Список необходимых компонентов

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.. 6

1.1 Оптоэлектроника. 6

1.2 Описание элементной базы.. 7

1.2.1 Резисторы.. 7

1.2.2 Конденсаторы.. 10

1.2.3 Микросхемы.. 12

1.2.4 Диоды.. 16

1.2.5 Транзисторы.. 18

1.2.6 Кнопки. 20

2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ.. 22

2.1 Подбор элементной базы.. 22

2.2 Список необходимых компонентов. 22

2.3 Принцип работы устройства. 23

2.4 Проектирование электрической схемы устройства. 24

2.5 Разработка монтажа компонентов на печатную плату. 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 27

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 28

Сведения о самостоятельности выполнения работы.. 29

ВВЕДЕНИЕ

Автоматы световых эффектов находят широкое применение в автомобильной электронике (для управления стоп-сигнальными "огнями"), для эстетического оформления баров, дискотек, казино, праздничной иллюминации, при подготовке выставок, презентаций, а также для организации световой рекламы.

Автоматы световых эффектов с программируемыми алгоритмами позволяют реализовывать большое многообразие светодинамических эффектов и управлять по программе большим числом световых элементов. Такое устройство можно выполнить, к примеру, на одном микроконтроллере и нескольких регистрах, в качестве интерфейсных схем, для управления набором световых элементов. Применение распространенных микросхем стандартной логики позволяет построить полностью автономное многоканальныйавтомат световых эффектов о с интегрированным программатором, не требующее использования никаких дополнительных программаторов, вообще, или компьютера, в частности.

Целью курсового проекта является проектирование автомата световых эффектов, подбор электронных компонентов и разработка печатной платы.

Проектируемое устройство построено на основе недорогих и легко заменяемых деталей, все радиоэлектронные элементы отечественного производства предназначены для общего применения.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Оптоэлектроника

Оптоэлектроника представляет собой раздел науки и техники, занимающийся вопросами генерации, переноса (передачи и приёма), переработки (преобразования), запоминания и хранения информации на основе использования двойных (электрических и оптических) методов и средств.

Оптоэлектронный прибор – это прибор, чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой областях; или прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение в этих же спектральных областях; или прибор, использующий такое электромагнитное излучение для своей работы.

Обычно подразумевается также "твердотельность" оптоэлектронных приборов и устройств или такая их структура (в случае использования газов и жидкостей), которая допускала бы реализацию с применением методов современной интегральной техники вминиатюрном исполнении. Таким образом, оптоэлектроника базируется на достижениях целого ряда достижений науки и техники, среди которых должны быть выделены прежде всего квантовая электроника, фотоэлектроника, полупроводниковая электроника и технология, а также нелинейная оптика, электрооптика, голография, волоконная оптика.

Принципиальные особенности оптоэлектронных устройств связаны с тем, что в качестве носителя информации в них наряду с электронами выступают электрически нейтральные фотоны. Этим обуславливаются их основные достоинства:

1. Высокая информационная ёмкость оптического канала.

2. Острая направленность излучения.

3. Возможность двойной модуляции светового луча - не только временной, но и пространственной.

4. Бесконтактность, "электропассивность" фотонных связей.

5. Возможность простого оперирования со зрительно воспринимаемыми образами.

Эти уникальные особенности открывают перед оптоэлектронными приборами очень широкие возможности применения в качестве элементов связи, индикаторных приборов, различных датчиков. Тем самым оптоэлектроника вносит свою, очень значительную, долю в комплексную микроминиатюризацию радиоэлектронной аппаратуры. Дальнейшее развитие и совершенствование средств оптоэлектроники служит техническим фундаментом разработки сверхвыскопроизводительных вычислительных комплексов, запоминающих устройств гигантской ёмкости, высокоскоростной связи, твердотельного телевидения и инфравидения.

