1 项目介绍

  简易星形呼吸灯采用LM358运放及外围电路构成，由20个LED排列成一个五角星形图案。

2 电路原理

2.1 芯片介绍

      LM358是由两个独立的运算放大器所组成，增益高、共模抑制比高、稳定性强。适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。使用范围广。

图2-1 LM358脚位图（SOP-8）

 

表2-1  LM358引脚说明

2.2 典型应用

  由LM358及外围电路构成一个三角波信号发生器；三极管构成一个共集电极电路，将加在基极的三角波信号进行放大，并且由于基极的电压是一个三角波夹在直流信号上，导致发射极的输出电压是一个上移的三角波信号，可以控制LED灯的亮度，形成呼吸的效果。

图2-2 LM358经典应用电路图

  在图2-2中：LM358的3脚和6脚的电位是固定的。当2脚电位低于3脚电位时，1脚输出高电平，即T1导通，LED亮，2脚的电位是由7脚提供的，当5脚的电位高于6脚时，7脚输出高电平。这两个运放组成的相互连通的比较器来间隙的使T1导通，点亮LED。

3 原理图设计

3.1新建工程

  打开嘉立创EDA专业版，创建工程并命名为【模拟电路】LM358星形呼吸灯，将原理图文件命名为：SCH_LM358星形呼吸灯。根据以下电路进行绘制电路原理图。

图3-1 SCH_LM358星形呼吸灯

3.2 器件选型

  在本项目的元器件选型中，所有元器件均可直接在嘉立创EDA的元件库中进行搜索。如果对元器件不熟悉，也可以通过复制物料中的商品编号进行搜索（每一个元器件在立创商城都有唯一的商品编号）。

图3-2 元器件搜索示意图

图3-3 通过商品编号搜索示意图

3.3 物料清单

4 边框设计

图4-1 星形边框设计

  在顶部工具栏将线条45°修改成线条自由角度，放置线条折线（快捷键：Alt + L），按Tab键可锁住已输入的值并切换输入长度和角度，五角星的边长为36mm，角度见上图标出，从顶部开始画起。

 

图4-2-1 星形边框绘制1

图4-2-2 星形边框绘制2

图4-2-3 星形边框绘制3

图4-2-4 星形边框绘制4

图4-2-5 星形边框绘制5

图4-2-6 星形边框绘制6

图4-2-7 星形边框绘制7

图4-2-8 星形边框绘制8

图4-2-9 星形边框绘制9

图4-2-10 星形边框绘制10

  完成五角星绘制后，框选整个五角星，点击鼠标右键，添加2mm的圆形倒角，减缓五角星的尖锐度，使其圆滑一些，更加安全。

图4-3 输入倒角半径的值

图4-4  五角星边框设计图

5 PCB设计

  完成原理图设计，且经过DRC检查电路与网络连接正确后，点击顶部菜单栏的 “设计” → “原理图转PCB”（快捷键为Alt+I），将PCB文件保存至同一工程下并命名为：PCB_LM358星形呼吸灯。

5.1 PCB布局

  在器件布局时20个LED按五角星形状排列分布放置，其余器件放置在背面，TYPE-C摆放在五角星下方，布局参考如图5-1所示。

图5-1 PCB布局参考图

 

5.2 PCB走线

      PCB走线，全称为印刷电路板布线（PCB LAYOUT）。由于电路板有顶面与底面两个面，在PCB走线也就可以分为顶层和底层走线，其中顶层走线默认是红色线，底层为蓝色线，也可按照个人喜好设置其他颜色，走线也就是在电路板中按照飞线连接导线，将相同的网络连接起来即可，顶层的LED可照参照五角星形状进行走线。

布线参考如图5-2所示，初次设计可参考下图进行走线。

 

图5-2-1 PCB走线参考图-顶层

 

图5-2-2 PCB走线参考图-底层

5.3 覆铜与丝印

      PCB走线画完后进行覆铜，就可以连接好GND网络。丝印字符遵循从左到右，从上往下的原则。标注工程名称与logo，注释标出开关打开的方向。

 

图5-3-1 PCB覆铜与丝印参考图-顶层

 

图5-3-2 PCB覆铜与丝印参考图-底层

6 电路调试

6.1器件焊接

  可参考焊接顺序：首先焊接顶面的LED，再焊接Type-C连接器/拨动开关；其次焊接LM358运放芯片；再焊接电阻/电容/可调电阻；电路均为贴片器件，焊接遵循从低到高的原则进行即可。

图6-1-1 PCB空板-顶面

图6-1-2 PCB空板-底面

 

  注意焊接过程中用电安全手不要接触到烙铁头，避免烫伤。焊接时元器件对准位置，检查型号是否正确。焊接过程注意锡线是否虚焊漏焊，避免影响电路性能，导致电路不能正常工作。

图6-2-1 PCBA实物图-顶面

图6-2-2 PCBA实物图-底面

图6-3-1 3D渲染图-顶面

图6-3-2 3D渲染图-底面

6.2 硬件调试

  焊接完成后需要使用万用表检查电源与地是否短路，焊接过程中有没有出现短路以及断路的情况，检查无误后方能进行上电测试。

      TYPE-C接通后，打开拨动开关，板子开始工作，LED产生呼吸闪烁效果，调整可调电阻的阻值，可改变呼吸灯闪烁的频率。

图6-4 简易星形呼吸灯工作图