简易无线电遥控系统方案论证.docx
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简易无线电遥控系统方案论证
方案论证:
控制键和编码部分:
方案一:
芯片PT2262构成的控制键编码电路
控制编码电路采用具有地址和数据编码功能的编码芯片PT2262,PT2262输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。
PT2262发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态,数据输入有“1”和“0”两种状态,用加入到各引脚端的不同状态,来确定相应地址和数据的编码,从输出端Dout输出。
数据位(D0~D5)由单片机引脚端(P20~P25)预置,同时6个地址码也由单片机引脚端(P00~P05)预置。
它由12个地址引脚,5个数据端,价格低廉,可靠性高,是比较理想的遥控编码芯片。
控制键编码部分电路图
方案二:
元件CD40147和芯片MC145026构成的控制键编码电路
我们采用核心元件CD4014710-4线优先编码器,只对按键进行编码。
CD40147编码器具有对输入信号进行优先编码的功能,10条数据输入线(0-9)编码为四条线(A-D).最高优先线为第九条。
当所有输入线为逻辑0时,所有输出线为逻辑1;编码模块由三态编码芯片MC145026构成,此组芯片是摩托罗拉公司生产的用于通信配对使用的最新芯片。
编码芯片MC145026可对9位输入信息(地址位A1~A5,数据位D6~D9)进行编码,编码后每个数据位用两个脉冲表示:
“1”编码为两个宽脉冲;“0”编码为两个窄脉冲;“开路”编码为一宽脉冲和一窄脉冲交叉。
当TE端输入脉冲上升沿时,编码后的数据流开始由D0串行输出。
对于每9位数据信息,可以看作是一个数据字,为了提高通信的安全性,编码芯片对每个数据字发送两次,接收两次。
控制键编码部分电路图
方案三:
芯片74HC147 和芯片VD5026构成的控制键编码电路
控制键信息首先由74HC147 10-4线有限编码器转化为一并行数据码,再由VD5026进行串并码转换后在变容二极管两端进行调制。
该编码器的特点是将10路数据输入变成4位8421BCD码输出,输入、输出均为低电平有效。
当全部数据输入端接高电平时,可认为是输入十进制数0。
VD5026编码器是一种8位编码发射器。
它的第1~8脚是编码的输入端,每个输入端可以有3种状态,即“0”、“1”或“开路”,其中“0”表示为低电平,“1”表示为高电平,因此8个脚可以组成38=6561个不同的编码。
如果需要更多的编码,可将输入端改为4态连接方式,这时第1脚是第4种状态的公共连接脚,第2脚~第8脚与第1脚连接时为第4种状态。
所以第2脚~第8脚都可以有4种状态,即“0”、“1”、“开路”、“接1脚”。
在这种情况下可以组成47=16384个编码。
第10脚~第13脚也可作为编码地址线,与第1~第8脚联合起来组成12位编码地址线,这时编码数可高达411=4194304个。
本文要介绍的是VD5026与VD5027配合应用,VD5026的第10~第13脚用作数据输入线,根据需要这几个脚可以置“0”或置“1”。
第14脚是发射指令端,当此脚接地时,VD5026输出端则发出一组编码脉冲。
第15脚、第16脚是一个内置振荡器,外接几十到几百千欧的电阻即可产生振荡,振荡频率为fosc=1600/R(KHz),式中R为外接电阻,单位为千欧。
第17脚是编码输出端,第18脚、第9脚分别是电源的正、负极。
控制键编码部分电路图
方案比较:
通过对以上方案的比较,我们从实际应用的角度选择方案二,因为它综合考虑到功能可否实现性和资源利用充分性,有利于电路的稳定并且他还有多余的管脚以便以后扩展使用。
芯片CD40147
芯片CD40147
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。
10条数据输入线(0-9),编码为四条线(A-D)(BCD输出).最高优先线为第九条。
当所有的输入线为逻辑0时,所有输出线为逻辑1,所有输入与输出都经过缓冲,且每个输出可驱动一个TTL低功耗肖特基负载。
引出端符号:
1-9数据输入端
VDD正电源
VSS地线
A-D编码输出端
CD40147真值表
输入
输出
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Y0
Y1
Y2
Y3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
x
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
x
x
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
x
x
x
1
0
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0
0
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1
x
x
x
x
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
x
x
x
x
x
1
0
0
0
0
0
1
0
1
x
x
x
x
x
x
1
0
0
0
0
1
1
0
x
x
x
x
x
x
x
1
0
0
0
1
1
1
x
x
x
x
x
x
x
x
1
0
1
0
0
0
x
x
x
x
x
x
x
x
x
1
1
0
0
1
CD40147结构图
芯片MC145026
芯片MC145026
MC145026结构图
编码芯片MC145026有五位地址(A1/D1-A5/A5),4位数据(A6/D6-A9/D9)输入端(每位均可开路输入,但数据位开路输入被默认为“1”),以串行方式按5位地址+4位数据的顺序输出编码,对每组编码都重复发送两次。
芯片内含有RC型时钟振荡器,无需外接时钟发生器。
其工作电压较宽,均为4.5-18V。
上电后,MC145026处于等待状态。
