简易广告彩灯电路 课设.docx

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简易广告彩灯电路课设

江西理工大学应用科学学院信息工程系

《Protel软件应用》课程设计报告

设计题目：

简易广告彩灯电路

专业：

通信工程

班级：

131班

学号：

**********************

*********************************************

同组人员：

黄煌

*************************************

完成日期：

2016.6.13

指导老师评语：

得分：

指导教师签名：

1设计任务和性能指标

1.1设计任务

以8050三极管为驱动，设计周期可调的彩灯闪烁电路。

通过设计电位器，改变闪烁速度。

给出彩灯闪烁周期的计算方法，选择电路元件并给出元件参数。

利用protel设计硬件电路原理图和PCB图。

1.2性能指标

LED广告彩灯电路采用两只NPN三极管8050驱动多只LED组成。

1、以8050三极管驱动放光二极管，发光二极管并联使用。

2、闪烁快慢要求选择电阻和电容的参数。

调节电位器R1、R2的大小，可以改变闪烁速度。

计算出闪烁周期公式。

3、电压过高会烧坏发光二极管。

工作电压从3V开始调大，当提供的电源电压高于5V后应当串入一个2.2～27欧姆的电阻作为限流电阻，以免烧坏发光二极管。

2设计方案与论证

1、设计原理：

这个电路由两个三极管控制亮暗，两边对称，各有一个电解电容，当一侧电容充电时，该侧的发光二极管导通发光，此时另一侧电容放电，同侧的发光二极管截止，不能发光。

当放电结束后，开始充电；充电的一侧开始放电，如此反复充电放电，就产生交替闪烁的现象。

调节电阻值的大小可以改变闪烁的频率。

2、应该在5V后应当串入一个2.2～27欧姆的电阻作为限流电阻，以免烧坏发光二极管。

彩灯闪烁的周期是：

T=0.7×（R1+R3）×C2+0.7×（R2+R4）×C1

3、分析：

当接通电源时，C1充电，同侧的发光二极管导通发光，电流一部分到Q2基极，C2此时放电，为Q2集电极供电，Q2导通，C2放电，Q1截止，所以右侧发光二极管不能导通。

当C1充电完成，C2放电完成后，C1开始放电，C2充电，相反的一侧发光二极管发光，另一侧截止。

如此反复快速的充电放电，实现闪烁的现象。

我们都知道天底下没有两样相同的东西，电子元件也一样，所以总有一个差那么一丢丢，电流也是相当现实的东西，总会选择先选择好的元件，因此我们假设Af比As好一些，那么电流会先选择Af然后再选择As，那么Af先导通，但是，Af导通时，电流经过R1，R3在经过C1完成一个回路，那么C1就可以像手机电池一样被充电，这时有贡献电流流过电容，电容相当于短路，所以城门失火，殃及池鱼连着他的是As，意味着电流不往Q2去了，全被C1抢了，完了，被迫关断，但是Q2也不是省油的灯，他也做了同样的事情，R2，C4流过电流也会往C2去，对C2充电，相当短路，掐断Af的电流补给，Af也被迫关断，相当于同归于尽，As先挂掉，然后Af再挂，（总体来说就是电容两端的电压不能突变，）亮灭了一次以后，很明显是As先灭，所以下次他笨鸟先飞，他先复活，（Af关断的时间早于Af，所以他导通时间也早于Af，虽然他们质量有差距，但是他们的起跑点不一样），电容C1先充电，所以他先充满，那么充满后没有贡献电流通过，此时的电容相当于断路，这时C1放电，电流与充电电流相反，R1，R3，C1的电流汇聚在G点，流向Af的基极，使As先闭合，电源经过右边的LED再经过As的C2，E2极构成一个闭合回路，同样的原理，Af也会跟着闭合，但是他们俩总是是阴阳两隔，无耻的无限开外挂复活，要么As死，要么As死。

就形成了交替闪烁的目的了。

要能自动控制一只三极管的饱和和截止，按上一节电路的思路还需要再用一只三极管，并且两个三极管的导通和截止是相反的：

一只管子导通时，另一只三极管就截止了。

在这里我们也可以使用这种想法，但必须满足—个条件，当三极管处于饱和时，必须在它上面找到一个可以使另一只三极管处于截止的电压或电流，而在三极管处于截止时，也必须在它上面找到一个可以使另一只三极管处于饱和的电压或电流，这样才可以使—只三极管的饱和能促使另一只三极管截止，而另一只三板管的截止也才能反过来促使这一只三极管的导通，形成一个“雪崩”。

那么三极管上有没有这样一个地方能产生这样的电压呢?

