简易红外遥控系统.docx

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简易红外遥控系统

北京邮电大学

简易红外遥控系统

设计方案报告

实验：

专业课程设计

姓名：

班级：

学号：

班内序号：

日期：

2015.9.24

一、课题需求分析

红外遥控是一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强、信息传输可靠、功耗低、成本低、易实现等显著优点，被诸多电子设备采用。

本课题实际上是对红外遥控的简单再现，会使我们加深对红外遥控应用的理解。

二、实验任务

设计并制作红外遥控发射机和接收机 

（1） 红外遥控发射机

（2） 红外接受机

三、详细设计电路及各模块功能

（一）、发射机部分

1、控制键

采用拨码开关

2、按键状态编码器

采用74LS147优先编码器，其输入输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平为逻辑一，输出其对应的8421BCD编码。

封装引脚图：

功能表：

3、并行转串行编码器

采用MC145026芯片，共有9位输入信息，地址位A1~A5用来与解码芯片MC145027进行配对验证，实现两种不同的功能（选通、控制亮度），数据位D6~D9用来输入上一级的74LS147编码后的4位数据信息。

编码后的每个数据位用两个脉冲表示：

“1”编码为两个宽脉冲；“0”编码为两个窄脉冲；开路编码为一宽一窄脉冲交叉。

编码后的数据流由D0串行输出。

其中，选取频率为1.71kHz，此时传播效果较好，误码较低。

根据公式，我们将Rtc与Ctc的值改为250k和1000pF

为了后面的检查以及译码方便，我们对74LS147输出的信号经过CD4069反向输出后，得到正常的BCD码，输入到MC145026.

4、调制器

采用RC振荡电路，设置电位器作为振荡电阻R可以灵活调整载波频率。

载波频率计算公式：

通过两个反相器形成方波，提高电平振幅到0~5V。

注意这里的MC14011是4输入与非门，我们在调制后的信号继续经过两个与非门，以达到放大信号，拉高电平的效果。

5、功放和发射端

采用单级三极管共射放大电路，将电流电压都放大。

输出已调信号的集电极反向电压

（二）、接收机

1、接受放大滤波器

采用CX2016，内部由前置放大器、自动偏置电平控制电路、限幅放大器、带通滤波器、峰值检波器和波形整形电路组成，结构图如下：

其中1脚为超声信号输入端，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C1,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。

但C1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，C1=2.2μF。

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=220kΩ，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：

电源后面经过反相器输出，以抵消发射部分使用三极管放大造成的反相。

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。

下图为最终实际电路中使用的数据

2脚的电容增大到0.47uF

6脚电容减小到1000pF

反相器使用的是MC14011四输入与非门（理由是觉得用8输入的反相器CD4069浪费）

2、解码芯片

采用MC145027，与MC145026配合使用。

类似地，有A1~A5五个地址输入端、D6~D9四个译码输出端，当Din接收的串行数据（每9位一组，每个数据都连续发送两次，所以接收端也接收到两次），如果第一次地址位与MC145026发送的地址位相同，则通过验证，接着接收的二次9位数据，如果地址任然匹配，并且两次的后4位数据位相同，这判定这一次的传输数据是有效的，将4位译码数据译码锁存到D6-D9，然后等待下一次输入。

由于MC145026编码频率设置为1.7KHz左右，所以选用芯片手册中的最后一列的推荐设置，设置MC145027芯片：

由于实验要求要实现两个功能，我们小组经过讨论决定采用两个MC145027分别完成两个功能，每个MC145027和发射端的地址要相匹配。

下图可看出，两块芯片的A1地址未输入信号分别为1和0，而前端MC145026的地址线A1是接到拨码开关的第九位，这样就可以利用拨码开关实现两个工作模式的变化。

3、功能1接收部分（控制8个数码管亮灭）

CD4514是一个4线到16线的译码器，输入为0000到1111，对应输出S0到S16其中一 个输出高电平，其余输出的是低电平，它的真值表如下所示：

管脚图：

Mc145027的四位输出接入，只用16个引脚的1-8的八个数据输出口。

分别使8个LED灯负极接保护电阻接地，正极分别接入8个输出就可以控制8个灯的亮灭。

其中ST接VccINH接地，电路图由于封装不一致具体连线可能有不一致。

4、功能2的接收部分（控制8级亮度及7段数码管显示亮度）

解码部分与上一模块相同，也是使用一个MC145027。

处理一个灯的亮暗上使用4个三极管和对应的电阻，依靠导通基集电流使三极管发射机有电流通过，不同的信号对应不同权重的电流从而使LED达到不同亮度。

其中权重按照8421分配，与二进制码相同。

控制7段数码管显示亮度等级采用MC14513。

使用MC14513是一个BCD-到7段LED数码管的译码电路，通过4个输入端0000到1001译码成数字“0”到“9”，通过7段共阴极LED数码管显示出来，芯片的管脚图如下所示：

