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红外遥控发射/接收器的设计 （北理工电路与电子线路课程设计）.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.21M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    本科实验报告 实验名称： 红外遥控发射/接收器的设计 课程名称： 电路与电子线路课程设计 实验时间： 2019/7/1-3 任课教师： 吴莹莹 实验地点： 实训楼 实验教师： 吴莹莹 学生姓名： 唐高鹏 实验类型： □ 原理验证 ■ 综合设计 □ 自主创新 学号/班级： 1120170429/05951701 组 号： 7 学 院： 信息与电子学院 同组搭档： 专 业： 电子信息类（实验班） 成 绩：
    一、设计任务和主要技术指标 设计一个八路红外遥控器电路，主要技术指标为： 1．码元速率：400bit/S 2．调制方式：幅度键控，载频 40kHz。 二、设计方案选择 利用 MC145026／MC145027、NE555 和 CX10206A 等芯片设计制作一个八路红外遥控器。 总体设计框图如下： 电子系统 A 电子系统 B 红外传输 信 号 源 编 码 幅 度 键 控 检 波 器 解 码 控 制 和 显 示 三、电路原理与设计 1、MC145026 编码器 MC145026 由时钟振荡器、分频器、地址编码/数据编码输入电路以及数据选择与缓冲器等几部分组成。 时钟振荡器和分频器向编码电路提供基准时钟。地址编码/数据编码输入电路，将不同的地址和控制数据码 编为相应的信号。编码方式是以不同的脉冲宽度组合，表征不同的地址码和控制数据。数据选择与缓冲电 路将编码电路的并行码变为串行码输出。 MC145026 共有 9 条地址线 A1～A9，最多有 512 个不同地址；其中 4 条与地址复用的数据线 D6～D9， 使用 4 位编码输入，16 种编码状态。编码以串行方式由 Dout 脚(引脚 15)输出。如果 MC145026 与译码器 MC145027 配对使用，则只能采用“5 位地址线及 4 位数据线”的固定编码传送模式。 该器件的地址线和数据线采用并行编码复用输入，码状态为 1、0 和开路三种状态，通常仅使用前两种 编码状态，每个编码的码元宽度对应编码器内部的 8 个时钟周期，主要靠脉冲占空比大小区分编码状态， 三种状态编码波形如图 1 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 编码器 内部时钟 CK 编码“1”波形 编码“0”波形 编码“开路”波形 Dout 脚串行输出 Dout 脚串行输出 Dout 脚串行输出 1 位编码间隔 图 1 编码器工作波形 1
    MC145026 内部振荡频率的典型运用范围一般选择为：4kHz～9kHz。外接阻容元件 RS、RTC、CTC 的参 数值决定了内部时钟频率，原则上要求内部振荡频率范围为：1kHz≤fosc≤400kHz。其中应满足 RS =2 ~5RTC， 一 般 情 况 当 RS≥20kΩ 、RTC≥10kΩ 、400pF＜CTC＜15μF 时 ， 通 常 遵 循 以 下 原 则 确 定 内 部 振 荡 频 率 ： f osc  1 CR TC ' TC 3.2 ，式中， ' C TC  C TC  20 pF 。 MC145026 编码器电路原理图和参数设计如下： ≈ 1 2.3` 取 CTC=0.01uF，RS=20kΩ，RTC=10kΩ， 此时 f 约为 40kHz 另取其余三电阻均为 5.1kΩ， A1~A5 输入地址码与 MC145027 相同即可。 2、MC145027 译码器 MC145027 由地址编码输入电路、数据分离电路、逻辑控制电路、移位寄存器、数据锁存与缓冲器等 几部分组成。解调后的 BCD 码信号由 Di 输入，经数据分离电路，将地址码与数据码分离。当接收到 MC145026 发送的第一串编码脉冲时，若与 MC145026 设定的地址码一致，则将数据码送入寄存器，并由 串行码变为并行码，待第二次接收编码中的地址码再次吻合，并将两次数据编码进行对照，若数据相同， 才有输出地址和数据编码。也就是说，只有连续两次收到完全相同的地址和数据编码后才将编码推进输出 锁存器。同时 VT 引脚在 2 次接收到有效传输编码后电平由低变高，表示译码有效。虽然 MC145026 可以 使用三种编码状态，但数据一般都是逻辑 1、0 状态，MC145027 会将三态中的“开路”状态译码成为逻辑 1。 MC145027 同样需要外接阻容元件，其第 6、7 脚接的是产生内部接收判决时钟需要的 RC 元件，时间 常数 R1C1 应设置为 1.72×(编码器 MC145026 时钟周期)，即： CR 11  95.3 TCCR TC 。 其中，R2C2 为 10 脚到“地”并联的一组元件，且时间常数 R2C2=33.5×(编码器 MC145026 时钟周期)，即： CR 2 2  77 TCCR TC ，RTCCTC 为 MC145026 的外接 RC 元件参数。 MC145027 译码器电路原理图和参数设计如下： 2
