红外遥控发射与接收系统设计本科学位论文

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1、红外遥控发射与接收系统设计专 业： 机械工程学院测控技术与仪器摘要简单地介绍了红外线遥控发射、接收系统的原理，给出用MC145026/MC145027作为遥控接收系统编、译码器的一种巧妙实现方法。该系统具备一个发射装置和一个接收装置；接收装置中具有4个开关控制的设备。遥控距离大于5m。 设遥控系统的载波频率为40KHz。它包括红外遥控发射、接收的原理图及其红外接收电路 、红外发射电路接收、发射红外光信号并将其转换成串行代码的过程。由红外接收管PH3028接收的光信号经CX20106进行限幅放大、带通滤波、解调和信号整形,可以消除杂散的电磁干扰或瞬间接收到的红外光干扰信号，提高产品的可靠性。红外

2、线遥控接收装置具有体积小，功耗低、功能强、成本低等特点。关键词： 红外遥控发射、接收系统AbstractSimply introduced fired infrared remote control, the principle of the recei-ving system, is used as a remote receiver system MC145026/MC145027 series, a decoder ingenious methods. This system has a launch of device and a receiving device; The recei

3、ving device has four switches in the control of the equipment. Remote control range is more than 5 m. Remote Control System for the carrier frequency is 40 KHz. It includes infrared remote transmitting and receiving schematic circuits and infrared receivers, infrared transmitter receiver fired infra

4、red optical signal and convert serial code into the process. PH3028 by the infrared receiver of the optical signal received by the CX20106 for limiting enlarge, band-pass filtering, signal demodulation and plastic, can eliminate stray electromagnetic interference or receive instant infrared light in

5、terference letter.Key words:Infrared remote trsnsmiting and receiving system目录1.系统方案的比较2 . 系统方案设计2.1. 系统设计组成框图2.2.电路功能简介2.2.1. 键盘及其代码产生电路2.2.2.编码电路 2.2.3.调制振荡电路；2.3.单元电路设计2.3.1.键盘及其代码产生电路(1) . 电路分析与计算(2) .电路原理图(3) . 74HC147相关参数. 74HC147内部结构. 74HC147引脚端功能. 74HC147主要技术指标. 74HC147电流特性 2.3.2.编码电路(1) .电路

6、分析与计算(2) . 电路原理图(3) . MC145026/27相关参数. MC145026/27的内部组成电路图. MC145026/27工作原理. MC145026/27各引脚功能. MC145026/27有关参数及限定值. MC145026/27应用电路2.3.3. 编码调制及红外发射电路(1) .电路分析与计算()(2) . 电路原理图(3) . CX20106相关参数. CX20106内部结构. CX20106工作原理及其工作波形. CX20106各引脚静态电压. CX20106主要电性能参数. CX20106技术特点2.3.4. 红外接收电路(1) .电路分析与计算()(2) .

7、 电路原理图(3) . CX20106相关参数. CX20106内部结构. CX20106工作原理及其工作波形. CX20106各引脚静态电压. CX20106主要电性能参数. CX20106技术特点2.3.5 . 解码电路整机调试(1) .电路分析与计算()(2) .电路原理图2.3.6. 译码与控制电路(1) .电路分析与计算()(2) . 电路原理图 (3) . CC4013相关参数. CC4013内部结构. CC4013工作原理. CC4013引脚端功能. CC4013性能参数. CC4013应用电路3. 系统测试3.1. 键盘与代码产生电路3.2. 编码电路3.3. 脉冲调制电路3.

