毕业设计（论文）-无线电遥控系统.docVIP

第1章 绪 论1.1 课题研究的意义 无线电遥控技术的诞生起源于无线电通讯技术,最初构想是建立无线电电报技术。随着晶体管的发明和集成电路的诞生,无线电遥控技术达到了更加完善的程度。无线电遥控技术的发展只有几十年的历史：上世纪初，意大利发明家马可尼带领人类走进了无线电技术时代。在第一次世界大战期间便建立了远距离定向无线电台。随后，无线电技术不断的发展。到了第二次世界大战，由于战争的需要，出现了无线电遥控坦克、鱼雷快艇、无人机和导弹。无线电遥控技术逐渐在军事、国防、工农业生产以及科学技术等方面得到了广泛的应用。现今，随着电子技术的飞速发展，晶体管的发明和新型大规模遥控集成电路的不断出现，遥控技术有了迅猛的发展。遥控装置的中心控制部件已从早期的分立元件、集成电路逐步发展到现在的单片微型计算机，智能化程度大大提高。近年来，遥控技术在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中使用越来越广泛。在无线遥控领域，目前常用的遥控方式主要有超声波遥控、红外线遥控、无线电遥控等。由于无线电波在空间向四面八方传播，可以穿过障碍物，而且可以传播很远的距离，因此它的控制可以在很大区域内实现，作为遥控的主要方式，在国防、军事、生产、建设和日常生活中有极其广泛的应用。为此，本设计在前人研究的基础上设计出了一种采用集成芯片调制解调的无线电遥控多通道开关系统。研究表明，采用该方法设计的遥控开关系统控制方便，适用于含有较多受控电器的场合，可实现多路多功能控制。 1.2 无线电遥控技术概念无线电遥控，即是在控制端把控制指令以特定的编码方式进行编码，然后经过调制形成易于传输的高频信号，通过空间无线传输，在受控端经解调解码等一系列处理并完成相应的控制操作,如闭合电路、移动手柄、开动电机，之后，再由这些机械进行需要的操作。1.3 无线遥控分类和组成无线遥控系统的种类和分类方法很多，主要几种方法有：1、按传输控制指令信号的载体分为：无线电遥控、红外线遥控、超声波遥控；2、按信号的编码方式分：频率编码和脉冲编码；3、按传输通道数分为：单通道和多通道遥控；4、按同一时间能够传输的指令数目分为：单路和多路遥控；5、按指令信号对被控目标的控制技术分为：开关型和比例型遥控。遥控系统一般由发射器和接收器两部分组成。发射器一般由指令键、指令编码电路、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。指令编码电路产生相应的指令编码信号，编码指令信号对载体进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经过调制的指令编码信号。接收器一般由接收电路、放大电路、解调电路、指令译码电路、驱动电路和执行电路几部分组成。接收电路将发射器发射的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送至解调电路，解调电路将已调制编码解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作。生活中常见的遥控器有两种：红外遥控器和无线电遥控器。1、红外遥控器红外遥控器（ir remote control）是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的遥控设备。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分：发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它发出的是红外线而不是可见光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形和普通发光二极管相同，只是颜色不同；接收部分的主要元件为红外接收二极管，一般有圆形和方形两种。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用的，这样才能获得较高的灵敏度。