Основу практически любой оптоэлектронной системы составляет источник излучения: именно его свойства и определяют, в первую очередь, лицо этой системы. Все источники можно подразделить на две большие группы: с когерентным (лазеры) и с некогерентным(светоизлучающие диоды и др.)излучением [7].

Описание элементной базы

Резисторы

Если обратиться к формообразованию слова, то непременно ниточка приведет к английскому слову «resist». В переводе на русский он будет обозначать действие – противостоять, сопротивляться и препятствовать. Все сводится к тому, что в цепи в цепи протекает ток, испытывающий противодействие внутреннего типа. Определить величину этого самого сопротивления можно свойствами различных внешних факторов и свойств проводника. На электрических схемах обозначение резисторов представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Обозначение резистора на электросхеме

Данный тип токовой характеристики можно измерить в Омах. При этом будет проглядываться непосредственная зависимость от напряжения и силы электрического тока. К примеру, при сопротивлении проводного элемента в 1 Ом и токе в 1 Ампер, на каждом из концов проводника будет создаваться напряжение в 1 Вольт. Из этого следует, что при введении и изменении величины сопротивления можно будет контролировать и регулировать все остальные параметры. Причем стоит отметить, что их можно будет рассчитать самостоятельно.

Главная функция резистора – это контроль и ограничение действия тока. Ко всему прочему, эту деталь порой применяют для того чтобы поделить напряжение в сети.

Типы резисторов по материалу резистивного элемента

- проволочные резисторы;

- непроволочные резисторы;

- металлофольговые резисторы.

Теперь более подробно рассмотрим вышеперечисленные типы резисторов.Проволочные резисторы – это тип резисторов, в которых в качестве резистивного элемента используется высокоомная проволока (нихром, константан, никелин). Высокоомная проволока наматывается на керамический корпус, выводы закрепляются, а корпус заливается специальным покрытием (рисунок 2).

Рисунок 2 – Проволочные резисторы.

Обычно данный вид резисторов применяется в цепях, где протекают высокие токи, а также где необходима высокая точность сопротивления (измерительные приборы).

Непроволочные резисторы – это тип резисторов, в которых резистивным элементом являются либо пленки, либо объемные композиции с высоким удельным сопротивлением. Тонкая пленка наносится на цилиндрический керамический корпус и герметизируется эпоксидным либо стеклянным покрытием (рисунок 3).

Рисунок 3 – Непроволочные резисторы.

Металлофольговые резисторы – это тип резисторов, в которых в качестве резистивного элемента применяется фольга определенной конфигурации.В свою очередь непроволочные резисторы подразделяются на тонкопленочные, с толщиной слоя в единицы нанометра, толстопленочные, с толщиной в доли миллиметра и объемные, с толщиной слоя в единицы миллиметра. Различные типы резисторов можно посмотреть на рисунке 4.

Рисунок 4 – Типы резисторов

В нашемустройствеиспользуются постоянные резисторы МЛТ - металлоплёночные лакированные теплостойкие, характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и рабочего напряжения, высокой надежностью, пределы мощностью 0,125 Вт, величина номинальных сопротивлений от 8,2 Ом до 3 МОм с допуском 5%,

ТКС , диапазон температур -60...+125 ⁰С. Вариант установки IIа [5].Резисторы МЛТ представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 – Резисторы МЛТ

Конденсаторы

Конденсатор– один из самых распространённых радиоэлементов. Роль конденсатора в электронной схеме заключается в накоплении электрического заряда, разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и многое другое.На электрических схемах обозначение конденсаторов представлено на рисунке 6.

Рисунок 6 – Обозначение конденсаторов на электросхеме

Конструктивно конденсатор состоит из двух проводящих обкладок, изолированных диэлектриком. В зависимости от конструкции и назначения конденсатора диэлектриком может служить воздух, бумага, керамика, слюда.

