简易红外遥控系统实验报告_图文

1、简易红外遥控系统北京邮电大学电子信息科学与技术专业课题实验姓名：周渡学号：2012210886班级：2013211203组别:第5组 时间：2016.7.6目录一、设计要求-11. 任务：设计并制作红外遥控发射机和接收机。-12. 基木要求：-1二、实验原理-1l发射部分设计框图-12.接收部分设计框图-2三、实验电路图设计与实现-31信号的产生与编码-32. 调制发送-83. 接收解调-124. led分别显示-155. led8级亮度显示-176. 数码管显示-18四、发射和接收连接总图-201. 发射端电路图-202. 接收端电路图-20五、遇到的问题及解决方法-21六、实验心得-21附

2、录：器件选用与参数计算-23、设计要求仁任务：设计并制作红外遥控发射机和接收机。2. 基本要求：1、遥控对象：(1) led灯的亮度等级-8级亮度，(2) 数码管数据显示(数字0-7),(3) led 指示(8 个)；2、遥控距离不小于2米。3、信道具有抗干扰措施。4、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07七个数 字，然后通过74ls147优先编码器将十进制信号编码成二进制信号，但是该编 码器是低电平有效，编出来的二进制需要通过反相器4069才是我们想要的二进 制(当然也可以在接收部分的解码芯片mci45027之后再加反相

3、器)，然后将二 进制信号送往信道编码器进行编码芯片mci45026,对编码产生的信号通过 ne555产生的方波进行调制，再通过三极管s8050将信号放大，最后通过红外 发射管进行发射。控制键通道选择红外发射 信号放大编码调制图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传进cx20106进行放大解调，然后 将解调出来的信号通过-个反相器之后的信号传给mc145027进行解码（如果在 mc145026之前编码信号没有加反相器就需要在解码之后把信号反向，由于在 cx20106输出的信号是必须要用反相器的，这样就可以直接使用这个反向芯片， 这种方法可以节约一个反向芯片

4、），然后将解码z后的信号分三路，第一路则通 过4-16译码芯片cd4514,利用其输出只有一个高屯平有效來实现led分别显 示；第二路路直接将解码信号分别通过四个三极管实现-个led8级亮度显示;第三路通过数码管译码芯片mc14513在接数码管进行显示。红外接收a解调+反向解码led分别显示led亮度指示数码管显示416译码三极管 数码管译码图2接收部分设计框图三、实验电路图设计与实现1 信号的产生与编码信号产生与编码电路参考图3（仿真软件使用proteus ）编码器选用74hc147 优先编码器，考虑到这一芯片低电平有效的特性，通过拨码开关和上拉电阻实现 高低电平改变，当开关闭合时给它产生低

5、电平0,然后送进优先编码器，编码器 根据有效电平位置编码并输出，此时是低电平有效，可以使用cd4069反向芯片 完成反向的作用，将电平进行转换，然后通过mc145026作为信道编码芯片进行 编码。mc145026芯片编码完成后通过15引脚发送信号，传至下一级电路。mc145026 芯片：mci45027 芯片：a1 ovdda2【j d®a3 tea4 rtca5 cga6/d6 rsa7/d7 a9/d9vss【a8/d8mc145026encoderal 0vdda2 d6a3 】d7a4 d8a5 d9ri i vtci r2/c2vss d.nmc145027 decoder

6、strinaryadoresses4-bitbinarydatavddtetrinary addresses4cfix-*龙賂15-14-13-12-111）, mci45026管脚介绍：a1-a5是地址线，mci45027的a1-a5需要与mc145027的a1-a5相互对应才能正确的解码，所以可以通过改变地址来实现多种模式的选择，也就是途中开关9的作用。a6/d6-a9/d9是地址或1vss接地，vdd接5v , dout是编码之后的输岀，te低电平有效接地，内部时钟 振荡器的工作控制端，rte、ctc、rs的连接如下图。2）, mc145027 管脚介绍，a1-a5 地址线，vss 接地

7、，vdd 接 5v , rl , c1 和r2/c2端连接如下图，din信号输入，可以直接将mci45026编码之后的输岀 接于此处，用于验证编码解码是否正确。vt悬空，d6-d9是解码之后的输出信 号，正确解码之后的输出信号应该和mc145026的输入信号d6-d9的信号一致。3）, mc145026编码规则：a1a9是地址或数据输入端，当作地址使用时有三个状态（高电平、开路、低电平）,当作数据使用时有两种状态（高电平、低电 平）；rtc、ctc的数值决定mc145026内部时钟振荡器的工作频率;te是内部时钟振荡器的工作控制端当丁丘为低电平时，振荡器工作;dout的输出编码信号如图3所示，

