簡(jiǎn)易紅外遙控系統(tǒng)

1、北 京 郵 電 大 學(xué)簡(jiǎn)易紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案報(bào)告實(shí)驗(yàn)：專業(yè)課程設(shè)計(jì)姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 班內(nèi)序號(hào)： 日期： 2015.9.24一、 課題需求分析紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、信息傳輸可靠、功耗低、成本低、易實(shí)現(xiàn)等顯著優(yōu)點(diǎn)，被諸多電子設(shè)備采用。本課題實(shí)際上是對(duì)紅外遙控的簡(jiǎn)單再現(xiàn)，會(huì)使我們加深對(duì)紅外遙控應(yīng)用的理解。二、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作紅外遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī) （1） 紅外遙控發(fā)射機(jī)（2） 紅外接受機(jī)三、 詳細(xì)設(shè)計(jì)電路及各模塊功能（一）、發(fā)射機(jī)部分1、控制鍵 采用撥碼開關(guān)2、按鍵狀態(tài)編碼器 采用74LS147優(yōu)先編碼器，其輸入輸出端都是低電

2、平有效，即當(dāng)某一個(gè)輸入端低電平0時(shí)，4個(gè)輸出端就以低電平為邏輯一，輸出其對(duì)應(yīng)的8421 BCD編碼。 封裝引腳圖：功能表： 3、并行轉(zhuǎn)串行編碼器 采用MC145026芯片，共有9位輸入信息，地址位A1A5用來與解碼芯片MC145027進(jìn)行配對(duì)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)兩種不同的功能（選通、控制亮度），數(shù)據(jù)位D6D9用來輸入上一級(jí)的74LS147編碼后的4位數(shù)據(jù)信息。編碼后的每個(gè)數(shù)據(jù)位用兩個(gè)脈沖表示：“1”編碼為兩個(gè)寬脈沖；“0”編碼為兩個(gè)窄脈沖；開路編碼為一寬一窄脈沖交叉。 編碼后的數(shù)據(jù)流由D0串行輸出。其中，選取頻率為1.71kHz，此時(shí)傳播效果較好，誤碼較低。根據(jù)公式，我們將Rtc與Ctc的值改

3、為250k和1000pF為了后面的檢查以及譯碼方便，我們對(duì)74LS147輸出的信號(hào)經(jīng)過CD4069反向輸出后，得到正常的BCD碼，輸入到MC145026.4、調(diào)制器 采用RC振蕩電路，設(shè)置電位器作為振蕩電阻R可以靈活調(diào)整載波頻率。載波頻率計(jì)算公式： 通過兩個(gè)反相器形成方波，提高電平振幅到05V。注意這里的MC14011是4輸入與非門，我們?cè)谡{(diào)制后的信號(hào)繼續(xù)經(jīng)過兩個(gè)與非門，以達(dá)到放大信號(hào)，拉高電平的效果。5、功放和發(fā)射端 采用單級(jí)三極管共射放大電路，將電流電壓都放大。輸出已調(diào)信號(hào)的集電極反向電壓（二）、接收機(jī)1、接受放大濾波器 采用CX2016，內(nèi)部由前置放大器、自動(dòng)偏置電平控制電路、限幅放大器

4、、帶通濾波器、峰值檢波器和波形整形電路組成，結(jié)構(gòu)圖如下：其中1腳為超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。2腳：該腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻R1或減小C1,將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但C1的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為R1=4.7，C1=2.2F。3腳：該腳與地之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為3.3f。4腳：接地端。5腳：

5、該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取R=200k時(shí)，f042kHz，若取R=220k，則中心頻率f038kHz。6腳：該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pF，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值為22k，沒有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。8腳：電源后面經(jīng)過反相器輸出，以抵消發(fā)射部分使用三極管放大造成的反相。 總的來說，CX20106的作用就是帶寬濾波，同時(shí)反相進(jìn)行整波，然后將濾波后的信號(hào)送給后邊的MC1450

6、27，進(jìn)行后續(xù)工作。下圖為最終實(shí)際電路中使用的數(shù)據(jù)2腳的電容增大到0.47uF6腳電容減小到1000pF反相器使用的是MC14011四輸入與非門（理由是覺得用8輸入的反相器CD4069浪費(fèi)）2、解碼芯片 采用MC145027，與MC145026配合使用。類似地，有A1A5 五個(gè)地址輸入端、D6D9 四個(gè)譯碼輸出端，當(dāng)Din接收的串行數(shù)據(jù)（每9位一組，每個(gè)數(shù)據(jù)都連續(xù)發(fā)送兩次，所以接收端也接收到兩次），如果第一次地址位與MC145026發(fā)送的地址位相同，則通過驗(yàn)證，接著接收的二次9位數(shù)據(jù)，如果地址任然匹配，并且兩次的后4位數(shù)據(jù)位相同，這判定這一次的傳輸數(shù)據(jù)是有效的，將4位譯碼數(shù)據(jù)譯碼鎖存到D6-D