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mw左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路，最近几年大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（vdd）、电源负（gnd）和数据输出（vout）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。 红外遥控常用的载波频率为38khz，这是由发射端所使用的455khz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455khz1238khz。也有一些遥控系统采用36khz、40khz、56khz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备，由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。2、无线电遥控器无线电遥控器（rf remote control）是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。这些信号被远方的接收设备接收后，可以指令或驱动其它各种相应的机械或者电子设备去完成各种操作。作为一种和红外遥控器相补充的遥控器种类，在车库门、电动门、道闸遥控控制、防盗报警器、工业控制以及无线智能家居领域得到了广泛的应用。常用的无线电遥控系统一般分发射和接收两个部分：发射部分一般分为两种类型，即遥控器和遥控模块。遥控器和遥控模块是对于使用方式来说的，遥控器可以当一个整机来独立使用，对外引出线有接线桩头。而遥控模块在电路中当一个元件来使用，根据其引脚定义进行应用，使用遥控模块的优势在于可以和应用电路天衣无缝的连接、体积小、价格低、物尽其用；接收部分一般来说也分为两种类型，即超外差和超再生接收方式。超再生解调电路也称超再生检波电路，它实际上是工作在间歇振荡状态下的再生检波电路。超外差式解调电路和超外差收音机相同，它是设置一本机振荡电路产生振荡信号，和接收到的载频信号混频后，得到中频（一般为455khz）信号，经中频放大和检波，解调出数据信号。由于载频频率是固定的，所以其电路要比收音机简单一些。超外差式的接收器稳定、灵敏度高、抗干扰能力也相对较好，超再生式的接收器体积小、价格便宜。无线电遥控常用的载波频率为315mhz或者433mhz，遥控器使用的是国家规定的开放频段，在这一频段内，发射功率小于10mw、覆盖范围小于100m，可以不必经过“无线电管理委员会”审批而自由使用。我国的开放频段规定为315mhz。无线电遥控常用的编码方式有两种类型，即固定码和滚动码，滚动码是固定码的升级换代产品，目前凡有保密性要求的场合，都使用滚动编码方式。滚动码编码方式有如下优点：1、保密型强，每次发射后自动更换编码，别人不能用“侦码器”获得地址码；2、编码容量大，地址码数量大于10万组，使用中“重码”的概率极小；3、对码容易，滚动码具有学习存储作用，不需动用烙铁，可以在用户现场对码，而且一个接收器可以学入多达14个不同的发射器，在使用上具有高度的灵活性；4、误码小，由于编码上的优势，使得接收器在没有收到本机码时的误动作几乎为0。固定码的编码容量仅为6561个，重码概率极大，其编码值可以通过焊点连接方式被看出，或是在使用现场用“侦码器”来获取，所以不具有保密性，主要应用于保密性要求较低的场合，因为其价格较低所以也得到了大量的应用。无线电遥控器和红外遥控器的区别，红外遥控和无线遥控是对不同的载波来说的，红外遥控器是用红外线来传送控制信号的，它的特点是有方向性、不能有阻挡、距离一般不超过10米、不受电磁干扰，电视机遥控器就是红外遥控器；无线电遥控器是用无线电波来传送控制信号的，它的特点是无方向性、可以不“面对面”控制、距离远（可达数十米，甚至数公里）、容易受电磁干扰。在需要远距离穿透或者无方向性控制领域，比如工业控制等等，使用无线电遥控器较易解决。1.4 无线电遥控研究现状及发展美国、日本、德国以及包括中国在内的很多国家对遥控技术这一课题进行了大量的研究并取得了显著的成果。从遥控视距的角度来看，遥控技术发展经历了下面三个阶段：视距遥控、超视距遥控和远程无线遥控。对于视距遥控，操作员不与机器直接接触，位于作业区的危险范围外，通过直接观察、发送指令来控制各种设备，一般来说，其可靠遥控作业距离为几十米。在视距遥控基础上发展起来的超视距遥控，虽然仍需要操作员靠近工作区作业，但通过其先进的数据传输手段和控制技术能够为操作员提供作业区的反馈信息来克服视距遥控的某些局限性，增强了操作员对设备的遥控控制能力。