8、两个连续的宽脉冲（占空比7 ： 1 ）表示 两个连续的窄脉冲（占空比1:7）表示“（f,宽一窄两个脉冲表示“开路”。发送时，先发送17.5个时钟周期的低电平，接着依次发送a1a2的状态编码，如果al a9的状态编码发送完毕后te依然是低电平，经过24个时钟周期后再依次发送al a9的状态编码。其编码的发送工作不管te在何时由低电平变为高c,khnruuuirnrlt clknjuinnwinnnnnnrujii-m（开喲dolt l-(i)图3mc145026的编玛波形电平，均必须等到当前发送周期结束以后才能停止。4）, mci45027解码规则：mci45027是与mci45026配套使用的

9、解码器（mc145027/145028 ）的一种，具有4位数据输出和5位地址编码,根据其地址的 不同组合可以产生种不同的地址编码。根据其地址的不同组合可以产生种不同的地址编码。mc145027通过rc积分电路来完成宽窄脉冲的识别，定时元件r1、c1决定对宽窄脉冲的识别。r2、c2是整个发送周期的辨别定时元件，用以确定各个有效单字，。当编码信号从数据输入端（9脚）输入时,6脚将出现与9脚相 同的信号，该信号经rl、c1积分电路积分后由7脚送至数据提取电路，数据提取 电路在输入信号的每一个上升沿通过检测7脚的状态来判断输入的是宽脉冲还 是窄脉冲。图6给出了 6脚和7脚信号的波形，假定数据输入端输入

10、的是“开路”编码（即一个宽脉冲和一个窄脉冲），宽脉冲开始于to时刻,结束于tl时刻，窄脉 冲开始于t2时刻,结束于t3时刻，整个编码于t4时刻结束。那么，在tl时刻,7脚的电压为：vti = vo： （l-efg） = 0.856vo： 在t2时刻7脚的电压为： 匕=0.865吃（宀"叫）=0.65vcc在此时刻，数据提取电路检测到的7脚电平为高电平，说明上一个脉冲为宽脉 冲;此后窄脉冲通过r1给c1充电，在窄脉冲结束时的t3时刻,7脚的电压为 0.74vcc,在此后的一段时间里c1通过r1放电,在编码结束的t4时刻,7脚的电压为0.ivcco此时数据提取电路检测到7脚的电平为低电平

11、,说明上一个脉冲为窄脉冲。由此可见mci45027并不是对接收到的脉冲信号直接进行解码，而是将输入信号积分后进行解码，由于积分电路能滤除瞬间的尖脉冲干扰，因此mc145027接收的编码信号即使受到某种程序的干扰,mc145027依然能够进行正确的解码5) ,为了能正确的编码解码还需要将mci45026和mci45027的频率调到一 致，该实验使用1.71khz的频率，此时的误码率比较低，我们rte、ctc、rs、 r1 , cl , r2/c2的取值通过数据手册提供的公式和数据进行选择，rtc=50k , ctc=5100pf,rs=100k , rl=50k , cl=0.02uf,r2=2

12、00k,c2=0.1uf。12.3 rtcctc*rc = 3.95 rjcctcr2c2 = 77 rtc5cctc = cqrc + cgyoot + 12 pf 100 pfscrcsspf rjq x 10 ko; rg h 2 rjq r1 > 10 kqc1 2 400 pfr2 100knc2 x 700 pfexample r/c values (all resistors and capacitors are ± 5%)(ctc = cyc + 20 pf)fosc (khz)rtcctcrsricir2c236210k120 pf20 k10 k470 pf

13、100k910 pf18110k240 pf20 k10 k910 pf100k1800 pf88.710k490 pf20 k10 k2000 pf100k3900 pf42.610k1020 pf20 k10 k3900 pf100k7500 pf21.510k2020 pf20 k10 k8200 pf100k0.015 pf8.5310k5100 pf20 k10 k0.02 pf200 k0.02 pf1.7150 k5100 pf100 k50k0.02 pf200 k0.1 pf6) ,所用器材：拨码开关，74hc147 , cd4069 , mc145026 ,电阻：1kx9

14、,100k , 51k ,电容 5100pfo2 调制发送lilsz0d81r3；zledr1k/1r133010kcou7p-2pi/c)4f4一rc3okm7ho'、dc7厶55cvclt.2trl-j nth6 to1 vi1000pne555彳图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, 解调处的中心频率不好调，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

15、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为方波与，调节r1滑动变阻器，使频率为38khzo1), ne555产生方波原理通过数据手册提供的原理图如下：contc resetdischthres trig0.01 gfopen (see not© a) | 5vcc(5 v to 15 v)蓼一vcc3 out outputgndpin numbers shown are for tne d. jg. p. ps. and pw packages.note a. decoupling cont voltage to ground with a capaci

16、tor can improve operation. thts should be evaluated for individual applications.time - 0.5 m$/divfigure 13. typical astable waveformsun k >5> 7 &s-o>figure 12. circuit for astable operationfigure 12 shows typical waveforms gen erated duri ng astable operation. the output high-level dura

