LED循環(huán)彩燈課程設計

1、××學院模擬電子技術課程設計題 目 LED循環(huán)彩燈 學生姓名 ××× 專業(yè)班級 電科（3）班 學 號 201231000 院 （系） 電氣工程學院 指導教師 ×× 完成時間 2013年12月17日 目錄1、課程設計的目的12、課程設計的任務與要求22.1實驗器材22.2電子器件的識別22.3焊接技術22.4元器件安裝及要求：33、設計方案與論證33.1功能分析與具體要求33.2設計思路44、設計原理及功能說明45、單元電路的設計（計算與說明）66、硬件的制作與調(diào)試77、總結10參考文獻：12附錄1： 總體電路原理圖13附錄2

2、：元器件清單141、課程設計的目的當今世界，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單等特點而得到了廣泛的應用，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)光二極管簡稱為LED。它是一種能發(fā)光的半導體電子元件。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?shù)墓舛取＞哂行矢?、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點。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廣泛應用與生活的各個方面，不斷走進人們的生活也不斷地改變著人們的生活。本實驗主要是結合我們以往所學課程的基礎理論、基本技能和專業(yè)知識的能力，不僅要考慮總體電路的設計還要考慮系統(tǒng)各部分電路的選擇、設計及它們之間的相互連接。主要目的是在實踐中逐步培養(yǎng)我們建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、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以及簡單元器件裝配；(3) 學習印刷電路板；(4) 掌握3色12LED循環(huán)等的工作原理；(5) 了解安全用電常識。(6) 培養(yǎng)學生的綜合設計能力，嚴謹認真的工作作風和實事求是的工

4、作態(tài)度。 2、課程設計的任務與要求2.1實驗器材印刷電路板、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電子器件的識別(1)用萬用表測電阻的阻值；(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)光二極管的長腳為正短腳為負。2.3焊接技術 焊接要求：（1） 焊點良好，牢固可靠，整潔可觀，無毛刺；（2） 錫量適中，焊接時間不宜太長，2-3s為宜；（3） 焊接完成后，經(jīng)仔細檢查無虛、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）在確保識別正負極正確的情況下，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，注意其安裝高度應剛好到達機殼上蓋發(fā)光二極管安裝孔的表面。3、設計方案與論證3.1功能分析與具體要求(1) 三極管組成循環(huán)驅(qū)動電路；(2) 設計用12只LED組成的三組彩燈圖案循環(huán)閃亮；(3) 設計并仿真彩燈控制系統(tǒng)。3.2設計思路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。每當電源接通時，由于三極管及電容的存在，只有V1三極管最先導通，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被點亮。同上所述，三組發(fā)光二極管依次導通，形成循環(huán)。4、設計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)動電路。每當電源接通時，3只三極管會爭先導通，但由于元器件存在差異，只會有1只三極管最先導通。這里假設V1最先導通，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被點亮。此時

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

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 實物圖5、單元電路的設計（計算與說明）改變電路元件的參數(shù)可以改變發(fā)光二極管的閃亮時間.在循環(huán)燈電路中可以改變電 解電容器的容量來達到改變發(fā)光二極管閃亮時間的效果.電解電容器的容量越大,充放電時間越長,循環(huán)燈的循環(huán)時間也越長.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.那么能不能減小這些電阻器的阻值呢?實踐證明如果這些電阻器的電阻值過小,電路不容易啟動.因為在接通電源的瞬間,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.集電極負載電阻太小,會導致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，估計大概位置（把元件插腳掰成合適位置）。其次，把第一個元件-電解電容焊接在電路板上，焊接時注意美光，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充分考慮每個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)的順序來設置，元器件占之地方大小應心中有數(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。對溫度敏感的元器件應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〉牡胤搅鲃樱虼嗽骷谟≈齐娐钒迳蠎M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，當元器件布置在印制電路板中間有公共地端時，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。當電路元器件多、較復雜時，尚應考慮能清楚標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（就像握圓珠筆一樣），在焊接電路時要注意問題： 1) 焊接時要先對焊盤加熱，然后在加上焊錫，當我們看到所溶解的焊錫大概能蓋滿焊盤時，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，如果長時間不使用的話，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。由于夏天在制作時可能手上會比較多汗，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，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)辨認法或者萬用表直接測量法（最好 是使用萬用表測量，比較精確）。 電解電容:電解電容有正負之分（長腳為正），在使用電解電容還要注意一個問題是，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），二極管有正負極之分，有白色的一端為負（一般引腳長的為正極，短的為負極）.發(fā)光二極管點亮電壓約為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，使用之前必須先測試三極管的型號（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，所以在焊接時要非常小心。（4）通電測試時，發(fā)光二極管不亮。 解決方法：檢查電路時發(fā)現(xiàn)電路板上導線沒有焊接，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，說明焊點出現(xiàn)了問題，或者出現(xiàn)焊點相連的問題，應該認真檢查電路板的焊接情況，反復調(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，說明焊點出現(xiàn)了問題，或者出現(xiàn)焊點相連的問題

15、，應該認真檢查電路板的焊接情況，反復調(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LED循環(huán)燈的實驗目的是學會識別各種元器件，學習并掌握焊接技術以及簡單元器件裝配，掌握LED循環(huán)燈的工作原理，了解安全用電常識，在進行實習的過程中出現(xiàn)困難并從中學習和鞏固專業(yè)知識的過程。原來的學習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有一種不知所措的感覺。于是我去圖書館查閱了大量的關于這方面的資料，從中了解實驗元器件的名稱和性能，并理解了實驗的原理、步驟以及注意事項。實驗開始時心里不免有些忐忑，所以在焊接時比較緊張，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?？傮w來說實驗是成功的，因為發(fā)光二極管總算成功的實現(xiàn)了發(fā)光，但由于焊點過大造成的總體性能的下降是不言而喻的，我想經(jīng)過多次焊接實習后我的焊接技術會有較大的提高的。這次的實訓時間雖不算長但給我的印象是最深刻的，從這之中我發(fā)現(xiàn)了自己的缺點與不足，但也從中找到了學習這個專業(yè)的興趣與快樂。這次的課程設計告訴我：沒有理論的實踐是盲目的，沒有時間的理論是空洞的，只有理論和實踐統(tǒng)一起來才是正確的選擇！雖然這門課比較難，但這并不妨礙我對這個專業(yè)的喜愛。我以后一定會努力學習，并學以致用，爭取早日把自己培養(yǎng)成社會需要的實用型人才！參考文獻： 1 張肅文. 高