红外收发器课程设计报告

华侨大学信息科学与工程学院 11通信1班韦桂（27） 红外收发器课程设计报告红外收发器课程设计报告班级：11通信1班姓名：韦桂序号：27学号：1115102040红外发射与接收LM567是一种廉价的音频锁相环集成电路，利用它可以构造性能较好的反射式光电传感臾方器。如下页图所示，由LM567的内部振荡器提供方波信号，点亮探头的LED，由探头的光敏管接收反射光。经三极管放大，转换成电压信号后送到LM567的内部鉴相器2（输出鉴相器）同步解调，然后由LM567内部的比较器转换为数字输出。并联负反馈放大电路有着稳定的增益和低的输入阻抗，能消除光敏管结电容的影响，获得良好的高频特性。相关电路设计如下：发射部分:接受部分:整体电路：a、原理图:PCB布线图:板上有2个LED指示灯，一个是电源指示灯，一个是输出指示灯，检测到前方有东西是,输出指示灯亮，否则就灭，不带颜色D1发射红外线，D2接收红外信号。LM567第⑤、⑥脚为译码中心频率设定端，一般通过调整其外接可变电阻W改变捕捉的中心频率。图中红外载波信号来自LM567的第5角，也即载波信号与捕捉中心频率一致,能够极大的提高抗干扰特性。音频译码器LM567作用器要领1、 LM567输出部分与普通数字IC等有所不同，其内部是一个集电极开路的NPN型三极管，使用时，⑧脚与正电源间必须接一电阻或者其它负载，才能保证IC译码后输出低电平。2、 实验表明：LM567接通电源瞬间，⑧脚会输出一低电平脉冲。因此，用于作遥控器译码控制时，应在输出端后加装RC积分延时电路，以免每次断电后，重新复电时产生误动作。3、 LM567第⑤、⑥脚为译码中心频率设定端，一般通过调整其外接可变电阻W改变频率，经笔者实验发现，当W阻值变为0Q或无限大时，⑧脚电平状态即使无信号输入时也会变为低电平，因此，在调整W时，不能使其短路或开路。4、 LM567的工作电压对译码器的中心频率有所影响，故最好采用稳压供电。5、 LM567②脚外接电容决定着锁相环捕捉带宽，容量越小，捕捉带宽越宽，但使用时，不可为增大捕捉带宽而一味减小电容容量，否则，不但会降低抗干扰能力，严重时还会出现误触发现象，降低整机的可靠性。概述集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种，其同类产品还有美国Signetics公司的SE567/INE567等。LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器，由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。LM567内部结构及工作原理LM567为8脚直插式封装，其内部结构、引脚定义及外围元件连接方法如图1所示。LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路。鉴相器PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路，在输入小信号情况下（约几十mV），其输出为正弦鉴相特性，而在输入大信号情况下（几百mV以上），其输出转变为线性（三角）鉴相特性。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生，电压控制振荡器的自由振荡频率（即无外加控制电压时的振荡频率）与外接定时元件RTCT的关系式为：fO~1/1.1RTCT选用适当的定时元件，可使LM567的振荡频率在0.01Hz〜500kHz范围内连续变化。电路工作时，输入信号在鉴相器PD1中与VC0的输出信号鉴相，相差信号经滤波回路滤波成为与相差成一定比例的电压信号，用于控制V0C输出频率f0跟踪输入信号的相位变化。若输入信号频率落在锁相环路的捕获带内，则环路锁定，在振荡器输出频率与输入频率相同时，二者之间只有一定相位差而无频率差。环路用于FM信号解调时，脚2输出的经过滤波后的相差信号可作为FM解调信号的输出，而当环路用于单音解调时，电路则利用PD2输出的相差信号。PD2的工作方式与PD1略有不同，它是利用压控振荡器输出的信号f0经90°移相后再与输入信号进行鉴相，是一正交鉴相器。