8、4. 接收电路3.5. 整机调试正文1 方案比较方案1：采用LM9901/9902红外遥控集成电路形成红外线遥控收发系统采用红外线遥控电路，电路主要由红外线编码发射电路和接收译码电路组成 。其中LM9901是红外遥控编射码发电路，LM9902是接收译码电路，能构成6路红外遥控电路。此方案的优点是硬件电路简单，所用器件少，且实现各种信号相对容易；缺点是控制较复杂，但精度不易满足。方案2：采用VD5026和ED5026编、译码器 形成红外遥控收发系统VD5026（或ED5025），VD5027（或ED5027）是CMOS大规模数字集成电路。前者是编码器，后者是译码器。他们组合应用起来构成一个发射接

9、收数字编译码系统。VD5026编码器是一种8位编码发射器，VD5027接收解码器有相应于VD5026的12位信息，该编译码集成电路工作电压范围较宽，此这种电路应用非常广泛。如保安、消防、有线对讲、BP机等多用户系统。方案3：采用MC145026和MC145027编、译码器 形成红外遥控收发系统红外遥控系统包括红外光脉冲编码发射器的红外接收，、译码器两大部分。采用MC145026和MC145027编、译码器可以构成多路红外编码译码系统、多通道全集化红外遥控系统等。其构成编、译码电路结构相对较简单，是一种可实现且较方便的系统。2系统方案设计2.1系统设计组成框图图1 系统设计组成框图2.2 电路功

10、能简介2.2.1键盘及其代码产生电路它产生表示控制信号的BCD代码；2.2.2编码电路对控制信号代码地址代码进行编码，并转换成串行发送数据;2.2.3调制振荡电路；它产生频率约为40KHz的振荡信号，并由发送的数据对其进行脉冲调剂，形成发射信号。2.3单元电路设计2.3.1键盘及其代码产生单元电路设计(1)电路分析与计算图中S1-S8表示1-8路控制信号的按键开关，按下是产生有效电平（低电平）。当键未按下是，S1-S8与S10-S13分压器使键盘输出端为大于3.5V高电平Voh,当键按下时，则该键所连的输出键产生低电平送编码器74HC147，同时在TE端得到0.7V的低电平。74HC147是B

11、CD码优先编码器，将有效的输入键值变成BCD反码。(2)电路原理图图2 键盘及其代码产生单元电路(3)74HC147相关参数74HC147内部结构图3 74HC147内部结构HC147引脚端功能输入输出1 2 3 4 5 6 7 8 9H H H HH H H H H H H H HL H H LX X X X X X X X LL H H HX X X X X X X L HL H H HX X X X X X L H HH L L LX X X X X L H H HH L L HX X X X L H H H HH L H LX X X L H H H H HH L H HX X L H

12、 H H H H HH H L LX L H H H H H H HH H L HL H H H H H H H HH H H L表1 HC147引脚端功能74HC147主要技术指标电源电压(v) -0.5+7.0V输入电压 (V) -0.5+ v1.5V输出电压 (V) -0.5+ v1.5V二极管端电流(I, I) 20 mA输出电流(I) 25 mA各引脚电流 (I) 50mA储存温度变化(T) -65+150功率耗散 (P)(NOTE3) 600mWS.O 壳管 500mW铅沐回火 (T) 26074HC147电流特性符号参 量条 件VTA=25C74HCTA=-4085C单位类型工作

13、电压V最小高电平输入电压2.04.56.01.53.154.21.53.154.21.53.154.2VVvv最大低电平输入电压2.04.56.00.51.151.80.51.351.80.51.351.8VVVv最小高电平输出电压V= V或v| I|20 uA2.04.56.02.04.56.01.94.45.9.1.94.45.9.1.94.45.9VVVV=V或v| I|4.0 mA| I|5.2 mA4.56.04.75.23.985.483.845.483.75.2VVVv最大低电平输出电压V= V或v| I|20 uA2.04.56.00000.10.10.10.10.10.10.

14、10.10.1VVVV= V或v| I|20 uA4.56.00.20.20.260.260.330.330.40.4VVI最大输入电流V= v或GND6.01.01.01.01.0uAI最大静态电源电流V= v或GNDI=0 uA6.08.08.080160uA表2 74HC147电流特性2.3.2编码单元电路设计(1)电路分析与计算编码电路由集成编码器MC145026外接RC元件组成，其中，A1A5 是地址线，A6/D6 A9/D9 是地址数据复用线，MC145026可对9位并行输入数据进行编码，并在收到传输启动信号TE时输出串行数据。TE为低电平时，器件开始启动传输赛程；TE为1时，器件