有，就是它的集电极。

当三极管的基极电压提高而使三极管导通后，流过集电板的电流就会增加，而这个电流同时也流过集电极电阻，使它上面消耗的电压（叫做电阻的压降）增加，而电源的电压是不变的，电阻用掉的电压增加了，三极管集电板上的电压就肯定得下降，这下降的电压不正好能用于另一只三极管的截止吗?

根据这个思路，我们把一只三极管的基极接在另一只三极管的集电极上，而另一只三极管的基极也同样接在前—只三极管的集电极上，如图所示．因为一只三极管饱和而另一只三板管截止后，这个状态就被两只三极管牢牢地锁住了，这不是长明灯就是长灭灯，不是我们要的闪光灯。

要闪光，必须要有电容做的延时电路，这在上一节我们就知道了，把它加入到上面的电路中就可以了。

3系统硬件设计

3.1电路原理图

3.2元器件清单

3.3元器件功能

3.3.1微调电阻

A.电器特性

阻值范围：

100~2.2MΩ

阻值特性：

B

最高使用电压：

不超过50V

额定功率：

0.1W

残留阻值：

不超过标称阻值的5%，最大不超过30Ω

旋转寿命：

空载旋转100圈后，阻值变化最大为±15%

负载寿命：

加载额定功率3小时，阻值变化最大为±5%

B.机械特性

旋转角度：

200°±20°

旋转力矩：

60~150g.cm

止档强度：

大于500g.cm

机械强度：

电阻片可承受1KG压力不破裂

C.环境特性

工作环境温度：

-5℃~70℃

温度特性：

以70℃烤5小时，阻值变化在5%~-30%以内

湿度特性：

加额定功率，在40℃与90%的相对湿度环境下350h，阻值变化最大20%

D.焊锡条件

焊锡温度：

250℃

焊锡时间：

2秒

3.3.2发光二极管

发光二极管的反向击穿电压约5伏。

它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。

限流电阻R可用下式计算：

R=（E－UF）/IF。

式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。

发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。

在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

如图3-2.

图3-2发光二极管

3.3.3三极管管脚识别方法：

（a）判定基极。

用万用表R×100或R×1k挡测量管子三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。

当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。

这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。

黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测管子为PNP型三极管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。

（b）判定三极管集电极c和发射极e。

（以PNP型三极管为例）将万用表置于R×100或R×1K挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。

在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。

图3-1三极管

4绘制原理图和PCB制作

确定设计目标后，用ProtelDXP软件绘制出电路原理图，绘制过程如下：

1、打开ProtelDXP软件，新建一个“简易广告彩灯电路.PRJPCB”工程，在此工程下再新建一个“简易广告彩灯电路.SCHDOC”原理图文件。

2、根据要求，画出电路原理图。

在此过程中，注意选择元器件及对应的封装，阻值大小及相关的性能。

绘制原理图如下：

3、原理图绘制完成以后，对所绘制的原理图进行编译。

选择“Project->Protel”，生成实用报表，

4、完成以后将所有元器件都封装，将电气连接都导入PCB中，连接如图所示。

5、对元器件进行布局生成PCB，布局以后的效果如图

5PCB板制作、焊接与调试

5.1PCB板制作

（1）将生成的PCB打印到转印纸上后，选择合适大小的覆铜板，将转印纸有电路图的一面紧贴覆铜板有铜的一那面，转印纸紧紧包住覆铜板，然后将裹有转印纸的覆铜板放到转印机中转印。

