LED延时灯设计报告

《电子设计基础》课程报告设计题目：点动LED延时灯学生班级：自动化0906学生学号：20096285学生姓名：钟佶桦指导教师：刘春梅时间：2011-6-26西南科技大学信息工程学院Ⅱ—1一.设计题目及要求点动LED延时灯：点动开关按下后延时5s后点亮LED,再点动一次LED熄灭；点亮后若在4s内没有按键按下，则在延时3s后LED自动熄灭，用单稳态集成电路设计。二.题目分析与方案选择这是具有延时功能的LED灯，用555构成单稳态延时器可以满足其延时要求。用两块555构成单稳态开机延时电路，其中一块555输出端连接LED正极，其延时时间为5s，即5s后输出高电平，另外一块555输出端连接LED负极，其延时时间为12s，即12s后输出高电平。根据LED正向导通的性质，可以实现按下开关后延时5s后点亮LED。再根据LED两端电压相等截止的性质，可以实现点亮后若在4s内没有按键按下，则在延时3s后LED自动熄灭（理解为LED点亮后若开关有动作，则LED熄灭；若开关没有动作，则LED延时7s后熄灭）。三.主要元器件介绍1.555定时器555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图如图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5Ⅱ-2脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3脚：输出端Vo。2脚：低触发端。6脚：TH高触发端。4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表所示。输入输出阈值输入VI1触发输入VI2复位RD输出Vo放电管T××00导通2/3Vcc1/3Vcc11截至2/3Vcc1/3Vcc10导通2/3Vcc1/3Vcc1不变不变下图是用555定时器组成开机延时电路。在开关S断开后，VI=0电路进入暂稳态，电容充电，故V0跳变为高电平的时间即为暂稳态时间tw,由公式可以求出tw=RCIn3.Ⅱ-32．LEDLED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着LED灯株在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。贴片LED与PN结一样，二极管具有单向导电性。硅二极管典型伏安特性曲线（图）。在二极管加有正向电压，当电压值较小时，电流极小；当电压超过0.6V时，电流开始按指数规律增大，通常称此为二极管的开启电压；当电压达到约0.7V时，二极管处于完全导通状态，通常称此电压为二极管的导通电压，用符号UD表示。对于锗二极管，开启电压为0.2V，导通电压UD约为0.3V。在二极管加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过某个值时，电流开始急剧增大，称之Ⅱ-4为反向击穿，称此电压为二极管的反向击穿电压，用符号UBR表示。不同型号的二极管的击穿电压UBR值差别很大，从几十伏到几千伏。3.其他器件电阻、电容若干，双刀双掷开关等。四.电路设计及计算电路电压关系：Vcc1=VI1+Vc1,Vcc2=VI2+Vc3,V=VI1-VI2-VR1。R1100ΩR210.91kΩR34.545kΩC11mFC210nFC31mFC410nFU1LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2U2LM555CNGND1DIS7OUT3RST4VCC8THR6CON5TRI2VCC15VVCC25VGNDGNDLED1GNDGND76542J1Key=SpaceJ2Key=Space1VCC1VCC23Ⅱ-5LM555CN引脚说明：1-接地2-触发3-输出4-复位5-控制6-阈值7-放电8-电源五.仿真及结果分析1.VI1、VI2与VC1、VC3的电压关系。C1、R3构成5s延时电路，C3、R2构成12s延时电路。当开关闭合时，C1、C3被短路，VI1=VI2=5V=Vcc，输出均为0。当开关断开（t=0）时，C1开始充电，当VC1=2/3Vcc(t=5s)时，VI1=1/3Vcc,输出为高电平,此时仍有VI2=5V=Vcc，；同时C3也开始充电，当VC3=2/3Vcc(t=12s)时，VI2=1/3Vcc,输出为高电平。如下图所示。2.当LED点亮后，开关无动作时的两块555输出电压VI1、VI2及LED两端电压V波形。电路电压关系：Vcc1=VI1+Vc1,Vcc2=VI2+Vc3,V=VI1-VI2-VR1。当t=0时，开关断开，C1、C3分别开始充电。VI1跳变为高电平的时间即为暂稳态持续时间tw1=R3C1ln3=1.1*4.545*1=5s,此时VI2=0，LED导通。VI2跳变为高电平的时间tw2=R2C3ln3=1.1*10.91*1=12s,此时VI1=VI2均为高电平，LED截止。Ⅱ-63.当LED点亮后，开关有动作时的两块555输出电压VI1、VI2及LED两端电压V波形。电路电压关系：Vcc1=VI1+Vc1,Vcc2=VI2+Vc3,V=VI1-VI2-VR1。当t=0时，开关断开，C1、C3分别开始充电。VI1跳变为高电平的时间即为暂稳态持续时间tw1=R3C1ln3=1.1*4.545*1=5s,此时VI2=0，LED导通。当t=8.8s时，VI1、VI2均为低电平，LED两端无电压差，LED截止。六.Protel原理图100pFC?Cap1mFC3Cap1mFC1Cap10nFC2Cap10nFC4CapDSLEDTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1NE555NTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U2NE555NVCCVCC200R34.545KR110.91KR2SSW-DPDT12P1powerVCCGNDⅡ-7七．PCB板排布丝印层顶层底层电路板尺寸=1881*1150milⅡ-8最小间隙：15mil最小宽度：15mil优选尺寸：30mil最大宽度：40mil元件数：12八．总结通过本次实习，我能将书本上学到的理论知识应用于实践，学会了一些简单电子电路仿真设计的能力,虽然在学习过程中遇到种种困难，但是在解决这些问题的过程中无疑是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次意义重大的兴趣的培养。电子实习，是以学生自己动手动脑，并亲手设计、制作、组装与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。作为信息时代的大学生，仅会书本理论只是是远远不够的，基本的动手能力和实际操作能力是一切工作和创造的基础和必要条件。通过这段时间的学习，我对电子工艺的理论有了更深的了解。了解到了焊普通元件与电路元件的技巧、印制电路板图的设计制作等等。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是收获颇丰，具体如下：1.基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程，了解电子产品的焊接、调试与维修方法。2.熟悉了有关软件的使用，例如Multisim、Protel等，能够熟练使用普通万用表，示波器等。3.熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，能查找资料，查阅有关的电子器件图书等。4.锻炼了自己分析问题解决问题的能力。另外，在这次实验中我也遇到了不少的问题，通过自身查找资料，向同学和老师请教，最终一一解决了遇到的问题。在遇到不懂的问题时，我能利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息。和同学老师之间相互讨论，明白了广集思义的重要性。这次的制作也让我感受到，我们大Ⅱ-9学生在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学习相关知识，拓展你自己的眼界，训练专业技能。