LED循环彩灯课程设计

1、××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 201231000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 12、课程设计的任务与要求 22.1 实验器材 22.2 电子器件的识别 22.3 焊接技术 22.4 元器件安装及要求： 33、设计方案与论证 33.1 功能分析与具体要求 33.2 设计思路 44、设计原理及功能说明 45、单元电路的设计（计算与说明） 66、硬件的制作与调试 77、总结

2、 10附录 1： 总体电路原理图 错误！未定义书签。附录 2：元器件清单 141、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

3、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

4、 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)

5、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

6、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，

7、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， LED1LED4、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， LED5LED8熄灭。与

8、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。16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

9、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 33-220F 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 1-2.7K 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

10、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。R112kR2470R312kR4470R512kR64701EDL3ED4Q1SXT2907AC2100FQ2C1100F C3100F6EDL7ED8V13 VQ3LEDL9EDL1E0DL1E1D12SXT2907ASXT2907A图 5-1 LED 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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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