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1、目录前言11. 设计目的12.设计的任务及要求1第1章 红外遥控系统的组成及工作原理21.1红外遥控系统的组成21.2红外遥控系统的工作原理2第2章 电源电路52.1电源电路组成52.2 电源电压器52.3整流部分62.4滤波部分102.5稳压部分11第3章 编码译码电路123.1编码电路的组成123.1.1 BL9148芯片的应用123.1.2 二级放大电路的功能143.2 译码电路143.2.1 一体化接收头143.2.2 NB9149芯片的应用15第4章 控制电路174.1微分电路174.2 CD4013触发器184.3单稳态电路194.4双稳态电路204.5方向控制电路21第5章 安装
2、与调试22第6章 设计心得及经验总结23谢辞24附录125附录227参考文献28前言红外辐射俗称红外线或红外光，它是人眼看不见的光线，具有强烈的热作用，故又称热辐射。红外遥控技术通过光信号传递信息。外的红外光波的波长远小于无线电波的波长，所以红外遥控不易影响邻近的无线电设备及其它电器，也不易受到电磁波的干扰，其频率的使用也不像无线受到许多的限制，而且通讯的可靠性高。此外由于红外线为不可见光线，因此对环境影响很小。它有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安全装置中得到了广泛的应用。红外线遥控的缺点是不具有像无线电遥控那样穿过遮挡物质去控制被控对象的能力。因此在许多短距离遥控领域，较多地使用了
3、红外遥控技术。1. 设计目的通过学习数字电子技术、模拟电子技术等课程，结合实际加深对所学知识的理解。通过设计红外遥控电路，进一步掌握数电模电等理论知识的运用，加深了解电子元器件特别是集成电路（芯片）的结构与功能。同时在设计过程中增强自己的动手能力以及独立思考的能力，为将来在社会上立足增加筹码。2.设计的任务及要求（1）任务：设计一个红外遥控电路（2）要求：电路采用红外线遥控码分支形式，由红外线编码遥控发射，一体化红外线遥控接收，用四个按钮实现对执行电路（双稳、单稳、正转、反转）四中状态的红外遥控操作。第1章 红外遥控系统的组成及工作原理1.1红外遥控系统的组成红外遥控系统主要由红外编码遥控发射
4、器、一体化红外接收头、译码电路、触发电路、稳压电路等组成。其总体框架结构如图1按照结构框图我设计了电路原理图，见图21.2红外遥控系统的工作原理图2电路原理图由电路原理图可见，红外线编码遥控发射电路由IC6(BL9148)及其外围元件组成，内部震荡频率设置为455KHz，输出波形的载波为38KHz。红外遥控发射电路的功能是对输入控制指令信号进行扫描、产生遥控编码脉冲、驱动红外发射管输出红外遥控信号。接收及信号处理与控制电路由IC1(SJ1838)、IC2(BL9149)、IC3(CD4013)、及IC4(MOC3021)等组成。红外遥控接收电路的功能是接收遥控指令信号并将之放大、解调出编码脉冲
5、。遥控编码脉冲是一组组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统此串行码输入到微控器由其完成遥控指令的解码，微控器根据解出的控制指令，输出相应的控制信号，由输出控制电路去执行对应的遥控功能。AN3、AN4、AN5、AN6为遥控按键，每按一次键发送一次编码指令，经V14、V15放大后由V16（用红色发光二极管代替红外发射器）发射输出。本电路采用四路控制，分别用单发信号控制双稳态电路、单稳态电路和用连续信号控制方向电路，从而控制相应器件的通断，达到遥控控制的目的。双稳态输出可控制电灯等电器的开关，IC4为双向可控硅输出，故可以驱动交流负载。单稳电路输出可控制延时电路，如每触发一次工作5S，可做成遥控延迟
6、开关节能灯。两路连续信号输出可控制方向电路。AN1和AN2为接收端手动控制按钮，当红外遥控开关失灵时可以手动控制执行电路。第2章 电源电路人们日常用的电源都是交流电，而电子电路几乎都用到直流电源，各种电子设备对电源的最基本要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定，所以直流电源是为电路中的设备提供稳定的电压，能是正常工作。2.1电源电路组成此电源电路由变压器降压、二极管整流电路、电容滤波电路、稳压电路组成，如图2.1.1。图2.1.1电源电路 直流稳压电源的组成图框如图2.1所示2.2 电源电压器 电源压器的作用是将交流电网提供的220V交流电压变化到电子电路所需要的7.5V*2的交流电。同时还可
