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模电课程设计--简易红外发射接收装置

归档日期:07-14       文本归类:击发机构      文章编辑:爱尚语录

  模电课程设计--简易红外发射接收装置_电子/电路_工程科技_专业资料。模拟电子线路课程设计

  《低频电子线路》课程设计 题 学 专 班 目: 院: 业: 级: 设计红外控制 5 物理与电子技术学院 电子信息工程 班级学号: 姓 名: 指导教师: 完成日期: 年 月 日 红外控制 摘要: 红外控制的设计总体思路,包括 NE555 的介绍还有它所产生的震荡电路,以及红外接收,红外 发射装置的辨别与使用。以及实验过程中所要注意的事项一一列举在报告之中。 关键字: NE555 震荡电路 红外的接收与发射 信号输出 1 设计内容及要求: 设计一个红外控制装置, 要求用 NE555 震荡电路产生大约 38KHz 到 40KHz 信号电 压,通过红外发射信号,并由红外接收放大信号,最后从 LED 的亮灭体现控制。并且 完成从设计电路图,电脑绘制 PCB 图,转印,腐蚀,打孔,焊接到最后调试的全过程。 掌握基本的电子设计基础,培养动手能力。 2 设计信号流程方向: NE555 震 荡 电 路 通过红外接收进 来经过多级负反 馈放大器放大信 号 通过 NE555 稳定 信号并由 LED 输 出信号 产生信号电压通 过红外发射出去 2.1 原理图: 2.2 PCB 图: 1 2.3NE555 震荡频率及周期的计算: 震荡周期:T=0.7*(R1+2R2)C 震荡频率:f=1.43/(R1+2R2)C 2.4 工作原理: 由图可见,振荡频率由 C1、R2、C2 与 R3 决定,当按下发射开关 SB 时,电路立 即起振,串联在电极回路里的红外发光二极管 LED 就发出一束受振荡频率调制的红外 光脉冲, 使接收器产生动作当其 3 脚的输入信号电压大于门限电压且频率落入固有频率 f0 的捕捉宽带内时,8 脚即可逻辑低电平,第 2 脚对地接电容 C2 为相位比较器输出的低 通滤波器,那么 5 脚就输出一个固有频率 f=40kHZ 为中心的调制信号。当外界信号的频 率在其固有频率 f 的捕捉宽带内时, 的发射极将会导通, T1 此时发射管和接收管将会工 作,T2 发射极导通工作,信号将会通过电容送回到 3 脚,然后电路将会实现。当信号不 在要求频率范围内时, 电路将不会工作。 要使音乐片正常工作, 就要给 G 端一个下降沿, 即当 3 脚为低电平时,二极管才会亮。电路不工作时,3 脚始终保持高电平。因此电路 不工作时,二极管不会亮 3 元件的识别: 3.1 电阻的识别: 电阻的大小直接用万用表测出阻值即可。 3.2 电容的识别: 一般电容在原理图大小都是用乘方数表示,前 2 位为容量,第三位为乘方数,乘方 2 数单位是 pF。例如:103 其电容值为 0.01uF。 3.3 二极管的识别: 二极管的识别:普通二极管有一道黑线的那一端为阴极。LED 二极管、红外发射二 极管和红外接收二极管有一个脚较长为阳极。 3.4NE555 集成块的管脚图及作用: GND TRI OUT RES VCC DIS THR CON RD 0 1 1 1 1 NE555 的工作表 输入信号组合 输出及三极管状态 Vi1(6 端输入信号) Vi2(6 端输入信号) V0(输出电 T 的状态 压) × × 低电平 导通 ? ? 2 3 2 3 V CC ? ? 1 3 1 3 不变 V CC V CC 不变 截止 截止 导通 V CC ? 2 3 V CC ? 1 3 V CC 高电平(不 定) 高电平 低电平 ? 2 3 V CC ? 1 3 V CC 如图是 NE555 的外形封装图和它的内部功能原理框图, NE555 的内部中心电路是三 极管 Q15 和 Q17 加正反馈组成的 RS 触发器。