红外遥控发射与接收系统设计.docx
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红外遥控发射与接收系统设计
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
Abstract
Simplyintroducedfiredinfraredremotecontrol,theprincipleoftherecei-vingsystem,isusedasaremotereceiversystemMC145026/MC145027series,adecoderingeniousmethods.Thissystemhasalaunchofdeviceandareceivingdevice;Thereceivingdevicehasfourswitchesinthecontroloftheequipment.Remotecontrolrangeismorethan5m.RemoteControlSystemforthecarrierfrequencyis40KHz.Itincludesinfraredremotetransmittingandreceivingschematiccircuitsandinfraredreceivers,infraredtransmitterreceiverfiredinfraredopticalsignalandconvertserialcodeintotheprocess.PH3028bytheinfraredreceiveroftheopticalsignalreceivedbytheCX20106forlimitingenlarge,band-passfiltering,signaldemodulationandplastic,caneliminatestrayelectromagneticinterferenceorreceiveinstantinfraredlightinterferenceletter.
Keywords:
Infraredremotetrsnsmitingandreceivingsystem
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
①……….....74HC147内部结构
②……….....74HC147引脚端功能
③……….....74HC147主要技术指标
④……….....74HC147电流特性
2.3.2......…...编码电路
（1）……….....电路分析与计算
（2）……….....电路原理图
（3）……….....MC145026/27相关参数
①……….....MC145026/27的内部组成电路图
②……….....MC145026/27工作原理
③……….....MC145026/27各引脚功能
④……….....MC145026/27有关参数及限定值
⑤……….....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
①……….....CX20106内部结构
②……….....CX20106工作原理及其工作波形
③……….....CX20106各引脚静态电压
④……….....CX20106主要电性能参数
⑤……….....CX20106技术特点
2.3.4......…...红外接收电路
（1）……….....电路分析与计算（）
（2）……….....电路原理图
（3）……….....CX20106相关参数
①……….....CX20106内部结构
②……….....CX20106工作原理及其工作波形
③……….....CX20106各引脚静态电压
④……….....CX20106主要电性能参数
⑤……….....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
①……….....CC4013内部结构
②……….....CC4013工作原理
③……….....CC4013引脚端功能
④……….....CC4013性能参数
⑤……….....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
3.4……….....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BCD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
①74HC147内部结构
图374HC147内部结构
②HC147引脚端功能
输入
输出
123456789
HHHH
HHHHHHHHH
LHHL
XXXXXXXXL
LHHH
XXXXXXXLH
LHHH
XXXXXXLHH
HLLL
XXXXXLHHH
HLLH
XXXXLHHHH
HLHL
XXXLHHHHH
HLHH
XXLHHHHHH
HHLL
XLHHHHHHH
HHLH
LHHHHHHHH
HHHL
表1HC147引脚端功能
③74HC147主要技术指标
电源电压（v
）-0.5～+7.0V
输入电压（V
）-0.5～+v
1.5V
输出电压（V
）-0.5～+v
1.5V
二极管端电流（I
I
）±20mA
输出电流（I
）±25mA
各引脚电流（I
）±50mA
储存温度变化（T
）-65℃～+150℃
功率耗散（P
）
（NOTE3）600mW
S.O壳管500mW
铅沐回火（T
）260℃
④74HC147电流特性
符号
参量
条件
V
TA=25°C
74HC
TA=-40～85°C
单位
类型
工作电压
V
最小高电平
输入电压
2.0
4.5
6.0
1.5
3.15
4.2
1.5
3.15
4.2
1.5
3.15
4.2
V
V
v
v
最大低电平
输入电压
2.0
4.5
6.0
0.5
1.15
1.8
0.5
1.35
1.8
0.5
1.35
1.8
V
V
V
v
最小高电平
输出电压
V
=V
或v
|I
|≤20uA
2.0
4.5
6.0
2.0
4.5
6.0
1.9
4.4
5.9
.1.9
4.4
5.9
.1.9
4.4
5.9
V
V
V
V
=V
或v
|I
|≤4.0mA
|I
|≤5.2mA
4.5
6.0
4.7
5.2
3.98
5.48
3.84
5.48
3.7
5.2
V
V
V
v
最大低电平
输出电压
V