7、以起到直流电源与电网的隔离作用。变压器是电子电路，以及电力系统中非常常见的器件，小到收音机，大到我们日常生活中大型电网，用来升压降压的电力变压器，变压器原理很简单顾名思义变压器的主要作用就是变压，也就是改变电压。变压器的原理是电磁感应技术,变压器有两个分别独立的共用一个铁芯的线圈。分别叫作变压器的次级线圈和初级线圈。如图2.2所示：变压器的工作原理变压器初级通上交流电时,变压器的铁芯中产生了交变的磁场,（其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。）在次级就感应出频率相同的交流电压.变压器的初次级线圈的匝数比等于电压比。变压器只能改变交流电压,不能改变直流电压,因为直流电流是不会变化的,
8、电流通过变压器不会产生交变的磁场，所以次级线圈只能在直接接通的一瞬间产生一个瞬间电流和电压。电源变压器工作后得到的电压如下图所示：2.3整流部分 经过变压器得到的电压是交流电，而各种无线电装置需要用直流电。整流，就是把220V交流电变为脉动的直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件，可以把方向和大小交变的电压变换为脉动的直流电压，下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。一、半波整流电路 图2.3.1图2.3.1是最简单的整流电路。它由电源变压器、整流二极管D 和负载电阻Rfz 组成。变压器把市电电压（多为220伏）变换为所需要的交变电压e2(7.5V*2)，整流二极管D 再把交流电变换为脉动
9、直流电。下面从图2.3.2的波形图上看这二极管是怎样整流的。变压器砍级电压e2，是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的波形如图2.3.2（a）所示。在0时间内，e2为正半周即变压器上端为正、下端为负。此时二极管承受正向电压面导通，e2通过它加在负载电阻Rfz上，在2 时间内，e2为负半周，变压器次级下端为正，上端为负。这时D承受反向电压，不导通，Rfz，上无电压。在2时间内，重复0 时间的过程，而在34时间内，又重复2时间的过程这样反复下去，交流电的负半周就被削掉了，只有正半周通过Rfz，在Rfz上获得了一个单一右向（上正下负）的电压，如图2.3.2（b）所示，达到了整流的目的，但是，
10、负载电压Usc。以及负载电流的大小还随时间而变化，因此，通常称它为脉动直流。这种除去半周、图下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以牺牲一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低（计算表明，整流得出的半波电压在整个周期内的平均值，即负载上的直流电压Usc =0.45e2 ）因此常用在高电压、小电流的场合，而在一般无线电装置中很少采用。二、全波整流电路如果把整流电路的结构作一些调整，可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图2.3.3是全波整流电路的电原理图。全波整流电路，可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头，把次组线圈分成两个对称的绕组，从
11、而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ，构成e2a 、D1、Rfz与e2b 、D2、Rfz ，两个通电回路。全波整流电路的工作原理，可用图2.3.4所示的波形图说明。在0间内，e2a 对Dl为正向电压，D1 导通，在Rfz 上得到上正下负的电压；e2b 对D2为反向电压，D2 不导通（见图2.3.4（b）。在-2时间内，e2b 对D2为正向电压，D2导通，在Rfz 上得到的仍然是上正下负的电压；e2a 对D1为反向电压，D1 不导通（见图2.3.4（C）。如此反复，由于两个整流元件D1、D2轮流导电，结果负载电阻Rfz 上在正、负两个半周作用期间，都有同一方向的电流通过，如图2.
