LED循環(huán)彩燈課程設(shè)計(jì)

1、××學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 LED循環(huán)彩燈 學(xué)生姓名 ××× 專業(yè)班級(jí) 電科（3）班 學(xué) 號(hào) 201231000 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 ×× 完成時(shí)間 2013年12月17日 目錄1、課程設(shè)計(jì)的目的12、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求22.1實(shí)驗(yàn)器材22.2電子器件的識(shí)別22.3焊接技術(shù)22.4元器件安裝及要求：33、設(shè)計(jì)方案與論證33.1功能分析與具體要求33.2設(shè)計(jì)思路44、設(shè)計(jì)原理及功能說明45、單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）66、硬件的制作與調(diào)試77、總結(jié)10參考文獻(xiàn)：12附錄1： 總體電路原理圖13附錄2

2、：元器件清單141、課程設(shè)計(jì)的目的當(dāng)今世界，彩燈已經(jīng)成為我們生活的一部分，能給我們帶來視覺上的享受還能美化我們的環(huán)境。街角巷里，高樓大廈無處不是因它炫彩奪目以及控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，用LED彩燈來裝飾街道和城市建筑已經(jīng)成為一種潮流。發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED。它是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時(shí)至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛取＞哂行矢?、壽命長(zhǎng)、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升。因此人們現(xiàn)在更側(cè)重于

3、用LED來照明以及裝飾屋內(nèi)及屋外環(huán)境，LED廣泛應(yīng)用與生活的各個(gè)方面，不斷走進(jìn)人們的生活也不斷地改變著人們的生活。本實(shí)驗(yàn)主要是結(jié)合我們以往所學(xué)課程的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的能力，不僅要考慮總體電路的設(shè)計(jì)還要考慮系統(tǒng)各部分電路的選擇、設(shè)計(jì)及它們之間的相互連接。主要目的是在實(shí)踐中逐步培養(yǎng)我們建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法。(1) 了解各種元器件的性能、作用和工作原理；(2) 掌握一定的焊接技術(shù)以及簡(jiǎn)單元器件裝配；(3) 學(xué)習(xí)印刷電路板；(4) 掌握3色12LED循環(huán)等的工作原理；(5) 了解安全用電常識(shí)。(6) 培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)和實(shí)事求是的工

4、作態(tài)度。 2、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1實(shí)驗(yàn)器材印刷電路板、電阻、電容、三極管、發(fā)光二極管、電烙鐵、松香、錫線、斜口鉗2.2電子器件的識(shí)別(1)用萬用表測(cè)電阻的阻值；(2)電容值大小表在電容上，如103=10*1000PF；(3)三極管以面對(duì)矩形面為參考面由左至右依次為發(fā)射極、 基極、集電極；(4)LED發(fā)光二極管的長(zhǎng)腳為正短腳為負(fù)。2.3焊接技術(shù) 焊接要求：（1） 焊點(diǎn)良好，牢固可靠，整潔可觀，無毛刺；（2） 錫量適中，焊接時(shí)間不宜太長(zhǎng)，2-3s為宜；（3） 焊接完成后，經(jīng)仔細(xì)檢查無虛、漏、假焊，并確保無短路狀態(tài)后通電調(diào)試；（4） 安全用電；（5） 操作過程中不能帶電操作。2.4元器件安裝及

5、要求：（1）在確保識(shí)別正負(fù)極正確的情況下，將元器件插入電路板中，先安裝低矮和耐熱的元件，后安裝大一點(diǎn)的元件，最后安裝怕熱的元件。（2）電阻的安裝：將電阻的阻值選擇好后可采用臥式緊貼電路板安裝。（3）發(fā)光管安裝在印刷板焊接面焊接，注意其安裝高度應(yīng)剛好到達(dá)機(jī)殼上蓋發(fā)光二極管安裝孔的表面。3、設(shè)計(jì)方案與論證3.1功能分析與具體要求(1) 三極管組成循環(huán)驅(qū)動(dòng)電路；(2) 設(shè)計(jì)用12只LED組成的三組彩燈圖案循環(huán)閃亮；(3) 設(shè)計(jì)并仿真彩燈控制系統(tǒng)。3.2設(shè)計(jì)思路LED循環(huán)彩燈是由三極管、電容、電阻和發(fā)光二極管組成的電路。每當(dāng)電源接通時(shí)，由于三極管及電容的存在，只有V1三極管最先導(dǎo)通，隨著V1集電極電壓