15、被阻塞而无输出信号，输出端为“高阻”状态。DOUT为数据输出端，送出经过编码的串行数据。RS、CTC和RTC是内部振荡器的外接元件，产生电路的振荡频率信号。MC145026/27集成度高，功能强，在进行编码和译码的设计时，所需的外围元件相当少。对于振荡频率f在1-400kH之间的编、译码电路，振荡频率和外围元件的关系式为式中：10015uF 10R-210KC400pF100kC700pF译码中的阻容元件，一般是在编码器中的R、 、选定之后，在按上式进行计算并选定。下表列出了一组振荡频率f与阻容元件参数的对应值。f（kHz）（）（pF）R（）（）C（F）（）C（F）36210100201047

16、0p100910p181102202010910p1001800p88.71047020102000p1003900p42.610100020103900p1007500p21.510200020108200u1000.015u8.5310510020100.02u2000.02u1.71505100100500.02u2000.1u表3 振荡频率f与阻容元件参数的对应值 (2)电路原理图设计 图4 编码单元电路(3)MC145026/2相关参数MC145026/27的内部组成电路图图5 MC145026/27的内部组成电路MC145026/27工作原理MC145026是多路数字电子集成电路，

17、MC145027是多路数字译码器集成电路，它们使用于电压范围宽，功耗低，功能强，宜于采用红外、超声、光纤、射频、电力线载波放入等各种传输方式的接口，用于各种控制、测控和检测系统。MC145026/27各引脚功能图6 MC145026芯片图符号参数大小单位V电压（不包括SC41343、SC41344）-0.5- +18VV电压（只用于SC41343、SC41344）-0.5- +10VV输入电压-0.5- V+0.5VV输出电压-0.5- V+0.5VI每脚的输入电流10mAI每脚的输出电流10mAP耗散功率500mWT存储温度-65-+150表4 MC145026/27各引脚功能MC14502

18、6/27应用电路MC145026/27广泛用应于编译码电路，可以 组成多路红外编、译码系统、分制多通道红外遥控装置、全集成化红外遥控系统等。2.3.3编码调制及红外发射电路(1)电路设计与分析编码信号还必须调制到高频率的载波上才能发射出去，以提高传输的抗干扰能力。图 (a)是调制电路的工作波形，当编码信号A为高电平时，振荡器工作，输出40KHz的载波信号；当A为低电平时，振荡器不工作，输出低电平。调制后的信号经门电路隔离、放大后由红外管MLED81发送出去。图 (b)表示了编码调制与发射电路，其中红外管的工作电流为200 300mA。(2)电路原理图(图7 编码调制及红外发射电路2.3.4红外

19、接收单元电路设计(1)分析计算红外接收电路接收红外光信号并将其转换成串行代码。电路由专用的集成红外接收芯片CX20106及外接R、C元件构成。由红外接收管PH3028接收的光信号经CX20106进行限幅放大、带通滤波、解调和信号整形，由CX20106的第7脚输出。外接电阻R1、C1的大小决定CX20106中前置放大级的增益。滤波器中心频率由R2 调节。C3为检波电容，如图（1.4.1）所示。(2)电路原理图设计图8 红外接收单元电路(3)电路相关参数CX20106内部结构图9 CX20106内部结构CX20106工作原理及其工作波形图10 CX20106工作原理及其工作波形CX20106内设有

20、带通滤波器，其中心频率fo可由脚的外接电阻或电位器调节，调节方便，不像uPC1373那样需在外电路中接LC谐振回路。因此，CX20106比uPC1373的外围电路更加简单，抗干扰能力得到增强。CX20106引脚排列图及其功能图11 CX20106芯片图引脚号符号电压（V）功能1IN2.5遥控信号输入端（此脚与地之间接红外线接收二极管）2C12.5前置放大器频率特性和增益设定（此脚与地之间构成RC）3C21.5接检波电路4GND0(Vss)接地5Fo1.4设定带通滤波器的中心频率（此脚与电源间接电阻）6C31. 0外接积分电容7OUT5.0遥控指令输出端8Vcc5.0（Vdd）外接电源各引脚静态

