电子技术课程设计实验报告

一、 设计任务书红外线是在人的正常视觉范围之外的光线，利用红外线可以进行信息的传输。红外线的常见用途之一就是近距离遥控，像许多家电，例如电视机，VCD机，空调等都是使用红外线的方式进行控制的。本设计要求采用红外信号的发送与接收组件，加上触发器电路以及大功率电子开关或继电气开关实现对家用电器的电源控制。在给定直流电源电压和交流电源电压条件下，设计并制作一个红外遥控开关。1、实验目的：（1） 掌握电子电路设计的基本方法；（2） 掌握各种红外收发器件；（3） 掌握红外遥控的收发方式；（4） 掌握红外遥控的编码解码方式；（5） 掌握开关量信号对强电设备的控制方式。2、设计要求及技术指标：基础部分： （1） 红外遥控器采用现成的家用电器的红外遥控器；（2） 遥控距离不小于5米；遥控开关接收端的工作电源为220V交流电；（3） 遥控开关使用发光二极管指示有无220V交流电源及遥控开关的开关状态；（4） 遥控开关能够控制台灯、电扇等家用电器，输出功率不超过200W。发挥部分：（1） 自制红外遥控器，包括至少8路遥控按键；（2） 遥控开关能够控制至少8路家用电器。3、设计任务：（1） 设计，安装、调试所设计的电路；（2） 画出完整的电路图，详细说明电路原理，写出设计总结报告。二、 设计框图及电路系统概述 根据设计要求及制作目的，我们确定了设计总体方案。由于频分制红外遥控电路在控制通道数目较多时电路过于复杂，且各频道间容易相互干扰造成误控，我们决定使用码分制红外遥控系统。系统框图如下： 指令编码器由基本脉冲发射电路和指令编码开关组成。当按下某个指令按键时，指令编码器将产生不同编码的指令信号。该编码信号经调制器调制后变为编码脉冲调制信号，再经驱动电路功率放大后加至红外发射级，驱动红外发射管发出红外编码脉冲光信号。红外接收，译码由红外接收器，前置放大器、解调器、指令译码器、记忆和驱动级等组成。红外光电二极管（或光敏三极管）将接收到的红外光信号转变为相应的电脉冲信号，再经高倍电压放大后加至解调器进行解调，然后由指令译码器解码出指令信号。指令译码器是与指令编码器相对应的译码器，用于脉冲指令信号译出。译出的指令信号加至相应的记忆和驱动级，驱动执行机件（如继电器、可控硅、音频电路等）动作，实现红外光遥控。三、 各单元电路的设计方案及原理说明经过我们大量的查阅与市场调查，联系该课程设计的要求及基本原理，我们决定采用下图所示的电路：1、整体电路图：发射电路：接收电路： 图 (2)2、各单元电路的设计方案：（1） 指令编码及调制单元（2） 驱动及红外发射单元 图（4）（3） 红外接收及解调单元 图（5）（4） 前置放大单元图（6）（5） 指令译码单元 图（7）（6） 记忆驱动单元图（8）（7） 执行单元 图（9）3、主要芯片管脚图（编码器BA5104与解码器BA5204）： 图（10）4、BA5104部分资料：工作特性： 表（1）（1） 管脚说明： 表（2）（2） BA5104键输出码表： 表（3）（3） BA5104的主要特点：1) BA5104采用38KHZ载波红外信号编码发射输出，具有定向性好，抗干扰能力强，遥控距离远的特点。2) BA5104采用按键起振的省电模式，具有功耗小的特点;3) BA5104具有8个输入通道工用户选择，因此，它有32种不同的组合，可生产32种不同的编码输出供用户选择，具有功能强大的特点。4) 采用先进的CMOS工艺，既有工作电压范围宽的特点。5) 设计了防静电（ESD）电路，具有安全可靠的特点。5、电路工作原理：发射电路：它由发射和接收两部分电BA5104(IC1)专用编码IC。IC1的、脚为客户码选择端，此两端要求和接收电路的BA5204(IC2)解码IC的11、12脚对应悬空或接地。IC1的12、13脚外路组成，发射电路(如图1) 采用接455kHz的陶瓷晶振，脚、11脚接8个控制按键，按某一键，可使IC2相应脚电平发生变化。14脚为发射指示端。编码信号从15脚输出，经2Vl和2V2组成的复合管放大后由2VD2红外发射管变成光信号发射出去。 图（11）接收电路：接收电路原理如图2所示，IC2的工作电压为5V。13脚为内部振荡器定时端，外接R4和C1网络；脚为控制输出端。其脚的6个端口为非保持端， IC3电路的红外接收头(三端)，它接收放大和解调信号，把遥控器发出的红外信号还原成解码BA5204能识别的脉冲码。