简易红外遥控系统实验报告

北京邮电大学

电子信息科学与技术专业课题实验

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学号：                            **********                 

班级：                            2013211203                         

组别:                     第5组                   

时间：                             2016.7.6                             

一、设计要求

1.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0-7七个数字，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MC145027之后再加反相器），然后将二进制信号送往信道编码器进行编码芯片MC145026，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。

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一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），然后将解码之后的信号分三路，第一路则通过4-16译码芯片CD4514，利用其输出只有一个高电平有效来实现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一个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。

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

图3 信号产生与编码电路

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：                        MC145027芯片：

1)，MC145026管脚介绍：A1-A5是地址线，MC145027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是地址或数据输入端，Vss接地，Vdd接5V，Dout是编码之后的输出，TE低电平有效接地，内部时钟振荡器的工作控制端，Rtc、Ctc、Rs的连接如下图。

2)，MC145027管脚介绍，A1-A5地址线，Vss接地，Vdd接5V，R1，C1和R2/C2端连接如下图，Din信号输入，可以直接将MC145026编码之后的输出接于此处，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：A1～A9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TE为低电平时,振荡器工作;Dout的输出编码信号如图3所示,两个连续的宽脉冲（占空比7：1）表示“1”,两个连续的窄脉冲（占空比1：7）表示“0”,一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A1～A2的状态编码,如果A1～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 A1～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电平,均必须等到当前发送周期结束以后才能停止。

4)，MC145027解码规则：MC145027是与MC145026配套使用的解码器（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R1、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的是“开路”编码（即一个宽脉冲和一个窄脉冲）,宽脉冲开始于t0时刻,结束于t1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t1时刻,7脚的电压为：

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0.1Vcc。此时数据提取电路检测到7脚的电平为低电平,说明上一个脉冲为窄脉冲。由此可见MC145027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MC145026和MC145027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Rtc、Ctc、Rs、R1，C1，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，R1=50k，C1=0.02uF,R2=200k,C2=0.1uF。

6)，所用器材：拨码开关，74HC147，CD4069，MC145026，电阻：1K×9，100K，51K，电容5100pF。

2.调制发送

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38kHz。

1)， NE555产生方波原理通过数据手册提供的原理图如下：

●图中波形中的方波表示输出电压随时间的变化，下面类似于锯齿波表示电容两端的电压 随时间的变化，其中锯齿波的斜率表示电容充放电的速率。 

●其中          

2)，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R3=20K，这样发射出去的距离能达到2m。

5)，所用器材：NE555，三极管（NPN），红外发送管，10K滑动变阻器，电阻：10K×2，30，1K，电容：1000pF。

3.接收解调

图5 接收解调电路

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，其引脚参数选用很大程度的影响到信号的接收，因此有必要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40kΩ。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大器的增益和频率特性。增大电阻R1或减小C2,将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。但C2的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R1=4.7Ω，C2=1μF。

3脚：该脚与地之间连接检波电容，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，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。

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中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=210.5kΩ，则中心频率f0≈38kHz。推荐阻值220k。

6脚：该脚与地之间接一个积分电容，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。标准值为330pF。

7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22kΩ。

8脚：接电源。

总的来说，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下：

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：1uF，3.3uF，330pF。

4.LED分别显示

图6 功能1译码显示电路

1），解码芯片MC145027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，解码之后分三路，此为第一路电路图，如图6所示，首先采用MC145027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，MC145026的A1也是接地，当拨码开关9没有闭合时，MC145026的A1一直处于高电平，MC145027是不能正确解码的，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，输出四位二进制信号。将该信号送至4-16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

其中的INHIBIT是禁止控制端，STROBE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。

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来实现8个LED分别显示。

3），所需器件：MC145027，CD4514，发光二极管×8，电阻：50K，200K，1K，电容：0.02uF，0.1uF。

5.LED8级亮度显示

图7 功能2八级亮度显示电路

1），通过MC145027解码之后的四路输出分别通过一个1k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。如果采用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效果较好。

2），所需器件：MC145027，三极管（NPN）×3，电阻：1k ×5，680k，100k，50

6.数码管显示

图8 功能3数码管显示电路

1），通过MC145027解码之后的信号连接七段数码管译码器MC14513，如图8所示。MC14513的7路输出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

LE: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），其真值表如下所示

由该真值表可以看出LE需要接低电平，BI和LT需要接高电平，RBI接低电平

4），数码管LG5011AH管脚图

该数码管是共阴极数码管，其中3,8需要接地。由于本实验不需要用小数点，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）。 

四、发射和接收连接总图

1.发射端电路图

2.接收端电路图

五、遇到的问题及解决方法

问题1：

刚开始使用MC145026编码芯片的时候不知道怎么查看编码之后的信号，由于出来的信号不能稳定下来，并不是像以前那种标准的方波正弦，导致不能 清晰的看出来波形。

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出来波形是怎么样的，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，要从右往左看，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产生方波的时候波形出现有负值，而且毛刺很多

解决方法：

本来产生的方波应该是5v和0v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有在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本身就有很多的杂波，可以通过在电源端分别并上一个10uF和100pF的大电容和小电容，进行电源滤波，然后发现毛刺基本没有了，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每个管脚上面的电压，发现都没有什么问题，然后又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，因为实验室的信号干扰很大，很容易出现找不到信号的问题。

六、实验心得

在这次小学期的实验课程设计中，通过前期的小组调研，再通过6组的分享，慢慢的了解了本次实验应该怎么实现，这样的课程设计既有与他人的合作，又有个人的能力展示，让我们既能学会团队协作又提高了个人的技能，这对我们未来的发展有着不可磨灭的影响。刚开始看着英文的数据手册并不知道哪些东西是对我们实验有用的，后来看多了发现管脚图、真值表、电流电压参数、典型应用等都是我们需要多多注意的。通过亲自搭电路在去测试这些理论上的东西，发现有时候会有一些不一样有时候找不到理论上的电阻电容值，后来通过找一些就近值来代替。

记得刚开始调试的时候把整个电路一起调试没有成功，后来就分模块一步一步调试，验证了自己信号产生的电路没有问题之后，在编码那个卡住了，以前并没有接触过这种波形不知道怎么查看编码波形的所代表的含义，后来通过上网查资料明白了是怎么样编码的，知道了两个宽脉冲就代表1，两个窄脉冲代表0，一宽一窄代表开路，并且要从右往左来看，分别为高电平到低电平，由于自己最开始不动怎么看这个波形一直以为自己编码电路有问题，后来发现并没有什么问题，然后为了验证自己的解码部分，直接将编码波形接入解码芯片的输入，查看输出的电平值是否正确来验证编码解码电路。然后就是现实部分，分别验证了三个现实部分，对于8级亮度显示由于刚开始的时候亮度变化不明显后来通过多种尝试修改电阻值才实现了不同的亮度。

这次实验不仅让我加深了对理论知识的理解，还大大提高了我的动手能力，更为重要的是，我学会了如何发现问题，检查问题，排查问题和解决问题的过程。非常感谢老师在这个过程中的倾力帮助和指导，这次的实验经历将成为日后更加深入学习电子设计的宝贵经验！

附录：器件选用与参数计算

材料总清单

2013211203班 周渡 学号：2012210886

电容：100pF，330pF，1000pF，5100pF，10000pF，20000pF×2，100000pF×2，1uF，3.3uF。