【模拟电路】简易心形流水灯 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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标准版 【模拟电路】简易心形流水灯

简介:简易心形流水灯,由红、黄、绿三色LED,共18个。排列成一个心形图案。

开源协议: GPL 3.0

(未经作者授权,禁止转载)

创建时间: 2021-09-30 09:49:10
更新时间: 2024-01-02 10:06:22
描述

 

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1-项目介绍

      简易心形流水灯模块,由红、黄、绿三色LED,共18个。排列成一个心形图案。

2-硬件介绍

2.1 电路原理分析

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图1  系统电路图

       接通电源后,由于暂稳态多谐振荡器的原理会有一个三极管先导通,由于电容充电的影响另外一个三极管会延时一会后导通,前面的三极管截止。如此往复循环,达到LED灯流水的效果。来举例分析一下:

假设Q1最先导通,则LED1这一组点亮,由于Q1导通,其集电极(C极)电压下降使得电容C2左端下降,接近0V,由于电容两端的电压不能突变,因此Q2的基极(B极)也接近0VQ2截止,故接在其集电极(C极)的LED2这一组熄灭;此时Q2集电极(C极)的高电压(LED2R5串联后接C3,虽然LED未点亮,但是电流通路存在)通过电容C3使Q3集电极电压升高,Q3也将迅速导通,LED3这一组点亮,因此在段时间里,Q1Q3的集电极(C极)均为低电平,LED1LED3这两组点亮,LED2这一组熄灭。

随着电源通过电阻R2C2的充电,Q2的基极(B极)电压逐渐升高,当超过0.7V时,Q2由截止状态变为导通状态,集电极(C极)电压下降,LED2这一组点亮,与此同时,Q2的集电极(C极)下降的电压通过C3使Q3的基极(B极)电压也降低,Q3由导通变为截止,其集电极(C极)电压升高,LED3这一组熄灭。

接下来,电路按照上面的叙述的过程循环,三组18LED便会轮流点亮,同一时刻有两组被点亮,这些LED被交叉排列成一个心形图案,不断的循环闪烁发光,达到流动显示的效果。

2.2边框设计

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图2  心形边框设计

   心形边框由一个矩形(正方形)和两个半圆形(圆心角180°)组成。定义圆弧的半径为R,则板子尺寸为:宽 3.41R,高3.12R

   本次设计的PCB尺寸为:83mm*73mm,其中下方的直角区域放置供电USB,修改为矩形区域。

   边框绘制过程描述: 以图案最下角为原点开始绘制,画布单位设置为mm首先选择图层为边框层,选择PCB工具中的导线进行绘制,右侧的网格大小设置为34.290mm,栅格尺寸和ALT键栅格均设置为0.635mm,线宽默认0.254mm,拐角选择45°(图中颜色设置为了便于展示,选的白色背景,实际绘制不需要去修改),如图4所示。

 

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图3  实际边框尺寸

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4 画布设置

   此时从原点开始,沿着45度方向,向左上绘制,到达第一个格点即可。右侧斜线同理。如图5所示

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斜线绘制

   绘制完成两个斜线后,开始寻找圆弧中心,把网格大小÷2,即修改为17.145mm,如图6所示。此时圆心就落在格点上,如图7所示。

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修改网格大小

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圆弧圆心

   先绘制右侧圆弧,选择中心圆弧工具。

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中心圆弧工具

   先到达圆弧中心位置,点击鼠标左键,然后到达圆弧右侧起点位置(斜线端点),然后逆时针移动,到达Y轴位置停止(到达点在格点上)。左侧圆弧绘制同样道理,从Y轴圆弧端点位置开始绘制,到左侧斜线端点。绘制过程图如图9所示。

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圆弧绘制过程

   左侧圆弧绘制结束后,会提示是否合并网络(如图10所示),我们绘制的是一个封闭的图形,这里选择确定。

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10  合并网络

2.3 边框细节设计

2.3.1 供电口部分

   本设计供电口处于正下方,采TYPE-C 6pin进行供电。因为供电口的存在,会破坏心形的下方,这个是不可避免的。边框绘制前可以先规划一下USB口的位置,让USB口在整个心形区域内。

   供电口的绘制过程如下:首先修改PCB的网格大小,栅格尺寸,和ALT键栅格均为1.27mm。然后调整TYPE-C位置,让其中心在Y轴上,同时下方边界线刚好接近边框。然后选择文档层,进行辅助线绘制。以TYPE-C口下方的第一个网格线为准,从左侧斜边框绘制到右侧,这个作为板子的下底边。

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11  板子底边绘制

   绘制完成后如图10所示,然后开始绘制两个圆角。选择中心圆弧工具进行绘制。左,右圆心如图12所示。绘制半径为2格的圆弧。

 

