实训项目三光幻广州塔电路.docx
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实训项目三光幻广州塔电路
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。
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:
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
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
1.3.1led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16×16(点阵)颗灯设计
2.220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.voidmain()
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.ucharcodetable[]={ //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.voiddelay(uintz)
18.{
19. uintx,y;
20. for(x=5;x>0;x--)
21. for(y=z;y>0;y--);
22.}
23.voidhongbegin() //全亮呼吸灭
24.{
25. inti;
26. for(i=0;i<140;i++)
27. {
28. honglight2(i);
29. }
30. P0=0x00; //保持亮的状态
31. P2=0xff;
32. P1=0xff;
33.
34.}
35.voidhonglight2(ucharnum2) //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. ucharj;
38. P0=0xff; //首先关闭P0
39. P2=0x00; //打开P2
40. j=table[num2];
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.unsignedcharcodetabP0[]={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.voidmianjiang()
3.{
4.
5. unsignedcharcodetabP2[3][8]={ //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. intj,k,i; //定义三个变量
13. for(j=0;j<3;j++) //j图像个数
14. {
15. for(k=0;k<20;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;i<8;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=tabP2[j]; //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
30pf
3
C1、C2、C3
电解电容
470uf/10V
1
C4
七彩LED
5mm
4
D1、D2、D3、D4
排针
4PIN
1
P2
直插电阻
100k/0.25W
2
R2、R21
直插电阻
56R/0.25W
20
R1、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、
R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R22
红外接收头
VS1838B
1
RX1
侧卧开关
PS-22F03
1
S1
轻触开关
6*6*9
侧接
H支架
1
S2
单片机
STC12C5A60S2
1
U1
芯片座
40P
1
U1
USB母头
miniUSB,直插
1
USB1
晶振
12M
1
Y1
PCB板
1
红外遥控器
1
线
1.5米(白色)
模板
1
双通铜柱
m3*12
4
螺丝
m3*6
4
一分二音频座
1
电源音频一体线
1
led
300
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。
④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