机电工程基础实训论文---七彩圣诞树
机电工程基础实训论文---七彩圣诞树
引言
随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合的必备娱乐用品，它不但可以发出不同颜的灯光来点缀场地，还可以调动起现场人们的情绪，使宴会的气氛上涨。此外还可以搭配任何摆设，配以缤纷颜、围成各种形状，来进行装饰。流水彩灯的工作原理与彩灯的大致相同它拆装方便，易于收藏，安全环保，消耗低，具有较大的开发潜力;构造简单，所用原理也较简单，有较大的市场需求量，若批量生产，可获较大利益，具有很好的商业潜力。
流水灯的设计要求在预定的时间到来时，会产生一个控制信号控制LED灯的流向、间歇等，LED灯流向可以随着电路的改变而改变，并具有自控、手控功能等。主要参考数字电路中计数器的原理。利用NE555芯片以及计时器cd4017实现流水灯功能。
1.  圣诞树介绍
1.1.圣诞树的设计背景
随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，彩灯已经成为各个大小节日、各种宴会场合的必备娱乐用品，它不但可以发出不同颜的灯光来点缀场地，还可以调动起现场人们的情绪，使宴会的气氛上涨。此外还可以搭配任何摆设，配以缤纷颜、围成各种形状，来进行装饰。流水彩灯的工作原理与彩灯的大致相同它拆装方便，易于收藏，安全环保，消耗低，具有较大的开发潜力;构造简单，所用原理也较简单，有较大的市场需求量，若批量生产，可获较大利益，具有很好的商业潜力。
1.2.圣诞树目的及意义
圣诞树的设计要求在预定的时间到来时，七彩圣诞树套件由两块灯板和一块灯板底座组成，组成一个像树一样的形状，两块灯板边缘的七彩LED呈现流水般一样的交替闪烁，自动变换七种彩，夜晚时分看起来流光溢彩，且能照亮周围环境，具有很美观的效果，能烘托愉悦的气氛。其次让我们了解各元器件的功能，学会使用嘉立创软件，利用其进行PCB 画图，并做出实物使其运行。
2.  基础元件介绍
圣诞树由 LED模块、电源模块、灯壳三部分组成，驱动电路由功率较大的三极管组成，利用三极管的开关特性实现控制。灯壳由绝缘塑料制成，通过绝缘材料将灯壳与电源隔离开来，并在灯壳上安装有一个发光二极管（LED）。
2.1.LED灯
LED灯是通过对一个 PN结施加反向电压，使其内部产生电流，通过电流流过 PN结而发光的。这种LED灯又叫做发光二极管。发光二极管的工作原理：当二极管导通时，内部产生正向电流，这一电流被称为发光管的“正向压降”。当二极管正向压降为零时，发光管内部的光能转变成热能，也就是电子从正极流向负极。当正向压降达到一定程度时，二极管截止，从而发光。这种发光过程是由反极性电流造成的。因此在设计中要保证足够大的反向电压（一般大于5V）。因为 LED的反向电压是很小的，所以要使 LED的光能够透过灯壳，就必须将灯壳做成绝缘的。如果灯壳采用绝缘材料制成，则就会出现灯不亮的情况，这也是为什么 LED灯一般都做成圆形或圆柱形的原因之一。
2.2.环电阻器
环电阻是电阻器中的一种，电阻器使用四个或五个环来表示电阻值，每个环所代表的含义各不相同。而环标记方法可以一次从任何角度读取代表电阻值的颜信息，但是数字标记方法不同。首先，字符小且难以识别，然后受文本方向和角度的影响。在许多特殊的安装位置，代表电阻值的数字信息根本无法读取，所以采用环标记法，以下为五环电阻器的识别。
3. 设计方案设计
3.1.基本思路和原理
LED灯的发光原理与普通照明用灯有较大的区别。普通照明用灯的发光原理是利用灯管发光，而 LED灯是通过 LED管发光。普通照明用灯的电流一般为5~6 mA，而 LED灯的电流则要大得多，一般为100~300 mA。这就要求 LED灯具有足够大的输出功率和较小的体积。因此，在设计中需要采用大功率三极管和恒流源电路。
电路原理：18只LED被分成3组，每当电源接通时，3只三极管会争先导通，但由于元器件存在差异，只有有一个三极管最先导通，这里假设Q1最先导通，则D1-D6这一组点亮，由于Q1导通，其集电极电压下降使得电容C1左端下降，接近0V，由于电容两端的电压不能突变，因此Q2的基极也被接到近似0V，Q2截止，故接在其集电极的D7-D12这一组熄灭；此时
Q2的高电压通过电容C2使Q3集电极电压升高，Q3也将迅速导通，D13-D18这一组点亮，因此在段时间里，Q1、Q3的集电极均为低电平，D1-D6和D13-D18这两组点亮，D7-D12这一组熄灭，但随着电源通过电阻R3对C1的充电，Q2的基极电压逐渐升高，当超过0.7V时，Q2由截止状态变为导通状态，集电极电压下降，D7-D12这一组点亮，与此同时，Q2的集电极下降的电压通过C2使Q3的基极电压也降低，Q3由导通变为截止，其集电极电压升高，D13-D18这一组熄灭，接下来，电路按照上面的叙述的过程循环，三组18只LED便会轮流点亮，同一时刻有两组被点亮，不断的循环闪烁发光，达到流动显示的效果。

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