=V
或v
|I
|≤20uA
2.0
4.5
6.0
0
0
0
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
V
V
V
V
=V
或v
|I
|≤20uA
4.5
6.0
0.2
0.2
0.26
0.26
0.33
0.33
0.4
0.4
V
V
I
最大输入电流
V
=v
或GND
6.0
±1.0
±1.0
±1.0
±1.0
uA
I
最大静态电源电流
V
=v
或GND
I
=0uA
6.0
8.0
8.0
80
160
uA
表274HC147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，A1~A5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：
100
≤
≤15uF
≥10
R
-2
≥10KΩ
C
≥400pF
>100kΩ
C
>700pF
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）
（Ω）
（pF）
R
（Ω）
（Ω）
C
（F）
（Ω）
C
（F）
362
10
100
20
10
470p
100
910p
181
10
220
20
10
910p
100
1800p
88.7
10
470
20
10
2000p
100
3900p
42.6
10
1000
20
10
3900p
100
7500p
21.5
10
2000
20
10
8200u
100
0.015u
8.53
10
5100
20
10
0.02u
200
0.02u
1.71
50
5100
100
50
0.02u
200
0.1u
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
①MC145026/27的内部组成电路图
图5MC145026/27的内部组成电路
②MC145026/27工作原理
MC145026是多路数字电子集成电路，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。
③MC145026/27各引脚功能
图6MC145026芯片图
符号
参数
大小
单位
V
电压（不包括SC41343、SC41344）
-0.5-+18
V
V
电压（只用于SC41343、SC41344）
-0.5-+10
V
V
输入电压
-0.5-V
+0.5
V
V
输出电压
-0.5-V
+0.5
V
I
每脚的输入电流
±10
mA
I
每脚的输出电流
±10
mA
P
耗散功率
500
mW
T
存储温度
-65-+150
℃
表4MC145026/27各引脚功能
⑤MC145026/27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
①CX20106内部结构
图9CX20106内部结构
②CX20106工作原理及其工作波形
图10CX20106工作原理及其工作波形
CX20106内设有带通滤波器，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。
③CX20106引脚排列图及其功能
图11CX20106芯片图
引脚号
符号
电压（V）
功能
1
IN
2.5
遥控信号输入端（此脚与地之间接红外线接收二极管）
2
C1
2.5
前置放大器频率特性和增益设定
（此脚与地之间构成RC）
3
C2
1.5
接检波电路
4
GND
0（Vss）
接地
5
Fo
1.4
设定带通滤波器的中心频率
（此脚与电源间接电阻）
6
C3
1.0
外接积分电容
7
OUT
5.0
遥控指令输出端
8
Vcc
5.0（Vdd）
外接电源
④各引脚静态电压及功能
表5各引脚静态电压及功能
⑤CX20106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
V
4.7
5.0
17
电源电压
Ma
1.1
1.8
2.8
滤波中心频率fo
kHz
30
40
60
电压增益
Db
74
78
84
功耗
W
0.6
工作温度
-20
+70
表6CX20106主要电性能参数
⑥CX20106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：
.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
①CC4013内部结构
图13CC4013内部结构
②CC4013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。
③CC4013引脚端功能
引脚
主要功能
1
数据出1
2
数据出1
3
时钟入1
4
清除入
5
数据入1
6
置位入1
7
电源地
8
置位入2
9
数据入2
10
清除入
11
时钟入2
12
数据出2
13
数据出2
14
电源
表7CC4013引脚端功能
④CC4013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=-0.5～18V;输入电压Vi=-0.5～Vdd+0.5V;输出引脚电压Vo=-0.5～Vdd+0.5V;峰值输入,输出端电流±Ii=10mA;允许功耗Pd=100mW。
⑤CC4013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、信号发生器的输出等模拟输入信号。
3.1键盘与代码产生电路
分别按住S1~S8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DOUT
3.3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DOUT
3.4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DOUT
3.5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MC145027的输入⑨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
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