atreus.rkt

   1 #lang racket
   2
   3 (define cols 12)
   4 (define rows 4)
   5
   6 (define x-offset 20)
   7 (define y-offset 20)
   8
   9 (define spacing 19)
  10 (define angle 10)
  11
  12 (define column-offsets '(8 5 0 6 11 59 59 11 6 0 5 8))
  13
  14 (define (switch-module x y rotation label net-pos net-neg)
  15   ;; TODO: set timestamps?
  16   `(module MX_FLIP (layer Front) (tedit 4FD81CDD) (tstamp 543EF801)
  17     (at ,x ,y ,rotation)
  18     (path /543DB910) ; TODO: this is not documented; no idea what it does
  19     (fp_text reference ,label (at 0 3.302 ,rotation) (layer F.SilkS)
  20              (effects (font (size 1.524 1.778) (thickness 0.254))))
  21     (fp_line (start -6.35 -6.35) (end 6.35 -6.35)
  22              (layer F.SilkS) (width 0.381))
  23     (fp_line (start 6.35 -6.35) (end 6.35 6.35)
  24              (layer F.SilkS) (width 0.381))
  25     (fp_line (start 6.35 6.35) (end -6.35 6.35)
  26              (layer F.SilkS) (width 0.381))
  27     (fp_line (start -6.35 6.35) (end -6.35 -6.35)
  28              (layer F.SilkS) (width 0.381))
  29     (pad 0 np_thru_hole circle (at 0 0) (size 3.9878 3.9878)
  30          (drill 3.9878)) ; switch hole, no copper
  31     (pad 0 np_thru_hole circle (at -5.08 0) (size 1.7018 1.7018)
  32          (drill 1.7018)) ; board-mount hole, no copper
  33     (pad 0 np_thru_hole circle (at 5.08 0) (size 1.7018 1.7018)
  34          (drill 1.7018)) ; board-mount hole, no copper
  35     (pad 1 thru_hole circle (at 2.54 -5.08) (size 2.286 2.286) (drill 1.4986)
  36          (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) ,net-pos)
  37     (pad 1 thru_hole circle (at 3.81 -2.54) (size 2.286 2.286) (drill 1.4986)
  38          (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) ,net-pos)
  39     (pad 2 thru_hole circle (at -2.54 -5.08) (size 2.286 2.286) (drill 1.4986)
  40          (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) ,net-neg)
  41     (pad 2 thru_hole circle (at -3.81 -2.54) (size 2.286 2.286) (drill 1.4986)
  42          (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) ,net-neg)))
  43
  44 (define (diode-module x y rotation label net-pos net-neg)
  45   `(module DIODE (layer Front) (tedit 4E0F7A99) (tstamp 543EF854)
  46     (at ,x ,y ,(+ 90 rotation))
  47     (path /543DB90F)
  48     (fp_text reference D2:2 (at 0 0 180) (layer F.SilkS) hide
  49              (effects (font (size 1.016 1.016) (thickness 0.2032))))
  50     (fp_line (start -1.524 -1.143) (end 1.524 -1.143)
  51              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  52     (fp_line (start 1.524 -1.143) (end 1.524 1.143)
  53              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  54     (fp_line (start 0 -1.143) (end 0 1.143)
  55              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  56     (fp_line (start 0 -1.143) (end -1.524 0)
  57              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  58     (fp_line (start -1.524 0) (end 0 1.143)
  59              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  60     (fp_line (start 1.524 1.143) (end -1.524 1.143)
  61              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  62     (fp_line (start -1.524 1.143) (end -1.524 -1.143)
  63              (layer F.SilkS) (width 0.2032))
  64     (fp_line (start -3.81 0) (end -1.6637 0) (layer Back) (width 0.6096))
  65     (fp_line (start 1.6637 0) (end 3.81 0) (layer Back) (width 0.6096))
  66     (fp_line (start -3.81 0) (end -1.6637 0) (layer Front) (width 0.6096))
  67     (fp_line (start 1.6637 0) (end 3.81 0) (layer Front) (width 0.6096))
  68
  69     (pad 1 thru_hole circle (at -3.81 0 180) (size 1.651 1.651)
  70          (drill 0.9906) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) ,net-neg)
  71     (pad 2 thru_hole rect (at 3.81 0 ,rotation) (size 1.651 1.651)
  72          (drill 0.9906) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) ,net-pos)
  73     (pad 99 smd rect (at -1.6637 0 ,rotation) (size 0.8382 0.8382)
  74          (layers Front F.Paste F.Mask))
  75     (pad 99 smd rect (at -1.6637 0 ,rotation) (size 0.8382 0.8382)
  76          (layers Back B.Paste B.Mask))
  77     (pad 99 smd rect (at 1.6637 0 ,rotation) (size 0.8382 0.8382)
  78          (layers Front F.Paste F.Mask))
  79     (pad 99 smd rect (at 1.6637 0 ,rotation) (size 0.8382 0.8382)
  80          (layers Back B.Paste B.Mask))))
  81
  82 (define microcontroller-module
  83   `(module A_STAR (layer Front) (tedit 4FDC31C8) (tstamp 543EF800)
  84     (at 134 70 270)
  85     (path /543EEB02)
  86     (fp_text value A-STAR (at -3 0 270) (layer F.SilkS)
  87              (effects (font (size 3.048 2.54) (thickness 0.4572))))
  88     (fp_line (start -15.24 7.62) (end 10.1 7.62) (layer F.SilkS) (width 0.381))
