模電課程設(shè)計(jì)--簡易紅外發(fā)射接收裝置

1、<p>　　《低頻電子線路》課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目： 設(shè)計(jì)紅外控制5 </p><p>　　學(xué) 院： 物理與電子技術(shù)學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　班 級： &l

2、t;/p><p>　　班級學(xué)號： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成日期： 年 月 日</p><p><

3、;b>　　紅外控制</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　紅外控制的設(shè)計(jì)總體思路，包括NE555的介紹還有它所產(chǎn)生的震蕩電路，以及紅外接收，紅外發(fā)射裝置的辨別與使用。以及實(shí)驗(yàn)過程中所要注意的事項(xiàng)一一列舉在報(bào)告之中。</p><p><b>　　關(guān)鍵字：</b></p

4、><p>　　NE555 震蕩電路 紅外的接收與發(fā)射 信號輸出</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)紅外控制裝置，要求用NE555震蕩電路產(chǎn)生大約38KHz到40KHz信號電壓，通過紅外發(fā)射信號，并由紅外接收放大信號，最后從LED的亮滅體現(xiàn)控制。并且完成從設(shè)計(jì)電路圖，電腦繪制PCB圖，轉(zhuǎn)印，腐蝕，打

5、孔，焊接到最后調(diào)試的全過程。掌握基本的電子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，培養(yǎng)動(dòng)手能力。</p><p>　　2設(shè)計(jì)信號流程方向：</p><p><b>　　2.1原理圖：</b></p><p><b>　　2.2 PCB圖：</b></p><p>　　2.3NE555震蕩頻率及周期的計(jì)算：</p>

6、<p>　　震蕩周期：T=0.7*（R1+2R2）C</p><p>　　震蕩頻率：f=1.43/（R1+2R2）C</p><p><b>　　2.4工作原理：</b></p><p>　　由圖可見，振蕩頻率由C1、R2、C2與R3決定，當(dāng)按下發(fā)射開關(guān)SB時(shí)，電路立即起振，串聯(lián)在電極回路里的紅外發(fā)光二極管LED就發(fā)出一束受振蕩頻率調(diào)

7、制的紅外光脈沖，使接收器產(chǎn)生動(dòng)作當(dāng)其3腳的輸入信號電壓大于門限電壓且頻率落入固有頻率f0的捕捉寬帶內(nèi)時(shí)，8腳即可邏輯低電平，第2腳對地接電容C2為相位比較器輸出的低通濾波器，那么5腳就輸出一個(gè)固有頻率f=40kHZ為中心的調(diào)制信號。當(dāng)外界信號的頻率在其固有頻率f的捕捉寬帶內(nèi)時(shí)，T1的發(fā)射極將會導(dǎo)通，此時(shí)發(fā)射管和接收管將會工作，T2發(fā)射極導(dǎo)通工作，信號將會通過電容送回到3腳，然后電路將會實(shí)現(xiàn)。當(dāng)信號不在要求頻率范圍內(nèi)時(shí)，電路將不會工作。要

8、使音樂片正常工作，就要給G端一個(gè)下降沿，即當(dāng)3腳為低電平時(shí)，二極管才會亮。電路不工作時(shí)，3腳始終保持高電平。因此電路不工作時(shí)，二極管不會亮 </p><p><b>　　3元件的識別：</b></p><p><b>　　3.1電阻的識別：</b></p><p>　　電阻的大小直接用萬用表測出阻值即可。</p>

9、;<p><b>　　3.2電容的識別：</b></p><p>　　一般電容在原理圖大小都是用乘方數(shù)表示，前2位為容量，第三位為乘方數(shù)，乘方數(shù)單位是pF。例如：103其電容值為0.01uF。</p><p>　　3.3二極管的識別：</p><p>　　二極管的識別：普通二極管有一道黑線的那一端為陰極。LED二極管、紅外發(fā)射二極

10、管和紅外接收二極管有一個(gè)腳較長為陽極。</p><p>　　3.4NE555集成塊的管腳圖及作用：</p><p><b>　　NE555的工作表</b></p><p>　　如圖是NE555的外形封裝圖和它的內(nèi)部功能原理框圖， NE555的內(nèi)部中心電路是三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位Reset端，通過比較器

11、A1，復(fù)位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，另外還有集電極開路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權(quán)是R、T、TH。 </p><p><b>　　圖5-3</b></p><p>　　3.4.1單穩(wěn)類電路 </p><p>　　作用：定延時(shí)，消抖動(dòng)，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測等。 </p><p>　　3

