LED循环彩灯课程设计.docx
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LED循环彩灯课程设计
××学院
《模拟电子技术》课程设计
题目LED循环彩灯
学生姓名×××
专业班级电科（3）班
学号
院（系）电气工程学院
指导教师××
完成时间2013年12月17日
目录
1、课程设计的目的1
2、课程设计的任务与要求2
2.1实验器材2
2.2电子器件的识别2
2.3焊接技术2
2.4元器件安装及要求：
3
3、设计方案与论证3
3.1功能分析与具体要求3
3.2设计思路4
4、设计原理及功能说明4
5、单元电路的设计（计算与说明）6
6、硬件的制作与调试7
7、总结10
参考文献：
12
附录1：
总体电路原理图13
附录2：
元器件清单14
1、课程设计的目的
当今世界，彩灯已经成为我们生活的一部分，能给我们带来视觉上的享受还能美化我们的环境。
街角巷里，高楼大厦无处不是因它炫彩夺目以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用LED彩灯来装饰街道和城市建筑已经成为一种潮流。
发光二极管简称为LED。
它是一种能发光的半导体电子元件。
这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。
具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。
白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升。
因此人们现在更侧重于用LED来照明以及装饰屋内及屋外环境，LED广泛应用与生活的各个方面，不断走进人们的生活也不断地改变着人们的生活。
本实验主要是结合我们以往所学课程的基础理论、基本技能和专业知识的能力，不仅要考虑总体电路的设计还要考虑系统各部分电路的选择、设计及它们之间的相互连接。
主要目的是在实践中逐步培养我们建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。
（1）了解各种元器件的性能、作用和工作原理；
（2）掌握一定的焊接技术以及简单元器件装配；
（3）学习印刷电路板；
（4）掌握3色12LED循环等的工作原理；
（5）了解安全用电常识。
（6）培养学生的综合设计能力，严谨认真的工作作风和实事求是的工作态度。
2、课程设计的任务与要求
2.1实验器材
印刷电路板、电阻、电容、三极管、发光二极管、电烙铁、松香、锡线、斜口钳
2.2电子器件的识别
（1）用万用表测电阻的阻值；
（2）电容值大小表在电容上，如103=10*1000PF；
（3）三极管以面对矩形面为参考面由左至右依次为发射极、
基极、集电极；
（4）LED发光二极管的长脚为正短脚为负。
2.3焊接技术
焊接要求：
（1）焊点良好，牢固可靠，整洁可观，无毛刺；
（2）锡量适中，焊接时间不宜太长，2-3s为宜；
（3）焊接完成后，经仔细检查无虚、漏、假焊，并确保无短路状态后通电调试；
（4）安全用电；
（5）操作过程中不能带电操作。
2.4元器件安装及要求：
（1）在确保识别正负极正确的情况下，将元器件插入电路板中，先安装低矮和耐热的元件，后安装大一点的元件，最后安装怕热的元件。
（2）电阻的安装：
将电阻的阻值选择好后可采用卧式紧贴电路板安装。
（3）发光管安装在印刷板焊接面焊接，注意其安装高度应刚好到达机壳上盖发光二极管安装孔的表面。
3、设计方案与论证
3.1功能分析与具体要求
（1）三极管组成循环驱动电路；
（2）设计用12只LED组成的三组彩灯图案循环闪亮；
（3）设计并仿真彩灯控制系统。
3.2设计思路
LED循环彩灯是由三极管、电容、电阻和发光二极管组成的电路。
每当电源接通时，由于三极管及电容的存在，只有V1三极管最先导通，随着V1集电极电压的下降，使得电容C2的左端下降，接近0V。
由于电容两端的电压不能突变，因此此时V2的基极也被拉到近似0V，V2截止，V2的集电极为高电压，故接在它上面的发光二极管L5-L8被点亮。
同上所述，三组发光二极管依次导通，形成循环。
4、设计原理及功能说明