Кроме обычных существуют ещё иэлектролитические конденсаторы. Емкость их намного больше, чем у обычных, следовательно, габариты также существенно больше.Отличительная особенность электролитических конденсаторов –полярность.Если обычные конденсаторы можно впаивать в схему, не беспокоясь о полярности прикладываемого к конденсатору напряжения, то электролитический конденсатор необходимо включать в схему строго в соответствии с полярностью напряжения. У электролитических конденсаторов один вывод плюсовой, другой минусовой.

Также широкое применение получилиподстроечныеконденсаторы. Подстроечные конденсаторы необходимы в тех случаях, когда требуется точная подстройка ёмкости в электронной схеме. В таких конденсаторах подстройку ёмкости производят один раз или очень редко.

Наряду с подстроечными конденсаторами существуют и конденсаторыпеременной ёмкости. В отличие от подстроечных, переменные конденсаторы служат для частой подстройки ёмкости. В простом (не цифровом) приёмнике настройка на радиостанцию как раз и осуществляется с помощью конденсатора переменной ёмкости.

Различные типы конденсаторов изображены на рисунке 7.

Рисунок 7 – Типы конденсаторов

В нашем устройстве используются полярные конденсаторы серий К73-11, К53-18, характеризуются высокими электрическими показателями, небольшой стоимостью, большим сопротивлением изоляции, малым тангенсом угла потерь.Вариант установки IIв. Представлены на рисунке 8.

Рисунок 8 – Конденсаторы К73-11 (слева) и К53-18 (справа)

Микросхемы

Микросхема — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковой, как правило, кремниевой, пластине или пленке (так называемая интегральная схема) и помещенная в неразборный корпус. Основной способ изготовления микросхем — фотолитография, то есть нанесение рисунка схемы облучением светочувствительной поверхности подложки с последующим травлением и напылением [4].На электрических схемах обозначение микросхемна примере К561 представлено на рисунке 9.

Рисунок 9 – Обозначение микросхемы на электросхеме

Микросхемы бывают цифровыми, аналоговыми и аналогово-цифровыми. Предназначение аналоговых микросхем - преобразование и обработка непрерывных сигналов. Цифровые микросхемы преобразовывают и обрабатывают сигналы, выраженные в цифровом коде. Цифровые микросхемы имеют преимущество перед аналоговыми из-за меньшего энергопотребления и большей помехоустойчивости.

Аналого-цифровые микросхемы представляют собой гибрид двух видов микросхем, они получили большое распространение и в настоящее время являются наиболее используемыми микросхемами при создании электронной техники.

Цифровые и аналоговые микросхемы выпускаются и разрабатываются изготовителями сериями. Серия - это совокупность видов микросхем, выполняющих разные функции, но предназначенных для совместного использования. Каждая серия имеет свою комплектность и содержит определенное количество микросхем. Наиболее перспективные и востребованные серии микросхем производители впоследствии расширяют и дополняют новыми разработками.

По технологии изготовления микросхемы разделяют на пленочные, полупроводниковые и гибридные. У пленочных микросхем все элементы и соединения между ними сделаны в виде пленок, у полупроводниковых микросхем - все элементы и соединения выполнены на полупроводниковом кристалле. Гибридные микросхемы помимо кристалла включают в себя различные электронные компоненты, заключенные в один корпус.

Производят микросхемы в двух вариантах: без корпуса и в корпусе. Микросхемы без корпуса используются при монтаже в различных микросборках. Корпус микросхемы защищает ее от различных внешних воздействий. Соединяются микросхемы в корпусе с нужными узлами с помощью встроенных выводов.