与此相比，远程无线遥控则显示出了其更大的优越性，今年2月29日在巴塞罗那举行的第七届世界移动通信大会上，美国电话电报公司向人们展示了新的无线遥控系统，通过智能无线连接系统，用户可以用手机或电脑控制几乎所有家中的设施，远程控制窗帘、开关门、启动壁炉等，无论身处办公室或在回家的路上，都如同在家中一样方便。 1.5 设计要求 1、工作频率：。2、调制方式：采用am(或fm或fsk)。3、输出功率：不大于20mw（标准负载75）。4、遥控对象：8个被控对象，用led代替。5、接收发射距离不小于10m。 第2章 系统的总体设计本设计是一个8路开关量的无线电遥控系统，主要分为发射电路和接收电路两个部分：发射电路通过编码电路实现指令编码，然后通过fsk方式进行调制，最后通过发射电路将调制好的指令发射出去；接收电路先将接收到的信号通过高频小信号放大器进行幅度放大，然后送至解调电路进行解调，最后完成解码。解码电路分为两路：一路驱动译码器控制8个数码管的亮灭；另一路通过三极管来控制小灯泡的亮度级别，亮度共分为8个级别。同时由数码管显示级数。蜂鸣电路在每一次成功接收并完成操作指令时都会发出提示音以告知操控者。2.1 系统总体框图1、发射电路:本设计发射部分采用cd40147编码器编码，然后送至pt2262进行再编码，将并行的编码转成串行输出，最后经过调制发射电路发射出去，其中调制电路采用锁相环ne564实现fsk调制，其中电源选择现成的6v充电电源。如图2-1所示。编码电路发射电路fsk调制电路ne564直流供电电源图2-1 发射电路框图 2、接收电路：接收电路分三个模块，高频谐振放大电路、解调电路、解码电路、显示控制电路。其中高频放大电路采用典型的共发射极谐振高放，解调电路采用锁相环ne564实现fsk解调功能，最后将解调出来的信号送给pt2272进行解码，然后一路通过74ls42译码输出直接控制led的亮灭，另一路通过三极管控制小灯泡的亮度。并用cd4511驱动数码管显示哪一路led被点亮以及lamp的亮度级别。如图2-2所示。led控制电路 解码电路fsk解调电路高频谐振放大器lamp控制电路图2-2 接收电路框图2.2 调制方式根据要求，控制对象是8个led和一盏小灯泡，灯泡亮度分为8级，用数码管显示级数，被控制状态采用二进制编码。因课题对频带宽度没有限制，为了提高抗干扰能力，电路实现方法简单，因此传输采用fsk调制方式。2fsk信号波形图如2-3图所示，它是由调制信号去控制载波信号，用载波的频率来传递数字信息，即用所传递的数字消息控制载波的频率。图2-3 2fsk信号波形根据设计要求及相关技术指标，可以选用模拟调制法和键控法两种方法进行fsk调制。其中，键控法采用石英晶体振荡器构成两个不同频率的载波发生器，用模拟双向开关cd4016实现开关1和开关2的通断，最后用集成运放构成加法电路，最终实现2fsk调制。解调器以lc谐振回路实现带通滤波，然后用两个模拟乘法器实现相干解调，最后用集成运放构成抽样判决器，实现2fsk信号的解调。本设计采用了模拟调制法，以下为模拟调制法具体介绍。模拟调制解调采用图2-4、图2-5所示方案，以高频锁相环ne564为主体，辅以适当外围元件即可实现。若要构成适用的发射器及接收器，只需增加合适的发射功放及接收滤波、解调放大电路即可。调频器 基带信号 2fsk信号 解调器 图2-42fsk信号模拟调制原理图 2fsk信号 基带信号 图2-52fsk信号模拟解调原理图键控法和模拟调制法产生的2fsk信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2fsk信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如图2-6（a）所示；而键控法产生的2fsk信号，分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号组成，故相邻码元的相位不一定是连续，如图2-6（b）所示。 图2-6(a)相位连续 图2-6(b)相位不连续2.3 编码部分编码电路采用集成10线-4线优先编码器cd40147实现，并通过pt2262将并行编码转化成串行输出。芯片的具体介绍见第3章3.1.2所述。2.4 解码控制部分控制对象分为两个模块，分别由两个解码芯片pt2272控制，通过设置两芯片的地址编码不同来实现。