12、.4.2雙穩(wěn)類電路 </p><p>　　作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等。 </p><p>　　3.4.3無穩(wěn)類電路 </p><p>　　作用：方波輸出 ，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測量，定時(shí)等。</p><p>　　第一種、是直接反饋型，振蕩電阻是連在輸出端VO的。</p><p>　　第二種

13、、是間接反饋型，振蕩電阻是連在電源VCC上的。其中有應(yīng)用最廣的。還有產(chǎn)生是方波振蕩電路。還有的是占空比可調(diào)的脈沖振蕩電路，功能相同而電路結(jié)構(gòu)略有不同。</p><p>　　第三種、是壓控振蕩器。由于電路變化形式很復(fù)雜，為簡單起見，只分成最簡單的形式和帶輔助器件的單元形式。</p><p>　　無穩(wěn)電路的輸入端一般都有兩個(gè)振蕩電阻和一個(gè)振蕩電容。只有一個(gè)振蕩電阻的可以認(rèn)為是特例。</p

14、><p><b>　　3.5六反向器：</b></p><p><b>　　真值表：Y=A</b></p><p><b>　　圖1 引腳功能</b></p><p><b>　　極限參數(shù)：</b></p><p><b>　

15、　3.6紅外的介紹</b></p><p>　　紅外線遙控器在家用電器和工業(yè)控制系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用，了解他們的工作原理和性能、進(jìn)一步自制紅外遙控系統(tǒng)，也并非難事。 1.紅外線的特點(diǎn)      人的眼睛能看到的可見光，若按波長排列，依次（從長到短）為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，如圖1所示。    &

16、#160;     由圖可見，紅光的波長范圍為0.62μm～0.76μm，比紅光波長還長的光叫紅外線。紅外線遙控器就是利用波長0.76μm～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的。紅外線的特點(diǎn)是不干擾其他電器設(shè)備工作，也不會影響周邊環(huán)境。電路調(diào)試簡單，若對發(fā)射信號進(jìn)行編碼，可實(shí)現(xiàn)多路紅外遙控功能。 2.紅外線發(fā)射和接收 人們見到的紅外遙控系統(tǒng)分為發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分的發(fā)

17、射元件為紅外發(fā)光二極管，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光，如圖2所示。 常用的紅外發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通φ5mm發(fā)光二極管相同，只是顏色不同。一般有透明、黑色和深藍(lán)色等三種。判斷紅外發(fā)光二極管的好壞與判斷普通二極管一樣的方法。單只紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率約100mW。紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率需用專用儀器測定，而業(yè)余條件下，只</p><p><b>　　圖5-8</b&

18、gt;</p><p>　　是常用兩種紅外接收頭的外形，均有三只引腳，即電源正VDD、電源負(fù)(GND)和數(shù)據(jù)輸出(Out)。接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，圖3列出了因接收頭的外形不同而引腳的區(qū)別。紅外接收頭的主要參數(shù)如下：工作電壓：4.8～5.3V工作電流：1.7～2.7mA接收頻率：38kHz峰值波長：980nm靜態(tài)輸出：高電平輸出低電平：≤0.4V輸出高電平：接近工作電壓</p&g

19、t;<p><b>　　圖5-9</b></p><p>　　是目前所有紅外遙控器發(fā)射電路的功能組成，其中的編碼器即調(diào)制信號，按遙控器用途的編碼方式可以很簡單、也可以很復(fù)雜。例如用于電視機(jī)、VCD、DVD和組合音響的遙控發(fā)射的編碼器，因其控制功能多達(dá)50種以上，此時(shí)的編碼器均采用專用的紅外線編碼協(xié)議進(jìn)行嚴(yán)格的編程，然而對控制功能少的紅外遙控器，其編碼器是簡單而靈活。前者編碼器是

20、由生產(chǎn)廠家的專業(yè)人員按紅外遙控協(xié)議進(jìn)行編碼，而后者適用于一般電子技術(shù)人員和電子愛好者的編碼。圖4中的38kHz振蕩器即載波信號比較簡單，但專業(yè)用的和業(yè)余用的也有區(qū)別，專業(yè)用的振蕩器采用了晶振，而后者一般是RC振蕩器。例如彩電紅外遙控器上的發(fā)射端用了455kHz的晶振，是經(jīng)過整數(shù)分頻的，分頻系數(shù)為12，即455kHz÷12=37.9kHz。當(dāng)然也有一些工業(yè)用的遙控系統(tǒng)，采用36kHz、40kHz或56kHz等的載波信號。因紅外遙

