实训项目三光幻广州塔电路.doc

此文档收集于网络，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除项目三 光幻LED广州塔的装配与调试光幻LED广州塔是依据广州代表性建筑广州塔形状设计出的电子套件，以10000:1的比例微缩成型的光立方器件，采用STC12C5A60S2作为控制系统，显示部分采用的是16*16的点阵显示原理,由268只LED组成小蛮腰形状三维空间。通过单片机内部的ADC功能，音频模式下可伴随音乐节奏而跳跃呈现出绚丽的效果，也可自行实现多种动画效果,具有红外遥控功能，可切换各种模式和完成调试。学习目标 知识目标:1、了解光幻广州塔的电子产品工艺结构。2、能够依据工艺文件安装光幻广州塔。3、安装装配工艺标准完成光幻广州塔的装配。 技能目标:1.会依照工艺文件装配较复杂电子整机产品；2.会依照工艺文件调试较复杂电子整机产品；3.会简单的单片机程序编写。 职业素养目标:1保持操作工位清洁卫生；2. 在操作前检查安全措施检查；3能够安全使用焊接及安装工具进行产品的装配；4正确使用仪器仪表，注意探头或表笔的摆放，防止短路。 任务一 认识电路 广州塔夜景1 广州塔夜景2广州塔又称广州新电视塔，昵称小蛮腰，塔身主体高454米，天线桅杆高146米，总高度600米，是中国第一高塔。塔身灯光将由1080个节点LED灯组成，通过计算机控制电路，可以产生各种变化的视频广告效果。本次实训为10000:1小型广州塔，受音乐控制的小蛮腰，能随音乐翩翩起舞，具有无线蓝牙遥控，16种动画效果，底板由一块STC12C5A60S2单片机组成控制电路，268只高亮七彩LED组成小蛮腰形状的三维空间。 光幻广州塔效果图光幻LED广州塔采用STC12C5A60S2作为控制系统，显示部分采用的是16*16的点阵显示原理，通过对单片机STC12C5A60S2进行编程，然后输出信号送到显示电路控制每个LED灯的亮灭，利用人眼的暂留效应，得以呈现出不同的图案和动画。光幻LED广州塔包括硬件和软件设计两个部分。系统总体的设计方框图如图所示：电源STC12C5A60S2主控制器模块按键控制音频输入16*16 LED显示图 系统方框图 1.硬件实现及单元电路设计1.1 主控制模块主控电路一块STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。主控制最小系统电路如图2所示 图STC12C5A60S2单片机 图 控制电路图硬件电路总设计图图 总设计电路图学习资料 1.2 电源设计电源部分的设计采用DC5V供电，使用了电解电容进行滤波，电路供电更加的稳定。1.3模块设计 1.3.1 led驱动模块 LED驱动采用的是直接用单片机管脚驱动，因为stc12c5a60s2单片机的管脚电流达到20几毫安，足以驱动广州塔的LED，为了LED工作的稳定性，我们在电路中加入了限流电阻。1.3.2 底座4个LED底座4个LED使用的七彩LED，为了控制方便，4个LED直接到了电源，上电就能直接点亮，可以直观看出模块电源是否正常，使用七彩LED的原因是，其发出的LED光多姿多彩，给广州塔的绚丽增添多一份优美，电路如下图所示：图4 底座led驱动电路1.3.3 音频输入电路的设计音频电路的设计主要是采用了T型口的USB接口，因为该接口包含了音频和电源的输入，又因为控制模板的单片机是自带了AD的，所以通过按键切换到音频模式下，我们可以看到广州随音乐在跳舞。1.3.4 时钟电路的设计XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。如图13所示为时钟电路。图13 时钟电路图2、主要功能特点介绍2.1 采用1616（点阵）颗灯设计2.2 20多种脱机动画模式随意转换3、软件设计 光幻广州塔控制系统设计采用C语言编写，按照模块化的设计思路设计程序，首先分析程序要实现的功能，然后编写不同的程序显示。 本次程序设计完成的功能是：9次心星闪烁和0-9数字顺序显示，本设计采用keil软件来编写程序和调试程序，在使用keil时，一定要先输出.hex文件，因为STC-ISP.exe只有.hex文件才能下进单片机里去。