（2）转印完成后等待覆铜板冷却，然后撕开转印纸，将覆铜板放到腐蚀液中腐蚀。

（3）等待大约20-30分钟，知道覆铜板上多余的铜全部被腐蚀掉，覆铜板变成带有线路的透明的黄色塑料板。

（4）将塑料板切割成合适的大小，注意电路板线路的完整性，用砂纸或者

锉刀将板子边缘打磨光滑。

（5）用合适钻头的钻孔机给板子上的焊盘打孔，注意将钻头对准焊盘中心。

（6）用砂纸将电路板上线路的一层碳膜轻轻擦掉，会出现铜黄色的线路。

 PCB板基本制作完成。

PCB板制作过程中遇到的问题及解决办法：

（1）在钻三极管时会将两个孔钻到一起导致短接。

解决办法：

钻孔时将两边的孔钻的离中间远点。

（2）敷铜板转印完成后，有些线路会出现断裂或者没有印到敷铜板上。

解 决办法：

用转印笔在出现断裂的线路上轻轻地描，注意不要连到其他线路上。

 （3）钻孔过程中，误将线路钻断了。

解决办法：

焊接时将锡丝熔化后将断

点连上。

打印电路板

腐蚀电路板

钻孔

5.2元器件的焊接

焊接顺序先测量，做好记录；在清洁，挂锡焊接；最后检查质量。

（1）右手持电路铁。

左手压住元件或导线。

焊接前，电烙铁要充分预热烙铁头刃面上要吃锡，及带上一定量焊接。

 将烙铁头刃面紧贴在焊点处。

电路铁与水平面大约成60度角。

（2）锡可以从烙铁头上流到到焊点上。

将烙铁在焊点处停留的时间控制2-3

秒钟。

（3）抬开烙铁头。

左手仍持元件不动。

待焊点处得锡冷却凝固后，才可

以松开左手。

5.3系统的调试

调试准备——检查电：

在通电调试之前，必须认真检查电路连线是否正确，对照电路图按照一定顺序一一检查：

特别要注意电源是否接错，电源与地是否有短接，二极管是否接反，三极管三个引脚是否接错，继电器的常通和常开脚，开关的两个脚，轻轻拨一拨元器件，观察焊点是否牢固。

调试：

根据本设计中的电路原理图进行实物的连接，焊接连接各元件即可。

连接完成后，引出两根根导线，一根导线接+6V电源的正极，另一根导线接地，接好线后，刚开始第一次闭合开关，按下开关发出悦耳的“叮咚”观察持续的时间长短，达到了预期的效果。

与设计的内容基本相符合。

同样设计中仍然存在误差，这是由于元器件参数的精度不够、实物连接时引附加阻值、性能不够高以及环境温度等多方面的影响所致。

在实际生活中可以通过多种措施来提高输出音频信号的的稳定度，如可以选择电容的并联使电容的值更精确；同时外界温度也会影响实验的精确性。

6总结

本次课设是完成一个简易广告彩灯电路设计，首先通过查找书籍资料，首先进行电路原理图的设计、绘制以及PCB版图制作，然后对电路中的各个部分进行调整修改，按照设计的电路原理图完成实物的连接，连接后在实验室不断地调试、修改，最后得到设计要求。

此次protel课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计；其次，在电路实现的过程中总会出现一些问题，需要我们细心解决，所以这周下来，我对电路故障的排查能力有了很大的提高；再次，通过此次课程设计，我对设计所用到的软件Protel 软件有了更加深刻地了解，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。

当然，经过了课程设计，我也发现了自己的很多不足。

但是通过自己的动手动脑，既增加了知识，又给了我专业知识以及专业技能上的提升，我也会更加努力，认真学习，争取在以后的课程中做得更好！

致谢

在这次课设中，我首先要感谢学校给我们提供的机会，其次我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把设计做得更加完善。

在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

最后，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。

同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。

最后再一次感谢所有在设计中帮助过我的老师和同学。

参考文献

[1]李与核.ProtelDXP2004SP2实用教程.北京：

清华大学出版社,2012.1.