17、tion th and low-level duration can be calculated as follows:= 0.693 (ra + rb )c(1 j1,= 0.693 (rb)cother useful relati on ships are show n below:period = j + . = 0.693 (ra + 2rb )cfrequency 文1.44(rtjcoutput driver duty cycle =©+2rboutput waveform duty cycie «1-5tn*tl ra2relow-to-high ratio

18、= ra + rb(4)(5)(6)(7)图中波形中的方波表示输出屯压随时间的变化，下面类似于锯齿波表示电 容两端的电压随吋间的变化，其屮锯齿波的斜率表示电容充放电的速率。其中切=0.693 * (ra + rb) * ctl = 0.693 * (rr) * c了 切 + s (ra + 2rb) * c2),观察ne555的3管脚的输出为一个方波。3),方波调好之后将mc145026的输出管脚dout接到ne555的4管脚reset 上，调制之后的波形如下：4),在将调制后的输出接在三极管上进行放大进行发射，观察红外线发射管的输出如下:如果红外线发射管的方波峰峰值太小可以通过调节图4上的r

19、3=20k,这样发射 出去的距离能达到加。5),所用器材：ne555,三极管(npn),红外发送管，10k滑动变阻器, 电阻：10kx2, 30, 1k,电容：looopfo3 接收解调1) ,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，其引脚参数选用很人程度的影响到信号的接收，因此有必耍在此较 为详细的说明。1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为4okqo注意正负，接收管的正 极接的地。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犬器的增益和频率特性。增人电阻r1或减小 c2,将使负反馈量增大

20、，放大倍数下降，反z则放大倍数增大。但c2的改变会影 响到频率特性，一般在实际使用屮不必改动，推荐选用参数为r1=4.7q, c2=l|ifo3脚：该脚与地z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，瞬间相应灵嫩度高，但检波输出的脉冲宽度变 动大，易造成谋动作，推荐参数为3.3对。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屮心频率fd,阻 值越大，中心频率越低。例如，取r=200kq时，fo42khz,若取r=210.5kq, 则屮心频率fd38khzo推荐阻值220ko6脚：该脚与地z间接一个积分电容，如果该电容取得太大，会使探

21、测距离 变短。标准值为330pfo7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，没有接受信号是该端输出为高电平，有信号时则产生下降。 推荐阻值为22kqo8脚：接电源。总的來说，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。按照图中的阻值搭的电路基本接收解调都没有问题，如果没有成功，可以通过修改 r14=220k,试着通过滑动变阻器将值在210k和220k之间改变,其他电容电阻不推荐修改。2) ,接收管接收到的图如h：由于是无线传输，接收到的波形已经发生变化，所以通过cx20106这个

22、芯片将 接收到的信号放大，解调整形。3),通过方向器出来的波形如下:4),所用器件：cx20106, cd4069,红外接收管，电阻：4.7, 220k, 22k,电容:luf, 33uf, 330pfo4. led分别显示图6功能1译码显示电路1) ,解码芯片mci45027连接图如图所示，上面的阻值都是使用数据手册上 面推荐的阻值，解码z后分三路，此为第一路电路图，如图6所示，首先采用 mci45027对接收信号进行信道译码，此译码芯片1脚接低电平，表明要想实现 解码，mci45026的a1也是接地，当拨码开关9没有闭合吋，mc145026的a1 一直处于高电平,mc 145027是不能止

23、确解码的，只有闭合开关9使得mc145026 的a1管脚为低电平，芯片mc145027才能工作，输岀四位二进制信号。将该信 号送至416译码芯片cd4514,由于该芯片输出高电平有效，所以led二极管 正极接芯片，负极接一个限流电阻接地。由于只有一路是选通的，所以在最后接 一个限流电阻就可以了，不需要每个二极管后面都接一个电阻。2) , cd4514管脚图如下所示vdd inhibit ind in c s10s11 s8 s9 s14s15s12s13strobe ina in b s7 s6 s5 s4 $3 s1 s2 so vss top view其屮的inhibit是禁止控制端，st

24、robe为选通控制端，该电路可以实现4 位bcd转16位输出。真值表如下所示。decode truth table (strobe = 1)inhibitdata inputsselected output cd4514 = logic “f" cd4515= logic “0”dcba00000so00001s100010s200011s300100s400101s500110s600111s701000s801001s901010s1001011s1101100s1201101s1301110s1401111s151xxxxall outputs = 0, cd4514all o