3.1 软件框架3.1.1主程序主要就是在while（1）里面循环各种现实效果。1. void main()2. 3. while(1)4. 5. 6. hongbegin(); /红由亮到暗7. hongend(); /红由暗道亮8. P2=0XFF; /将P2关闭以免影响下面黄色灯效果9. huangbegin(); /黄呼吸灯10. huangend();11. chengsedeng(); /橙色灯 12. huangsebianhongse(); /黄色变红色13. miansheng() ; /面上升14. mianjiang() ; /面下降15. mianzuodaoyou();/面左到右；16. mianyoudaozuo();/面从右到左17. shuidi(); /模仿水滴效果（从嘴上一排下落）18. luoxuansheng() ; /螺旋上升19. luoxuanjiang(); /螺旋下降20. pingheng() ; /平衡木21. yinxiangshang() ;/音响效果上下22. yinxiangzuo() ; /音响效果左右23. sxingsaomian() ;/S形扫面24. litixuanzhuan(); /立体旋转25. zuoshangliang() ;/左上角一点到全体亮26. sijiaoneishou() ;/四角向内收27. shuidijiandong() ; /仿水滴溅动28. shuibo() ; /仿水波浪29. feiji() ; /仿飞机飞行30. chaojimali(); /超级玛丽31. chengsedeng();/橙色灯32. huangbegin(); /黄呼吸灯33. huangend(); 34. hongend(); /红由暗道亮 35. hongbegin(); /红由亮到暗 36. jiesu(); /结束函数3.1.2 呼吸灯 说是呼吸灯，渐亮、渐灭的，其实就是PWM，通俗的讲就是控制一个周期内的导通时间，周期内的导通时间逐渐增加，自然就越来越亮。逐渐减小，自然就越来越暗，之道完全熄灭。下面是实现的部分代码。1. /*P1为黄色，P2为红色。 P0为阴极*/2. uchar code table= /呼吸灯专用3. 0,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,4. 11,12,13,14,15,16,17,18,5. 19,20,21,22,23,24,25,26,27,6. 28,29,30,31,32,33,34,35,36,7. 37,38,39,40,41,42,43,44,45,8. 46,47,48,49,50,51,52,53,54,9. 55,56,57,58,59,60,61,62,63,10. 64,65,66,67,68,69,70,71,72,11. 73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,12. 83,84,85,86,87,88,89,90,91,13. 92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,14. 110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121,122,123,124,125,15. 126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139,140,141,16. 142,143,144,145,146,147,148,149,150,;17. void delay(uint z)18. 19. uint x,y;20. for(x=5;x0;x-) 21. for(y=z;y0;y-);22. 23. void hongbegin()/全亮 呼吸灭24. 25. int i;26. for(i=0;i140;i+)27. 28. honglight2(i);29. 30. P0=0x00; /保持亮的状态31. P2=0xff; 32. P1=0xff; 33. 34. 