电子电路综合实验

电子电路综合实验

总结报告题目：红外遥控器信号接收和显示的

设计实现班级：20100412学号：2010041227姓名：涂前日期：2013.04.17成绩：摘要：我国经济的高速发展，给电子技术的发展，带来了新的契机其中，红外遥控器越来越多的应用到电器设备中，但各种型号遥控器的大量使用带来的遥控器大批量多品种的生产，使得检测成为难题，因此智能的红外遥控器检测装置成为一种迫切的需要。在该红外遥控器信号的接收和显示电路以单片机和一体化红外接收器为核心技术，但是,分立元件搭建的电路也可以实现,具体74HC123单稳态触发器、74HC595、STC89C51单片机红外接收器HS0038组成。在本系统的设计中，利用红外接收器接收遥控器发出的控制信号，并通过单稳态触发器、移位寄存器等将接收信号存储、处理、比较，并将数据处理送至数码管显示模块。总之，通过对电路的设计和实际调试，可以实现红外遥控器信号的接收与显示功能。根据比较接收信号的不同，在数码管显示电路及流水灯电路上显示相应的按键数字.关'£词：74HC123单稳态触发器、74HC595、单片机、红外接收器HS0038关'设计选题及设计任务要求1设计选题基于单片机的红外遥控器信号接收和转发的设计实现.2设计任务要求⑴结合数字分立元件电路和红外接收接口电路共同设计的一个红外遥控信号接收系统，用普通电视机遥控器控制该系统，使用数码管显示信号的接收结果。⑵当遥控器按下任意数值键时，在数码管上显示其值。例如按下“0”时，在数码管上应显示“00”。目录第一章系统概述1.1方案对比及论证1.2总体方案对比1.3方案对比论证1.4可行性分析第二章主要器件介绍HS0038塑封一体化红外线接收器74HC123单稳态触发器74HC595MC144952.5数码管显示第三章硬件单元电路设计及原理分析第四章调试及测试数据分析4.1调试的步骤4.2调试出现的问题及原因分析4.3数据测量4.4测量仪器介绍及误差分析第五章结束语第一章系统概述1.1方案对比及论证根据设计任务与指标要求，从总体方案的选择、各主要模块的选择及可行性分析两方面进行了方案对比论证：1.2总体方案对比方案一：设计一个基于单片机的红外遥控信号接收与转发系统，用普通电视机遥控器控制该系统，使用数码管显示信号的接收结果.图3.1.1方案一框图设计参考电路红外一体化接收头接收电路

单片机最小系统串口通信模块（用于下载stc单片机）数码管显示电路机最小C10数码管显示电路I红外一体化接丑］I串口通信电时I单片机最小系统电路I\TIMSO7BESETSCK~8AT89S523TT34P0.533P0.6P2.0•|H+wALEP2.4P23P2.6Pl5P2.2P2J20p-=~P1.5Pl.6Pl.7RSTEXDP3.0TXDP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6WP3.7XTAL1XTAL2机最小C10数码管显示电路I红外一体化接丑］I串口通信电时I单片机最小系统电路I\TIMSO7BESETSCK~8AT89S523TT34P0.533P0.6P2.0•|H+wALEP2.4P23P2.6Pl5P2.2P2J20p-=~P1.5Pl.6Pl.7RSTEXDP3.0TXDP3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6WP3.7XTAL1XTAL2GNDP0.4P0.5P0.6P0.7EAALEPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0|.・.心MfitJ7RJSOxCK.3RESET9RXD10■EW11nrro12P3.313P3.414P3.515W1710KPLJ2ilFL4/'、•F*母&SKDIQ单片机最小系统电路IVlxGMTluuC1■-rKlinK2uiK2uuE-Fl.ftVCCFl1M.OFl.2Ml.FlJ宜1.2Fl-1M.3FIJPI.&FL?M.AESTIM.7sxnF-.ioLaTOCF.l1.心P.1JMIXF.1.JF2.7P.1.4P2.6F.1.5_P2.5F2,-IF"P2.3XT.心.1F2.2XT.^IJF21.CMpj.a.•m,心2※注释HS0038一体化红外接收头，接收频率为38kHz管脚依次为：1-OUT2-GND3—VCC连接时，在VCC与GND之间并入一个0.1uF(104)的电容有助于改进信号质量。其可以用于遥控编码接收，也可以用于低码率的数据通讯。HS0038信号电平：38kHz红外发射接收到时：OUT低电平输出38kHz红外发射接收不到时：OUT高电平输出Hs0038的使用注意事项：1：38kHz红外发射信号在HS0038接收角度范围边沿区域时，接收信号不断振荡无法稳定，因此为保证信号质量，使用时发射接收尽力正对为好；2：HS0038用于数据接收时，需要用到单片机的定时器，但是数码管显示时需要占用一部分时间，最后处理时可能要对定时器设定值进行微调。方案二(硬件解码)此方案中采用全硬件系统，不采用任何软件编程，用数字电路中的门电路和芯片搭一个系统对红外控制信号进行检测，并将信号转换成芯片可识别的TTL信号。用译码芯片在数码管上显示。