25、utputs = 1, cd4515该芯片cd4514的输出是高电平有效，所以可以利用只有一个高电平來实现8个led分别显示。3) ,所需器件:mc145027, cd4514,发光二极管x8,电阻：50k, 200k,1k,电容:0.02uf, o.lufo5. led8级亮度显示u2lj11亠±=5=5兰兰图7功能2八级亮度显示电路1) ,通过mci45027解码之后的四路输出分别通过一个lk的电阻接到4个 三极管的基极，利用集电极上的电阻不同改变电流值从而实现8级亮度显示。如 杲采用8个电阻那种去实现8级亮度显示会发现亮度改变不明显。最后我们通过 实验验证用三极管的这种方法显示

26、效果较好。2) ,所需器件:mc145027,三极管(npn) x3,电阻:lkx5, 680k, 100k, 506 数码管显示(mnr1clc10 02u10m145027c2oluu2al土亠亠aa兰兰o图8功能3数码管显示电路1),通过mc145027解码z后的信号连接七段数码管译码器mc14513，如图8所示。mc14513的7路输岀abcdefg分别接到数码管的abcdefg上，如果发现数码管太亮，可以分别并一个限流电阻，防止因电流过大损坏数码管。2), mc14513 管脚图mc14513bpin assignmentcre bi c le cd c ac rbi vss】vdo

27、 i1110rbodisplay0123456789le:锁存使能输入端(latch enable )bi:清空(blanking)lt:试灯，显示 8 (lamp test )rbi:为 1,表示灭灯,不显示(ripple blanking input )rbo:在数码管级联时使用(ripple blanking output )3) ,其真值表如卜所示truth tableinputsoutputsrbilebtctd c b arboa b c d e f gdisplayxxx0x x x x8xx01x x x x0 0 0 0 0 0 0blank10110 0 0 010 0 0

28、 0 0 0 0blank00110 0 0 0011111100x0110 0 0 100 1 1 0 0 0 01x0110 0 100110 110 12x0110 0 11011110 0 13x0110 10 000 110 0 114x0110 10 1010 110 115x0110 110010 111116x0110 11101 1 1 0 0 0 07x01110 0 0011111118x01110 0 1011110 119x01110 1000 0 0 0 0 0 0blankx01110 1100 0 0 0 0 0 0blankx011110 000 0 0 0

29、0 0 0blankx011110 100 0 0 0 0 0 0blankx011111000 0 0 0 0 0 0blankx011111100 0 0 0 0 0 0blankx111x x x xt*x = don*t caretrbo = rbi (dub 期 indicated by other rows of table*depends upon the bcd code previously applied when le = 0曲该真值表口j以看出le需要接低屯平，bi和lt需要接高屯平，rbi接低电平4）,数码管lg5011ah管脚图<a）引脚<b）共阴极该数

30、码管是共阴极数码管，其中3,8需耍接地。由于木实验不需耍用小数点, 所以dp管脚接地。5）,所需器件:mc145027, mc14513,七段数码管电阻（视情况而定）。u!发射和接收连接总图1 发射端电路图miiiii rmn心3r171“一r18mm五、遇到的问题及解决方法问题1:刚开始使用mc145026编码芯片的吋候不知道怎么查看编码之后的信号, 曲于出來的信号不能稳定下來，并不是像以前那种标准的方波正弦，导致不 能清晰的看出來波形。解决方法：有些示波器有暂停功能，可以通过暂停之后很清楚的看岀来波形是怎么 样的，对于实验室的示波器可以把示波器的刻度调小然后会发现波形虽然不 稳，但是基本上

31、是在一个范围内改变，通过改变编码输入信号查看波形的改 变，最后发现编码信号是4个2进制数，耍从右往左看，分别为高电平到低 电平。这样可以查看自己的编码信号是否正确。问题2：使用ne555产生方波的吋候波形出现有负值，而且毛刺很多解决方法：本來产生的方波应该是5v和ov这样的电压值，但我当时居然有负的电 压值，刚开始查看电路发现没冇在ne555的3端和8端接一个上拉电阻，导 致幅值不对，但还是没有解决那个负值问题，后来发现是示波器的探头有问 题，这个问题看着很简单但实际最容易遇到，所以在使用仪器之前一定要查 看仪器是否是正确的，不然后面将为此付出惨痛的代价。毛刺的问题主要是 直流稳压电源木身就有很多的朵波，可以通过在电源端分别并上一个10uf 和loopf的大电容和小电容，进行电源滤波，然后发现毛刺基本没冇了，消 除了这个问题。问题3：在电路调试的时候，发现接收电路老是不能正确的接收到信号。解决方法：先是检查电路连接是否有问题，通过万用表查看cx20106每个管脚上而 的电压，发现都没有什么问题，然后乂用万用表查看该短路连接的地方是否 能正确的连接，也发现没有问题，后来通过示波器观察接收管两端的信号发 现居然没有信号，然后换了接收管就能收到信号了，在调试的时候发现接收 管和发射管需要一定的角度才可以发生和接收所以在调试的时候一定要多 试试才能找到，因为