Типы микросхем по корпусам:

- безкорпусные – виды микросхем, у которых нет корпуса, а элементы расположены на открытой подложке и залиты краской или компаундом, для защиты кристалла от негативных влияний окружающей среды. По сути – это типы кристаллов, которые изготовлены специально для монтажа в микросборку или гибридную схему;

- корпусные – микросхемы, все компоненты которых расположены в миниатюрном корпусе. Это сделано потому, что огромные партии микросхем перевозятся и пересылаются потребителю или заказчику. Это приводит к неизбежному действию отправителя – обезопасить сохранность кристалла интегральной схемы от поломки. Для того, чтобы на нее не оказывала неблагоприятное воздействие погода и другие обстоятельства, применяют различные виды корпусов.

Различные микросхемы представлены на рисунке 10.

Рисунок 10 - Микросхемы

В нашем устройстве используются микросхемы серии К155, К561,КР156.Все микросхемы имеют одинаковое напряжение питания: U_ип=5В±10% и близкие значения логических уровней. Вариант установки микросхем: VIIIa.

К561ЛА7 -цифровая микросхема серии КМОП.Микросхема представляет собой четыре логических элемента 2И-НЕ.Содержат 64 интегральных элемента. Корпус типа 201.14-1. Потребление тока – 16,5мА. Диапазон рабочих температур -10...+70°С. Представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Микросхема К561ЛА7

КР1561ГГ1– микросхема представляет собой генератор с фазовой автоподстройкой частоты.Корпус типа 301.12-1. Потребление тока – 20мА. Напряжение питания +5В±5%. Представлена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Микросхема КР1561ГГ1

К561ИЕ11–цифровая микросхема серии КМОП.Микросхема представляет собой четырехразрядный двоичный реверсивный счетчик.Содержат 319 интегральных элементов.Корпус типа 238.16-1. Потребление тока – 53мА. Диапазон рабочих температур -10...+70°С. Представлена на рисунке 13.

Рисунок 13 – Микросхема К561ЕИ11

К155ИД3–Микросхемы К155ИД3 представляют собой дешифратор-демультиплексор 4 линии на 16.Содержит 225 интегральных элементов.Корпус типа 238.24-1. Потребление тока – 60мА. Диапазон рабочих температур -10...+70°С.

Представлена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Микросхема К155ИД3

Диоды

Диод– электронный прибор, имеющий 2 электрода, основным функциональным свойством которого является низкое сопротивление при передаче тока в одну сторонуи высокоепри передаче в обратную.То есть при передаче тока в одну сторонуон проходит без проблем, а при передаче в другую,сопротивление многократноувеличивается, не давая току пройти без сильных потерь в мощности. При этом диод довольно сильно нагревается [3].На электрических схемах обозначение диодов представлено на рисунке 15.

Рисунок 15 – Обозначение диодов на электросхеме

Диоды бывают электровакуумные, газоразрядные и самые распространённые – полупроводниковые. Свойства диодов, чаще всего в связках между собой, используются для преобразования переменного тока электросети в постоянный ток, для нужд полупроводниковых и других приборов.

Конструктивно, полупроводниковыйдиод состоит из небольшой пластинкиполупроводниковых материалов (кремния или германия), одна сторона которой обладает электропроводимостью p-типа, то есть принимающей электроны, другая обладает электропроводимостью n-типа, то есть отдающей электроны.

По назначениюполупроводниковые диоды делят на следующие основные группы:

–выпрямительные;

–универсальные;

–импульсные;

–варикапы;

–стабилитроны (опорные диоды);

–стабисторы;

–туннельные диоды;

–обращенные диоды;

–лавинно-пролетные (ЛПД);

–тиристоры;

–фотодиоды;

–светодиоды и оптроны.

В нашем устройстве используются светоизлучающие диоды арсенид-галлий-алюминиевые в пластмассовом корпусе красного и зеленого цвета свечения серии АЛ307.

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение.

АЛ307БМ – Сила света 0.9 кд/м². Постоянное прямое напряжение 2В. Цвет свечения – Красный. Диапазон рабочих температур 213...343К. Вариант установки IIа.СветодиодАЛ307БМ представлен на рисунке 16.