（1）8路led控制部分：该部分由4线-10线译码器74ls42实现，其状态编码表如表2-1所示。表2-1 led控制状态编码表编号dcba功能说明10001一路led亮,其余不工作20010二路led亮,其余不工作30011三路led亮,其余不工作40100四路led亮,其余不工作50101五路led亮,其余不工作60110六路led亮,其余不工作70111七路led亮,其余不工作81000八路led亮,其余不工作 （2） lamp亮度控制部分：该部分由pt2272输出直接控制四个三极管来驱动lamp，其状态编码表如表2-2所示。表2-2 lamp亮度控制状态编码表编号 d0 d1 d2 d3 功能说明10001 亮度一级（最暗）20010 亮度二级30011 亮度三级40100 亮度四级50101 亮度五级60110 亮度六级70111 亮度七级81000 亮度八级（最亮） 第3章 系统硬件电路设计硬件电路包括：键盘编码电路、调制发射电路、高频谐振放大电路、解调电路、解码电路、显示控制电路、蜂鸣电路。3.1 键盘编码电路键盘是一组按键的集合，他是最常用的无线遥控输入设备。操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现简单的人机通信，其实质就是一个人机对话平台。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称为编码键盘；靠软件识别的称为非编码键盘。本设计采用的是以集成10线-4线优先编码器cd40147控制的八路按键，属于编码键盘。3.1.1 键盘编码电路的实现 键盘编码电路如图3-1所示。图3-1 键盘编码电路 按键编码电路中的核心元件是编码芯片cd40147，该电路可实现对受控电路的开关进行编码，将初次编码信号输出作为pt2262的数据输入，经过pt2262再次编码并加上地址码从其17脚（dout）串行输出。采用十进制至8421bcd码编码器对开关进行编码，使得编码电路简洁，控制方便。本设计中编码芯片pt2262的发送控制端直接接有效电平（低电平），这样当按下k1k8任何一键时，电路发送18通道相应的编码数据，当松开发射键时，电路中cd40147的in1in8均为“0”，故电路发送“0”数据。由于不按任何键时，电路总是不停地发送“0”信号，将造成电池浪费，因此在电路中采用二极管d1d8 使得按键编址电路中的按键开关还作为发射系统的电源开关，只有在按键按下时，才会发送编码数据，大大降低了发射系统的功耗。电路中pt2262的地址脚a0由单刀双掷开关控制接电源或者接地，当接地时，对应具有相同地址编码的解码芯片受控控制8个发光二级管的亮灭；当接高电平时，对应解码芯片受控控制lamp的亮度（亮度分为8个级别）。3.1.2 芯片资料介绍 1.cd40147介绍 （1）简要说明：cd40147编码器具有对输入信号进行优先编码的功能，可保证仅有最高级数据线编码，最高优先线为第九线。当所有输入线为逻辑0时，所有输出线为逻辑1，输入和输出都经过缓冲，且每个输出可驱动一个ttl低功耗肖特基负载，引脚如图3-2所示。图3-2 cd40147引脚图 （2）引脚功能：0-9 数据输入端 vdd 正电源 vss 地 a-d 编码输出端（3） 真值表，如表3-1所示。表3-1 cd40147真值表 2.pt2262/2272介绍 （1）pt2262/2272是台湾普城公司生产的一种cmos工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，pt2262/2272最多可有12位(a0-a11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,pt2262最多可有6位(d0-d5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片pt2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片pt2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，vt脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，pt2262不接通电源，其17脚为低电平，当有按键按下时，pt2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。 （2）外形引脚，如图3-3所示。 图3-3 pt2262/pt2272引脚图 （3）引脚功能，如表3-2（a）为pt2262引脚功能，（b）为pt2272引脚功能。表3-2（a）pt2262引脚功能名称 管脚说 明 a0-a111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),d0-d57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉 vcc18电源正端（）vss9电源负端（）te14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；osc116振荡电阻输入端，与osc2所接电阻决定振荡频率；osc215振荡电阻振荡器输出端； dout17编码输出端（正常时为低电平）表3-2（b）pt2272引脚功能名称 管脚说 明 a0-a111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码 d0-d57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换 vcc18电源正端（）vss9电源负端（）din14数据信号输入端，来自接收模块输出端osc116振荡电阻输入端，与osc2所接电阻决定振荡频率；osc215振荡电阻振荡器输出端； vt17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发送一帧的时间越长。大部分产品都采用2262/1.2m2272/200k组合，本次设计也采用该典型数值。pt2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有l4/m4/l6/m6之分，其中l表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。m表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道。3.2 调制发射电路3.2.1 fsk调制发射电路设计 锁相环vco输出信号频率严格随输入信号大小而变化，可将调制信号直接送入ne564的输入端来实现2fsk调制。芯片cd4016和ne564详细介绍见3.2.2。图3-4是ne564构成的2fsk调制电路。调制信号从双态信号控制cd4016模拟开关13脚输入，ne564的6脚电压在5v与1.8v之间转换（即），经限幅器及相位比较器pc中的放大器放大后，直接控制vco的输出频率。因此，9脚输出的是2fsk信号。将该信号经过耦合电容耦合到vt2的基极，该放大级主要起隔离放大作用，采用了射极跟随器的形式，然后再通过c8耦合到vt3的基极，该放大级为功率放大级，完成调制信号的功率放大，最后由天线发射出去。如图3-4所示。图3-4 fsk调制发射电路 电路中，4、5脚接电位器rp1，用于调整环路增益并可微调压控振荡器的固有频率，与的关系如下图3-5所示。 图3-5 与的关系曲线c1是输入耦合电容，r11、c2组成差分放大器a1的输入偏置电路滤波器，可滤除调制信号中的杂波。（包含电位器rp1）对引脚2提供输入电流，可控制环路增益和vco锁定范围，与电流的关系可表示为： 3-1一般为200ua,调整时，可先设置的初值位100ua，待环路锁定后再调节电位器rp1使环路增益和压控振荡器的锁定范围达到最佳值。 r13是压控振荡器输出端必须接的上拉电阻，一般为几千欧姆，这里取2k。r14是vco输出ecl电平和鉴相器输入端之间的限流电阻，可取值3k。压控振荡器的固有振荡频率可表示为： 3-2若已调2fsk信号中心频率，则（可取标称值与可调电容并联构成）。3.2.2 芯片资料介绍 1. 锁相环ne564介绍 高频模拟锁相环ne564最高工作频率可达到50mhz，采用+5v单电源供电，特别适用于高速数字通信中fm调频信号及2fsk移频键控信号的调制、解调，而无需外接复杂的滤波器。ne564采用双极性工艺，其外部引脚图和内部组成框图分别如图3-6和图3-7所示。