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北京邮电大学电子信息科学与技术专业课程设计设计课题：简易红外遥控系统学院：电子工程学院专业：电子信息科学与技术班级：学号：姓名：2013年7月7日一、设计要求1.遥控对象8个，被控制设备用LED分别代替，LED发光表示工作。接收机与发射机的距离不小于2米。2.8路设备中的一路为LED灯，用指令遥控LED灯亮度，亮度分为8级并用数码管显示级数。3.在一定的发射功率下，尽量增大接收距离。4.增加抗信道干扰措施，尽量降低电源功耗。二、实验原理1.发射部分设计框图根据要求，信号发送部分是采用拨码开关的方式发送信号，代表0-7七个数字，然后通过编码器将十进制信号编码成二进制信号，然后将二进制信号送往信道编码器进行信道编码，然后对码字进行调制，再进行信号放大，最后通过红外发射管发射。图1发送部分设计框图2.接收部分设计框图接收部分首先使用红外接收管将收到的信号进行解调并放大接收到的信号，然后将收到的二进制信号分为两路，一路将收到的信号进行信道译码，然后解码成十进制信号，并通过相应的发光二极管，二极管的通断发光用来显示发送的信号；另一路信道译码后再进过数码管译码并显示相应数字，同时将输出信号驱动控制键编码红外发射调制调信号放大一个发光二极管，用不同亮度级别表征输出信号的大小。图2接收部分设计框图三、实验电路图设计与实现1.信号的产生与编码图3信号产生与编码电路信号产生与编码电路参考图3，采用拨码开关和电源控制二进制数编码器的输入信号，编码器选用74HC147，考虑到这一芯片低电平有效的特性，当开关闭合时给它输送低电平0，编码器根据有效电平位置编码并输出。选用MC145026作为信道编码芯片，考虑到它的输入端高电平有效，所以需要采用非门将电平进行转换，可以使用CD4069芯片完成反向的作用。MC145026芯片编码完成后通R41kR51kR11kR210kR31kR61kR71kR81kA11A22A33A44A55D66D77D89D910TE14DOUT15RS11CTC12RTC13U2M145026R91kR10100kR1151kC15100pF1112123134152637485910Q09Q17Q26Q314U174HC14712U3:A406934U3:B406956U3:C4069红外接收解调LED显示译码调解码数码管译码数码管显示LED亮度指示过15引脚发送信号，传至下一级电路。图中拨码开关9的作用是给MC145026传递一个地址信号，用以驱动后续的不同解调芯片，从而分别完成不同的功能。所用器材：拨码开关，74HC147，CD4069，MC145026，电阻：1K×9，100K，51K，电容5100pF。2.调制发送图4调制发送电路如图4所示，编码后的信号需要通过调制再由红外管发送出去，所以选用NE555芯片进行调制，为了使发送与接收之间能够有效传递，考虑到红外发送管的工作频率大约为1.7kHz，而红外接收管工作频率为38kHz，后面的解调芯片我们选用CX20106，这一芯片是模拟芯片，不好调整，所以调整NE555的载波频率，以使得调制信号顺利传递。为此，将NE555载波调整为38kHz，调节方法是将它的4脚接电源，用示波器观察输出波形与频率，调节R1滑动变阻器，使得载波频率为38kHz，可以看到，NE555的载波为一个方波。所用器材：NE555，三极管（NPN），红外发送管，10K滑动变阻器，电阻：10K×2，30，1K，电容：10000pF，1000pF。R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U3NE555R210kR110KR110kD1LUMILEDQ12N3390R430C21000pFC110000pFR31k3.接收解调图5接收解调电路如图5所示，采用CX20106完成解调功能，CX20106是一个重要的模拟解调芯片，其引脚参数选用很大程度的影响到信号的接收，因此有必要在此较为详细的说明。1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C2,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C2的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C2=1μF。3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。4脚：接地端。5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=210.5kΩ，则中心频率f0≈38kHz。6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路输出方式，因此该引脚必须接上一个上拉电阻到电源端，推荐阻值为22kΩ，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。8脚：接电源。总的来说，CX20106的作用就是带宽滤波，同时反相进行整波，然后将滤波后的信号送给后边的MC145027，进行后续工作。D1DIODE-LEDR14.7C21uFC33.3uFR2210.5kR322k12U1:A4069C4330pFC5100pFCX2010612345678考虑到CX20106的特殊性，实验中需要对它的参数反复调节，特别是像4.7欧姆的电阻，在器材中没有，所以只能用其他电阻并联靠近，在实验中需要反复尝试，才能得到结果。所用器件：CX20106，CD4069，红外接收管，电阻：4.7，210.5K，22K，电容：1uF，3.3uF，330pF，100pF。4.LED显示图6功能1译码显示电路解调完毕之后信号分为两路输出，如图6所示，一路完成对应LED灯位置的发光指示，另一路是用数码管显示信号值。