    R1C1=3.95RTCCTC R2C2=77RTCCTC R1=39.5kΩ（实验中以 39kΩ代替），C1=0.01uF， R2=77kΩ（实验中以 75kΩ代替），C2=0.1uF， 与 LED 灯相连接地的保护电阻为 470Ω， A1~A5 地址码与 026 相同。 3、调制电路和发射电路 在红外遥控系统中，一般脉冲信号的编码输出频率较低，为了提高抗干扰能力，应进行付载波调制， 调制的方法可以选择幅度键控调制(ASK)。付载频频率一般选在 35～50kHz。 MC145026 是脉冲编码器，调制的方式应为幅度键控调制。载波振荡器如果采用 NE555 芯片作为幅度 键控调制器，其输出电流一般可以驱动红外发射管。 红外发射管实际上是一种特殊的发光二极管，它的作用是完成“电→光”转换，红外光一般也具有反射 效应，但不能直接遮挡。红外发射管的驱动电流一般为 50～200mA。红外接收管则完成“光→电”转换的作 用，它的工作电流一般只有几十微安。实验用的红外发射/接收二极管型号为 PH301 和 PH302。 NE555 调制电路和发射电路原理图和参数设计如下： 3
    1.43 ≈ +2 ≈ + +2×100% f=40kHz，q=50% 取 RA=1.8kΩ，RB=15kΩ（实验中 555 输出频率低于 40kHz，故换用 12kΩ），C=1000pF 4、接收电路和解调电路 红外接收管与红外发射管的发射/接收波长是相同的，如前所述。接收管完成“光→电”转换，其输出的 电信号就是幅度键控信号(如采用调制)，且十分微弱，一般需要放大到峰-峰值 1.5～2V 后进行幅度检波， 然后进行放大整形，将信号变成逻辑电平，作为 MC145027 的 Din 脚输入。红外接收前级电路如图 2 所示。 红 外 接 收 管 前 端 小信号放大 幅度 检波 放大 整形 译码器 MC145027 出 译 码 输 图 2 红外接收器的原理框图 对于红外接收管输出的微弱信号，可采用 2～3 级晶体管放大，然后进行二极管包络检波和放大整形。 也可采用红外专用集成前置放大器进行放大。CX20106A 芯片内由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、 检波器、积分器及整形电路构成。其中还有电平自动控制电路(ABLC)，它可保证在输入弱信号时，前置放 大器有较高的增益(约为 70dB)，输入强信号时前置放大器不会过载，保证在一定的距离内工作可靠。内部 设置的滤波器中心频率由 5 脚外接电阻调节，范围可从 30KHz~60KHz。 CX20106 芯片管脚中，2 脚是电平自动控制，改变 2 脚的电容和电阻，可以调整前级放大器的增益，3 脚的电容为检波电容，5 脚为滤波器的中心频率调整电阻，7 脚电阻为输出负载电阻，4 脚接地，8 脚是电 源。它是集电极开路输出方式，因此 7 脚必须接上一个上拉电阻到电源端，没有接受信号是该端输出为高 电平，有信号时则产生下降。同时，因为接收到的信号同发射端的发射信号相反，利用三极管 8050 设计反 相电路。 接收电路和解调电路原理图和参数设计如下： 4
    2 脚电容电阻控制前级放大增益，取 C=1uF，R=4.7Ω （实验中由于增益过大，通过遮挡发射端电路无法完全挡住信号，故替换电阻为 51Ω） 3 脚检波电容取 3.3uF 接地， 5 脚为中心频率调整电阻，故选取电位器， 6 脚接 330pF 电容接地， 7 脚负载电阻取 22kΩ 5、控制和显示电路 译 码 器 MC145027 对 前 端 接 收 电 路 输 出 的 串 行 编 码 进 行 译 码 ， 以 并 行 输 出 方 式 给 出 译 码 结 果 (MC145027 为二进制码)，为满足八路控制要求，对二进制码要进行二次译码，将二进制变为十进制，可用 3-8 译码器。 74LS138 为 3-8 译码器，当一个选通端（ 1E ）为高电平，另两个选通端（ 2E ))和( 3E ）为低电平时， 可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在 Y0 至 Y7 对应的输出端以低电平译出。 显示可用发光二极管代替(注：发光二极管的电流最大为 10mA，电路中须加限流电阻)。 控制和显示电路原理图和参数设计如下： A0~A2 分别接 027 译码器 D6~D8， 4、5、8 脚接地，6 脚接高， 7、9、10、11、12、13、14、15 脚接二极管后接 470Ω保护电阻接高。 5
    四、测量结果及分析 （1）调节 NE555 输出 40kHz 左右方波，波形如下 （2）将 MC145026 编码器和调制电路和发射电路直接相连，当发射端电路与接收端电路拼配时，接 收端 8 位二极管可按照开关高低位译码进行亮灭。译码规律如下图所示： 编码 000 001 010 011 100 101 110 111 亮灯情况 1 2 3 4 5 6 7 8 （3）调节接收端电位器，使得输入端与输出端波形相近，此时匹配较为成功，027 译码器的 LED 工作灯 常亮。波形如下图所示： 6
    （4） 用挡板遮挡在发射端与接收端，可以看见此时接收端无输出信号，说明遮挡后信号无法接收的功能成 功实现。波形如下图所示： （5） 当用挡板遮挡在发射端与接收端时，用开关改变发射端高低位信号，接收端译码输出（二极管亮灭） 无变化，当撤去挡板瞬间，译码输出改变。说明当挡板撤去后，接收端立刻接收到发射端改变后的新信号， 并立刻输出新的译码结果。 7
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