7、9，然后等待下一次輸入。由于MC145026編碼頻率設(shè)置為1.7KHz左右，所以選用芯片手冊(cè)中的最后一列的推薦設(shè)置，設(shè)置MC145027芯片：由于實(shí)驗(yàn)要求要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，我們小組經(jīng)過討論決定采用兩個(gè)MC145027分別完成兩個(gè)功能，每個(gè)MC145027和發(fā)射端的地址要相匹配。下圖可看出，兩塊芯片的A1地址未輸入信號(hào)分別為1和0，而前端MC145026的地址線A1是接到撥碼開關(guān)的第九位，這樣就可以利用撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工作模式的變化。3、功能1接收部分（控制8個(gè)數(shù)碼管亮滅） CD4514是一個(gè)4線到16線的譯碼器，輸入為0000到1111，對(duì)應(yīng)輸出S0到S16其中一 個(gè)輸出高電平，其余輸

8、出的是低電平，它的真值表如下所示：管腳圖：Mc145027的四位輸出接入，只用16個(gè)引腳的1-8的八個(gè)數(shù)據(jù)輸出口。分別使8個(gè)LED燈負(fù)極接保護(hù)電阻接地，正極分別接入8個(gè)輸出就可以控制8個(gè)燈的亮滅。其中ST接Vcc INH接地，電路圖由于封裝不一致具體連線可能有不一致。4、功能2的接收部分（控制8級(jí)亮度及7段數(shù)碼管顯示亮度） 解碼部分與上一模塊相同，也是使用一個(gè)MC145027。 處理一個(gè)燈的亮暗上使用4個(gè)三極管和對(duì)應(yīng)的電阻，依靠導(dǎo)通基集電流使三極管發(fā)射機(jī)有電流通過，不同的信號(hào)對(duì)應(yīng)不同權(quán)重的電流從而使LED達(dá)到不同亮度。其中權(quán)重按照8421分配，與二進(jìn)制碼相同。 控制7段數(shù)碼管顯示亮度等級(jí)采用M

9、C14513。使用MC14513是一個(gè)BCD-到7段LED數(shù)碼管的譯碼電路，通過4個(gè)輸入端0000到1001譯碼成數(shù)字“0”到“9”，通過7段共陰極LED數(shù)碼管顯示出來，芯片的管腳圖如下所示：  MC14513功能真值表如下所示： 管腳圖：所以從表中可以看出，當(dāng)輸出為“1”(高電平)的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管點(diǎn)亮，因此需要采用的共陰極7段LED數(shù)碼管。接受部分總電路圖附一些器件的封裝MC14011 四輸入與非門注：1一些芯片由于電路圖中封裝與實(shí)際不一致，相關(guān)連接需要自己結(jié)合封裝以及真值表得出。2. 在二極管亮度調(diào)節(jié)模塊中，三極管相關(guān)電阻僅供參考，實(shí)際情況可采用電位器進(jìn)行

10、調(diào)節(jié)，而且在三極管發(fā)射機(jī)接上電阻也可達(dá)到很好的降低亮度的效果。本方案最終使用器件如下?lián)艽a開關(guān)紅外接收管74LS147CX20106CD4069MC145027*2MC145026CD4514MC14011*2發(fā)光二極管*9電位器MC14513三極管*57段共陰極數(shù)碼管紅外發(fā)射管電容 電阻 導(dǎo)線面包板 鑷子 螺絲刀 剝線鉗 萬用表 示波器 穩(wěn)壓電源實(shí)物圖發(fā)射機(jī)接受機(jī)波形圖圖中為MC145026編碼后的信號(hào)波形及經(jīng)過CX20106處理后輸入MC145027的信號(hào)波形實(shí)驗(yàn)總結(jié)與心得：這是我們第一次使用多芯片進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，在剛看到題目時(shí)，對(duì)給的芯片的用處了解的很少，于是在下了第一節(jié)課之后第一時(shí)間在網(wǎng)上