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12  左右圆弧中心

   绘制好的文档线即为下方的边框层。此时删除之前绘制的两条斜线

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13  绘制好的下方边框

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14  删除两条斜线

   切换层与元素到边框层和选择导线工具(右侧导线的拐角要设置为45度),连接两侧的端点。再次绘制斜线边框(如图15

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15  再次绘制斜线边框

  最后,选中之前绘制的文档层(按住CTRL键多选),在右侧属性栏修改为边框层。至此,边框部分都已经绘制完成了。

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16  修改底层边框属性

2.3.2 悬挂通孔绘制

   在心形上方放置一个机械孔,便于悬挂。在PCB工具栏选择通孔工具(第一行,倒数第二个),然后放置在Y轴上的合适位置(距离上边框一定距离,过孔直径大小即可)。

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17  通孔工具

   放置后,选中通孔,修改孔的直径为3mm(这个尺寸比较常用,尺寸大小可以根据自己情况进行设定)

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18  修改孔的直径

   至此,心形边框的绘制全部完成,可以开始进行器件摆放等后续操作了

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19  边框部分全部完成

3 调试注意事项

3.1 焊接

      本次设计所有器件均为直插器件。焊接简单,但是需要用斜口钳子剪掉多余的引脚。焊接注意事项:LED的正负极不要弄反。PCB上已经标注LED正极所在的位置,需要将LED引脚较长的那个插入到正极孔内(其他直插LED正负极判断这里不进行展开)。比较好的焊接是LED都紧贴在PCB上,这样可以让LED比较稳定,不会因为不稳定导致焊盘脱落。特别注意,心形左侧和右侧LED的正负极是对称的,焊接时不要因为 “惯性”,导致焊接错误。

3.2 通电

      通电前检查TYPE-C座是否焊接良好,因为PCB电路板没有开关,理论上通电后就会有LED发光。本设计中,任意时刻都有12个LED发光,观察一段时间后,如果发现有LED一直不亮,那么这个LED是正负极焊接错误,或者是LED损坏,建议检查电路,坏掉或正负极焊接错误,请拆掉LED后再次进行焊接。供电参考电压3-5V,使用type-c供电,电压是5V。供电电压越大,LED越亮,同时流水灯周期越短。

3.3 波形展示

3.3.1 通电瞬间波形通电瞬间波形-解析

图20  模块通电瞬间波形

      波形分析:示波器3路输入分别接在三极管Q1,Q2,Q3的基极上,通电瞬间,三个三极管的基极均达到0.7V电压,三极管导通。t1时刻,三极管Q3的基极电压突然开始下降并到了0V,对应的LED熄灭。然后开始逐步上升。待到三极管Q3基极电压升至0.7V左右,对应的LED亮起。三极管Q1基极电压快速下降,三极管Q1截至,对应的LED熄灭。之后电压逐渐上升。循环进行,3个三极管有一个处于截止状态,这组的LED熄灭,两个三极管处于导通状态,LED均发光。

3.3.2 断电瞬间波形

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图21  模块断电后波形

       上图为三个,三极管基极电压变换,模块停止供电后,LED直接熄灭,模块断电后,电压都在下降(因为电容的电压不能突变)。

设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
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ID Name Designator Footprint Quantity BOM_Supplier BOM_Manufacturer BOM_Manufacturer Part BOM_Supplier Part BOM_JLCPCB Part Class
1 100uF C1,C2,C3 CAP-TH_BD5.0-P2.00-D0.8-FD 3 LCSC ValuePro 100uF 16V 5*11 C43348 Extended Part
2 GP26-2520WV-2P H1 HDR-TH_2P-P2.54-V-M 1 LCSC GEPU(歌普) GP26-2520WV-2P C2681737 Extended Part
3 LED-TH-5MM-R LED1,LED4,LED7,LED10,LED13,LED16 LED-TH_BD5.9-P2.54-RD_RED 6 LCSC EVERLIGHT 333-2SURD/S530-A3 C417347 Extended Part
4 LED-TH-5MM-Y LED2,LED5,LED8,LED11,LED14,LED17 LED-TH_BD5.0-P2.54-L-RD_YELLOW 6 LCSC MEIHUA MHL5013UYDYT C417348 Extended Part
5 LED-TH-5MM-G LED3,LED6,LED9,LED12,LED15,LED18 LED-TH_BD5.0-P2.54-L-RD_GREEN 6 LCSC MEIHUA(美华科技) MHL5013UGDGT C2764903 Extended Part
6 S9014 Q1,Q2,Q3 TO-92-3_L4.9-W3.7-P2.54-L 3 LCSC CJ S9014 C2097 Extended Part
7 4.7K R1,R2,R3 RES-TH_BD2.4-L6.3-P10.30-D0.6 3 LCSC TyoHM RN 1/4W 4K7 F T/B A1 C410614 Extended Part
8 100 R4,R6 RES-TH_BD2.2-L6.5-P10.50-D0.6 2 LCSC UniOhm MFR0W4F1000A50 C57438 Extended Part
9 51 R5 RES-TH_BD2.2-L6.5-P10.50-D0.6 1 LCSC UniOhm MFR0W4F510JA50 C58637 Extended Part
10 TYPE-C-2P USB1 USB-SMD_KH-TYPE-C-2P 1 LCSC kinghelm(金航标) KH-TYPE-C-2P C2919656 Extended Part

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