21、控器的控制距離約10米遠(yuǎn)，要達(dá)到這個(gè)指標(biāo)，其發(fā)射的載波頻率(38kHz)要求十分穩(wěn)定，而非專業(yè)用的RC(38kHz)載波頻率穩(wěn)定性差，往往偏離38kHz甚至很遠(yuǎn)，這就大大縮短了遙控器的控制距離。因晶振頻率十分穩(wěn)定，所以專業(yè)廠家的遙控器全部采用晶振的38</p><p>　　2．遙控接收解調(diào)電路</p><p>　　為紅外接收解調(diào)控制電路， IC2是LM567。LM567是一種鎖相環(huán)集成電路

22、，采用8腳雙列直插塑封裝，工作電壓為+4.75～+9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)電流約8mA。⑧腳為輸出端，靜態(tài)時(shí)為高電平，是由內(nèi)部的集電極開路的三極管構(gòu)成，允許最大灌電流為100mA。</p><p>　　3. 頻分制多路控制器 </p><p>　　可以實(shí)現(xiàn)多路遙控器，即在發(fā)射端，將ICl組成的低頻振蕩器，其電路模式不變，只改變電阻R2，即可構(gòu)成若干種R組成的多個(gè)頻

23、率不同的低頻振蕩器(即編碼)，利用微動(dòng)開關(guān)轉(zhuǎn)接，38kHz的載波電路共用；在接收電路中，一體化紅外接收頭共用，再設(shè)置與接收端編碼器相同個(gè)數(shù)的LM567鎖相器和后級鎖相驅(qū)動(dòng)控制電路，各鎖相環(huán)的振蕩頻率與各編碼器的低頻編碼信號的頻率對應(yīng)相等。這樣發(fā)射端按壓不同的按鈕，載波信號接入不同頻率編碼的調(diào)制信號時(shí)，在接收端，各對應(yīng)的LM567的拐腳的電平會發(fā)生變化，從而形成多路控制信號。上述所述的工作方式，稱為頻分制的編碼方式。這種頻分制工作方式，其

24、優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)多路控制，但缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，對于路數(shù)不多的控制電路，因電路工作原理簡單，對一般電子技術(shù)人員仍然是有用的。  </p><p><b>　　4組裝調(diào)試：</b></p><p>　　4.1使用的主要儀器和儀表：</p><p>　　使用制版機(jī)應(yīng)注意溫度和夾縫的高度，當(dāng)溫度大約為160攝氏度時(shí)可以放板子，而且轉(zhuǎn)印

25、紙應(yīng)該仔細(xì)包好，以免轉(zhuǎn)印是帶來不必要的麻煩。</p><p>　　在腐蝕之后應(yīng)該涂抹一層松香，以免銅線氧化，并有助于焊接時(shí)焊錫的銜接。</p><p>　　使用打孔機(jī)時(shí)要注意鉆頭應(yīng)盡量貼近板子，以免空打偏了，特別要注意集成塊的打孔，如果有偏差不好調(diào)整。</p><p>　　在使用示波器的時(shí)候要注意作定量測量時(shí)，應(yīng)先將示波器通電預(yù)熱10分鐘以上，使機(jī)中各元件在熱穩(wěn)定狀

26、態(tài)下工作，否則由于機(jī)內(nèi)元件溫度處于上升過程，影響測量結(jié)果。通常示波器的靈敏度都是指它的最大靈敏度。Y輸入調(diào)節(jié)在不同位置，對應(yīng)的靈敏度不同。因此，一經(jīng)核準(zhǔn)，Y輸入調(diào)節(jié)就不能再動(dòng)。為了保護(hù)熒光屏，測量時(shí)應(yīng)加掃描信號，使形成掃描線，避免亮點(diǎn)長時(shí)間集中在一點(diǎn)。示波器Y輸入和X輸入端的阻抗一般很大（1兆歐／40皮法），在它的輸入電路中幾乎不形成電流，因此用示波器能夠?qū)ξ⑷跣盘栯妷哼M(jìn)行測量，這是它的優(yōu)點(diǎn)。示波器也可以測量電流，把一個(gè)小電阻串聯(lián)在待測