12、3.4（d）所示的那样，因此称为全波整流，全波整流不仅利用了正半周，而且还巧妙地利用了负半周，从而大大地提高了整流效率（Usc0.9e2，比半波整流时大一倍）。图2.3.3所示的全波整流电路，需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头，这给制作上带来很多的麻烦。另外，这种电路中，每只整流二极管承受的最大反向电压，是变压器次级电压最大值的两倍，因此需用能承受较高电压的二极管。二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起
13、来使用。由于波半整流整流电路不能充分利用电压，造成资源浪费，所以在次设计中我们使用的是全波整流电路。2.4滤波部分 整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。最基本的滤波元件是电感、电容。其滤波原理是：利用这些电抗元件在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑；或从另一角度来看，电容、电感对交、直流成分反映出来的阻抗不同，把它们合理地安排在电路中，即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的，体现出滤波作用。常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。其中无源滤波的主要
14、形式有电容滤波，电感滤波和复式滤波（包括倒L型LC滤波，型LC滤波和型RC滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波。利用储能元件电感器L的电流不能突变的特点，在整流电路的负载回路中串联一个电感，使输出电流波形较为平滑。因为电感对直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小。由于电感的直流电阻小，交流阻抗很大，因此直流分量经过电感后的损失很小，但是对于交流分量很大一部分交流分量降落在电感上，因而降低了输出电压中的脉动成分，所以电感滤波适用于负载电流比较大且变化比较大的场合。而我们的红外遥控开关需要的电压电流都很小，此电路中使用电容滤波更合适。滤波电路的波形图见图2.4图2
15、.4滤波电路的波形图2.5稳压部分 将滤波输出的直流电压进行调节，以维持输出电压的基本稳定。由于滤波后输出的直流电压受温度、负载、电网电压波动等因素的影响较大，所以要设置稳压电路。这里我们使用了三端集成稳器（7805），它具有输出电流大，输出电压稳定，体积小，安装调试方便，可靠性高等优点，同时具有内部过热保护、输出端电流短路保护和输出半导体管保护等保护功能因此在电子电路中应用十分广泛。三端稳压电路图见下图。第3章 编码译码电路3.1编码电路的组成编码电路由按键开关AN3AN6与集成芯片BL9148组成。通过手动按键进行编码，把信号传递给BL9148，通过芯片功能产生不同的信号组合，达到控制不同
16、电路。3.1.1 BL9148芯片的应用BL9148是一种性能较好的大规模集成芯片，功能强，应用电路多，这里主要介绍以BL9148设计的红外线遥控器的典型应用电路。图3.1.1编码电路由BL9148和少量外围元件组成的红外遥控发射电路如图3.1所示。图中3V稳压二极管为芯片提供推荐工作电压并加到引脚16。为了使振荡频率为455kHz，特采用外接晶振CSB455E，并外接两个电容100pF旁路到地。图3.1.1中T1、T2和CODE分别接一个二极管，目的是为了使用户码(C1、C2)为“1”。1、BL9148芯片引脚如下图：BL9148能与接收芯片NB9149联合使用，当BL9148与NB9149
17、联合使用时T3不接在电路中，可完成10个控制功能；如果与另一种接收芯片NB9150联合使用T3脚才使用，则能完成18种功能控制。在实际应用中，该芯片能发射75个指令，其中63个是连续指令，利用它可组成多键操作；另外12个是单发指令 ，利用它可以组成单键操作。使用芯片时要求使用推荐参数，否则易损坏或使芯片性能遭到破坏。BL9149的工作电压是3.0V；工作电流是1.0mA(max)；静态电流是10A(max)；振荡频率：455kHz。2、电路中键与码的关系当T1T3与CODE之间分别接入二极管时，用户码(C1C3)为“1”；当T1T3引脚不接二极管时，用户码为“0”。如果该芯片与BL9150相结
18、合，则C3引脚必须接入二极管；如果该芯片与BL9149相结合，则C2必须接二极管，H、S1和S2是代表连续发送或单次发送的码，且分别与T1、T2和T3列的键对应。D1D4是发送的数据码(也是键输入码)，键与码的关系如下表所列。3.1.2 二级放大电路的功能多级放大电路通常由二级或二级以上放大电路构成,本设计中由两只不同类的三极管构成了二级放大电路。由于编码器输出的信号比较弱,需要二级放大电路将信号放大才能促使发光二极管发光，给译码电路提供可靠信号源。3.2 译码电路译码电路由一体化接收头（SJ1838）、二极管V1和芯片NB9149等组成。图3.2译码电路3.2.1 一体化接收头一体化接收头的