本电路是由3只三极管组成的循环驱动电路。
每当电源接通时，3只三极管会争先导通，但由于元器件存在差异，只会有1只三极管最先导通。
这里假设V1最先导通，则V1集电极电压下降，使得电容C2的左端下降，接近0V。
由于电容两端的电压不能突变，因此此时V2的基极也被拉到近似0V，V2截止，V2的集电极为高电压，故接在它上面的发光二极管LED5-LED8被点亮。
此时V2的高电压通过电容C3使V3基极电压升高，V3也将迅速导通，因此在这段时间里，V1、V3的集电极均为低电压，因此只有LED5-LED8被点亮，LED1－LED4、LED9-LED12熄灭。
但随着电源通过电阻R3对C2的充电，V2的基极电压逐渐升高，当超过0.7V时，V2由截止状态变为导通状态，集电极电压下降，LED5－LED8熄灭。
与此同时，V2的集电极下降的电压通过电容C3使V3的基极电压也降低，V3由导通变为截止，V3的集电极电压升高，LED9-LED12被点亮。
接下来，电路按照上面叙述的过程循环，3组12只发光二极管便会被轮流点亮，这些LED被均匀的排列呈一个圆形，不断的循环发光，达到流动的效果。
改变电容C1、C2、C3的容量可以改变循环速度，容量越小，循环速度越快。
图4-1电路原理图
图4-2实物图
5、单元电路的设计（计算与说明）
改变电路元件的参数可以改变发光二极管的闪亮时间.在循环灯电路中可以改变电解电容器的容量来达到改变发光二极管闪亮时间的效果.电解电容器的容量越大,充放电时间越长,循环灯的循环时间也越长.电解电容器的容量越小,循环的频率越快.此电路中电解电容器的容量可以在33-220μF的范围内选择.当然改变电阻器R1,R3,R5的阻值也可以改变循环的频率,只是在改变电阻值的时候要考虑三极管的放大倍数与工作状态,保证三极管能可靠的饱和与截止.电路中电阻器R2,R4,R6的阻值一般在1-2.7KΩ左右,由于它们是发光二极管的限流电阻器,所以发光二极管的亮度较低,这是此电路的缺点.那么能不能减小这些电阻器的阻值呢?
实践证明如果这些电阻器的电阻值过小,电路不容易启动.因为在接通电源的瞬间,电源电压不仅通过基极电源的瞬间,电源电压不仅通过基极电源的瞬间,电源电压不仅通过基极电阻向三极管基极注入电流.集电极负载电阻太小,会导致3只三极管全部饱和而不能产生震荡。
图5-1LED循环电路仿真图
6、硬件的制作与调试
（1）首先，把所有元件插在电路板上，估计大概位置（把元件插脚掰成合适位置）。
其次，把第一个元件--电解电容焊接在电路板上，焊接时注意美光，不要连接到其他焊孔。
然后，把其他元件一一焊接到电路板合适位置。
最后，把所有元件都连接起来。
（2）合理布置元器件。
电路中元器件布置原则是应充分考虑每个单元电路彼此之间的联系，由输入端（或高频向输出端（或低频）的顺序来设置，元器件占之地方大小应心中有数，并兼顾上下左右，以防前紧后松或前松后紧。
先考虑以三极管、集成电路为中心的单元电路所在位置，之后将其外围元器件尽量安排在周围。
元器件间应留有一定距离，防止相互碰靠，造成干扰、短路或影响散热。
在同一电路板上的元器件，要尽量按其发热量大小与耐热程度区分排列，发热量大或耐热性好的功率三极管、大规模集成电路等元器件，放在边上或周围无大的元器件处，而发成电路等，则放在印制板中间或有碍冷却气流不畅的地方。
对温度敏感的元器件应尽量布置在温度最低区域，切忌安装在发热元器件上方。
空气总是向阻力小的地方流动，因此元器件在印制电路板上应尽量均匀布置，不可某处空域过大，而另一处却过于紧密。
大功率元器件在水平方向应尽量靠印制电路板边沿布置，而在垂直方向要尽力靠上方布置。
接地公共端要尽量就近接地于边框，当元器件布置在印制电路板中间有公共地端时，可分别接在一条公共地线上，之后与边框形成一子边框，将单元电路围在其中，既有利于元器件的安装，又可起屏蔽作用。
当电路元器件多、较复杂时，尚应考虑能清楚标注元器件字符的地方。
（3）电烙铁和焊接：
现在使用的电烙铁一般都是低功率的电烙铁，所以我们采用握笔法（就像握圆珠笔一样），在焊接电路时要注意问题：
1）焊接时要先对焊盘加热，然后在加上焊锡，当我们看到所溶解的焊锡大概能盖满焊盘时，再先撤去焊锡，最后才撤去烙铁。
