紅外收發(fā)器課程設計報告

華僑大學信息科學與工程學院 11通信1班韋桂（27） 紅外收發(fā)器課程設計報告紅外收發(fā)器課程設計報告班級：11通信1班姓名：韋桂序號：27學號：1115102040紅外發(fā)射與接收LM567是一種廉價的音頻鎖相環(huán)集成電路，利用它可以構(gòu)造性能較好的反射式光電傳感臾方器。如下頁圖所示，由LM567的內(nèi)部振蕩器提供方波信號，點亮探頭的LED，由探頭的光敏管接收反射光。經(jīng)三極管放大，轉(zhuǎn)換成電壓信號后送到LM567的內(nèi)部鑒相器2（輸出鑒相器）同步解調(diào)，然后由LM567內(nèi)部的比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出。并聯(lián)負反饋放大電路有著穩(wěn)定的增益和低的輸入阻抗，能消除光敏管結(jié)電容的影響，獲得良好的高頻特性。相關電路設計如下：發(fā)射部分:接受部分:整體電路：a、原理圖:PCB布線圖:板上有2個LED指示燈，一個是電源指示燈，一個是輸出指示燈，檢測到前方有東西是,輸出指示燈亮，否則就滅，不帶顏色D1發(fā)射紅外線，D2接收紅外信號。LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻W改變捕捉的中心頻率。圖中紅外載波信號來自LM567的第5角，也即載波信號與捕捉中心頻率一致,能夠極大的提高抗干擾特性。音頻譯碼器LM567作用器要領1、 LM567輸出部分與普通數(shù)字IC等有所不同，其內(nèi)部是一個集電極開路的NPN型三極管，使用時，⑧腳與正電源間必須接一電阻或者其它負載，才能保證IC譯碼后輸出低電平。2、 實驗表明：LM567接通電源瞬間，⑧腳會輸出一低電平脈沖。因此，用于作遙控器譯碼控制時，應在輸出端后加裝RC積分延時電路，以免每次斷電后，重新復電時產(chǎn)生誤動作。3、 LM567第⑤、⑥腳為譯碼中心頻率設定端，一般通過調(diào)整其外接可變電阻W改變頻率，經(jīng)筆者實驗發(fā)現(xiàn)，當W阻值變?yōu)?Q或無限大時，⑧腳電平狀態(tài)即使無信號輸入時也會變?yōu)榈碗娖剑虼?，在調(diào)整W時，不能使其短路或開路。4、 LM567的工作電壓對譯碼器的中心頻率有所影響，故最好采用穩(wěn)壓供電。5、 LM567②腳外接電容決定著鎖相環(huán)捕捉帶寬，容量越小，捕捉帶寬越寬，但使用時，不可為增大捕捉帶寬而一味減小電容容量，否則，不但會降低抗干擾能力，嚴重時還會出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象，降低整機的可靠性。概述集成鎖相環(huán)路解碼器LM567是美國國家半導體公司生產(chǎn)的56系列集成鎖相環(huán)路中的一種，其同類產(chǎn)品還有美國Signetics公司的SE567/INE567等。LM567是一個高穩(wěn)定性的低頻集成鎖相環(huán)路解碼器，由于其良好的噪聲抑制能力和中心頻率穩(wěn)定性而被廣泛應用于各種通訊設備中的解碼以及AM、FM信號的解調(diào)電路中。LM567內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理LM567為8腳直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳定義及外圍元件連接方法如圖1所示。LM567內(nèi)部包含了兩個鑒相器PD1及PD2、放大器AMP、電壓控制振蕩器VCO等單元電路。鑒相器PD1、PD2均采用雙平衡模擬乘法器電路，在輸入小信號情況下（約幾十mV），其輸出為正弦鑒相特性，而在輸入大信號情況下（幾百mV以上），其輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性（三角）鑒相特性。鎖相環(huán)路輸出信號由電壓控制振蕩器VCO產(chǎn)生，電壓控制振蕩器的自由振蕩頻率（即無外加控制電壓時的振蕩頻率）與外接定時元件RTCT的關系式為：fO~1/1.1RTCT選用適當?shù)亩〞r元件，可使LM567的振蕩頻率在0.01Hz?500kHz范圍內(nèi)連續(xù)變化。電路工作時，輸入信號在鑒相器PD1中與VC0的輸出信號鑒相，相差信號經(jīng)濾波回路濾波成為與相差成一定比例的電壓信號，用于控制V0C輸出頻率f0跟蹤輸入信號的相位變化。若輸入信號頻率落在鎖相環(huán)路的捕獲帶內(nèi)，則環(huán)路鎖定，在振蕩器輸出頻率與輸入頻率相同時，二者之間只有一定相位差而無頻率差。環(huán)路用于FM信號解調(diào)時，腳2輸出的經(jīng)過濾波后的相差信號可作為FM解調(diào)信號的輸出，而當環(huán)路用于單音解調(diào)時，電路則利用PD2輸出的相差信號。