CircuitPainter入门指南：用Python代码绘制PCB设计

什么是CircuitPainter

CircuitPainter是一个创新的PCB设计工具，它允许开发者使用Python代码来创建和修改PCB布局。与传统图形化PCB设计软件不同，CircuitPainter将PCB设计过程程序化，为电子工程师和创客提供了全新的工作流程。

环境准备

在开始使用CircuitPainter前，需要确保Python环境已正确配置。建议使用Python 3.6或更高版本，并安装必要的依赖库。

基础概念

1. 创建绘图上下文

所有PCB设计都从一个绘图上下文开始：

from circuitpainter import CircuitPainter
p = CircuitPainter()

这个p对象将成为我们所有设计操作的基础。

2. 图层管理

PCB设计是分层的，不同层承载不同功能：

p.layer('F_SilkS')  # 选择顶层丝印层

可以通过print(p.layers.keys())查看所有可用图层，包括：

• F_Cu: 顶层铜箔
• B_Cu: 底层铜箔
• F_SilkS: 顶层丝印
• Edge_Cuts: 板框层

3. 绘制基本图形

CircuitPainter支持多种基本图形绘制：

# 绘制圆形(圆心x, 圆心y, 半径)
p.circle(0, 0, 3)

# 绘制直线(起点x, 起点y, 终点x, 终点y)
p.line(0, 0, 10, 10)

# 绘制矩形(左下角x, 左下角y, 右上角x, 右上角y)
p.rect(-5, -5, 5, 5)

4. 实时预览

设计过程中可随时预览：

p.preview()

这会生成临时文件并在KiCad编辑器中打开，方便检查设计效果。

进阶功能

1. 线宽控制

p.width(0.5)  # 设置线宽为0.5mm
p.line(0, 0, 10, 0)

2. 坐标变换

CircuitPainter支持平移和旋转变换：

p.translate(10, 10)  # 平移坐标系
p.rotate(30)         # 旋转30度

变换是累积的，可以通过矩阵堆栈管理：

p.push_matrix()  # 保存当前变换状态
# 进行变换和绘制
p.pop_matrix()   # 恢复之前的状态

3. 元件放置

放置元件需要知道元件库和封装名称：

p.layer('F_Cu')
p.footprint(0, 0, "LED_SMD", "LED_0805_2012Metric")

4. 电路连接

为元件分配网络并绘制走线：

# 放置电阻和LED
p.footprint(0, 0, "Resistor_SMD", "R_0805_2012Metric", nets=['gnd','led_n'])
p.footprint(5, 0, "LED_SMD", "LED_0805_2012Metric", nets=['led_n','vcc'])

# 连接两者
p.track(1, 0, 4, 0)  # 绘制铜箔走线

实战案例：LED环形阵列

结合循环和坐标变换，可以轻松创建复杂布局：

for angle in range(0, 360, 30):
    p.push_matrix()
    p.rotate(angle)
    p.translate(5, 0)
    
    # 放置元件
    p.footprint(0, 0, "Resistor_SMD", "R_0805_2012Metric", nets=['gnd',f'led_{angle}'])
    p.footprint(5, 0, "LED_SMD", "LED_0805_2012Metric", nets=[f'led_{angle}','vcc'])
    
    # 绘制连接线
    p.track(1, 0, 4, 0)
    
    p.pop_matrix()

完整设计流程

一个完整的PCB设计通常包括：

1. 元件布局
2. 走线连接
3. 电源平面处理
4. 板框定义
5. DRC检查

# 示例：完整圆形LED板设计
p.no_designators()  # 隐藏元件标号
p.layer('Edge_Cuts')
p.circle(0, 0, 14)  # 定义圆形板框

p.layer('B_Cu')
p.circle_zone(0, 0, 14, net='vcc')  # 创建圆形电源覆铜区

输出设计

设计完成后，可选择：

• 保存为KiCad格式继续编辑：p.save()
• 直接导出Gerber生产文件：p.export_gerber()

设计建议

1. 始终进行DRC检查
2. 合理使用网络标签确保连接正确
3. 复杂设计可分模块实现
4. 充分利用Python的编程能力实现参数化设计

CircuitPainter将PCB设计与编程相结合，为电子设计自动化开辟了新途径。通过掌握这些基础概念，开发者可以创建出传统方法难以实现的复杂PCB布局。