撤烙铁的方法是沿着器件的管脚，用手腕的力量往上挑起.焊接时候不能加热得太久，防止把电路板焊坏，使铜泊掀起。
2）烙铁不使用是要放于烙铁架，防止烧伤其他物品，如果长时间不使用的话，要切断电源，防止烙铁过于热，而使烙铁头氧化掉。
3）如果器件管脚和电路板上的焊盘（铜泊）有生锈，要用砂纸或小刀去除铁锈，防止虚焊。
由于夏天在制作时可能手上会比较多汗，所以尽量使自己不要去碰电路板上的焊盘。
防止焊盘生绣。
焊接电路时，我们一般都把器件放于电路板的背面，然后在正面连线和焊接。
4）器件的安装电阻：
在制作电路之前，首先要弄清阻值，可以用色环辨认法或者万用表直接测量法（最好是使用万用表测量，比较精确）。
电解电容:
电解电容有正负之分（长脚为正），在使用电解电容还要注意一个问题是，它有额定电压限制。
二极管:
二极管的分类大概有普通、整流、红外、发光、稳压、光敏、变容。
特性（单向导通作用），二极管有正负极之分，有白色的一端为负（一般引脚长的为正极，短的为负极）.发光二极管点亮电压约为1.7V以上，允许通过的电流大约为几意的是发光二极管长脚为正。
三极管:
三极管的作用是电流放大作用，使用之前必须先测试三极管的型号（NPN、PNP）和它的b、e、c三脚（也就是基极、发射极、集电极）。
三极管是电路中最主要的部分，所以在焊接时要非常小心。
（4）通电测试时，发光二极管不亮。
解决方法：
检查电路时发现电路板上导线没有焊接，将其连接并焊接上调试过程：
焊接完成之后，接上电源，观察发光二极管是否正常发光，若只有某些发光二极管亮，说明焊点出现了问题，或者出现焊点相连的问题，应该认真检查电路板的焊接情况，反复调整直到发光二极管能正常发光，若最终发光二极管还不能正常发光，可能元件出现了损坏，需重新焊接。
（5）焊接完成之后，接上电源，观察发光二极管是否正常发光，若只有某些发光二极管亮，说明焊点出现了问题，或者出现焊点相连的问题，应该认真检查电路板的焊接情况，反复调整直到发光二极管能正常发光，若最终发光二极管还不能正常发光，可能元件出现了损坏，需重新焊接。
7、总结
LED循环灯的实验目的是学会识别各种元器件，学习并掌握焊接技术以及简单元器件装配，掌握LED循环灯的工作原理，了解安全用电常识，在进行实习的过程中出现困难并从中学习和巩固专业知识的过程。
原来的学习完全都是在课堂上听老师讲，现在突然放手让自己去做会有一种不知所措的感觉。
于是我去图书馆查阅了大量的关于这方面的资料，从中了解实验元器件的名称和性能，并理解了实验的原理、步骤以及注意事项。
实验开始时心里不免有些忐忑，所以在焊接时比较紧张，手总是不由自主的颤抖，不过经过组员的一番鼓励我终于顺利的完成了焊接过程。
最后在调试阶段发现三组发光二极管中只有一组会亮，经过大家一番精心的检查后发现电路板上有两根导线焊接不牢固，于是我再次焊接，接通电源之后，发光二极管终于顺利发光了。
总体来说实验是成功的，因为发光二极管总算成功的实现了发光，但由于焊点过大造成的总体性能的下降是不言而喻的，我想经过多次焊接实习后我的焊接技术会有较大的提高的。
这次的实训时间虽不算长但给我的印象是最深刻的，从这之中我发现了自己的缺点与不足，但也从中找到了学习这个专业的兴趣与快乐。
这次的课程设计告诉我：
没有理论的实践是盲目的，没有时间的理论是空洞的，只有理论和实践统一起来才是正确的选择！
虽然这门课比较难，但这并不妨碍我对这个专业的喜爱。
我以后一定会努力学习，并学以致用，争取早日把自己培养成社会需要的实用型人才！
参考文献：
[1]张肃文.高频电子线路.第四版.北京:
高等教育出版社.2004.11
[2]阳昌汉.高频电子线路.第一版.哈尔滨工程大学出版社.2006.02
[3]徐咏冬.电工与电子技术.第一版.机械工业出版社.2008.09
[4]禹德贵.印制电路板设计入门与典型实例.第一版.人民邮电出版社.2009.02
附录1:
总体电路原理图
附录2：
元器件清单
序号
名称
型号规格
数量
1
电阻
470
3
2
电阻
12K
3
3
三极管
9013
3
4
LED灯
红色
4
5
LED灯
绿色
4
6
LED灯
黄色
4
7
电容
100Uf/
3
8
导线
ULN2803
若干
升级会员 