19、功能接收电路的红外接收管是一种光敏二极管,使用时要给红外接收二极管加反向偏压,它才能正常工作而获得高的灵敏度.红外接收二极管一般有圆形和方形两种.由于红外发光二极管的发射功率较小,红外接收二极管收到信号较弱,所以接收端就要增加增益放大电路.然而现在无论是业余制作还是正式的产品，大都采用一体化接收头。红外接收头是集红外接收、放大、滤波和比较器输出等的模块，性能稳定、可靠。所以有了一体化接收头，人们不再制作放大电路，这样红外接收电路不仅简单而且可靠性大大提高。常用红外接收头的外形，均有三只引脚，即电源正VCC、电源负（GND）和数据输出（OUT）。接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同。本设计中发光
20、二极管发光时一体化红外接收头（SJ1838）接收并把其光信号转换为电信号，由于发光二极管V16发出的信号微弱最终所得的电信号不能使NB9149芯片正常工作，所以要再经V1放大后传送给译码器。3.2.2 NB9149芯片的应用NB9149/ NB9150是用于红外遥控接收器的CMOS大规模集成电路，主要应用于空调、玩具音响等各种设备的遥控系统中。1、NB9149芯片引脚如下图2、功能特点译码电路的芯片有多种，与BL9148联合使用的有NB9149和NB9150。NB9149能并行输出5种功能，NB9150能并行输出6种功能，两者均可输出单发脉冲，保持脉冲和周期脉冲三种（周期脉冲仅限于NB9150
21、);外接RC构成单端振荡器；含用户码检测电路，可鉴别不同发射器发送的信号码。NB9149集成电路采用16脚双列直插式封装方式，能控制10种功能；NB9150集成电路采用24脚双列直插式封装，能控制18种功能。他们使用的条件是不同的，BL9148和NB9150结合使用时，BL9148的T3脚必须使用且为高电平。3、 工作原理在红外线遥控系统的接收端采用NB9149对接收到的信号进行处理，NB9149的内部包含了外信号接收过程所需的全部电路。基于NB149的红外线接收电路如图3.2所示。实验采用IC1(SJ1838)作为红外线的接收组件，它内部包含红外线接收管、前置放大、解调等几部分电路。SJ18
22、38将接收到的红外信号经V1放大送入NB9149，再由NB9149对收到的信号进行判断，查表确定发送端的按键，最后由对应的NB9149输出引脚输出。在本设计中我们只用到了NB91494个输出引脚，所以能完成4种功能控制。电容C1、C2和电阻R2用于产生38KHZ的载波频率，为NB9149提供与NB9148一致的载波频率。第4章 控制电路在此红外遥控电路设计中，其控制电路由微分电路、单稳态电路、双稳态电路和方向控制电路组成。4.1微分电路在双稳态和单稳态电路之前都有一个微分电路，它由一个二极管、两个电阻、一个电容组成，如图4.1.1。图4.1.1微分电路 微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波（如图4
23、.1.1），此电路的输出波形只反映输入波形的突变部分，即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲波形的宽度与R5*C3有关（即电路的时间常数），R5*C3越小，尖脉冲波形越尖，反之则宽。此电路的R5*C3必须远远少于输入波形的宽度，否则就失去了波形变换的作用，变为一般的RC耦合电路了，一般R*C少于或等于输入波形宽度的1/10就可以了。微分电路的在此设计中的作用是使由CD4013组成的单稳态电路和双稳态电路得到时钟脉冲信号，控制输出状态的翻转。但在微分电路中接有V3，所有正向导通，负脉冲无效，如图4.1.3. 图4.1.2 脉冲图4.1.34.2 CD4013触
24、发器CD4013由两个相同的，相互独立的数据型触发器构成，如图4.2.1。图4.2.1 CD4013的芯片组成在CD4013中每个触发器有独立的数据、位置、复位、时钟输入、和Q及/Q输出。此器件可用作移位寄存器，且通过将/Q输出连续到数据输入，可用作计数器和触发器，在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。图4.2.2由图4.2.2 CD4013触发器为上升沿出发,D=Q R为置1端，高电平有效，S为复位端，高电平有效。4.3单稳态电路1、工作原理图4.3.1单稳态电路本设计中采用的4013边沿触发器，其工作原理是当CL