BA5204的脚输出的信号分别经三极管V2V8放大，驱动相应的继电器，实现控制功能。6、具体工作流程：当按下8个控制按键的任一键时（例如K1）即3管脚，则3管脚的电平由原来的高电平跳变为低电平，BA5104开始进行工作，即发射相应的编码信号制接收电路，当端子为高电平时，则发射停止；K7,K8为单次电平控制端，接低时，BA5104能够发射一次信号。OSC1与OSC2接出来的晶振电路可使红外遥控的载波频率为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455kHz1237.9 kHz38kHz。则BA5104编的码可载在38KHZ的载波上通过15管脚DO（编码信号发生器输出端）。从DO出来的编码信号经过NPN三极管（8050）放大后，可将编码信号经由集电极的红外发射管转变成光信号发射出去。 在接收端，红外接收头(三端)接收由发射电路发射的光信号并将把遥控器发出的红外信号解调还原成解码器BA5204能够识别的脉冲码。由光电三极管OUT端出来的脉冲码（信号）经过功率三极管（3DG6C）放大足够的倍数（6080）使原来微弱的脉冲信号能够被BA5204识别并进行解码过程。被放大的脉冲信号经2管脚DI输入，经BA5204解码使得与发射电路已按按键相应的输出端输出高电平，使得双稳态触发器CD4013。当CD4013的CP端加一正向脉冲时，则输出端Q1端输出宽度一定的整形脉冲。当CD4013的CP端有数据输入且由低电平变为高电平（或由高电平变为低电平）时，CD4013的输出状态发生翻转，其Q端由低电平转呈高电平（低电平），使得功率三极管3DG12D（此时起到开关作用）饱和导通，继电器K1通电，吸合，其触点将相应电器或时序控制节点接通（实验中用发光二极管替代），则用电器开始工作（发光二极管亮光）。再按一下按键，CD4013又接收到一正向脉冲，此时其Q端由高电平转呈低电平，功率三极管3DG12D截止断开，继电器断开，用电器不工作（发光二极管熄灭）。从而达到控制的效果，且各路的用电器相互独立，类似自锁效果。四、 调试过程及结果分析电路调试过程：本电路的调试过程较为顺利。在电路板的安装完成后，初次接电源后接收端不能控制继电器吸合。在检查电路连接无误后，我们开始从发射电路测量检查。 发射电路中作为指示遥控开关的开关状态的发光二极管工作正常，说明编码芯片BA5104的工作状态正常。于是我们使用示波器从BA5104的输出端15管脚测量输出波形，输出信号频率为37.9KHz，较为稳定，发射电路的指令编码器单元和调制器单元工作正常。我们又将示波器接在红外发光二极管的正极和地之间测量发射信号，信号通过作为驱动电路单元的三极管8050，已被放大，频率为发生变化。由此我们确定发射电路部分工作正常。接下来我们检查接收电路。首先用示波器测量光电三极管接受的信号，所使用的光电三极管具有信号接收、放大、解调的功能。将测得的脉冲信号与发射端编码芯片所发出的脉冲信号进行比对，脉冲码完全一致，红外接收单元工作正常。将示波器接在芯片BA5204的信号输入端2管脚，测得脉冲编码。在给芯片输入脉冲信号的同时我们用万用表分别接在BA5204的输出端37、911管脚，但均未测得一高电平的跳变，由此我们推断电路未能正常工作是因为解码芯片没有正常解码造成的。我们估计可能的原因有两个：1、解码芯片已损坏；2、接收电路的前置放大单元的电流传输系数不够，造成芯片无法正常解码。鉴于解决第一种原因需要重新购买芯片，耗时较多，因此我们决定先按照第二种可能原因解决问题。我们将开始使用的作为前置放大单元的3CG15C型三极管更换为电流传输系数和最大功率值更大的3DG6C型三极管。更换元件后，重新接入电源，电路已可以正常工作。由此说明我们估计的第二种故障原因是对的。结果分析：由于所用的电路板大小限制，而且由于所设计电路的八路控制通道工作原理完全一致，因此我们决定只在电路板上实现两路。从安全性和电路简洁角度考虑，我们设计用发光二极管充当执行机件以显示继电器是否吸合。后经指导老师建议，又焊接一路控制电路，控制220V交流电源，用台灯作为执行机件。我们的三路控制电路从分别从BA5204的4，6，9管脚引出，分别对应遥控电路中的1，3，5号按键。实验结果显示，在距离6.5米处分别按下遥控电路的1，3，5号按键时，4，9管脚通道所控制的发光二极管和6管脚通道所控制的台灯分别点亮，再次按下同一按键时相应机件熄灭。