  89     (fp_line (start 10.1 7.62) (end 10.1 -7.62) (layer F.SilkS) (width 0.381))
  90     (fp_line (start 10.1 -7.62) (end -15.24 -7.62) (layer F.SilkS) (width 0.381))
  91
  92     (pad B5 thru_hole circle (at -13.97 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
  93          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 7 N-col-2))
  94     (pad B4 thru_hole circle (at -11.43 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
  95          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 8 N-col-3))
  96     (pad E6 thru_hole circle (at -8.89 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
  97          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 9 N-col-4))
  98     (pad D7 thru_hole circle (at -6.35 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
  99          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 5 N-col-0))
 100     (pad C6 thru_hole circle (at -3.81 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 101          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 6 N-col-1))
 102     (pad D4 thru_hole circle (at -1.27 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 103          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 10 N-col-5))
 104
 105     (pad D0 thru_hole circle (at 1.27 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 106          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 1 N-row-0))
 107     (pad D1 thru_hole circle (at 3.81 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 108          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 2 N-row-1))
 109     (pad D3 thru_hole circle (at 6.35 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 110          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 3 N-row-2))
 111     (pad D2 thru_hole circle (at 8.89 6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 112          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 4 N-row-3))
 113
 114     (pad F7 thru_hole circle (at -13.97 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 115          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 13 N-col-8))
 116     (pad F6 thru_hole circle (at -11.43 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 117          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 12 N-col-7))
 118     (pad B6 thru_hole circle (at -8.89 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 119          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 11 N-col-6))
 120     (pad B7 thru_hole circle (at -6.35 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 121          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 15 N-col-10))
 122     (pad D6 thru_hole circle (at -3.81 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 123          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 14 N-col-9))
 124     (pad RST thru_hole circle (at -1.27 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 125        (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 0 ""))
 126     (pad GND thru_hole circle (at 6.35 -6.35 270) (size 1.7526 1.7526)
 127          (drill 1.0922) (layers *.Cu *.SilkS *.Mask) (net 0 ""))))
 128
 129 (define nets
 130   `((net 0 "")
 131     (net 1 N-row-0)
 132     (net 2 N-row-1)
 133     (net 3 N-row-2)
 134     (net 4 N-row-3)
 135     (net 5  N-col-0)
 136     (net 6  N-col-1)
 137     (net 7  N-col-2)
 138     (net 8  N-col-3)
 139     (net 9  N-col-4)
 140     (net 10 N-col-5)
 141     (net 11 N-col-6)
 142     (net 12 N-col-7)
 143     (net 13 N-col-8)
 144     (net 14 N-col-9)
 145     (net 15 N-col-10)
 146     ,@(for/list ([s (in-range 42)])
 147         (list 'net (+ 16 s) (string->symbol (format "N-diode-~s" s))))))
 148
 149 (define (net-class nets)
 150   (append '(net_class Default "This is the default net class."
 151             (clearance 0.254)
 152             (trace_width 0.2032)
 153             (via_dia 0.889)
 154             (via_drill 0.635)
 155             (uvia_dia 0.508)
 156             (uvia_drill 0.127))
 157           (for/list ([n nets])
 158             (list 'add_net (last n)))))
 159
 160 (define (switch row col)
 161   (let* ([left? (< col 6)]
 162          [rotation (if left? -10 10)]
 163          [x (* (+ 1 col) spacing)]
 164          [y (+ (list-ref column-offsets col) (* spacing row))]
 165          [hypotenuse (sqrt (+ (* x x) (* y y)))]
 166          [Θ (atan (/ y x))]
 167          [Θ′ (- Θ (degrees->radians rotation))]
 168          [x′ (+ (if left? x-offset 5) (* hypotenuse (cos Θ′)))]
 169          [y′ (+ (if left? y-offset (+ y-offset 42.885)) (* hypotenuse (sin Θ′)))]
 170          [label (format "SW~a:~a" col row)]
 171          [diode (+ row (* col 4))]
 172          ;; if we try to number nets linearly, kicad segfaults; woo!