25、K=0时，这时触发器处于等待状态，一旦上升沿到来时，触发器的输出状态就会发生翻转。若D=1时，当上升沿到来后，则输出状态为高电平。若D=0时，当上升沿到来后，则输出状态为低电平。综上所述，此种触发器只有在上升沿到来时才按照输入信号的状态进行翻转，除此外，在CLK的任何时刻，触发器都将保持状态不变。由图4.3.1看出D端接的是高电平，当向CLK输送一个脉冲时，Q=D=1，Q端的高电平，通过Rp3与C7组成的电路向C7充电，当C7电压上升到一定程度时，R端强制清0，Q端输出为0。2 单稳态电路的应用单稳态触发器可作延迟信号用，也可作定时用。 图4.3.2是利用单稳态的延迟和定时作用构成的一个程序控
26、制电路方框图。在触发信号启动下，触发第一级单稳态电路输出高电平，经t1时间后，再触发第二级单稳态电路，就这样一级一级传递下去。单稳态的输出可以通过继电器等电器去控制机电设备执行某些动作。这是一种简单有效的按时间顺序进行的程序控制电路，可用于热塑加工等设备的时间程序控制器中。图4.3.2 时间程序控制电路中的单稳电路4.4双稳态电路图4.4.1它是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。它有两个稳定的工作状态，在外加信号触发下电路可从一种稳定的工作状态转换到另一种稳定的工作态。工作特点：a、有两个稳定状态0态和1态；b、能根据输入信号将触发器置成0或1态；c、输入信号消失后，被置成
27、的0或1态能保存下来，即具有记忆功能当相对应的控制开关每按动一次，就向双稳态电路送入一个正脉冲，同样可使双稳态电路翻转，实现手控电器的开、关。由图4.4.1看出，D=/Q且Q=D,所以Q=/Q，向CLK发出一个时钟脉冲时，双稳态电路翻转一次。4.5方向控制电路当NB9149的HP3为高电平时，V12导通,发光二极管亮，即表示其所控制的对象（电动机）反转；当NB9149的HP4为高电平时，V11导通，发光二极管亮，即表示其所控制的对象（电动机）正转。HP3和HP4引脚上不可能同时为高电平。第5章 安装与调试在此制作过程中，我们花了很长时间进行排版，排版主要是让电路结构合理，元件整齐，减少跳线，这
28、样就会缩短焊接时间，减少出现导线交叉的现象。焊接是一项最重要的工序,为确保良好的导电性能要严格控制焊接时间，能快就快，烙铁头应修整窄一些使焊一个点时不会碰到相邻的焊接点，情况下，尽尤其是集成芯片，更能掌握好焊接时间，一般时间不能超过3秒。每做一个单元电路，都必须通电检修，电路工作正常再做下一个部分，不要全部一起做，如果出现故障既浪费时间，所以在制作过程中要一步一步往下做，这样成功率就很高。电路整体调试，这也是一个重要环节，我们可以通过制作顺序一步一步往下调整，电源电路变压器由于其工作会发热应安装在电路板边沿，可调电阻器也要方便调节。待元件焊接好之后，再将变压器的引线头从电路板正面穿过板再在焊盘
29、一面焊接在电路板上。电源电路制作好之后将变压器的电源线插头插入220V的交流电源插座上，电路板上的发光二极管发亮，表明电源接通。再用万用表直流电压档接在电源输出正、负端上，调节可变电阻器，用万用表测电源输出电压使其为14V。在制作过程中，要注意安全，如果电路共地，那整个电路板带电，为了安全起见最好不要共地，我们可以通其它电路控制，这样就可以达到稳定性好、安全性强等特点。焊接完毕后，在接通电源前，先用万用表仔细检查各管脚间是否有短路，虚焊、漏焊现象。检查无误后，先不要把各个集成块插入芯片插座中，然后接通电源，用手触摸桥碓,看看是否发热,或者用万用表测试其两端的电压是否在10V左右。如果发热或者电
30、压为零则说明电路中有短路的现象，要立刻切断电源，再做仔细的检查，改正后再进行同样的测试，直到正常为止。再测试各个芯片的电压是否正常，正常的话可以把各个集成块芯片插入芯片插座中。 以上检查无误后,再进行调试。用万用表的黑红表笔分别接NB9149的GND和VDD引脚看是否有电压，有的话就是电路连接正确，如果没有则说明电路有问题。那么就要断开电源检查看哪里粗错，检查出来后改正直到再通电源检测NB9149上有电压为止。以此类似的方法检查其它的元器件。直到都有信号检查结束。第6章 设计心得及经验总结设计总结：通过自己亲手制作此红外遥控开关电路的设计实验证实了此设计在实际中运用的正确性和可靠性。完全可以实
31、现其任务和要求。加深了对红外遥控电路应用的理解。心得体会：通过这次课程设计，我学到了很多在课堂上学不到的知识，认识了一些元器件，了解了一些芯片可以在电路中灵活使用。在设计及制作过程中，遇到的一些问题，通过上网和去图书馆查找有关资料一一解决。并且在网上搜集到了一些元器件及电路的相关资料，这对我今后的学习和工作是很有帮助的。其次是进一步熟悉地掌握和运用了相关的专业软件，如Protel等。提高了我们自身的专业素质。同时也深深的体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后要更加注重实际方面的锻炼和运用。在焊接前一定要把电路图读懂，不然的话在焊接的时候很容易出现错误，一旦出现了错误在检查的过程中很难找到错误之处。再就是在焊接之前合理的安排各个元器件的放置位置，不然的话在焊接的时候不好连线且很容易造成接错位置的情况，检查的时候也不好检查。附录2PCB图