对于未接控制电路的其他各通道，在发射端按下相应按键时可在解码芯片的对应输出管脚检测到一高电频跳变，且各控制通道工作稳定，无相互干扰。由此可以说明我们制作的红外遥控开关发射和接收电路已可以实现遥控8路220V交流电源开关的功能，控制距离已超过5米，且工作性能稳定，安全。我们的设计已达到实验设计要求。五、 设计、安装及调试中的体会李雨键此次课程设计中，我们参考借鉴了大量从老师那里、网上以及参考书籍中获得的电路设计。通过仔细分析比较，市场调研和实验测试，我们最终设计制作了这一电路。从开始查找资料，学习了解有关红外控制电路的相关知识，到初步制订设计方案，再到不断实验调试改进方案，到最终完成设计，制作完成最终的电路，我们经历了一个较为漫长的过程。在刚开始设计电路时，由于对于红外遥控电路、数字电路的了解几乎为零，加之急于求成的心理，我们想直接找一参考电路作为设计。但随着认识的深入和设计过程的进展，我们发现这一想法基本不可行，原因有三：其一，无论是网上还是相关资料上的电路，大都存在较多错误，有的是由于印刷造成的，更多则是由于参考电路基本没有经过实际验证，很多元件的选取以及元件数值都存在各种问题，在实际运用中根本无法达到设计要求。另外由于部分书籍编者并没认真校对所有电路，导致一些电路设计本来就存在严重的理论错误，完全没有可行性。其二，由于书籍资料的产生时间不一，很多参考电路虽然没有理论问题，但其中部分元件可能因为使用不广泛或早已停产等原因，在市场上相当难得买到，从而造成设计无法实现。以上两点原因在整个课程设计过程中消耗了我们大量的时间精力，造成设计电路的多次更换。在以后的电路设计过程中，完全避免这两点应该比较困难，但此次设计过程中总结出的宝贵经验，如对参考电路的认真查正，相信一定会为今后的学习工作提供很多帮助。最后一点原因是在整个课程设计过程中慢慢得出的。原来我对课设的认识就是做一次大实验，因此并没想多花精力，但事实证明在课程设计过程中所收获的远远比按书上的设计做一次实验所得到的多得多。从中可以了解到各方面的很多知识，不光是对于本课程设计有用，更是对于我们所学专业的知识的很好普及。虽然一次课设也许并不能使自己在某方面的知识非常系统，但其对于各方面知识的综合灵活运用的锻炼却正是我所需要和缺少的，也是在其他课程中很难遇到的。所以如果简单的抄袭，抱着完成任务的态度去完成课程设计，无疑是对大学四年中难得的综合运用知识和培养实践能力的机会的巨大浪费。我是不会让自己错过这种机会的。在设计电路的调试过程中，我们同样碰到了大量意想不到的问题。对于元件数值的修改和制定灵活简便可行的测试方案以最快的检查和解决电路中存在的问题无疑是最令我们头痛的。理论得出的元件值在实际电路中或许并不一定可行，而对于元件数值的微小改动也可能会引起整个电路的性能改变。随着调试过程的进展，我越来越发现示波器、万用表、摸电箱等这些实验设备的作用原来是如此之大。灵活的选择测量方法，就可以很容易的得到电路中的很多实验参数，这些数据对于检查修改电路非常重要，可以验证我们的种种理论分析结果，为我们节省了不少时间。在此次安装焊接电路的过程中各我的最大感受就是随着电路的复杂化，电路焊接时对于布线的难度和细心程度的考验都明显增大。与摸电实验中语音放大器电路的焊接相比，这次的电路复杂许多，元件间所需连线的的数目增加不少，稍不注意便可能焊错或缺焊某根线，这将直接导致电路无法正常工作。此次安装电路过程中我们就出现过由于焊接错误而导致整个上午无法继续测试的情况，减缓了我们的进度。在今后的安装过程中，一定要注意及时对所焊电路进行检查，并且在电路图上对已焊部分进行标记，以防止错误发生。此外，在焊接前对于使用元件的检查也非常重要，元件质量不一定都好，将原本就已坏的元件安装在电路中，差错的难度很大，而且非常耗费时间。在整个课程设计的完成过程中，我们组的三名成员同心协力，分工明确，配合默契，在遇到困难的时候总能共同商量解决方法，相互鼓励，相互帮助学习，使我充分感受到团队的力量和重要性。感谢我的两位搭档，正是有了我们共同的努力，才能最终完成整个设计。也非常感谢刘老师和实验室的佟老师，在我们的设计出现种种问题，而我们却不能很好解决的时候，老师们给与了我们很好的建议和帮助，助我们度过难关。洪毅清这次的电子电路课程设计既包括我们已学过的模电部分，也包括未学的数电部分，因此对我们是一个挑战也是一个培养自学能力的好机会。经过近两周的实验学习，体验到了成功的背后有着无数的艰辛与汗水。