方案的具体思路:首先采用红外一体化接受器HS0038将万能遥控器所发出的信号进行接收并将其转换成电平信号，通过调节74HC123单稳态触发器周围两处的滑动变阻器来设置脉冲门限将所发不同编码选择出来并通过74HC595移位寄存器将数据加以锁存住，1MHz的有源品振通过计数器4020来产生一定的时间脉冲，移位寄存器输出端口输出为编码的数据反码，然后将其送给数码管显示驱动芯片并通过数码管将万能遥控器的按键信息的编码的反码显示出来。本实验缺一非门，故显示的是补码。设计参考电路※注释在万能遥控器发送0-9时，板子能接收并稳定显示为FF，FE，Fd，FC，Fb，FA，F9，F8，F7，F6。数码管采用的是两个共阴极数码管，其显示主要是由MC14495驱动芯片，移位寄存器74HC595芯片将数据编码反码输出作为驱动芯片的控制端，使数码管相应段亮灭。1.3方案对比论证：方案一中由红外一体化接收头接收电路，单片机最小系统,串口通信模块（用于下载stc单片机），数码管显示电路连接共同构成,要求对51单片机及C语、汇编语言等有一个较深的掌握，然后对串口通信等有一个大体的认识。方案二中采用的是硬件解码，用红外一体化接受器HS0038、74HC123单稳态触发器、74HC595、STC89C51等芯片实现解码功能，便于系统功能的扩展。对C语言等要求较低，不过对这些完全陌生的芯片功能及管脚使用要求较高。从经济的角度而言，因为分立元件的芯片和数码管可以重复利用等因素，方案二更加省钱！与此同时，选择芯片的价格合理，成本低，所以经济上本设计完全可行。并且，与重新熟悉一门软件语言相比，掌握那些芯片的使用方法可能跟容易和更加节省时间。因此，我选择了方案二.1.4可行性分析此设计要求最终制作出实体，因此，设计原理图时应着重考虑设计最终的电路板的可行性。在设计时要对每一个电路模块仔细检查，查阅其他书籍进行校对，还要进行实物实验，以确保设计的可实现性。在最后的电路板的调试阶段，需要调节两电位器的阻值得到一个较合适的脉宽、同时应该仔细检查虚焊等电路问题，确保实验的成功实现。以上对设计中可能遇到的较为重要的问题进行了分析并提出了解决方法，基本上可以解决。第二章主要器件介绍2.1HS0038塑封一体化红外线接收器本电路采用HS0038塑封一体化红外线接收器，它是一种集红外线接收、放大、整形于一体的集成电路，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，没有红外遥控信号时为高电平，收到红外信号时为低电平，而且体积和普通的塑封三极管大小一样，它适合于各种红外线遥控和红外线数据传输。2.274HC123单稳态触发器74HC123是单稳态触发器.其RxCx(7,15)和Cx端(6,14)接定时的电阻和电容，即决定触发后Q端产生的单脉冲宽度.Rbar(3,11)是低电平复零，不作复零时为高电平.Abar(1,9)是下降沿触发输入端，通过Abar用负脉冲触发，不用时保持高电平.B(2,10)是上升沿触发输入端，通过B用正脉冲触发，不用时置低.Q(5,13)与Qbar(4,12)分别输出正负定时单脉冲