6、的下降，使得電容C2的左端下降，接近0V。由于電容兩端的電壓不能突變，因此此時(shí)V2的基極也被拉到近似0V，V2截止，V2的集電極為高電壓，故接在它上面的發(fā)光二極管L5-L8被點(diǎn)亮。同上所述，三組發(fā)光二極管依次導(dǎo)通，形成循環(huán)。4、設(shè)計(jì)原理及功能說明本電路是由3只三極管組成的循環(huán)驅(qū)動(dòng)電路。每當(dāng)電源接通時(shí)，3只三極管會(huì)爭(zhēng)先導(dǎo)通，但由于元器件存在差異，只會(huì)有1只三極管最先導(dǎo)通。這里假設(shè)V1最先導(dǎo)通，則V1集電極電壓下降，使得電容C2的左端下降，接近0V。由于電容兩端的電壓不能突變，因此此時(shí)V2的基極也被拉到近似0V，V2截止，V2的集電極為高電壓，故接在它上面的發(fā)光二極管LED5-LED8被點(diǎn)亮。此時(shí)

7、V2的高電壓通過電容C3使V3基極電壓升高，V3也將迅速導(dǎo)通，因此在這段時(shí)間里，V1、V3的集電極均為低電壓，因此只有LED5-LED8被點(diǎn)亮，LED1LED4、LED9-LED12熄滅。但隨著電源通過電阻R3對(duì)C2的充電，V2的基極電壓逐漸升高，當(dāng)超過0.7V時(shí)，V2由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，集電極電壓下降，LED5LED8熄滅。與此同時(shí)，V2的集電極下降的電壓通過電容C3使V3的基極電壓也降低，V3由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，V3的集電極電壓升高，LED9-LED12被點(diǎn)亮。接下來，電路按照上面敘述的過程循環(huán)，3組12只發(fā)光二極管便會(huì)被輪流點(diǎn)亮，這些LED被均勻的排列呈一個(gè)圓形，不斷的循環(huán)發(fā)光，達(dá)到流動(dòng)

8、的效果。改變電容C1、C2、C3的容量可以改變循環(huán)速度，容量越小，循環(huán)速度越快。圖4-1 電路原理圖圖4-2 實(shí)物圖5、單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）改變電路元件的參數(shù)可以改變發(fā)光二極管的閃亮?xí)r間.在循環(huán)燈電路中可以改變電 解電容器的容量來達(dá)到改變發(fā)光二極管閃亮?xí)r間的效果.電解電容器的容量越大,充放電時(shí)間越長(zhǎng),循環(huán)燈的循環(huán)時(shí)間也越長(zhǎng).電解電容器的容量越小,循環(huán)的頻率越快.此電路中電解電容器的容量可以在33-220F的范圍內(nèi)選擇.當(dāng)然改變電阻器R1,R3,R5的阻值也可以改變循環(huán)的頻率,只是在改變電阻值的時(shí)候要考慮三極管的放大倍數(shù)與工作狀態(tài),保證三極管能可靠的飽和與截止. 電路中電阻器R2,R4,

9、R6的阻值一般在1-2.7K左右,由于它們是發(fā)光二極管的限 流電阻器,所以發(fā)光二極管的亮度較低,這是此電路的缺點(diǎn).那么能不能減小這些電阻器的阻值呢?實(shí)踐證明如果這些電阻器的電阻值過小,電路不容易啟動(dòng).因?yàn)樵诮油娫吹乃查g,電源電壓不僅通過基極電源的瞬間,電源電壓不僅通過基極電源的瞬間,電源電壓不僅通過基極電阻向三極管基極注入電流.集電極負(fù)載電阻太小,會(huì)導(dǎo)致3只三極管全部飽和而不能產(chǎn)生震蕩。圖5-1 LED循環(huán)電路仿真圖6、硬件的制作與調(diào)試（1）首先，把所有元件插在電路板上，估計(jì)大概位置（把元件插腳掰成合適位置）。其次，把第一個(gè)元件-電解電容焊接在電路板上，焊接時(shí)注意美光，不要連接到其他焊孔。然