PD2的工作方式與PD1略有不同，它是利用壓控振蕩器輸出的信號f0經(jīng)90°移相后再與輸入信號進行鑒相，是一正交鑒相器。在環(huán)路鎖定情況下，PD2的兩個輸入信號在相位上相差約為90°，因而PD2的輸出電壓達到其輸出范圍內(nèi)的最大值，再經(jīng)運算放大器AMP反相，在其輸出端輸出一個低電平。AMP的輸出端為OC輸出方式，低電平輸出時可吸收最大100mA的輸出電流。該端口的低電平輸出信號除可由上拉電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號以與TTL或CMOS接口電路相匹配外，還可直接驅(qū)動LED及小型繼電器等較大負載。LM567的電氣參數(shù)如表1所列。值得一提的是，接在2腳的環(huán)路濾波電容C2與內(nèi)部電阻一道構(gòu)成鎖相環(huán)路的RC積分濾波器,該濾波器時間常數(shù)的大小在很大程度上決定了鎖相環(huán)路的環(huán)路帶寬BW的大小。當BW較大時，捕獲范圍大而穩(wěn)定性差。減小BW則正好相反，其穩(wěn)定性較好而捕獲范圍變小。LM567的環(huán)路帶寬BW可由下式計算：BW=1070（Vi／f0C2）1/2式中，Vi為輸入信號的幅值（rms），C2為濾波電容的容量（單位為uF）。實際上，由上式計算得出的并不是環(huán)路帶寬BW的實際值，而是環(huán)路帶寬BW與環(huán)路中心頻率f0的百分比，其值再乘上100%才是鎖相環(huán)路的實際捕獲帶寬。實際應用中調(diào)整C2的大小可使BW在0%?4%范圍內(nèi)變化。BW寬度與f0C2乘積之間的關系如圖2。LM567在正常工作時的最小輸入信號為20mV。當用于單音解碼時，其工作特性為：當LM567信號輸入端加入幅度為20mV以上的交流信號且頻率落入f0±BW范圍內(nèi)時，輸出端輸出一個低電平的檢測信號，這就是所謂的“頻率繼電器”特性。利用這一特性，LM567可廣泛應用于各種低頻單一頻率信號的解碼。3、 發(fā)光二極管（LED）的介紹做傳感器的LED要求亮度高，顏色合適，光斑形狀合適。為了防止LED損壞，應該注意：1.LED的伏安特性曲線很陡，測試和使用時一定要串聯(lián)電阻限制電流.2?氮化鎵材料的高亮度LED容易被反向電壓,靜電或電源尖峰擊穿損壞,電源電壓較高時不可反接.不同的管子允許的工作電流不同。紅外的平均電流最大可以用到100毫安，用作調(diào)制時幾十微秒的窄脈沖峰值甚至可以接近1安。3毫米的白色高亮度管子持續(xù)最大電流20毫安，一般低亮度的管子要小一些。工作電流的限制一是發(fā)熱限制平均電流，二是高電流下亮度飽和限制峰值電流。有些管子電流大了之后還會變色。常用的LED有紅外，紅，橙，黃，黃綠，純綠，藍，紫，紫外，白等顏色。作為成品銷售的“變色LED”是在一個管殼（通常是乳白色的，用于使光線混合均勻）里封裝了多個不同顏色的LED，紅，綠，藍三色的LED非常適合作顏色傳感器的照明。紅外線LED配合紅外接收管抗干擾能力強，但是不適合用于識別顏色，因為物體在可見光下的顏色不能很好的代表它對于紅外線的反射率。驗鈔用的管子發(fā)光含有紫色光和紫外線，點亮時不要正對著眼睛長時間觀看。更適合做傳感器。（顏色識別時，乳白色管殼比無色透明管殼還要好。）管殼有色的管子適合管殼無色透明的管子透光性能好一些，散射小，做指示燈。直徑5毫米的管子品種較多，亮度較高，發(fā)出的光束比直徑3毫米的管子要集中（頂角小），照在物體上光斑小，更適合用來識別白線。LED的伏安特性曲線很陡，可以作穩(wěn)壓用,給電路提供基準電壓.紅色的大約1.8V,藍色的可以超過3V。4、接收管的介紹。常用的接收管有硅光電二極管，硅光電三極管，光敏電阻三種。光電二極管產(chǎn)生的電流?。ㄎ布墸?，需要高倍放大，但是速度很高，可以高頻調(diào)制。在遮光狀態(tài)下的特性類似普通二極管。使用時加反向電壓，輸出與光照強度近似成正比的光電流。光電三極管一般基極不引出，只有兩根管腳，購買的時候叫做光敏管。光電三極管產(chǎn)生的電流較大（幾百微安以上）,無需前置高倍放大，但是速度較低，調(diào)制頻率低于lOOKHz。遮光狀態(tài)下正反向電阻都很大，用強光（比如臺燈）照射，可以測出一個方向的電阻明顯變小，這個方向是正向。使用時加正向電壓〉1V,輸出與光照強度近似成正比的光電流。這些光電接收管的外殼有無色透明和黑色兩種，黑色管殼幾乎只透過紅外光，與紅外發(fā)光管配套使用。光電二極管，光電三極管都是半導體PN結(jié)光電元件，靠內(nèi)光電效應接收光線，因此入射光子能量超過材料能帶寬度才能被接收，表現(xiàn)在它的光譜-靈敏度特性在長波方向有一個陡