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【DIY】南京大学北大楼纪念PCB

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简介:一个非常小巧精致的DIY作品,外型采用南京大学标志性建筑北大楼,通过纽扣电池供电,在拨动开关之后,两侧LED会顺序点亮,带有一个钥匙孔,可以作为一个小挂件随身携带。
开源协议:Public Domain
创建时间:2023-03-23 11:02:53更新时间:2023-08-14 14:00:34

描述

1、项目简介

      这是一个基于NE555和CD4017设计的纪念品小挂件,外型采用南京大学标志性建筑北大楼,通过纽扣电池供电,在拨动开关之后,两侧LED会逐渐顺序点亮,带有一个钥匙孔,可以作为一个小挂件随身携带。

2、总体方案

      北大楼纪念品方案系统框图如2-1所示,通过纽扣电池给多谐振荡器电路供电,进而驱动LED顺序点亮。

图2-1 南京大学北大楼纪念品系统框图

 

3、电路原理

      南京大学北大楼纪念品设计主要由纽扣电池输入、NE555定时器及CD4017计数分频器构成的多谐振荡器驱动电路、及LED显示电路组成。

3.1、多谐振荡器驱动电路

      纽扣电池给整个系统供电,通过滑动开关闭合和断开来控制系统的电源,配合NE555时基电路组成多谐震荡电路,电源VCC通过电阻R12、R15向电容C2进行充电,当电容C2充到一定程度后,NE555定时器2、6脚电压升高。当2、6脚电压升高到2/3VCC后,3脚输出为低电平,7脚呈现低阻态,电容C2通过电阻R15向NE555芯片7脚内部对地放电。当放电至2、6脚电压低于1/3VCC时,3脚输出为高电平,7脚呈现高阻态,循环往复充放电。

      通过调整R12、R15、C2的值,可以调整充放电时间,从而调整输出波形的频率和占空比,3脚输出震荡脉冲作为CD4017计数分频器工作的时钟脉冲。CD4017计数器工作时,输出端依次输出高电平,不断循环,从而驱动LED进行顺序点亮。

图3-1 NE555+CD4017多谐振荡器驱动电路

 

 

3.2、LED显示电路

      LED显示电路由46个LED灯组成,CD4017的输出端前9组,每组驱动4个LED,分布在电路板的两侧,两边各两个,最后一个输出端D9,驱动10个LED灯。分布在电路板中心的两侧,每侧各5个。

 

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图3-2 LED显示电路

 

4 原理图设计

4.1 新建工程

      打开嘉立创EDA,创建工程并命名为【DIY】南京大学北大楼纪念品设计,将原理图文件命名为:SCH_南京大学北大楼。根据以下电路进行绘制电路原理图。

图4-1 SCH_南京大学北大楼

4.2 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4-2 元器件搜索示意图

图4-3 通过商品编号搜索示意图

4.3 物料清单

南京大学北大楼项目物料清单
序号 名称 参数 器件位号 数量 封装 商品编号
1 电阻 1K R1~R14,R16~R23 22 R0805 C44535
2 110K R15 1 R0805 C413317
3 电容 1UF C1、C2 2 C0805 C393690
4 LED灯 红灯

LED1~LED8,LED11、LED12、LED15、LED16、LED19、LED20、LED23~LED26、LED35~LED39

23 LED_0805 C84256
5 蓝灯

LED9、LED10、LED13、LED14、LED31~LED34,LED40~LED43

12 LED_0805 C84259
6 绿灯

LED17、LED18、LED21、LED22、LED27~LED30,LED44~LED47

12 LED_0805 C84260
7 滑动开关 SK-3245S-L1-A

SW1

1 SW-SMD_SK-3245S-L1-A-1 C405951
8 电池座 CR1220电池座

B1

1 BAT-SMD_CR1220-2 C70381
9 电池 CR1220电池

B1

1 CR1220 C114980
10 时基集成芯片 TLC555M/TR

U2

1 SOP-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS C383061
11 计数器/分频器芯片 CD4017BM/TR

U1

1 SOP-16_L9.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BL C356694

 

5 PCB设计

      完成原理图设计,且经过DRC检查确保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ALT+I),将PCB文件保存至同一工程下并命名为:PCB_南京大学北大楼。

5.1 边框设计

      在PCB界面,导入南京大学北大楼的高清图片,切换图层至板框层,利用顶部菜单栏中的折线工具,对南京大学北大楼外形轮廓进行绘制。注意图片的外形尺寸尽量控制在10cm*10cm以内,这样就可以到嘉立创免费打样了~

5.2 PCB布局

      在PCB的顶层,放置不同颜色的LED灯,以及南京大学的校训文字,在底层,放置对应的限流电阻以及驱动芯片和电池,注意,在五角星处,我们将其设置为阻焊层,然后禁止铺铜,这样的话透光效果好。

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图5.2-1 顶层布局图

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图5.2-2 底层布局图

5.3 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,也可根据个人喜好设置其他颜色,走线也就是在电路板中按照飞线指引连接导线,将相同的网络连接起来即可。

      首先选择需要走线的层(切换顶/底层快捷键:T/B),然后点击顶部工具栏中的单路布线进行连线(快捷键为W)。看似简单的连连看,其中需要我们耐心的进行调整,元器件的摆放布局也会影响走线的难度,所以我们在走线之前就应该大致先有一个布局,确定大方向,在走线的过程中不断调整,进一步优化,前面所介绍的PCB布局相当于是在给走线做铺垫,布局好了,走线也就自然顺畅了,在该项目中的走线提供以下几点参考建议:

(1)电源线设置为15mil,信号线设置为8mil

(2)由于进行了两层布局,走线应先将本层就近点连接完成,后续再逐步连接其余较远的。

(3)走线过程中优先走直线,需要拐弯的地方以钝角或圆弧拐弯为主

(4)在进行铺铜的时候,如遇到孤岛或被其余走线挡住了,铺铜无法进入的情况,可以增加过孔,连接两层的铜皮进行连接

(5)最后加上泪滴,在DRC检查无误之后才能下单。

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图5.3-1 顶层走线图

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图5.3-2 底层走线图

5.4 覆铜

      PCB走线画完之后进行覆铜,就可以连接好GND网络,在检查DRC无误之后加入泪滴,再次检查无误之后即可下单生产。

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图5.4-1 顶层铺铜图

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图5.4-2 底层铺铜图

6 电路调试

6.1 器件焊接

      在焊接的时候,可以打开嘉立创EDA的焊接辅助工具,在PCB菜单栏工具栏内,首先焊接顶层,顶层只有LED,注意LED灯的方向,以及对应的颜色即可,随后进行底层焊接,优先焊接元器件高度低的电阻,注意电阻R15是110K,不要将其焊成1K的电阻,随后焊接电容、和TLC555以及CD4017芯片,这里的电阻和电容没有极性,无需考虑方向,芯片需注意对齐1脚的方向进行焊接,最后焊接滑动开关和电池座。

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图6.1 焊接辅助工具图

6.2 硬件调试

      焊接完成之后需要使用万用表检测电源和地是否短路,检测LED方向是否正确,确认无误之后接上电池,拨动开关为打开状态,即可看到LED顺序点亮。

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

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