输入控制端有直接复位 Reset 端,通过比 较器 A1,复位控制端的 TH、比较器 A2 置位控制的 T。输出端为 F,另外还有集电极开 路的放电管 DIS。它们控制的优先权是 R、T、TH。 3 图 5-3 3.4.1 单稳类电路 作用:定延时,消抖动,分(倍)频,脉冲输出,速率检测等。 3.4.2 双稳类电路 作用:比较器,锁存器,反相器,方波输出及整形等。 3.4.3 无稳类电路 作用:方波输出 ,电源变换,音响报警,玩具,电控测量,定时等。 第一种、是直接反馈型,振荡电阻是连在输出端 VO 的。 第二种、是间接反馈型,振荡电阻是连在电源 VCC 上的。其中有应用最广的。还有 产生是方波振荡电路。还有的是占空比可调的脉冲振荡电路,功能相同而电路结构略有 不同。 第三种、是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂,为简单起见,只分成最简单的形 式和带辅助器件的单元形式。 无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。 只有一个振荡电阻的可以认 为是特例。 3.5 六反向器: 真值表:Y=A Input 输入 A L H output 输出 Y H L 4 图 1 引脚功能 极限参数: Supply Voltage 电源电压 7V Input Voltage 输入电压 7V Operating Free Air Temperature Range 自由空气温度范围 0℃ to +70℃ Storage Temperature Range 储存温度范围 -65℃ to +150℃ 3.6 红外的介绍 红外线遥控器在家用电器和工业控制系统中已得到广泛应用, 了解他们的工作原理 和性能、进一步自制红外遥控系统,也并非难事。 1.红外线的特点 人的眼睛能看到的可见光,若按波长排列,依次(从长到短)为红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫,如图 1 所示。 5 由图可见,红光的波长范围为 0.62μ m~0.76μ m,比红光波长还长的光叫红外线μ m 之间的近红外线来传送控制信号的。 红外线的 特点是不干扰其他电器设备工作,也不会影响周边环境。电路调试简单,若对发射信号 进行编码,可实现多路红外遥控功能。 2.红外线发射和接收 人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分 的发射元件为红外发光二极管,它发出的是红外线 所示。 常用 的红外发光二极管发出的红外线nm 左右, 外形与普通 φ 5mm 发光二极管相同, 只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断 普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约 100mW。红外发光二极管的 发光效率需用专用仪器测定,而业余条件下,只能凭经验用拉距法进行粗略判定。接收 电路的红外接收管是一种光敏二极管,使用时要给红外接收二极管加反向偏压,它才能 正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二 极管的发射功率较小,红外接收二极管收到的信号较弱,所以接收端就要增加高增益放 大电路。然而现在不论是业余制作或正式的产品,大都采用成品的一体化接收头,如图 3 所示。红外线一体化接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块,性能 稳定、可靠。所以,有了一体化接收头,人们不再制作接收放大电路,这样红外接收电 路不仅简单而且可靠性大大提高。 