其中，limiter为限幅器，可抑制fm调频信号的寄生调幅；相位比较器（鉴相器）pc的内部含有限幅放大器，以提高对am调幅信号的抗干扰能力；4、5脚外接电容c4、c5组成环路滤波器，用来滤出比较器输出的直流误差电压的纹波；2脚用来改变环路增益；压控振荡器vco的内部接有固定电阻（），只需外接一个定时电容就可产生振荡，振荡频率与的关系曲线如图3-7所示。vco有两个电压输出端，其中vco01输出ttl电平，vco02输出ecl电平。后置鉴相器由单位增益跨导放大器dcr和施密特触发器st组成，其中，dcr提供解调fsk信号时的补偿直流电平以及用作线性解调fm信号时的后置鉴相滤波器；st的回差电压可通过引脚16外接直流电压进行调整，以消除输出信号ttl0的相位抖动。图3-6 ne564外部引脚图3-7 ne564的内部结构 由图3-6可知，ne564为双列直插16脚封装，各引脚的功能如表3-3所示。表3-3 ne564各引脚功能引脚编号英文缩写引脚功能引脚编号英文缩写引脚功能1v+1vcc，接+5v9vco01vco输出1，ttl电平2lgc环路增益控制端，电流约为200ua10v+2vcc，接+5v3pc1鉴相器输入端，来自分频器，占空比50%11vco02vco输出2，ecl电平4lf环路滤波引出端12fc1振荡频率设置电容引出端5lf环路滤波引出端13fc1振荡频率设置电容引出端6rf1信号输入端，占空比50%14an0模拟输出端（用于调解输出）7bf偏置滤波输入端15hys延迟设置端（设置门限值）8gnd地端16ttl0ttl电平输出端2. cd4016介绍cd4016为四路独立的双向模拟开关，控制输入端ctl在输入高电平时模拟开关导通，低电平时处于截止状态。输入输出为双向，此芯片广泛应用于信号门控、削波、调制解调电路中。其引脚图如图3-8（a）所示，内部结构如图（b）所示。 图3-8（a）cd4016引脚图 图3-8（b）cd4016内部结构3.2.3 锁相环的工作原理 锁相环路的系统框图如图3-9所示，由鉴相器pd、环路滤波器lf和压控振荡器vco组成的，其中lf为低通滤波器。图3-9 锁相环路系统框图各部分功能介绍： 1、鉴相器pd：鉴相器是一个相位比较器，它把输出信号和参考信号的相位进行比较，得到误差相位： 3-3 2、环路滤波器lf：其作用是滤除误差电压中的高频成分和噪音，以保证环路所要求的性能，提高系统的稳定性。3、压控振荡器vco：它是一个电压-频率变换器，在环路中作为被控振荡器，它的振荡频率应随着输入控制电压线性地变化 ，即 3-4 式中，是vco的瞬时角频率，是线性特性斜率，又称为vco的控制灵敏度或增益系数，单位为。当锁相环路处于“失锁”状态时，和进行相位比较，由pd输出一个与相位差成正比的误差电压。经lf滤波，取出其中缓慢变化的直流或低频电压分量作为控制电压。显然，也将随着相位差的变动作相应变化。加到vco上，从而控制vco的振荡频率，使不断改变，和的相位差不断减小，直至锁相环路进入“锁定”状态。3.3 解调电路 ne564构成的2fsk解调电路如图3-10所示。图3-10 ne564构成的2fsk解调电路已调制信号直接送入ne564的输入端，与压控振荡器输出的8mhz（9脚输出）进行相位比较，输出信号经环路滤波后由放大器amp放大，从16脚输出解调后的方波（ttl电平）。电阻r9和电位器rp2用于调整施密特触发器的回差电压，可改善输出方波的波形。r10为上拉电阻，增加r10的值亦可改善输出波形。外接电容、与内部对应电阻（阻值）分别组成一阶低通滤波器，其截止角频率可用下式描述： 3-5 滤波器的性能对环路进入锁定时间的快慢有一定影响，由于本设计输出信号频率较高，低通滤波器的截止角频率也要相应提高，计算可得。测试电路时可通过观测4脚和5脚的输出波形调整电容的值，使输出波形更为清晰。电容的作用是滤除内部单位增益跨导放大器dcr输出的补偿直流电压中的交流成分，因此，对的耐压有一定要求，通常取耐压大于电源电压的电解电容，这里取。c11和c12为电源滤波电容，一般取。 3.4 高频谐振放大电路 高频谐振放大器广泛应用于通信系统和其它电子系统中。在通信接收设备中，从天线上感应的信号时非常微弱的，一般在微伏级，要将传输的信号恢复出来，需要将信号放大，这就需要用高频小信号谐振放大器来完成。3.4.1 放大器电路 高频谐振放大器电路图如图3-11所示。图3-11 高频谐振放大器电路本设计采用了典型的共发射极谐振高放。为提高接收机的灵敏度，使用了低噪声三极管2sc763，晶体管的集电极负载为lc并联谐振回路。