11、查了各個(gè)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，在了解到各個(gè)芯片的用途之后，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)任務(wù)框圖，一個(gè)電路信號(hào)傳遞的流程圖就在腦海中大致成形了。由撥碼開關(guān)產(chǎn)生不同高低電平的控制信號(hào)，經(jīng)過74LS147將二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)化為BCD碼，再經(jīng)過145026將4路并行信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖串行信號(hào)，然后經(jīng)過一個(gè)38K HZ的方波的調(diào)制，再經(jīng)三極管放大信號(hào)后，由紅外發(fā)射管發(fā)出紅外信號(hào)。在接收端，由接收管接收到信號(hào)由CX20106進(jìn)行解調(diào)，又因?yàn)槿龢O管放大信號(hào)時(shí)將信號(hào)取反，所以需要接一個(gè)反相器后再將信號(hào)傳遞給145027解碼。一開始想到的方案是將145027解碼之后的信號(hào)分兩路，同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種功能，但是經(jīng)過思考之后決定，將撥碼開關(guān)第九位接1450

12、26的地址線，來控制兩種功能分別實(shí)現(xiàn)，不過需要兩片145027。最后將解碼后的BCD碼分別傳遞給CD4514和MC14513，之后分別接8個(gè)LED燈和數(shù)碼管。在把電路的發(fā)射端及接收端的功能一搭建完畢后，我將145026的輸出端直接接在145027的輸入端，測(cè)試有線的功能。發(fā)現(xiàn)145027雖然能夠解碼成功，但是低電平卻有2V，在檢查145027周邊的電路之后，并沒有發(fā)現(xiàn)有問題。又經(jīng)過一番思考之后，突然發(fā)現(xiàn)LED的8個(gè)燈居然全是亮的，考慮到CD4514的譯碼特性，理論上來說只有一個(gè)燈會(huì)亮，然后檢查CD4514的各個(gè)管腳的連接，發(fā)現(xiàn)VSS竟然接了電源，改為接地后馬上就實(shí)現(xiàn)了功能一，而且14027的低

13、電平也是0V了。現(xiàn)在想一想確實(shí)有些后怕，將接地線接了高電平?jīng)]有燒了兩個(gè)芯片已經(jīng)很不錯(cuò)了，也讓我吸取了搭電路一定要認(rèn)真的經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)地方短接就有可能燒了整個(gè)電路。在我調(diào)試功能一的電路的時(shí)候，我們組的人發(fā)現(xiàn)，74LS147編碼輸出是低電平有效，而CD4514是高電平有效，所以我們需要在145026譯碼前或145027解碼后接一個(gè)反相器在搭電路的過程中發(fā)現(xiàn)CD4514的輸出位0、1、2并不是順序排列，所以我們搭電路的時(shí)候一定要精讀數(shù)據(jù)手冊(cè)中的管腳圖。功能一實(shí)現(xiàn)后，開始搭建功能二，搭建完畢后也是先將145026的輸出直接接入145027的輸入，發(fā)現(xiàn)第二片145027不能正確譯碼，將周邊電路檢查一遍后并沒

14、有發(fā)現(xiàn)有問題，于是換了一片芯片，功能二馬上正常了，便找老師換了一塊芯片。至此有線功能完全正常了。實(shí)現(xiàn)無線調(diào)制部分的電路我們組用的RC震蕩電路，在調(diào)試載波的過程中發(fā)現(xiàn)，我們一開始選擇的電阻及電容過大，不能使頻率達(dá)到CX20106能夠解調(diào)的38K HZ，于是將100K電阻撤掉，直接使用一個(gè)50K的電位器，并將1000P的電容換為500P，最終達(dá)到了38K HZ。發(fā)射端調(diào)試完畢后，將發(fā)射管的一端用線接入CX20106的接收端，測(cè)145027的輸入信號(hào)是否為145026的輸入信號(hào)。這時(shí)突然發(fā)現(xiàn)，即使我們是使用數(shù)據(jù)手冊(cè)上的電阻電容，但仍然匹配不到波形，于是更改各個(gè)電容的大小，最終實(shí)現(xiàn)了調(diào)制與解調(diào)的互相匹配。在調(diào)試無線的過程中，發(fā)現(xiàn)發(fā)射管與接收管的角度對(duì)信號(hào)的接收影響很大。調(diào)試過程成中，也是將示波器接到145027的輸入端，觀察脈沖信號(hào)是否有雜波。在經(jīng)過不斷的改變角度與CX20106的2號(hào)腳，即