10、后，把其他元件一一焊接到電路板合適位置。最后，把所有元件都連接起來。（2）合理布置元器件。 電路中元器件布置原則是應(yīng)充分考慮每個(gè)單元電路彼此之間的聯(lián)系，由輸入端(或高頻向輸出端(或低頻)的順序來設(shè)置，元器件占之地方大小應(yīng)心中有數(shù)，并兼顧上下左右，以防前緊后松或前松后緊。先考慮以三極管、集成電路為中心的單元電路所在位置，之后將其外圍元器件盡量安排在周圍。元器件間應(yīng)留有一定距離，防止相互碰靠，造成干擾、短路或影響散熱。 在同一電路板上的元器件，要盡量按其發(fā)熱量大小與耐熱程度區(qū)分排列，發(fā)熱量大或耐熱性好的功率三極管、大規(guī)模集成電路等元器件，放在邊上或周圍無大的元器件處，而發(fā)成電路等，則放在印制板中間

11、或有礙冷卻氣流不暢的地方。對(duì)溫度敏感的元器件應(yīng)盡量布置在溫度最低區(qū)域，切忌安裝在發(fā)熱元器件上方?？諝饪偸窍蜃枇π〉牡胤搅鲃?dòng)，因此元器件在印制電路板上應(yīng)盡量均勻布置，不可某處空域過大，而另一處卻過于緊密。 大功率元器件在水平方向應(yīng)盡量靠印制電路板邊沿布置，而在垂直方向要盡力靠上方布置。接地公共端要盡量就近接地于邊框，當(dāng)元器件布置在印制電路板中間有公共地端時(shí)，可分別接在一條公共地線上，之后與邊框形成一子邊框，將單元電路圍在其中，既有利于元器件的安裝，又可起屏蔽作用。當(dāng)電路元器件多、較復(fù)雜時(shí)，尚應(yīng)考慮能清楚標(biāo)注元器件字符的地方。 (3)電烙鐵和焊接： 現(xiàn)在使用的電烙鐵一般都是低功率的電烙鐵，所以我們

12、采用握筆法（就像握?qǐng)A珠筆一樣），在焊接電路時(shí)要注意問題： 1) 焊接時(shí)要先對(duì)焊盤加熱，然后在加上焊錫，當(dāng)我們看到所溶解的焊錫大概能蓋滿焊盤時(shí)，再先撤去焊錫，最后才撤去烙鐵。撤烙鐵的方法是沿著器件的管腳，用手腕的力量往上挑起.焊接時(shí)候不能加熱得太久，防止把電路板焊壞，使銅泊掀起。 2) 烙鐵不使用是要放于烙鐵架，防止燒傷其他物品，如果長(zhǎng)時(shí)間不使用的話，要切斷電源，防止烙鐵過于熱，而使烙鐵頭氧化掉。 3) 如果器件管腳和電路板上的焊盤（銅泊）有生銹，要用砂紙或小刀去除鐵銹，防止虛焊。由于夏天在制作時(shí)可能手上會(huì)比較多汗，所以盡量使自己不要去碰電路板上的焊盤。防止焊盤生繡。 焊接電路時(shí)，我們一般都把器

13、件放于電路板的背面，然后在正面連線和焊接。 4)器件的安裝 電阻：在制作電路之前，首先要弄清阻值，可以用色環(huán)辨認(rèn)法或者萬用表直接測(cè)量法（最好 是使用萬用表測(cè)量，比較精確）。 電解電容:電解電容有正負(fù)之分（長(zhǎng)腳為正），在使用電解電容還要注意一個(gè)問題是，它有額 定電壓限制。 二極管:二極管的分類大概有普通、整流、紅外、發(fā)光、穩(wěn)壓、光敏、變?nèi)荨?特性（單向?qū)?通作用），二極管有正負(fù)極之分，有白色的一端為負(fù)（一般引腳長(zhǎng)的為正極，短的為負(fù)極）.發(fā)光二極管點(diǎn)亮電壓約為1.7V以上，允許通過的電流大約為幾意的是發(fā)光二極管長(zhǎng)腳為正。 三極管:三極管的作用是電流放大作用，使用之前必須先測(cè)試三極管的型號(hào)（NPN、