图 5-8 是常用两种红外接收头的外形,均有三只引脚,即电源正 VDD、电源负(GND)和数据 输出(Out)。接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同,图 3 列出了因接收头的外形不 同而引脚的区别。 红外接收头的主要参数如下: 工作电压:4.8~5.3V 工作电流:1.7~2.7mA 接收频率:38kHz 峰值波长:980nm 静态输出:高电平 输出低电平:≤0.4V 输出高电平:接近工作电压 图 5-9 6 是目前所有红外遥控器发射电路的功能组成,其中的编码器即调制信号,按遥控器 用途的编码方式可以很简单、也可以很复杂。例如用于电视机、VCD、DVD 和组合音响的 遥控发射的编码器,因其控制功能多达 50 种以上,此时的编码器均采用专用的红外线 编码协议进行严格的编程,然而对控制功能少的红外遥控器,其编码器是简单而灵活。 前者编码器是由生产厂家的专业人员按红外遥控协议进行编码, 而后者适用于一般电子 技术人员和电子爱好者的编码。图 4 中的 38kHz 振荡器即载波信号比较简单,但专业用 的和业余用的也有区别,专业用的振荡器采用了晶振,而后者一般是 RC 振荡器。例如 彩电红外遥控器上的发射端用了 455kHz 的晶振,是经过整数分频的,分频系数为 12, 即 455kHz÷12=37.9kHz。 当然也有一些工业用的遥控系统, 采用 36kHz、 40kHz 或 56kHz 等的载波信号。因红外遥控器的控制距离约 10 米远,要达到这个指标,其发射的载波 频率(38kHz)要求十分稳定, 而非专业用的 RC(38kHz)载波频率稳定性差, 往往偏离 38kHz 甚至很远,这就大大缩短了遥控器的控制距离。因晶振频率十分稳定,所以专业厂家的 遥控器全部采用晶振的 38kHz 作遥控器的载波发送信号。 编码器的编码信号对 38kHz 的 载波信号进行调制, 再经红外发射管 D 向空间发送信号供遥控接收端一体化接收头接收、 解调输出、再作处理。利用红外线的特点,可以制作多路遥控器。在遥控发射电路中, 有两种电路,即编码器和 38kHz 载波信号发生器。在不需要多路控制的应用电路中,可 以使用常规集成电路组成路数不多的红外遥控发射和接收电路, 该电路无需使用较复杂 的专用编译码器,因此制作容易。 1.频分制编码的遥控发射器 在红外发射端利用专用(彩电、VCD、DVD 等)的红外编码通讯协议作编码器,对一般电子 技术人员或业余爱好者来说,是难于实现的,但对路数不多的遥控发射电路,可以采用 频分制的方法制作编码器,而对一路的遥控电路,还可以不用编码器,直接发射 38kHz 红外信号,即可达到控制的目的。 2.遥控接收解调电路 为红外接收解调控制电路, IC2 是 LM567。LM567 是一种锁相环集成电路,采用 8 脚双列直插塑封装,工作电压为+4.75~+9V,工作频率从直流到 500kHz,静态电流约 8mA。⑧脚为输出端,静态时为高电平,是由内部的集电极开路的三极管构成,允许最 大灌电流为 100mA。 3. 频分制多路控制器 可以实现多路遥控器,即在发射端,将 ICl 组成的低频振荡器,其电路模式不变, 只改变电阻 R2, 即可构成若干种 R 组成的多个频率不同的低频振荡器(即编码), 利用微 动开关转接,38kHz 的载波电路共用;在接收电路中,一体化红外接收头共用,再设置 与接收端编码器相同个数的 LM567 锁相器和后级锁相驱动控制电路, 各锁相环的振荡频 率与各编码器的低频编码信号的频率对应相等。这样发射端按压不同的按钮,载波信号 接入不同频率编码的调制信号时, 在接收端, 各对应的 LM567 的拐脚的电平会发生变化, 从而形成多路控制信号。上述所述的工作方式,称为频分制的编码方式。