晶体管的静态工作点由电阻rb1和rb2以及re决定，其计算方法与低频单管放大器相同。其等效电路如图3-13所示。3.4.2 高频小信号放大器的主要要求 1、增益要高，即放大倍数要大。 2、频率选择性要好。即选择所需信号和一直无用信号的能力要强，通常用值来表示，其频率特性曲线如图3-12所示。带宽,品质因数。为谐振电压增益，即放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。 图3-12 放大器频率特性曲线 3、工作稳定可靠。即要求放大器的性能尽可能地不受温度、电源电压等 外界因素变化的影响，不产生任何自激，放大器内部噪声要小。3.4.3 放大器等效电路分析 放大器等效电路如图3-13所示。图3-13 放大器等效电路 晶体管的四个y参数分别为： 输入导纳： 3-6 输出导纳： 3-7 正向传输导纳： 3-8 反向传输导纳: 3-9式中为晶体管的跨导，与发射极电流的关系为： 3-10为基极体电阻,一般为几十欧姆；为集电极电容，一般为几皮法；为发射结电容，一般为几十皮法到几百皮法。 为晶体管的集电极接入系数，即： 3-11 为输出变压器的副边与原边匝数比，即： 3-12 为谐振放大器输出负载的电导： 3-13 并联谐振回路的总电导： 3-14 谐振回路的总电容: 3-15式中，为晶体管的输出电容。谐振频率： 3-16式中，为谐振放大器电路的电感线圈的电感。 电压增益：即放大器的谐振回路所对应的电压放大倍数，其表达式为： 3-17矩形系数：谐振放大器的选择性可用谐振曲线的矩形系数来表示，矩形系数为电压放大倍数下降到时对应的频率范围与电压放大倍数下降到时对应的频率偏移之比，即 3-18上式表明，矩形系数越接近1，选择性就越好，滤除干扰信号能力越强。可以通过观测谐振放大器的频率特性曲线来求得矩形系数。 信噪比：电路中某处信号功率与噪声功率之比称为信噪比。信噪比大，表示信号功率大，噪声功率小，信号受噪声影响小，信号质量好。噪声系数：用来衡量放大器噪声对信号质量的影响程度，输入信号的信噪比与输出信号的信噪比的比值称为噪声系数。3.4.4 放大器的稳定性 1. 影响放大器稳定性的因素 由于晶体管集电极电容的反馈，也就是通过参数等效电路中反向传输导纳的反馈，使放大器存在着工作不稳定的问题。放大器的稳定性与增益的提高是相互矛盾的，增益越高，电路的稳定性会越差。放大器的稳定电压增益表示式为： 3-19为放大器的稳定系数，一般要求。 2. 如何提高放大器稳定性 为了提高放大器的稳定性，通常从两个方面入手，一是从晶体管本身想办法，减小其反响传输导纳，的大小主要取决于，选择管子时尽可能选择小的管子，使其容抗增大，反馈作用减弱。二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有中和法和失配法。 1、中和法：通过在晶体管的输出端与输入端之间引入一个附加的外部反馈电路（中和电路）来抵消晶体管内部参数的反馈作用。常常只用一个中和电容来抵消的虚部（即反馈电容）的影响，就可达到中和的目的。如图3-14所示。图3-14 中和法电路 应满足下式条件： 3-20式中、分别是电感的1、2端与2、3端的线圈匝数。应当指出，中和电路中固定的中和电容只能在某一个频率点起到完全中和的作用，对其它频率只能有部分中和作用。另外如果再考虑到分布参数的作用和温度变化等因素的影响，则中和电路的效果是很有限的。 2、失配法：使信号源内阻不与晶体管输入阻抗匹配；负载阻抗不与本级晶体管的输出阻抗匹配。失配法的典型电路是共发-共基级联放大电路。如图3-15所示。由于共基电路的输入导纳较大，当它和输出导纳较小的共发电路连接时，相当于增大共发电路的负载导纳而使之失配，从而使共发晶体管内部反馈减弱，稳定性大大提高。然而这种方法是用牺牲增益来换取电路的稳定性。图3-15 共发-共基级联放大电路3.5 解码电路 解码电路同样见图3-16所示。解码电路由集成解码芯片pt2272来承担完成，具体芯片资料在3.1.2中已详细介绍。两片pt2272外接振荡电阻阻值为200k，他们有不同的地址编码，一个将解码送给74ls42来控制八个发光二级管的亮灭，另一个通过四个三极管来驱动控制小灯泡的亮度，亮度共分为八个级别。3.6 显示控制电路 3.6.1 显示控制电路实现 显示控制电路共分为两大部分，led控制部分和lamp控制部分。