74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHcp的上升沿输入到移位寄存器中，在STcp的上升沿输入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（Ds），和一个串行输出（Q7’）,和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。8位串行输入/输出或者并行输出移位寄存器，具有高阻关断状态，三态。1o33日5S51o33日5S5Ideq□□□Q0DSOEST_CPSHJCPMRQTas02040574HC595引脚图2.4MC144951c516'2(fd)153t5191c516'2(fd)153t519:h+1hAa]14二]13fl^lb112丘仁诉BlB1111"LEDJiOSt)9ALPHANUMERICDISPLAYr"«LI＞：：,［暗膈3EF023&E678910M12131415TRUTHTABLE(LE=LEDecoder4-BitISx9LatchROM'~A—*-INPUTSCUIiPUTSDCBAjb<■I1g卜"DISPLAYD00011111100Oi；>en0n01D11000000g1DD1d110110102noil1】I10010Ope*i301uu0iiq□ii0iOpe-4DtQ1101101101Que-15011Ct□111110OiJf-60a1111100000Qpe|n?100011111110•Uper810011111Q110Ope'19101011101111A1Q11QU111111Operb1100in□iiio1OperC110〕011!1U11Oner-<1111010J111113k'«rE1111100011?1(1F（a）外型结构（b）共阴极（c）共阳极2.5.1数码管结构输出电压采用7段数码管进行显示。数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0〜9、字符A〜F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”及小数点“.”。数码管的外型结构如+5VD（a）外型结构（b）共阴极（c）共阳极edGNDcdp2.5.1（a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图2.5.1（b）和图2.5.1（c）所示。2.5.2数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。2.5.3数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图7.10（a），字型码各位定义如下：数据线D0与a字段对应，D1字段与b字段对应……，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使