这种频分制工 作方式,其优点是可实现多路控制,但缺点是电路复杂,对于路数不多的控制电路,因 电路工作原理简单,对一般电子技术人员仍然是有用的。 4 组装调试: 4.1 使用的主要仪器和仪表: 7 使用制版机应注意温度和夹缝的高度,当温度大约为 160 摄氏度时可以放板子,而 且转印纸应该仔细包好,以免转印是带来不必要的麻烦。 在腐蚀之后应该涂抹一层松香,以免铜线氧化,并有助于焊接时焊锡的衔接。 使用打孔机时要注意钻头应尽量贴近板子,以免空打偏了,特别要注意集成块的打 孔,如果有偏差不好调整。 在使用示波器的时候要注意作定量测量时,应先将示波器通电预热 10 分钟以上, 使机中各元件在热稳定状态下工作,否则由于机内元件温度处于上升过程,影响测量结 果。通常示波器的灵敏度都是指它的最大灵敏度。Y 输入调节在不同位置,对应的灵敏 度不同。因此,一经核准,Y 输入调节就不能再动。为了保护荧光屏,测量时应加扫描 信号,使形成扫描线,避免亮点长时间集中在一点。示波器 Y 输入和 X 输入端的阻抗 一般很大(1 兆欧/40 皮法),在它的输入电路中几乎不形成电流,因此用示波器能够 对微弱信号电压进行测量,这是它的优点。示波器也可以测量电流,把一个小电阻串联 在待测电路中(或利用电路中的已知电阻),测出它两端的电压,利用欧姆定律算出电 路中的电流。 4.2 调试电路的方法和技巧: 对照原理图将元件合理安装在电路板上,检查元件位置是否正确,检查无误后,用 电烙铁将每个元件用焊锡焊牢,保证每个元件不虚焊。在焊元件时根据不同元件的耐热 性尽量减少焊接时间。 当电子器件焊接错误或者是需要再次焊接时应该很小心的拔出原 来的器件,以防止弄坏电路板上的镀铜。在调试过程中注意轻拿轻放,不要把元器件及 导线弄掉。 调试中最多的是没有现象出现, 或是现象不明显。 很有可能是焊短路或断路, 元器件虚焊。接电源时注意正负极,以防烧坏元器件。使用万能表时注意量程。若是没 有现象,要逐一检查各部分是否有短路或断路发生。使用示波器时注意周期的计算,得 到稳定的波行 当电路连接正确时候,按下开关。此时 LED 不亮。用上示波器检测一下 NE555 发射 的是不是大约 40KHz 的方波,若不是应用滑动变阻器调节使 NE555 产生 40KHz 的方波, 当用挡板挡住红外发射二极管,使得红外接收二极管可以接受到红外光之后 LED 亮,大 约两秒左右自动熄灭。 5 设计电路的特点和方案的优缺点、改进的意见和展望: 电路采用红外发光二极管作光源,其主要优点是体积小、重量轻、寿命长,交直流 均可使用,并可利用晶体管和集成电路直接驱动。而对于现在的红外电路多采用互补型 自激多谐振荡电路驱动做电源,直接加在红外发光二极管两端,使 其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束,这降低了电源的功耗,又增加了红 外探测器的抗干扰能力。但对于此电路它的红外接收二极管接在了电路的触发端,没有 使用放大电路,所以这个电路的灵敏度不高,而且此电路抗外界干扰能力不高,很容易 受到外界的影响。 中间放大级采用多级负反馈放大电路, 负反馈实质上就是把输出电压的一部分再送 回到输入端,兵并使其与输入电压相位相反。负反馈可以明显改善电压放大器的性能指 标,使其失真减小、噪声降低、频响展宽,稳定度提高,而这些好处又都是以牺牲放大 器增益为代价的。由于增益可以用多级放大器来保证,所以多级负反馈放大电路常被采 8 用。多级放大器既有更高的开环增益。 加入过零比较器之后将会有效的抑制外界的干扰,提高了电路的灵敏度。 6 总结: 通过本次低频课程设计的学习与制作, 我学习到了理论运用到实际中去应要考虑诸 多方面。 在设计 PCB 版时,我们应考虑散热问题,各个元件之间的布局也应该合理,不然会 影响电路板的安装及散热问题。 