35. void honglight2(uchar num2) /由亮到灭 （可以理解为亮的时间由长到短。灭的时间由短到长）36. 37. uchar j;38. P0=0xff; /首先关闭P039. P2=0x00; /打开P240. j = tablenum2;41. delay(j); /延时 （由短到长的）42. P0=0x00; /打开P0叫它亮43. P2=0x00;44. delay(150-j); /延时由长到短45. 3.1.2 动画 首先我们知道，动画是由图片来快速播放形成的，光立方依靠的也是这个原理。1. unsigned char code tabP0=0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F;/低电平扫描 ，每次只让亮一排（一个P0口）2. void mianjiang() 3. 4. 5. unsigned char code tabP238= /定义数组 。储存数据6. 7. 0x00,0xFF,0xFF,0xFF,0x00,0xFF,0xFF,0xFF,8. 0x00,0x00,0xFF,0xFF,0x00,0x00,0xFF,0xFF,9. 0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0xFF,10. ;11. 12. int j,k,i; /定义三个变量13. for(j=0;j3;j+) /j图像个数14. 15. for(k=0;k20;k+) /k为每个图像存在时间、k越大单个图像存在时间越长16. 17. for(i=0;i8;i+) / 每个图像由八帧、构成18. P2=0XFF; /此函数和消除残留的阴影19. /P0=1;20. P0=tabP0; /将阴极P0取出21. P2=tabP2j; /将数组阳极取出22. P1=0XFF; /将P1关闭以免影响红色效果23. ys(2); /根据人眼暂留效应。加大可看见整个亮灯过程、减小即可显示稳定图像任务二 元器件的识别与检测一、底板元器件识别与检测：【装配准备】在装配之前，将工具、元器件进行准备。1、 工具的准备 装配电子万年历所需要的焊接工具主要是电烙铁、海绵、松香、镊子、斜口钳、十字起子、一字起子和焊锡丝，如下图所示。图4-3 焊接工具的准备2、 元器件、材料的准备装配前将电子万年历的元器件按元件清单整理、归类，以便进行检测与焊接。3、 印制电路板检查对照下图所示的印制电路板，即PCB板，检查有无铜箔短路、短路，孔位尺寸存在缺陷的地方。 图 光幻广州塔底板印制电路板活动1：元器件识别与检测在制作之前，应对照清单将电子万年历的元器件进行识别与清点，检查有无漏、错、损坏等现象，如下表所示。1、 光幻广州塔元器件清单名称型号数量符号图片瓷片电容30pf3C1、C2、C3电解电容470uf/10V1C4七彩LED5mm4D1、D2、D3、D4排针4PIN1P2直插电阻100k/0.25W2R2、R21直插电阻56R/0.25W20R1、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R22红外接收头VS1838B1RX1侧卧开关PS-22F031S1轻触开关6*6*9侧接H支架1S2 单片机STC12C5A60S21U1芯片座40P1U1USB母头miniUSB,直插1USB1晶振12M1Y1PCB板1红外遥控器1线15米（白色）模板1双通铜柱m3*124螺丝m3*64一分二音频座1电源音频一体线1led300图 光幻广州塔套件 任务三 电路焊接与调试3.1、底板的安装活动1：色环电阻、电容器、红外接收头及晶振的焊接首先，选择PCB板安装面进行焊接，并从焊接色环电阻、电容器、红外接收头晶振开始。此次光幻广州塔使用的是高精密五环电阻、电解电容、瓷片电容器、晶振。石英晶体振荡器简称晶振，是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。安装步骤：1、 按照元器件清单将色环电阻及电容归类放好，并核对核对元件数量、封装；2、 在PCB板上找到器件相对应标识位置；3、 焊接时按照先低后高的顺序将元件焊接到PCB板相应位置；4、 先焊接色环电阻，后焊接瓷片电容、电解电容、红外接收头晶振。