21、电压及功能表5 各引脚静态电压及功能CX20106主要电性能参数参数名称单位最小值典型值最大值工作电压V4.75.017电源电压Ma1.11.82.8滤波中心频率fokHz304060电压增益Db747884功耗W0.6工作温度-20+70表6 CX20106主要电性能参数CX20106技术特点.低电压供电，其典型值为5V.功耗低。Vcc=5V时，其典型值为9mV；.带通滤波器的中心频率可通过改变5脚和电源之间的电阻进行调节，其调节的范围为30-60KHz.由于未使用电感，可不受磁场 的干扰，因此抗干扰能力强。.能与PIN光点二极管直接连接。.集电极开始输出，能直接驱动TTL或CMOS电路：.

22、8脚单列直插式塑料封装：.配套使用型号为M50462AP。2.3.5解码电路(1)单元电路设计与分析计算解码电路采用与MC145026编码器配套的MC145027解码器实现，外接和组成的电路用于判断接收的脉冲是宽脉冲还窄脉冲，调整R1C1，为1.72编码器时钟周期。R2,C2组成的电路用于检测接收到的末位信号，使R2,C2等于33.5编码器的时钟周期。此时间常数用于判断输入保留低电平的时间是否已达到了4个数据周期，若达到，则由数据提取电路将提取到的低电平传送到控制逻辑电路，使有效传输输出端VT为低电平并终止传输。(2)电路原理图设计图12 解码电路2.3.6译码与控制电路(1)电路分析与计算从

23、解码电路输出的是4位二进制控制代码，还要经译码控制电路变换为与发射装置对应的8个控制信号去驱动8个被控设备。在图中译码控制电器线-10线译码器CC4013的双D触发器去驱动被控的发光二极管(2)电路原理图设计如上（2.2.5-(2)）(3)CC4013相关参数Q1 Q2CC4013VDD SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2VSS6 5 3 4 8 9 11 101 2 13 12147CC4013内部结构图13 CC4013内部结构CC4013工作原理它是由具有Set和复位的2个D型触发器构成的。对D输入施加的信息以时钟脉冲的低电平读入以高电平传输到输出Q。C

24、C4013引脚端功能引脚主要功能1数据出12数据出13时钟入14清除入5数据入16置位入17电源地8置位入29数据入210清除入11时钟入212数据出213数据出214电源表7 CC4013引脚端功能CC4013性能参数双列14脚封装,金属-氧化物-半导体型互补MOS,电源电压 Vdd=-0.518V;输入电压Vi=-0.5Vdd+0.5V;输出引脚电压Vo=-0.5Vdd+0.5V;峰值输入,输出端电流Ii=10mA;允许功耗Pd=100mW。CC4013应用电路 双D触发电路 3系统测试 电路调试通常是按照信号传输的顺序追踪信号进行调试，输入信号可以是实际信号，也可以用开关、信号发生器的输

25、出等模拟输入信号。 3.1键盘与代码产生电路分别按住S1S8 使74HC147的一个输入端为低怦，用万用表或示波器测出对应的BCD码逻辑电平3.2编码电路先调整电阻RP使（12）脚的时钟频率到设计值；然后按一个编码键如S1，用示波器测输出波形DOUT3.3脉冲调制电路先调整电阻RP使（12）脚的时钟频率到设计值；然后按一个编码键如S1，用示波器测输出波形DOUT3.4接收电路先调整电阻RP使（12）脚的时钟频率到设计值；然后按一个编码键如S1，用示波器测输出波形DOUT3.5整机调试先将发射装置与接收装置直接连机进行调试，即将编码器MC145026的（15）脚输出DOUT，与接收装置MC145

26、027的输入脚连接，按各编码键观察相应各发光二极管的亮/灭情况。然后作无线联调。如果遥控距离不够，可增大红外发射管的电流，用多个红外管串联以增强红外光。也可以在将接收红外管并联以增大接收灵敏度。还可以检查发射载波频率与接收装置带通滤波的中心频率是否一致。 5. 结论 课程设计对于我们大三一次搞第的人来说，是熟悉而又陌生的。第一次接触，有点兴奋，又有些许的紧张，很担心自己做不好。然而经过二个星期的电子技术课程设计，功夫不负苦心人，本人在黄智伟教授的导下指，顺利完成该课程设计。通过该课程设计，收获颇多。 一、 对电路原理有更深的理解 通过该课程设计，掌握了什么是红外遥控系统发射与接收信号的基本过程