Рисунок 16 – СветодиодАЛ307БМ

АЛ307ВМ – Сила света 0.4 кд/м². Постоянное прямое напряжение 2.8В. Цвет свечения – Зеленый. Диапазон рабочих температур 213...343К. Вариант установки IIа.Светодиод АЛ307ВМ представлен на рисунке 17.

Рисунок 17 – Светодиод АЛ307ВМ

Транзисторы

Транзистор-полупроводниковыйприбор, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. В настоящее время транзистор является основойсхемотехникиподавляющего большинства электронных устройств иинтегральных микросхем.На электрических схемах обозначение транзисторов представлено на рисунке 18.

Рисунок 18 – Обозначение транзисторов на электросхеме

Разновидность транзисторов:

- биполярные– транзисторы в которых носителями зарядов могут быть как электроны, так и «дырки». Ток может течь, какв сторону эмиттера, так ив сторону коллектора. Для управления потоком применяются определённые токи управления;

- полевые транзисторы– распространённые устройства в которых управление электрическим потоком происходит посредством электрического поля. То есть когда образуется большее поле – больше электронов захватываются им и не могут передать заряды дальше. То есть это своеобразный вентиль, который может менять количество передаваемого заряда. Отличительной особенностью данных транзисторов являются высокое входное напряжение и высокий коэффициент усиления по напряжению;

- комбинированные– транзисторы с совмещёнными резисторами, либо другими транзисторами в одном корпусе. Служат для различных целей, но в основном для повышения коэффициента усиления по току.

В нашем устройстве используются транзисторы КТ646А,КТ829А часто применяемые в радиотехнике и других устройствах с рабочим напряжением не более 9В и током 10мА. Диапазон рабочих температур -20...+60 ⁰С. Вариант установки IIв. Данные транзисторы представлены на рисунке 19.

Рисунок 19 – Транзисторы КТ646А (слева) и КТ829А (справа)

Кнопки

Кнопка— механическое устройство для передачи сигнала/ввода информации, элементинтерфейса человек-машина: элементарный физический механизм передачи электрическогосигналаразличным устройствам путём замыкания или размыкания двух или болееконтактов. По сути своей являетсядатчикомвнешнего физического воздействия (усилия нажатия), передающим далее факт такового соединённым с ним устройствам.На электрических схемах обозначение кнопки представлено на рисунке 20.

Рисунок 20 – Обозначение кнопки на электросхеме

Кнопка, в зависимости от наличия/отсутствия прилагаемого к ней в данный момент усилия нажатия, имеет два положения — «нажато» и «отпущено». В зависимости от состояния, в котором кнопка останется после снятия усилия, кнопки делятся на кнопки фиксирующегося и нефиксирующегося типа:

- кнопка, возвращающаяся в исходное состояние после снятия приложенного усилия, являетсянефиксирующейся;

- кнопка, изменяющая своё состояние на противоположное тому, что было до нажатия, и остающаяся в нём после снятия приложенного усилия, является фиксирующейся;

- кнопка с зависимой фиксацией— фиксирующаяся кнопка, которая переходит в состояние «отпущено» при нажатии другой кнопки, имеющей с ней механическую связь.

Контакты кнопки по своему состоянию в положении «отпущено» делятся на нормально разомкнутые или нормально замкнутые:

- нормально разомкнутые контактыне соединены (разомкнуты), когда кнопка находится в положении «отпущено»;

- нормально замкнутые контактысоединены (замкнуты), когда кнопка находится в положении «отпущено».

В качестве элемента электрической коммутации используется кнопка типа КМ1-1. Данный тип переключателя имеет малые габариты, механическую износостойкость. Диапазон рабочих температур -60...+100°С. Кнопка КМ1-1 представлена на рисунке 21.

Рисунок 21 – Кнопка КМ1-1

2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

Подбор элементной базы

Микросхемы выбирали по одинаковому напряжению питания. Далее посмотрев типовые схемы позаимствовали такие же микросхемы.