安装要求：1、 元器件标识可见；2、 元器件同方向放置； 色环电阻横向放置时，第一环统一朝左、误差环统一向右；色环电阻纵向放置时，第一环统一朝上、误差环统一朝下； 瓷片电容放置时，标识统一面向操作者； 电解电容放置时，注意器件的正负极性。 晶振Y1紧贴PCB板3、所有锡铅焊点应当有光亮的、大致光滑的外观。装配作业指导书图如图所示。活动2：芯片座、排针、USB母头及按键开关的焊接 按键开关在电路起到了功能切换的作用。安装步骤：1、按照元器件清单整理好芯片座、排针、红外接收头按键开关，并核对元件数量、封装；2、在PCB板上找到器件相对应的位置；3、焊接时按照先低后高的顺序将元件焊接到PCB板相应位置；4、先焊接排针，后焊接芯片座、按键开关、USB母头。安装要求：1、排针焊接时要紧贴PCB板，长脚露在外面；2、芯片座按照PCB板的引脚排列顺序放置，焊接时要保持芯片座的水平；3、所有锡铅焊点应当有光亮的、大致光滑的外观。 装配作业指导书图如图所示。3.2、LED灯组装：灯的组装总体原则是：层共阳也就是长脚（J1-J16），竖共阴也就是短脚（J17-J32）第一步：准备好制作模板（将配套的铜柱固定在模板四边朝下）第二步：将每一颗LED长脚（正极）掰成和短脚（负极）成90度第三步：制作塔身第一层LED，选择在外围一圈模板制作（1） 将LED插入最外围一圈模板，短脚朝外，长脚连接在一起后，用焊锡焊接在一起！（2） 以此类推，将第一圈LED焊接好。（3）将多余管脚减掉，是剪掉层的脚哦！第四步：制作塔身第二层LED，选择在第二圈模板制作（红圈圈起的一层）。第五步：制作塔身第三层LED，选择在第三圈模板制作。第六步：制作塔身第四层LED，选择在第四圈模板制作。第七步：制作塔身第五层LED，选择在第五圈模板制作。第八步：制作塔身第六层LED，选择在第六圈模板制作。第九步：制作塔身第七层LED，选择在第七圈模板制作。第十步：制作塔身第八层LED，选择在第八圈模板制作。第十一步：制作塔身第九层LED，选择在第九圈模板制作。第十二步：制作塔身第十层LED，选择在第九圈模板制作。第十三步：制作塔身第十一层LED，选择在第九圈模板制作。第十四步：制作塔身第十二层LED，选择在第八圈模板制作。第十五步：制作塔身第十三层LED，选择在第七圈模板制作。第十六步：制作塔身第十四层LED，选择在第六圈模板制作。第十七步：制作塔身第十五层LED，选择在第五圈模板制作。第十八步：制作塔身第十六层LED，选择在第四圈模板制作。（制作塔顶：灯的分布为：5-3-3-1，就是塔顶一层是5颗灯，第二层3颗灯，第三层3颗灯，第四层1颗灯）第十九步：制作塔顶第一层LED，选择在第十圈模板制作，只需要5颗灯即可。第二十步：制作塔顶第二层LED，选择在第十一圈模板制作，只需要3颗灯即可。第二十一步：制作塔顶第三层LED，也是选择在第十一圈模板制作，也是只需要3颗灯即可。 好了，到此为止，每一层LED都制作好了，现在需要将层与层之间连接在一起。第一步：将层的竖一排LED的管脚稍微折弯30度。第二步：将每一层LED的节点到LED底部之间上一点焊锡，方便层与层之间的连接，如下图：第三步：将上一层竖的LED管脚底部和下一层的LED的节点处上左右连接在一起，也要保证上一层和下一层稍微有一点点错位（一般我们先将第二层的焊接到第一层，第三层的焊接到第二层，第四层焊接到第三层，以此类推）。第四步：以此类推，将塔身每一层LED都这样连接在一起。第五步：塔顶第一层（下图标有5）是5颗灯，塔身第16层是16颗灯，所以，塔顶第一层和第16层连接是隔两颗灯连接在一起的，但是其中有一个是隔3颗灯。第六步：塔顶第二层（上图标有3那一层）是3颗灯，塔顶第一层是5颗灯，所以像上一步做法是类似的，有一颗灯是隔一颗灯焊接，有两颗是没有相隔的。第七步：塔顶第三层（上图标有3那一层）也是3颗灯，塔顶第二层也是3颗灯，所以将它们直接连接在一起就行了。第八步：塔顶第四层（上图标有1那一层）是1颗灯，将灯的负极连接到第三层颗灯中任一颗灯的负极。正极连接第三层的层也就是第三层的正极。