27、電路中（或利用電路中的已知電阻），測出它兩端的電壓，利用歐姆定律算出電路中的電流。</p><p>　　4.2調(diào)試電路的方法和技巧：</p><p>　　對照原理圖將元件合理安裝在電路板上，檢查元件位置是否正確，檢查無誤后，用電烙鐵將每個(gè)元件用焊錫焊牢，保證每個(gè)元件不虛焊。在焊元件時(shí)根據(jù)不同元件的耐熱性盡量減少焊接時(shí)間。當(dāng)電子器件焊接錯(cuò)誤或者是需要再次焊接時(shí)應(yīng)該很小心的拔出原來的器件，以防

28、止弄壞電路板上的鍍銅。在調(diào)試過程中注意輕拿輕放，不要把元器件及導(dǎo)線弄掉。調(diào)試中最多的是沒有現(xiàn)象出現(xiàn)，或是現(xiàn)象不明顯。很有可能是焊短路或斷路，元器件虛焊。接電源時(shí)注意正負(fù)極，以防燒壞元器件。使用萬能表時(shí)注意量程。若是沒有現(xiàn)象，要逐一檢查各部分是否有短路或斷路發(fā)生。使用示波器時(shí)注意周期的計(jì)算，得到穩(wěn)定的波行</p><p>　　當(dāng)電路連接正確時(shí)候，按下開關(guān)。此時(shí)LED不亮。用上示波器檢測一下NE555發(fā)射的是不是大約

29、40KHz的方波，若不是應(yīng)用滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)使NE555產(chǎn)生40KHz的方波，當(dāng)用擋板擋住紅外發(fā)射二極管，使得紅外接收二極管可以接受到紅外光之后LED亮，大約兩秒左右自動(dòng)熄滅。</p><p>　　5設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)、改進(jìn)的意見和展望：</p><p>　　電路采用紅外發(fā)光二極管作光源，其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、壽命長，交直流均可使用，并可利用晶體管和集成電路直接驅(qū)動(dòng)。而對于現(xiàn)

30、在的紅外電路多采用互補(bǔ)型自激多諧振蕩電路驅(qū)動(dòng)做電源，直接加在紅外發(fā)光二極管兩端，使</p><p>　　其發(fā)出經(jīng)脈沖調(diào)制的、占空比很高的紅外光束，這降低了電源的功耗，又增加了紅外探測器的抗干擾能力。但對于此電路它的紅外接收二極管接在了電路的觸發(fā)端，沒有使用放大電路，所以這個(gè)電路的靈敏度不高，而且此電路抗外界干擾能力不高，很容易受到外界的影響。</p><p>　　中間放大級采用多級負(fù)反饋放

31、大電路，負(fù)反饋實(shí)質(zhì)上就是把輸出電壓的一部分再送回到輸入端，兵并使其與輸入電壓相位相反。負(fù)反饋可以明顯改善電壓放大器的性能指標(biāo)，使其失真減小、噪聲降低、頻響展寬，穩(wěn)定度提高，而這些好處又都是以犧牲放大器增益為代價(jià)的。由于增益可以用多級放大器來保證，所以多級負(fù)反饋放大電路常被采用。多級放大器既有更高的開環(huán)增益。</p><p>　　加入過零比較器之后將會有效的抑制外界的干擾，提高了電路的靈敏度。</p>

32、<p><b>　　6總結(jié)：</b></p><p>　　通過本次低頻課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與制作，我學(xué)習(xí)到了理論運(yùn)用到實(shí)際中去應(yīng)要考慮諸多方面。</p><p>　　在設(shè)計(jì)PCB版時(shí)，我們應(yīng)考慮散熱問題，各個(gè)元件之間的布局也應(yīng)該合理，不然會影響電路板的安裝及散熱問題。同時(shí)要加寬地線和電源線以減少干擾信號對工作電路的影響。加深了對電路的分析能力；掌握了常用電子器件

33、的類型和特征；學(xué)會電子電路的焊接、安裝和調(diào)試；動(dòng)手能力大大增強(qiáng)。同時(shí)學(xué)會了自己解決問題的方法。培養(yǎng)了自己解決問題的能力；提高了嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。</p><p>　　7系統(tǒng)使用原件列表：</p><p><b>　　7.1電阻： </b></p><p>　　1K電阻一個(gè)， 4.7K電阻一個(gè)， 25歐姆電阻一個(gè)，<

34、;/p><p>　　100K電阻3個(gè)， 10K電阻一個(gè)， 22K電阻一個(gè)，</p><p>　　30K電阻一個(gè)， 620K電阻一個(gè)， 470歐姆電阻一個(gè)，</p><p>　　5K滑動(dòng)變阻器一個(gè)。</p><p><b>　　7.2電容：</b></p><p>　　4.7nF無極性電容一個(gè)