  MC14513功能真值表如下所示：

管脚图：

所以从表中可以看出，当输出为“1”（高电平）的时候，对应的数码管点亮，因此需要采用的共阴极7段LED数码管。

接受部分总电路图

附一些器件的封装

MC14011四输入与非门

注：

1．一些芯片由于电路图中封装与实际不一致，相关连接需要自己结合封装以及真值表得出。

2.在二极管亮度调节模块中，三极管相关电阻仅供参考，实际情况可采用电位器进行调节，而且在三极管发射机接上电阻也可达到很好的降低亮度的效果。

本方案最终使用器件如下

拨码开关红外接收管

74LS147CX20106

CD4069MC145027*2

MC145026CD4514

MC14011*2发光二极管*9

电位器MC14513

三极管*57段共阴极数码管

红外发射管电容电阻导线

面包板镊子螺丝刀剥线钳万用表示波器稳压电源

实物图

发射机

接受机

波形图

图中为MC145026编码后的信号波形及经过CX20106处理后输入MC145027的信号波形

实验总结与心得：

这是我们第一次使用多芯片进行电路设计，在刚看到题目时，对给的芯片的用处了解的很少，于是在下了第一节课之后第一时间在网上查了各个芯片的数据手册，在了解到各个芯片的用途之后，再结合实验任务框图，一个电路信号传递的流程图就在脑海中大致成形了。

由拨码开关产生不同高低电平的控制信号，经过74LS147将二进制码转化为BCD码，再经过145026将4路并行信号转换为脉冲串行信号，然后经过一个38KHZ的方波的调制，再经三极管放大信号后，由红外发射管发出红外信号。

在接收端，由接收管接收到信号由CX20106进行解调，又因为三极管放大信号时将信号取反，所以需要接一个反相器后再将信号传递给145027解码。

一开始想到的方案是将145027解码之后的信号分两路，同时实现两种功能，但是经过思考之后决定，将拨码开关第九位接145026的地址线，来控制两种功能分别实现，不过需要两片145027。

最后将解码后的BCD码分别传递给CD4514和MC14513，之后分别接8个LED灯和数码管。

在把电路的发射端及接收端的功能一搭建完毕后，我将145026的输出端直接接在145027的输入端，测试有线的功能。

发现145027虽然能够解码成功，但是低电平却有2V，在检查145027周边的电路之后，并没有发现有问题。

又经过一番思考之后，突然发现LED的8个灯居然全是亮的，考虑到CD4514的译码特性，理论上来说只有一个灯会亮，然后检查CD4514的各个管脚的连接，发现VSS竟然接了电源，改为接地后马上就实现了功能一，而且14027的低电平也是0V了。

现在想一想确实有些后怕，将接地线接了高电平没有烧了两个芯片已经很不错了，也让我吸取了搭电路一定要认真的经验，一个地方短接就有可能烧了整个电路。

在我调试功能一的电路的时候，我们组的人发现，74LS147编码输出是低电平有效，而CD4514是高电平有效，所以我们需要在145026译码前或145027解码后接一个反相器

在搭电路的过程中发现CD4514的输出位0、1、2并不是顺序排列，所以我们搭电路的时候一定要精读数据手册中的管脚图。

功能一实现后，开始搭建功能二，搭建完毕后也是先将145026的输出直接接入145027的输入，发现第二片145027不能正确译码，将周边电路检查一遍后并没有发现有问题，于是换了一片芯片，功能二马上正常了，便找老师换了一块芯片。

至此有线功能完全正常了。

实现无线调制部分的电路我们组用的RC震荡电路，在调试载波的过程中发现，我们一开始选择的电阻及电容过大，不能使频率达到CX20106能够解调的38KHZ，于是将100K电阻撤掉，直接使用一个50K的电位器，并将1000P的电容换为500P，最终达到了38KHZ。

发射端调试完毕后，将发射管的一端用线接入CX20106的接收端，测145027的输入信号是否为145026的输入信号。

这时突然发现，即使我们是使用数据手册上的电阻电容，但仍然匹配不到波形，于是更改各个电容的大小，最终实现了调制与解调的互相匹配。

在调试无线的过程中，发现发射管与接收管的角度对信号的接收影响很大。

调试过程成中，也是将示波器接到145027的输入端，观察脉冲信号是否有杂波。

在经过不断的改变角度与CX20106的2号脚，即改变前置放大器的增益和频率特性，最终达到了2.2m。

在整个电路的设计及搭建过程中，我太看重了理论值，忽略了实际现象，特别是在调试CX20106时，没有怀疑过数据手册，以至于进度耽搁了将近一整天。

还有就是太注重了电路的版面设计，浪费了太多时间，以至于好多次都没有赶上组员的开荒进度。

这次试验中，得到的最大经验就是要注重细节，尤其是面包板级别的，检测错误要从前往后一步一步地检测，要有耐心。

这也许是毕业前除了毕设最后一次实验课了，很多地方都值得我们去反思。