在环路锁定情况下，PD2的两个输入信号在相位上相差约为90°，因而PD2的输出电压达到其输出范围内的最大值，再经运算放大器AMP反相，在其输出端输出一个低电平。AMP的输出端为OC输出方式，低电平输出时可吸收最大100mA的输出电流。该端口的低电平输出信号除可由上拉电阻转换为电压信号以与TTL或CMOS接口电路相匹配外，还可直接驱动LED及小型继电器等较大负载。LM567的电气参数如表1所列。值得一提的是，接在2脚的环路滤波电容C2与内部电阻一道构成锁相环路的RC积分滤波器,该滤波器时间常数的大小在很大程度上决定了锁相环路的环路带宽BW的大小。当BW较大时，捕获范围大而稳定性差。减小BW则正好相反，其稳定性较好而捕获范围变小。LM567的环路带宽BW可由下式计算：BW=1070（Vi／f0C2）1/2式中，Vi为输入信号的幅值（rms），C2为滤波电容的容量（单位为uF）。实际上，由上式计算得出的并不是环路带宽BW的实际值，而是环路带宽BW与环路中心频率f0的百分比，其值再乘上100%才是锁相环路的实际捕获带宽。实际应用中调整C2的大小可使BW在0%〜4%范围内变化。BW宽度与f0C2乘积之间的关系如图2。LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV。当用于单音解码时，其工作特性为：当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落入f0±BW范围内时，输出端输出一个低电平的检测信号，这就是所谓的“频率继电器”特性。利用这一特性，LM567可广泛应用于各种低频单一频率信号的解码。3、 发光二极管（LED）的介绍做传感器的LED要求亮度高，颜色合适，光斑形状合适。为了防止LED损坏，应该注意：1.LED的伏安特性曲线很陡，测试和使用时一定要串联电阻限制电流.2•氮化镓材料的高亮度LED容易被反向电压,静电或电源尖峰击穿损坏,电源电压较高时不可反接.不同的管子允许的工作电流不同。红外的平均电流最大可以用到100毫安，用作调制时几十微秒的窄脉冲峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持续最大电流20毫安，一般低亮度的管子要小一些。工作电流的限制一是发热限制平均电流，二是高电流下亮度饱和限制峰值电流。有些管子电流大了之后还会变色。常用的LED有红外，红，橙，黄，黄绿，纯绿，蓝，紫，紫外，白等颜色。作为成品销售的“变色LED”是在一个管壳（通常是乳白色的，用于使光线混合均匀）里封装了多个不同颜色的LED，红，绿，蓝三色的LED非常适合作颜色传感器的照明。红外线LED配合红外接收管抗干扰能力强，但是不适合用于识别颜色，因为物体在可见光下的颜色不能很好的代表它对于红外线的反射率。验钞用的管子发光含有紫色光和紫外线，点亮时不要正对着眼睛长时间观看。更适合做传感器。（颜色识别时，乳白色管壳比无色透明管壳还要好。）管壳有色的管子适合管壳无色透明的管子透光性能好一些，散射小，做指示灯。直径5毫米的管子品种较多，亮度较高，发出的光束比直径3毫米的管子要集中（顶角小），照在物体上光斑小，更适合用来识别白线。LED的伏安特性曲线很陡，可以作稳压用,给电路提供基准电压.红色的大约1.8V,蓝色的可以超过3V。4、接收管的介绍。常用的接收管有硅光电二极管，硅光电三极管，光敏电阻三种。光电二极管产生的电流小（微安级），需要高倍放大，但是速度很高，可以高频调制。在遮光状态下的特性类似普通二极管。使用时加反向电压，输出与光照强度近似成正比的光电流。光电三极管一般基极不引出，只有两根管脚，购买的时候叫做光敏管。光电三极管产生的电流较大（几百微安以上）,无需前置高倍放大，但是速度较低，调制频率低于lOOKHz。遮光状态下正反向电阻都很大，用强光（比如台灯）照射，可以测出一个方向的电阻明显变小，这个方向是正向。使用时加正向电压〉1V,输出与光照强度近似成正比的光电流。这些光电接收管的外壳有无色透明和黑色两种，黑色管壳几乎只透过红外光，与红外发光管配套使用。光电二极管，光电三极管都是半导体PN结光电元件，靠内光电效应接收光线，因此入射光子能量超过材料能带宽度才能被接收，表现在它的光谱-灵敏度特性在长波方向有一个陡