Резисторы выбирали в соответствии с техническим описанием на микросхемы. Большой запас мощности нам не нужен, поэтому остановились на 0,125 Вт и 0,5 Вт.

Конденсаторы выбирали в соответствии с техническим описанием на микросхемы. Конденсатор С1 используется как нагрузочная ёмкость, которая создаёт задержку испускания импульсов и не должна превышать 1мкФ. С2 используется как фильтр для сглаживания выбросов напряжения счетчика.

Диоды выбирали по выходному напряжению дешифратора DD4 2В. Подошли диоды отечественного производства АЛ307БМ АЛ307ВМ.

Транзисторы выбиралиn-p-nтипа какие оказались рядом.

Список необходимых компонентов

Для удобства дальнейшего проектирования нам необходима свести всю элементную базу в таблицу 1, в которой укажем количество, вариант установки и установочную площадь.

Таблица 1 – Сводная таблица используемых компонентов

Наименование элемента	Кол-во	Конструктивные параметры
Наименование элемента	Кол-во	Вариант установки	Установочная площадь, мм²
Резисторы: МЛТ-0,125 МЛТ-0,5	9 1	II-a II-a	109 42.84
Конденсаторы: К73-11 2,2 мкФ К53-18 0,33 мкФ	1 1	II-в II-в	117 24.18
Микросхемы: К561ЛА7 КР1561ГГ1 К561ИЕ11 К155ИД3	1 1 1 1	VIII-a VIII-a VIII-a VIII-a	9.75 70.8 110.1 378.5

Продолжение таблицы 1

Наименование элемента	Кол-во	Конструктивные параметры
Наименование элемента	Кол-во	Вариант установки	Установочная площадь, мм²
Диоды: АЛ307БМ АЛ307ВМ	16 16	II-a II-a	314 314
Транзисторы: КТ646А КТ829А	1 1	II-в II-в	108.16 21.84

Принцип работы устройства

Имеется генератор тактовых импульсов постоянной частоты на логических элементах, что позволило реализовать эффект автоматического изменения скорости "бега". Имеется дополнительная функция "бегущая тень" [6].

К выходам счетчика DD3, кроме дешифратора DD4, подключен простейший преобразователь кода в напряжение (ПКН) на резисторах R3—R6. Они должныбыть подобраны так, чтобы значения их сопротивления находились в соотношении 8:4:2:1 с отклонением не более 1...2 %. Конденсатор С2 сглаживает выбросы напряжения, возникающие в моменты переключения счетчика.

Выходное напряжение ПКН поступает науправляющий вход (вывод 9 DD2). При указанных на схеме номиналах резисторов R1, R2 частота генерируемых импульсов при состояниях счетчика 0 и 15 отличается в 10 раз. Поскольку каждый пришедший на вход С счетчика импульс вызывает изменение частоты на один шаг, создается впечатление плавной регулировки скорости "бега".

Светодиоды HL1 —HL16 и HL17 —HL32, подключенных таким образом, что они светятся, когда на соответствующих выходах дешифратора DD4 установлены высокие уровни напряжения. Погашен лишь один из них, соединенный с выходом, на котором в данный момент установлен низкий уровень. Таким образом, реализован эффект "бегущая тень".

В общие цепи групп светодиодов включен коммутатор на транзисторах VT1 и VT2. В зависимости от уровня напряжения на входе коммутатора (подвижном контакте переключателя SA1) открыт транзистор VT1 и работают светодиоды

HL1—HL16 либо открыт транзистор VT2 и работают светодиоды HL17—HL32. Неподвижные контакты переключателя соединены с выходами триггера на элементах микросхемы DD1, управляющего направлением работы реверсивного счетчика DD3. В зависимости от положения переключателя в одну сторону, ускоряясь, «бежит» огонь, затем в противоположную, замедляясь, - тень, либо наоборот.

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 748; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!