里有一个小问题：用Inkscape打开导出的文件时，您只会看到铜焊盘。这是因为在SVG文件中，所有的丝印形状和文本都是白色的，尽管在Fritzing中显示为黑色。Inkscape允许您更改文档背景颜色，所以再次打开“Document Properties（文档属性）”窗口，在“Page（页面）”选项卡的顶部，将背景颜色更改为黑色。

图22. 导出的PCB图形

就像原理图一样，所有东西都组合在一起。因此，请执行几次“Ungroup（取消组合）”命令，直到您可以单独选择所有白色丝印形状。将轮廓更改为与分线板一样大：20.0毫米x 20.0毫米，并且调整页面大小，以进行匹配。然后，删除我们不需要的丝印形状：中间的箭头和芯片轮廓。我们的分线板只有4个针脚，因此我们更改连接器的丝印轮廓，以与之匹配。最后，重新组合连接器轮廓，以便我们可以轻松移动它，更改其位置使其与真实的电路板相匹配。

图23. 修改丝印之后的PCB图形

现在我们需要更新铜焊盘的位置。从Fritzing输出PCB图形后，实际上两组六个铜焊盘是堆叠在一起的，即一组是顶部焊盘，另一组是底部焊盘。将其中一个铜焊盘组移开，然后取消组合，删除我们不需要的两个焊盘，并重新组合其他四个。然后，将它们对齐到连接器轮廓的中心。对第二组铜焊盘重复这个过程。

图24. 完成的PCB视图

最后一步是更改SVG文件的结构，使其达到Fritzing标准。SVG文件基本上是一个XML（可扩展标记语言）文件，所以您可以直接在任何文本编辑器中进行编辑。然而，使用Inkscape的内置编辑器会更方便。该编辑器的打开方法如下：在“Edit（编辑）”菜单中单击“XML Editor（XML编辑器）”（Ctrl + Shift + X）。

图25. Inkscape XML编辑器

选择其中一个XML节点时，系统会在Inkscape主窗口中选择适当的对象，这样您可以轻松识别给定的SVG对象与哪个XML节点相对应。我们需要添加三个新的XML节点，因此选择根节点（顶层节点，名为“）并按下顶部栏最左边的按钮（“New element node（新元素节点）”）。系统会提示您输入节点名称，因此请输入不带引号的“svg:g”。这会创建一个新的组节点；我们需要将其ID从默认值改为“silkscreen（丝印）”。

图26. 新“silkscreen（丝印）”节点

现在，再创建两个ID为“copper0”和“copper1”的组节点。将包含丝印对象和轮廓的所有节点移至“silkscreen（丝印）”节点中。然后，将其中一个铜焊盘组移至节点“copper0”中，将整个节点“copper0”移至节点“copper1”中。最后，将第二组铜焊盘移至节点“copper1”中。最终的XML结构如下图所示。

图27. 最终的XML结构

另外两个传感器的原理图如下所示。同样，除了针脚数量不同之外，整个过程是相同的。

图28. BH1745NUC的PCB封装

图29. BD7411G的PCB封装

这部分工作完成！我们已经为所有三种Fritzing视图准备好了图形，那么现在剩下的唯一任务就是将它们全部整合到一个全新的Fritzing元件中！

第5步：创建Fritzing元件

之前的所有工作都是为这一步做准备！Fritzing不允许直接创建新元件，所以唯一的方法就是编辑现有元件。比如，在面包板视图中，添加一些元件：我们之前使用的加速度计。右键单击该元件并选择选“Edit (new parts editor)（编辑（新元件编辑器））”。系统会在新窗口中打开元件编辑器。

图30. Fritzing元件编辑器

元件编辑器与Fritzing主窗口非常相似。该窗口有三个基本视图（面包板、原理图和PCB），但是，还有三个额外的选项卡：Icon（图标）、Metadata（元数据）和Connectors（连接器）。Icon（图标）选项卡允许您为元件选择一个图标。Metadata（元数据）允许您编辑元件参数，比如名称以及元件的附加信息等。Connectors（连接器）允许您添加或删除连接针脚并更改其名称和类型。

首先，我们需要设置这三个基本视图。进入面包板视图，在“File（文件）”菜单中单击“Load image for view（加载图像进行查看）”。然后，选择我们在步骤2中创建的SVG面包板文件。之后，请为原理图和PCB视图执行相同的操作。

图31. ML8511A面包板视图

接下来，我们要编辑连接器。打开“Connectors（连接器）”选项卡并将连接器数量设置为4。然后，更改连接器名称，使其与实际电路板上的连接器名称相同。

图32. ML8511A连接器视图

在“Connectors（连接器）”选项卡中设置完所有内容后，我们需要将连接器分配给SVG文件中的对象。分配完成之后，Fritzing就会知道将导线连至我们的元件。打开面包板视图，在右侧栏中，单击第一个连接器（VDD）的“Select graphic（选择图形）”按钮。现在，当您将鼠标悬停在SVG图形上时，系统会用紫色突出显示不同的SVG元素。单击要用作连接器的元素。此时，该元素上会出现一个虚线叉，并且右侧栏的VDD针脚旁边出现一个刻度标记。对面包板视图中的所有其余连接器重复此操作，原理图和PCB视图也执行相同操作。

图33. 面包板视图中指定的VDD连接器

现在我们需要添加与元件相关的所有附加信息。打开元数据选项卡，并更改标题、作者和说明。或者，您可以更改属性和标签，以便更好地对新元件进行分类。

图34 ML8511A元数据视图

我们仍然缺少的最终细节就是即将显示在元件箱中的图标。您可以为图标创建一个新的SVG图形，但是您也可以重新使用面包板、原理图或PCB视图中的图形。我建议使用面包板中的图形，因为它看起来就像真正的元件。转到Icon（图标）选项卡，然后在“File（文件）”菜单中选择“Reuse breadboard image（重新使用面包板图像）”选项。

图35. ML8511A图标视图

点击“File（文件）”菜单中的“Save as new part（另存为新元件）”，以保存元件。系统会提示您输入文件名前缀，但这不是必需的，因此只需保留默认值即可。任务完成！您现在可以关闭元件编辑器，并打开Fritzing主窗口。您的新元件将位于“My Parts（我的元件）”箱中，从现在开始，您可以像使用其他Fritzing元件一样使用它！

结果

下图显示了Fritzing面包板视图中已连至面包板的新元件！