如图6所示，讲解调后的信号送至LED灯指示电路，首先采用MC145027对接收信号进行信道译码，此译码芯片1脚接高电平，表明在高地址下（MC145026的1脚为高地址，即开关9不接通）该芯片工作。输出三位二进制信号，然后将信号送给二—十进制转换器74HC138，考虑它输出信号低电平有效的特性，驱动的LED二极管负极接芯片，正极通过电阻接电源。这样发送某一位的十进制信号后，就能在对应位置LED发光表征信号的传输了。所需器件：MC145027，74HC138，发光二极管×8，电阻：51K，200K，1K，电容：20000pF，100000pF。5.数码管显示解调之后的另一路同样经过另一个MC145027进行信道译码，如图7所示，当开关9接通时，MC145026与这一MC145027芯片地址为相同，因此这一部分电路被驱动具备工作能力。同样输出三位二进制信号后分为两路，一路驱动LEDA11A22A33A44A55D615D714D813D912VT11R2/C210C17R16DIN9U1M145027R151kC120000pFC2100000pFR2200kD1LED-REDD2LED-REDD3LED-REDD4LED-REDD5LED-REDD6LED-REDD7LED-REDD8LED-REDA1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77U274HC138R31k发光二极管在不同信号下用亮度梯度来表达，另一路通过七段数码管译码器MC14513，驱动数码管显示对应位的数字。图7功能2译码显示电路所需器件：MC145027，MC14513，七段数码管，发光二极管，三极管（NPN）×3，电阻：51K，200K×2，1K×3，2K，1M，电容：20000pF，100000pF。四、器件选用与参数计算考虑到红外发送管与接收管工作频率差异，调制部分采用NE555芯片实现。调节电位器，红外发射信号的频率为1.7k左右，而接收端发光二极管的工作频率为38K，为使接收端与发射端进行匹配，使用NE555芯片，对发射信号的频率进行调制，将频率控制在40k左右。本实验使用红外接收，调制频率在40K左右附近，调节工作频率时，使用电位器调整R1的阻值，理论值约为15K。但是这里主要考虑与解调芯片CX20106的匹配，因为后者是模拟芯片，不好调整，所以对NE555进行调整。调试时，让4脚接电源，用示波器观察频率。此时NE555周围各电阻取值分别为：R1为20KΩ。LED的上拉电阻取30Ω。其他参数同理计算，如下所示。开关上拉电阻：1K信道编码：MC145026，rtc:100K，ctc:5100pF，rs:51KA11A22A33A44A55D615D714D813D912VT11R2/C210C17R16DIN9U1M145027R551kC12000pFC2100000pFR1200kQ12N3390Q22N3390Q32N3390R21kR31kR41kR62kR7200kR81MA7B1C2D6LT3BI4LE5RBI8QA15QB14QC13QD12QE11QF17QG16RBO10U24513D1LUMILED发射：红外线发射管,限流电阻：30Ω解调：CX20106，使用推荐参数为R1：4.7Ω，C1：1μF，C2：3.3μF,，C3：330pF，R2：210.5K，R3:22K，C4:100pF信道译码：MC145027,R1:50KC1:0.02uF;R2:200KC2:0.1uF；LED:限流电阻：1K芯片与器材选用汇总：拨码开关，74HC147，CD4069×2，MC145026，NE555，红外发送管，10K滑动变阻器，CX20106，红外接收管，MC145027×2，74HC138，发光二极管×9，MC14513，七段数码管，三极管（NPN）×4。电阻：4.7，30，1K×14，2K，10K×2，22K，51K×3，100K，210.5K，200K×3，1M。电容：100pF，330pF，1000pF，5100pF，10000pF，20000pF×2，100000pF×2，1uF，3.3uF。五、实验效果经过不断的调试和改进，最终我们实现了红外遥控的功能，实验中用示波器观察的波形如下图8所示。图8发送和接收波形图该图一三行是示波器第一路显示图像，这是编码完成之后、调制之前的输出波形，二四行是示波器第二路显示图像，是解调完成之后的输出图像，可见在一定距离之内二者的匹配度还是很高的，说明该电路能够有效的完成遥控功能。六、实验中的问题与解决方法本次实验电路较为庞杂，模块较多，而且由于使用无线信道传输，信号接收较为不稳定，因此实验的难度不算小，下面就实验中的几个典型问题做一个简单总结。1.MC145027不正常工作实验电路搭接完毕之后，采用示波器观察发送模块编码后的波形是正常的，但是采用有线传输无法显示结果，用电压表测量MC145027的三个输出引脚始终保持低电平，后来询问同学才知道是由于MC145026这一编码芯片2脚没有接地造成的前后地址位要保持一致，才能有正确的结果。虽然这个问题很快就解决了，但是我想到搭电路时还是需要小心谨慎，而且对于电路原理设计和引脚含义还需要一个清楚的认识。2.电路不稳定在进行有线收发效果检测时，接收端有时能收到信号，有时收不到信号，而且更换地线的插口也会有不同的效果，有时将电源开关断开重接之后能够恢复功能，有时候还是不能解决。为了解决这一问题，我仔细检查了电路，但没有发现可以改进之处，后来我将几个关键信号传输线、地线拔掉重新插接了一次，问题就解决了，可想而知是之前搭建电路时没有接稳导致接触不良，也可能面包板自身有一定的小问题，不过对后续的探究不再有明显影响了。3.接示波器观察波形时CD4069反相器发热这算是整个实验中最让我感到匪夷所思的现象。由于以前课程中有过将芯片烧坏的经历，所以这次的课程设计我一直小心谨慎，不间断的用手试探各个芯片是否发热。当我在用