设计红外发射/接收电路的时候，我们刚开始是采用了MC/MC为主要芯片的电路图，由于经验不足，对书上的电路图没有持怀疑态度，照着电路图就开始焊电路，可结果不尽人意，没有达到指标，经过近一周的不断调试，几度有放弃的念头，是搭档的超强的毅力使我坚持做完课程设计。在初次失败后，我们就开始对MC/MC为主要芯片的电路图进行仔细地研究与改造，发现了诸多错误并设法将其改正，虽然最后由于芯片MC/MC及对频率较高要求的客观原因，我们最终在这个方案上没能取得成功。但是通过这一次的失败，我们学到了很多很多东西，较好地掌握了红外的工作原理，懂得各个芯片的基本工作原理，为下一个方案的成功奠定了良好的基础，懂得了如何在失败中总结经验，怎样找出错误并改正。 对于第二个方案，我们吸取了前次实验的教训，对所用的电路图进行认真地研究与验证，并通过老师对电路的肯定，我们历尽艰辛，从中发到西四，最终购得性能良好的BA5104与BA5204，最终实验在我们不断的努力下获得完美的成功，体会到成功的喜悦，也明白了“坚持到底就是胜利”这一道理！黄志春由实验任务书的指标和要求，我们开始了对实验电路的设计过程。此次的过程主要是对现有电路图的改进与选择。本次设计实验中主要有以下几个体会：实验中主要有以下几个体会：1. 选图为关键，在简在精，最好具有先进性； 2. 电路图的出处要可信，通过原理检验其可靠性； 3. 初期的设计就要考虑安装的可实现性，尤其是各主要元件的市场供应和经济性；4. 在今后的自主设计中要遵循可靠、简洁、新颖的思路，充分运用知识原理进行研究开发。 安装过程主要是布线与焊接。此次的电路不算太复杂，可以通过适当的折线连接基本做到平面布线。布线的好坏不仅直接影响成品的美观，还关系到成品性能，不好的焊接工艺可能导致短路、接触不良、查线困难等麻烦。焊接技术可以通过动手逐步熟练，所以关键的还是布线的艺术。根据个元件和管脚的分布，针对不同的电路设计出一套适合它的连接路线从而满足美观与简洁，才是我们需要通过不断尝试与琢磨的。通过本次辅助焊接的经历，还是从中总结出一些心得：1. 先布线后焊板，焊接时要细心；2. 电路板的布线及元件分布设计时，要尽可能的多利用三连电路板上的连接点，尽可能少另外连接导线，导线走向为横平竖直，且走线距离尽量短；3. 保证元件分布的清楚，每单元的元件集中在一起，单元与单元间要留出空间，防止各级元件相互影响。同时保证每级都有独自的输入输出线，以方便电路的测试；4. 芯片必须接在集成座上，避免烧坏芯片和换芯片带来的麻烦；5. 焊接的好坏，工具也是有不小的影响的，一个好的焊工是离不开一把好 烙铁的。所以我们要正确使用并时常修复烙铁，这也是十分重要的。 调试过程是最漫长的一个阶段，我们花费了大量时间在电路的调试上。焊接之后便一次成功是可遇而不可求的，我们在调试过程中一个接一个地发现错误，然后一个个地耐心解决。调试的过程是理论与实际相结合的深刻体现，实验中遇到困难是必然的，我们只有运用知识原理耐心查找，反复核对才能找出电路症结并解决。调试的过程就是发现错误解决错误的过程，我们在电路调试中遇到的问题有线路焊接错误、管脚焊接错误、原理失误以及元件不匹配等。我们查出的第一个错误是继电器管脚对应出错，算是低级的失误，但很难发现而且直接影响结果，之后我们深刻记忆了长开端与长闭端。之后，又经过核对发现MC的管脚图出错，导致与之相关的大部分连线全部错误。不过无论改正过程多么复杂困难，发现问题总是喜悦的，我们认真地中心连接相关线路，并测试。让我们失望的是接收端仍然没有产生正确的解码后的波形更无法产生高电平，于是我们又开始了查错与调试的工作。考虑过发射端与接收端的功率匹配问题，发射信号的强弱作用，甚至芯片的可信程度。但最终还是由于芯片的编码译码过程太复杂而没能解决电路的问题，我们选择更换较为简洁的电路来进行设计和改进。新的电路以BA5204、BA5104为主要芯片，可以实现八路的码分红外遥控，而且电路相比前者较为简单。第二次进行对一个电路的改进与焊接，我们就显得更为顺利一些，在电路的焊接上基本没有遇到什么麻烦。唯有就是芯片的可靠性和光电管的功率匹配问题，我们通过检测解码器的管脚是否输出译码后的波形来判断红外接收与译码的成功与否。我们总结出逐步检测排除疑点的方法来查找错误，发现红外发射段没有问题后，我们改动了接收端的三极管，并用了CD4013进行触发，终于取得成功。艰辛的调试过程的