35、， 0.01uF無極性電容兩個(gè)，</p><p>　　1uF電解電容電容一個(gè)， 0.1uF無極性電容一個(gè)，</p><p>　　100uF電解電容一個(gè)</p><p><b>　　7.3二極管：</b></p><p>　　普通二極管一個(gè)， LED二極管一個(gè)，</p><p&g

36、t;　　紅外發(fā)射二極管一個(gè)， 紅外接收二極管一個(gè) </p><p><b>　　7.4集成塊：</b></p><p>　　NE555集成塊兩個(gè)，十四管腳六反相器一個(gè)</p><p>　　7.5四角按鈕開關(guān)一個(gè)。</p><p>　　此外，在電路板調(diào)試過程中，還用到示波器，5V直流電源，萬用表。</p>

37、<p><b>　　8參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分.第五版.高等教育出版社.2006年1月</p><p>　　[2] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.第五版.高等教育出版社.2006年1月</p><p>　　[3] 電子線路實(shí)驗(yàn)講義</p><p>　　[4]門宏

38、，怎樣看電子電路圖</p><p><b>　　9收獲體會：</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)會了很多在課堂上學(xué)不到的東西。原來在課堂上只是學(xué)理論的東西，實(shí)際操作是零基礎(chǔ)。而這次試驗(yàn)后有了最基本的動(dòng)手能力。</p><p>　　從畫PCB開始，把我原來所學(xué)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)用上了，讓我體會到了所學(xué)的軟件在實(shí)際中是如何應(yīng)用的。&

39、lt;/p><p>　　轉(zhuǎn)印腐蝕打孔，這個(gè)每一步都需要精細(xì)的完成過程我也一一走過。在焊接的時(shí)候還真遇到不少的麻煩。首先是二級管的正負(fù)不能確定，通過網(wǎng)上查找和詢問同學(xué)找到知道了如何確定正負(fù)的方法。</p><p>　　再有就是焊接集成塊的時(shí)候，由于焊盤相鄰比較近，焊錫很容易碰到一起形成短路，所以每一次都倍加小心。最后一個(gè)難題就是，調(diào)試電路，這個(gè)實(shí)驗(yàn)要求產(chǎn)生一個(gè)大約是38KHz的方波，因?yàn)镹E55

40、5在產(chǎn)生信號時(shí)如果沒經(jīng)過放大信號很微弱，用示波器觀察比較麻煩，應(yīng)該接在放大后的輸出端，這是看的比較清晰。</p><p>　　還有就是后續(xù)的報(bào)告的完成，在網(wǎng)上和圖書館查閱了大量資料讓我受益匪淺我懂得了理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性，只有理論知識是不夠的，只有把自己所學(xué)的理論和實(shí)踐相結(jié)合起來，才能夠真正掌握知識，從而提高自己的實(shí)踐動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。也使我知道無論做任何工作都要具有良好的專業(yè)素質(zhì)，以后遇事不要浮躁，做

41、事要嚴(yán)肅認(rèn)真細(xì)心。作為電子系學(xué)生，我們要養(yǎng)成仔細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髋c科學(xué)作風(fēng)，容不得半點(diǎn)馬虎，一個(gè)元件的接錯(cuò)可能導(dǎo)致很大的錯(cuò)誤，通過學(xué)習(xí)，我們能夠更好的了解自己的不足，了解關(guān)于課程設(shè)計(jì)應(yīng)注意的方方面面，能夠?yàn)槲覀円院蟮睦^續(xù)學(xué)累一筆寶貴的財(cái)富。相信這次實(shí)驗(yàn)是我們學(xué)的不僅僅是這么多，我們的收獲遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止如此~希望以后會有這樣的機(jī)會。</p><p>　　記得開始接觸模電時(shí)，既興奮期待又難免緊張，從二極管到三極管，再到各含三極管

42、的加減法微分積分電路。感覺到幾個(gè)三極管組合就能產(chǎn)生如此多的變化，真的很神奇。在接觸數(shù)電以后更是感受到三極管電路的無所不在，集成芯片成為應(yīng)用的主體。每次做模電數(shù)電實(shí)驗(yàn)面對電路箱以及各三極管集成電路時(shí)都很激動(dòng)，覺得是對知識的鞏固和動(dòng)手能力的提高。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)帶來最大的體驗(yàn)就是真實(shí)和壓力。不僅整合了以前所學(xué)知識，而且對動(dòng)手能力有很高的要求。訓(xùn)練了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，鍛煉了創(chuàng)新思維。并且對以后的畢業(yè)