14、PNP） 和它的b、e、c三腳（也就是基極、發(fā)射極、集電極）。三極管是電路中最主要的部分，所以在焊接時(shí)要非常小心。（4）通電測(cè)試時(shí)，發(fā)光二極管不亮。 解決方法：檢查電路時(shí)發(fā)現(xiàn)電路板上導(dǎo)線沒有焊接，將其連接并焊接上 調(diào)試過程： 焊接完成之后，接上電源，觀察發(fā)光二極管是否正常發(fā)光，若只有某些發(fā)光二極管亮，說明焊點(diǎn)出現(xiàn)了問題，或者出現(xiàn)焊點(diǎn)相連的問題，應(yīng)該認(rèn)真檢查電路板的焊接情況，反復(fù)調(diào)整直到發(fā)光二極管能正常發(fā)光，若最終發(fā)光二極管還不能正常發(fā)光，可能元件出現(xiàn)了損壞，需重新焊接。（5） 焊接完成之后，接上電源，觀察發(fā)光二極管是否正常發(fā)光，若只有某些發(fā)光二極管亮，說明焊點(diǎn)出現(xiàn)了問題，或者出現(xiàn)焊點(diǎn)相連的問題

15、，應(yīng)該認(rèn)真檢查電路板的焊接情況，反復(fù)調(diào)整直到發(fā)光二極管能正常發(fā)光，若最終發(fā)光二極管還不能正常發(fā)光，可能元件出現(xiàn)了損壞，需重新焊接。7、總結(jié)LED循環(huán)燈的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍W(xué)會(huì)識(shí)別各種元器件，學(xué)習(xí)并掌握焊接技術(shù)以及簡(jiǎn)單元器件裝配，掌握LED循環(huán)燈的工作原理，了解安全用電常識(shí)，在進(jìn)行實(shí)習(xí)的過程中出現(xiàn)困難并從中學(xué)習(xí)和鞏固專業(yè)知識(shí)的過程。原來的學(xué)習(xí)完全都是在課堂上聽老師講，現(xiàn)在突然放手讓自己去做會(huì)有一種不知所措的感覺。于是我去圖書館查閱了大量的關(guān)于這方面的資料，從中了解實(shí)驗(yàn)元器件的名稱和性能，并理解了實(shí)驗(yàn)的原理、步驟以及注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)心里不免有些忐忑，所以在焊接時(shí)比較緊張，手總是不由自主的顫抖，不過經(jīng)過

16、組員的一番鼓勵(lì)我終于順利的完成了焊接過程。最后在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)三組發(fā)光二極管中只有一組會(huì)亮，經(jīng)過大家一番精心的檢查后發(fā)現(xiàn)電路板上有兩根導(dǎo)線焊接不牢固，于是我再次焊接，接通電源之后，發(fā)光二極管終于順利發(fā)光了。總體來說實(shí)驗(yàn)是成功的，因?yàn)榘l(fā)光二極管總算成功的實(shí)現(xiàn)了發(fā)光，但由于焊點(diǎn)過大造成的總體性能的下降是不言而喻的，我想經(jīng)過多次焊接實(shí)習(xí)后我的焊接技術(shù)會(huì)有較大的提高的。這次的實(shí)訓(xùn)時(shí)間雖不算長(zhǎng)但給我的印象是最深刻的，從這之中我發(fā)現(xiàn)了自己的缺點(diǎn)與不足，但也從中找到了學(xué)習(xí)這個(gè)專業(yè)的興趣與快樂。這次的課程設(shè)計(jì)告訴我：沒有理論的實(shí)踐是盲目的，沒有時(shí)間的理論是空洞的，只有理論和實(shí)踐統(tǒng)一起來才是正確的選擇！雖然這門課比較難，但這并不妨礙我對(duì)這個(gè)專業(yè)的喜愛。我以后一定會(huì)努力學(xué)習(xí)，并學(xué)以致用，爭(zhēng)取早日把自己培養(yǎng)成社會(huì)需要的實(shí)用型人才！參考文獻(xiàn)： 1 張肅文. 高