其中led控制部分主要是将pt2272输出的解码送入4线-10线译码器74ls42直接控制8个led的亮灭，并且由bcd七段显示译码器cd4511驱动数码管显示哪一路点亮；lamp控制部分则是将解码通过限流电阻送到四个三极管的基极来驱动lamp，这四个三极管的发射极并联接至小灯泡的一端，灯泡的另一端接地，同样由cd4511来驱动数码管显示亮度级别。具体电路如图3-16所示。图3-16 显示控制电路3.6.2 芯片资料介绍 1. 74ls42介绍1、简要说明：该芯片为bcd十进制译码器，地址（abcd）按bcd编码，在输出端（y0-y9）以低电平译出，当abcd为无效的输入状态时，所有输出端均为高电平。如图3-17所示。图3-17 74ls42引脚图2、74ls42真值表，如表3-4所示。表3-4 74ls42真值表 2. cd4511介绍 1、简要说明：cd4511为bcd七段显示译码器，用于驱动共阴极led（数码管）具有bcd转换、消隐和锁存控制，能够提供较大的拉电流，可以直接驱动led显示器。芯片如图3-18所示。 图3-18 cd4511芯片引脚 2、引脚功能： a1、a2、a3、a4为8421bcd码输入端。 a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出为高电平有效。 ：消隐输入控制端，当=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 :测试输入端，当=1，=0时，译码输出全是1，不管输入dcba状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 :锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。le=1时，译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值。 3、cd4511真值表，如表3-5所示。表3-5 cd4511真值表输 入输 出lebilidcbaabcdefg显示xx0xxxx11111118x01xxxx0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111xxxx锁 存锁存3.7 蜂鸣电路该模块的电路比较简单，当pt2272每次接受到一个编码指令并且成功解码时就会发出提示铃声，因为pt2272的vt脚在平常为低电平，当解码成功时，该脚就会输出一个瞬态的高电平，从而通过三极管驱动蜂鸣器工作。其电路如图3-19所示。图3-19 蜂鸣电路 第4章 结 论 为了验证测试本实验是否能够完成设计要求，因此在实验室进行电路搭板实验，首先是到电子市场购买了硬件电路所需要的电子元器件，搭电路同样分为两个部分，即发射电路和接收电路。 下面分别对两个部分所遇到的问题做一分析。4.1 发射电路问题在完成编码电路的搭建测试时，发光二级管显示编码为乱码，经过多次的检查，发现电路连接不存在问题，因此对编码芯片cd40147进行了检测，发现芯片损坏。经过找商家更换芯片并重新搭建电路，结果电路正常工作。在fsk调制电路的测试中，本设计选择信号中心频率在，因此首先要固定压控振荡器的固有震荡频率在，所以先选择为,然后并联一个可调电容微调电容值到。电路连接完成后，通过示波器观察调制波形，发现不能得到理想的波形，通过检测，发现因为引脚2的电流太小，没有达到要求，经过调节电位器rp2使得约为200ua,以及调节电位器rp1，这样才得到了fsk调制波形如图3-20所示。图3-20 fsk调制波形 4.2 接收电路问题在测试fsk解调电路的过程中，发现电路很难调试成功，不能实现解调的目的。经过反复仔细的检查电路，结果发现ne564没有处在锁定状态，因为的取值有偏差，通过在其两端并联一个的可调电容进行微调，使得ne564进入了锁定状态，但是还是不能得到理想的解调波形，再通过调整r9和rp2使波形得到了改善。在小灯泡亮度控制电路中，选择的灯泡规格是5v/1w。为了确保小灯泡每个亮度级别都工作在安全范围内，通过用multisim进行仿真，确定三极管集电极的四个分压电阻阻值分别为20、50、120、240，并且三极管基极要接上220的限流电阻。 总 结通过本次简易无线电遥控系统的设计，我受益匪浅。在设计过程中，一定要注意每个设计步骤的完善，确保设计成功。这次毕业设计历时