第九步：用跳线将塔顶四层的全部正极连接到塔身第16层的层也就是正极下图的红色线划线代表跳线，其中的红色圈圈意思是说焊接需要焊接到那一层。第十步：将塔的最下面一层，也就是第一层LED的竖的一排焊接到PCB板的J1-J16。注意整个塔是焊接到PCB板上没有单片机的一面。如下图所示：第十一步：利用跳线，将每一层和J17-J32连接在一起，第一层和J17连接，第二层连接J18，第三层和J19连接，第四层连接J20，第五层和J21，第六层和J22连接，第二层连接J18连接，第二层连接J18以此类推，但是我们底板已经做好1到8层从PCB板的一个空通过，9到16层从PCB板的另一个空通过，制作时要认真看如下步骤。（1）将跳线焊接在每一层：（2） 将焊接的好的跳线穿过PCB板，如下图所示，其中第一到第八层的线穿过1至8层，第九到第十六层的线穿过9至16层：（3）将第一层到第八层的线对应焊接到J17-J24（1层到8层），将第九层到第十六层的线对应焊接到J25-J32（9层到16层）：任务四 电路测试与分析4.1.主板调试4.1.1、焊接检查（1）虚焊短接这方面需要耐心目检。（2）注意芯片的方向为芯片1号脚和缺口方向，焊反将直接烧坏芯片，电容极性焊接反，也很容易引起电容爆炸，请看下面箭头指示。（3）供电检查，用万用表的电压档接到丝印为x的4P排针，测试VCC,GND之间是否短路，是否为5V左右。若供电正常，底板的D1到D4七彩灯将会自闪。还要注意电源接口的焊接是不是焊接短路了，电源接口是有5个引脚的，管脚之间距离比较短，请焊接的时候注意！4.1.2、驱动电路检查（1）简单测试拿一个LED，长脚接在J17到J32任意一孔（下图是J25），短脚接到旁边一圈的任意一孔，通电，LED有发光效果，说明单片机，驱动电路大概正常。（2） 具体测试根据制作步骤，制作出广州塔塔身第一层LED，层焊接上一根跳线，将制作好的LED，直接插进J1到J16，不用焊接，直接插进去有接触就行了，通电，跳线一端焊接在层，另一端依次接触到J17到J25，层的LED有变化，说明J1到J32输出正常，没有虚焊或者短路。测试的过程中，如果发现接到J17到J32中的任意输出时，没反应，说明相应的输出连接到芯片端有虚焊，请参考原理图对相应的输出进行补焊。比如，我们发现，接到J18的时候，层的LED一点没反应，这个时候，通过原理图，我们知道J18是连接到单片机的38脚，我们要对单片机的38脚进行补焊。出现类似问题，都用这个方法排查！4.1.3、LED好坏检查（1）每个LED重复驱动电路检查中的（1）简单测试，这种方法是利用主板将每个LED测试完成。（2）利用万用表测试，将万用表拨到通断档或者LED测试档，总之是测试LED的档，红表笔接LED的正极，黑表笔接负极，LED能发光的说明LED是好的。4.1.4、塔身有些层不亮（1）遥控进入调试模式的，竖调试（2）仔细观察之前灯不亮的那一层，在这个模式下到底哪颗灯不亮，换掉它即可。4.2 产品使用说明4.2.1按键说明动画与音频模式切换开关使用方法：短按切换为音频模式，可进行四种音频模式切换，长按切换为动画模式。4.2.2接线图示和音乐频谱使用方法：请将附送的电源音频线的T型口接到套件输入端。将电源音频线USB端接入电脑USB接口供电或其他+5VUSB供电接口也行。将电源音频线3.5mm耳机接头接到附送的一分二音频座其中一端。将电源音频线3.5mm耳机接头接到附送的一分二音频座其中一端。将音响设备的音频输入线接头接到一分二音频座另一端。手机播放音乐，遥控器按1，2，4，5都可以调出频谱显示（也可使用开关切换），频谱显示过小或大，可以调节音量输出控制。如图所示4.2.3红外遥控器的使用方法项目小结本项目以装配光幻广州塔任务为引领，通过作业指导书介绍整个制作过程，包括具体的操作步骤、工艺要求焊接质量、注意事项、自检互检等，让学生可以轻松按照作业指导书完成光幻广州塔的装配和调试，训练学生装配与调试电子产品的技能。【考核与评价】1、 真确分析电路中，各模块电路的工作原理，利用测量仪器测量电路参数及相 关数据。2、掌握电子产品整机装配与调试、故障现象分析。3、自评互评表25 自评互评表班级姓名学号组别项目考核要求配分评分标准自评分互评分元器件的识别按要求对所有元器件进行识别201元器件识别错一个，扣2分元器