用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0”，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B（即C0H）；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B（即3FH）。依此类推可求得数码管字形编码如表4.5.3所示。表4.5.3数码管字型编码表显示字符字形共阳极共阴极dpgfedcba字型码dpgfedcba字形码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——10111111BFH0100000040H..011111117FH1000000080H熄灭灭11111111FFH0000000000H第三章硬件单元电路设计及原理分析遥控信号发射要经过38khz调制，经调制后出现可调信号。调制信号与VCC通过4093B，HEF4093B为施密特触发器电路,正电压和负电压之差为滞后电压。输入的波形通过滞回后比较后被限制后然后反相输出。现输入一系列高电平,当此时右边的74HC123的B管脚有上升沿时，Q端输出为120ms的高电平区间，由于Q为高电平则74hc595的SRCLR（10脚）为高电平，计数器开始工作，在U6B4093输出端为上升沿时，74hc595的RCK（12脚）：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。此高电平同时传输给B和1，这样在左侧123的反相Q产生输出为80ms的低电平区间,Q和非Q作为U6A4093的输入，将比较后的输入信号产生滞回电压做输出然后锁存。U6A输出端为低电平同时作为u6b4093的输入。1MHz的有源晶振通过计数器4020在10产生脉冲，计数器在时钟下降沿进行计数，CR为高电平时，对计数器进行清零，这样产生一定的时间脉冲。移位寄存器74hc595的SRCK：上升沿时数据寄存器的数据移位。从14管脚SER每输入一位数据，串行输入时钟SCK上升沿有效一次，直到八位数据输入完毕，输出时钟上升沿有效一次.此时，输入的数据就被送到了输出端。其中“0”每一脉冲周期低电平时间为0.6ms。“1”每一脉冲周期低电平时间为1.8ms。这样产生一系列的高低电平，移位寄存器输出端口输出为编码的数据反码,然后将其送给数码管显示驱动芯片并通过数码管将万能遥控器的按键信息的编码的反码显示出来。第四章调试及测试数据分析4.1调试的步骤•在完成硬件电路的正确焊接，进行调试。•将万用表打到蜂鸣器档，红黑表笔检测电路是否有虚焊、漏焊粘连，若有，及时纠正。•Vcc接入+5V电源，并供地。•观察数码管是否有示数，若有，则进行下一步；若没有，则再次检查硬件电路。•用万能遥控器给HS0038塑封一体化红外线接收器施加脉冲（即用万能遥控器发送0-9），看板子上的数马管能否稳定显示为FF，FE，Fd，FC，Fb，FA，F9，F8，F7，F6。若能，则达到实验日的；若不行，则需调两电位器的阻值，并用示波器观察74HC123单稳态触发器12或13管脚波形，直到能得到一个较好的输出脉冲为止；然后再次用万能遥控器给HS0038塑封一体化红外线接收器施加脉冲，如此反复，直到得到正确的实验现象为止4.2调试出现的问题及原因分析由于之前只是注重书本理论知识，由于各种原因也没去实验室呆过，平时做实验也只是按老师步骤根本没深究过，对于硬件电路设计及焊接方面接触较少，所以当自己真正动手焊接电路时发现并不是那么简单，焊接时不仅焊的慢而且焊完之后还出了不少错误。硬件电路完成之后，调试时出现了不少问题。问题一：用万能遥控器给HS0038塑封一体化红外线接收器施加脉冲（即用万能遥控器发送0-9）,板子上的数码管没有显示为FF,FE,Fd，FC，Fb，FA，F9，F8，F7，F6。原因分析：可能是硬件电路出现问题故障排除：经仔细检查电路后发现，原理图上的接线有问题，设计错误，纠正后重新焊接，故障排除。问题二：用示波器观察74HC123单稳态触发器12或13管脚波形的输出，没有得到脉冲。原因分析：两电位器的阻值选择不合理故障排除：经过反复调节两电位器的阻值，用示波器观察74HC123单稳态触发器12或13管脚波形的输出，最终当两电位器的阻值分别为110K欧姆、140K欧姆时，出现了较好的脉冲波形波（波形见下页）。4.3数据测量VCC=3.37V（1）74HC123单稳态触发器12管脚波形(2)74HC123单稳态触发器13管脚波形由上图可以看出:(2)74HC123单稳态触发器13管脚波形①74HC123单稳态触发器12管脚正脉冲：23ms;负脉冲：85ms②74HC123单稳态触发器13管脚正脉冲：17ms;负脉冲：92ms4.4测量仪器介绍及误差分析（1）电压表在测量时会引进干扰，使数据跳动不稳，而且电压表的精度位数不够，导致测量数据有偏差；（2）焊接板子可能存在接触不良现象，可能会影响到电压值的输出;（3）导线连接长，导线折成百角会引进分布电容，使读数不稳；（4）直流稳压电源的旋钮松了，与导线接触不良等使输出电压不稳;（5）当输出电压值较大时，由于经过三极管放大后的电流也较大，因此对电压也有一定的干扰。（6）由于两电位器的阻值没有一个标准，加上焊接电路的差异，导致在满足实验现象及目的的前提下，阻值的选择带有随意性。因此，无法对实验偏差进行量化。第五章结束语本次综合设计实验对自己来说感触挺深.所幸的是:第一次，让我觉得自己大学没有白上；第一次，让我觉得学到的知识确实是有用的,并且可以和实践联系起来.本实验用时相当长，从查芯片资料到电路布局到电路焊接、组装调试、故障排除。没有一个步骤不是费时费力。尤其是当出现故障，找不到问题根源时，最让人心烦。本实验完成的自我感觉还可以，首要的是实验目的达到了.这一点，让我感觉非常欣慰，感觉一周的努力没有白费.不过，在完成实验的过程中，还是吃了不少苦头.首先，电路焊接不好，接触不良，供电之后整个电路就不能正常工作，数码管不亮了，这一点很让我心里发毛.不过，经仔细检查发现数码管没有供上电，将焊点焊了一下也没有亮，排除了虚焊的可能，就改变连接电源的线路，数码管亮了，但一按按键数码管就灭了，经检查电路有漏接，焊点补上，排线又动了动，问题解决了.通过本次试验，我对基于分立元件的红外遥控器信号接收和转发的设计实现有了一定的了解，对红外一体化接受器HS0038、74HC123单稳态触发器、74HC595、STC89C51等芯片有了更加深刻的认识.虽然之前也学习了模电、数电、高频等