同时要加宽地线和电源线以减少干扰信号对工作电路的 影响。加深了对电路的分析能力;掌握了常用电子器件的类型和特征;学会电子电路的 焊接、安装和调试;动手能力大大增强。同时学会了自己解决问题的方法。培养了自己 解决问题的能力;提高了严肃认真的工作作风和严谨的科学作风。 7 系统使用原件列表: 7.1 电阻: 1K 电阻一个, 4.7K 电阻一个, 25 欧姆电阻一个, 100K 电阻 3 个, 10K 电阻一个, 22K 电阻一个, 30K 电阻一个, 620K 电阻一个, 470 欧姆电阻一个, 5K 滑动变阻器一个。 7.2 电容: 4.7nF 无极性电容一个, 1uF 电解电容电容一个, 100uF 电解电容一个 7.3 二极管: 普通二极管一个, 红外发射二极管一个, 7.4 集成块: NE555 集成块两个,十四管脚六反相器一个 7.5 四角按钮开关一个。 此外,在电路板调试过程中,还用到示波器,5V 直流电源,万用表。 LED 二极管一个, 红外接收二极管一个 0.01uF 无极性电容两个, 0.1uF 无极性电容一个, 8 参考文献 [1] 康华光.电子技术基础模拟部分.第五版.高等教育出版社.2006 年 1 月 [2] 康华光.电子技术基础数字部分.第五版.高等教育出版社.2006 年 1 月 [3] 电子线]门宏,怎样看电子电路图 9 9 收获体会: 通过这次课程设计,让我学会了很多在课堂上学不到的东西。原来在课堂上只是学 理论的东西,实际操作是零基础。而这次试验后有了最基本的动手能力。 从画 PCB 开始,把我原来所学的计算机辅助设计用上了,让我体会到了所学的软 件在实际中是如何应用的。 转印腐蚀打孔,这个每一步都需要精细的完成过程我也一一走过。在焊接的时候还 真遇到不少的麻烦。首先是二级管的正负不能确定,通过网上查找和询问同学找到知道 了如何确定正负的方法。 再有就是焊接集成块的时候, 由于焊盘相邻比较近, 焊锡很容易碰到一起形成短路, 所以每一次都倍加小心。最后一个难题就是,调试电路,这个实验要求产生一个大约是 38KHz 的方波,因为 NE555 在产生信号时如果没经过放大信号很微弱,用示波器观察 比较麻烦,应该接在放大后的输出端,这是看的比较清晰。 还有就是后续的报告的完成,在网上和图书馆查阅了大量资料让我受益匪浅我懂 得了理论和实践相结合的重要性,只有理论知识是不够的,只有把自己所学的理论和 实践相结合起来,才能够真正掌握知识,从而提高自己的实践动手能力和独立思考能 力。也使我知道无论做任何工作都要具有良好的专业素质,以后遇事不要浮躁,做事 要严肃认真细心。作为电子系学生,我们要养成仔细严谨的工作与科学作风,容不得 半点马虎,一个元件的接错可能导致很大的错误,通过学习,我们能够更好的了解自 己的不足,了解关于课程设计应注意的方方面面,能够为我们以后的继续学累一笔宝 贵的财富。相信这次实验是我们学的不仅仅是这么多,我们的收获远远不止如此~希望 以后会有这样的机会。 记得开始接触模电时,既兴奋期待又难免紧张,从二极管到三极管,再到各含三极 管的加减法微分积分电路。 感觉到几个三极管组合就能产生如此多的变化, 真的很神奇。 在接触数电以后更是感受到三极管电路的无所不在,集成芯片成为应用的主体。每次做 模电数电实验面对电路箱以及各三极管集成电路时都很激动, 觉得是对知识的巩固和动 手能力的提高。 这次课程设计带来最大的体验就是真实和压力。不仅整合了以前所学知识,而且对 动手能力有很高的要求。训练了学生自主学习的能力,锻炼了创新思维。并且对以后的 毕业论文撰写打下了基础。一次课程设计早已不再是当初用好玩可以形容的了,感觉一 路下来受益颇多。由衷的感谢老师的指导。期待以后还能再次进行此类课程设计。 10 11

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