27、及其设计各阶段的基本任务，学会了各设计方案优劣的比较，了解了电路的设计的基本要求、构造工具及其相关的技术。对课本上的知识有了更深的理解，课本上的知识师机械的，表面的。通过对单元电路的设计和计算，并将电路进行仿真验证，把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。二、 对该理论在实践中的应用有深刻的理解 在本次课程设计中老师要求我们进行单元电路的设计与仿真，这使得我们根据对设计目的，进行电路的设计，使我们在大二学的电路原理、模拟电子技术、数字电子技术等课本的理论知识得到了充分的利用;进一步加深了理论在实践中作用。三、 激发了学习的积极性 通过该课程设计，全面系统的理解了红外遥控

28、系统的发射与接收原理。把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的电子技术各原理知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对电路、电子技术的操作的认识是模糊的，概念上的，通现在过自己动手做实验，从实践上认识了操作系统是如何处理好 各单元电路之间的设计，以及各单元电路在总的红外遥控接收系统中的作用，学会了如何协调各单元电路。在每个单元电路中如何充分利用和发挥芯片的功能是非常重要的，每个芯片都有其特定的功能和参数，这需要我们熟练的掌握各芯片资料，对我们以后的工作和实践都是非常有益的 。课程设计中程序比较复杂，在检测调试时应该细心，周到，将一

29、切可能的出错原因都要设法检测出来，然后付诸实践，这样得出的设计系统才是合格的。在这次课程设计中，我就是按照课程设计的指导思想来完成。加深了理解红外遥控接收与发射的系统的内部功能及内部实现，培养实践动手能力和电路设计的目的。四、 理解了该知识点以及学科之间的融合渗透 本次课程设计采用Word文档格式，这使得我们进一步熟悉了Word文档操作应用。另外要求电路图采用手画，或采用PROTEL或其它软件工具绘画，也使我们本学期的电子实习得到了应用。通过 本次 课程设计我们使用把电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、PROTEL 99 SE原理图与PCB设计教程等学科联系起来，把各个学科之间的知识融合起来

30、 ，把各门课程的知识联系起来，对电子技术整体的认识更加深刻。使我加深了对电路原理、模拟电子技术、数字电子技术、PROTEL 99 SE原理图与PCB设计教程课程的认识。附录元件清单键盘单元元件代号元件参数元件数量备注10K810K120K8IN400188T174HC1471相关参数见正文T274LS041具有4个非门译码单元外围元件MC1450261具体参数见正文100K110K1R43K12700PF编码调制及红外发射电路CC40111具有4个与非门100K110K110K10.01F1DMLED811一对管,组成复合管红外接收单元电路设计DPH302811F1330PF13.3F14.7

31、K1200K12.2 K1解码电路4100 K110F1IN40011CC40134具体参数见正文MC1450271具体参数见正文CC40281具体参数见正文参考文献1 苏长赞 . 实用遥控技术手册 M. 北京 : 人民邮电出版社 ,1996. 2 苏长赞 . 红外线与超声波遥控 M. 北京 : 人民邮电出版社 ,1993. 3 魏立君 , 韩华琦 .CMOS4000 系列 60 种常用集成电路的应用 M. 北京 : 人民邮电出版社 ,1993 4 刘晓胜 , 吴乐南 , 周爽 . 智能小区系统工程技术导论 M. 北京 : 电力工业出版社 ,2001. 5 谢瑞和 , 周如彪 , 王晨 . 编码器 / 解码器专用芯片及其应用 Z. 华中理工大学 ,1994. 6 李朝青 .PC 机及单片机数据通信技术 . 北京航空航天大学出版社 7 郭万里 , 等 . 一种红外遥控的信息解码方法 . 电子技术 , 总 42 期