 173          ;; so we re-use the nets we skipped with the missing col 5/6 diodes
 174          [diode (cond [(> diode 44) (- diode 20)]
 175                       [(> diode 41) (- diode 21)]
 176                       [true diode])]
 177          [net-col (if left? col (- col 1))]
 178          [diode-net `(net ,(+ 16 diode)
 179                       ,(string->symbol (format "N-diode-~s" diode)))]
 180          [column-net `(net ,(+ net-col 5)
 181                        ,(string->symbol (format "N-col-~s" net-col)))]
 182          ;; rotate middle keys additional 90° after calculating position
 183          [rotation (cond [(= 5 col) 80]
 184                          [(= 6 col) 280]
 185                          [true rotation])])
 186     (switch-module x′ y′ rotation label
 187                    (if left? diode-net column-net)
 188                    (if left? column-net diode-net))))
 189
 190 (define (diode row col)
 191   (let* ([left? (< col 6)]
 192          [rotation (if left? -10 10)]
 193          [x (* (+ 1 col) spacing)]
 194          [y (+ (list-ref column-offsets col) (* spacing row))]
 195          [hypotenuse (sqrt (+ (* x x) (* y y)))]
 196          [Θ (atan (/ y x))]
 197          [Θ′ (- Θ (degrees->radians rotation))]
 198          [x′ (+ (if left? x-offset 5) (* hypotenuse (cos Θ′))
 199                 (if left? 9 -9))]
 200          [y′ (+ (if left? y-offset (+ y-offset 42.885))
 201                 (* hypotenuse (sin Θ′)))]
 202          [label (format "D~a:~a" col row)]
 203          [diode (+ row (* col 4))]
 204          ;; if we try to number nets linearly, kicad segfaults; woo!
 205          ;; so we re-use the nets we skipped with the missing col 5/6 diodes
 206          [diode (cond [(> diode 44) (- diode 20)]
 207                       [(> diode 41) (- diode 21)]
 208                       [true diode])]
 209          [net-row (cond [(= col 5) 2]
 210                         [(= col 6) 3]
 211                         [true row])])
 212     (diode-module x′ y′ rotation label
 213                   `(net ,(+ 16 diode)
 214                     ,(string->symbol (format "N-diode-~s" diode)))
 215                   `(net ,(+ net-row 1)
 216                     ,(string->symbol (format "N-row-~s" net-row))))))
 217
 218 (define switches+diodes
 219   (for/list ([col (in-range cols)]
 220              #:when true
 221              [row (if (or (= 5 col) (= 6 col))
 222                       '(0) (in-range rows))])
 223     (list (switch row col) (diode row col))))
 224
 225 (define edge-cuts
 226   (for/list [(s '([31 22] [84 22] [127 30] [127 54] [130 54] [130 60] [138 60]
 227                   [138 54] [141 54] [141 30] [185 22]
 228                   [237 22] [250 95] [161 112] [107 112] [18 95]))
 229              (e '([84 22] [127 30] [127 54] [130 54] [130 60] [138 60] [138 54]
 230                   [141 54] [141 30] [185 22]
 231                   [237 22] [250 95] [161 112] [107 112] [18 95] [31 22]))]
 232     `(gr_line (start ,@s) (end ,@e) (angle 90) (layer Edge.Cuts) (width 0.3))))
 233
 234 (define board
 235   (apply append nets
 236          (list (net-class nets))
 237          (list microcontroller-module)
 238          edge-cuts
 239          switches+diodes))
 240
 241 (define (write-placement filename)
 242   (when (file-exists? filename) (delete-file filename))
 243   (call-with-output-file filename
 244     (λ (op)
 245       (display (call-with-input-file "header.rktd"
 246                  (curry read-string 9999)) op)
 247       ;; kicad has this terrible bug where it's whitespace-sensitive here =(
 248       (display "\n" op)
 249       (for ([f board])
 250         (pretty-print f op 1))
 251       (display (call-with-input-file "traces.rktd"
 252                  (curry read-string 999999)) op)
 253       (display ")" op))))
 254
 255 (write-placement "/tmp/atreus.kicad_pcb")