课程设计-红外发射接收器

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：课程设计Ⅲ（通信电路）实验时间：任课教师：实验地点：实验教师：实验类型：□原理验证■综合设计□自主创新学生姓名：学号/班级：组号：学院：信息与电子学院同组搭档：专业：成绩：1一、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/S2．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信号源编码幅度键控电子系统B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位编码间隔编码器内部时钟CK编码“1”波形编码“0”波形12345678编码“开路”波形图1编码器工作波形Dout脚串行输出Dout脚串行输出Dout脚串行输出红外传输2MC145026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：'3.21TCTCoscCRf，式中，pFCCTCTC20'。MC145026编码器电路原理图和参数设计如下：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：TCTCCRCR95.311。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：TCTCCRCR7722，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：33、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：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。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。前端小信号放大幅度检波放大整形译码器MC145027红外接收译码输图2红外接收器的原理框图4接收电路和解调电路原理图和参数设计如下：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：5四、测量结果及分析6五、总体电路图7六、收获与体会