当编码输出允许控制端TE(14脚)为有效电平(低电平)时MC145026开始传送周期,将A1/D1-A9/D9的9个输入端信号按位编码以A1/D1-A9/D9的顺序,由DOUT(15脚)串行输出,每组编码串行输出两次,以使译码器纠错。
在两组编码串之间有3位数据传输周期的间隙(也就是24个编码震荡周期)中没有信号送出。
如果TE端保持低电平,MC145026会连续不断的发送编码串。
引出端符号:
A1~A5地址位
D6~D9数据位
MC145026专用芯片是摩托罗拉公司生产的一种新颖的COMS数字集成电路。
它通常与专用芯片MC145027配合使用,MC145026采用编码方式将信号输出,再通过MC145027译码输出,是实现数字遥控的关键部件。
它广泛使用于火灾、防盗等报警系统,无绳电话,楼宇对讲系统,远程数据采集系统,单总线控制领域。
调制部分:
方案一:
我们采用调频调制方式
控制的对象是8盏灯,用LED灯表示亮灭,被控状态采用二进制编码。
提高抗干扰能力,实现方法简单。
调频采用变容二极管电路。
在本设计中,调制信号为二元单极性码,即只有高低两个电平,所以对调制线性度要求不高。
因此本设计采用变容二极管部分接入以及对变容二极管不外加偏压的电路结构,电路如图所示。
图中对变容二极管不加反向偏压。
变容二极管是根据普通二极管内部"PN结”的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。
二极管的PN结具有结电容,当加反向电压时,阻挡层加厚,结电容减小,所以改变反向电压的大小可以改变PN结的结电容大小,这样二极管就可以作为可变电容器用。
调频电路
方案二:
我们采用调幅调制
基极调幅是利用三极管的非线性特性,用调制信号来改变丙类谐振功率放大器的基极偏压,从而实现调幅。
其电路如下。
图中载波Uc(t)通过高频变压器TR1加到基极,调制信号uΩ(t)通过低频变压器TR1加到基极回路,C2为高频旁路电容,C1和Ce对高、低频信号均起旁路作业,L、C谐振在载频fc上。
即
Ube=VBB0+uΩ(t)+Uc(t)=VBB(t)+Uc(t)
而等效基极偏置电压为:
VBB(t)=VBB0+uΩ(t)
当功率放大器工作在欠压状态时,集电极电流ic的基波分量振幅Icm1随基极偏压VBB(t)呈线性变化,即随调制信号的规律变化,经过LC回路的选频作用,输出电压u0(t)de振幅也就随调制信号的规律变化,因此,实现基极调幅。
调幅电路
方案三:
我们采用调相调制
载波的振幅不变,载波的瞬时相位按调制信号的变化规律而变化,它的特点是抗干扰能力强。
这是一种直接调相电路。
在图1中,变容二极管CD和电感L构成单谐振回路。
未加调制时LCD回路谐振于载频fC,其相移墹ψ等于零。
加上调制后CD随而变化,回路失谐。
载波信号uC(t)通过回路时其相位发生变化,从而形成调相波。
当R3<<1/ΩC3即R3C3Ω<<1,ur=UΩ+uΩ(t)构成调相电路。
调相电路
方案比较:
通过对以上方案的比较,我们采用调频调制的方式。
因为本课题研究的是无线电遥控,可能会受到比较大的干扰,而且它的工作频率为6-10MHz,而调幅中短波的频率为1.5MHz-26.1MHz,不符合课题的设计要求。
而调相在实际使用时很少采用,它主要作为得到调频的一种方法,并且信号实现的技术不较复杂,而调频的优点是工作频率高,固有损耗小,使用方便。
功放部分:
方案一:
由甲乙类功率放大器构成
本课题要求输出功率不大于20mV,假设天线特性阻抗为75Ω,则在匹配良好条件下天线上电压峰-峰值要小于3.5V。
一般西勒振荡器输出电压峰-峰值为1V是可实现的,故用一级功率放大应能满足要求。
电路图中再由VT3组成的前置电压放大级上,集电极静态电流Ic3流经VD1、VD2形成的直流压降为VT1和提供一个适当的正向偏置电压,使之处于微导通状态。
甲乙类功率放大电路
方案二:
由乙类功率放大器构成
乙类功放放大的工作方式是当无讯号输入时,输出晶体管不导电,所以不消耗功率。
当有讯号时,每对输出管各放大一半波形,彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大,效率比较高。
静态时,Ui=0,两管均处于零偏置,IBQ、ICQ均为零,输出电压U0=0,电路不消耗功率。
当有正弦信号Ui输入时,在ui的正半周,VT1正偏导通,VT2则因反偏截止,电流Ic1流过负载RL,RL两端获得的u0正半周;在ui的负半周,VT1截止,VT2导通,电流Ic2流过负载RL,RL两端获得的u0负半周。
由此可见,该电路实现了在静态时无工作电流,而在有信号时,VT1和VT2轮流导通,两个管子互补对方的不足,所以这种电路通常称为互补对称电路。
乙类功率放大电路
方案三:
由甲类功率放大器构成
甲类功放(A类功放)输出级中两个(或两组)晶体管永远处于导电状态,也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值,这时交流在最大讯号情况下流入负载。
当无讯号时,两个晶体管各流通等量的电流,因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压,故无电流输入扬声器。
当讯号趋向正极,线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流,下方的输出晶体管则相对减少电流,由于电流开始不平衡,于是流入扬声器而且推动扬声器发声。
由VT1、VT2组成差动放大电路,每管静态电流约为0.5mA。
R3为VT1的集电极负载电阻,VT1与推动级VT4之间为直接耦合。
输出级由两只型号相同的NPN型大功率晶体管VT5、VT6组成,而没有采用互补对称推挽电路。
输出管VT6对于负载(扬声器)来说是共发射极电路,而VT5则是射极输出电路,因此是不对称放大。
但实验测试表明,整个放大电路在取消大环负反馈(将R5短路)时的开环失真却很小,而且主要是偶次谐波失真。
甲类功率放大电路
方案比较:
通过对以上方案的比较,我们采用甲乙类功率放大电路。
因为乙类功放虽然管耗小,效率高,但输入信号的半个波形被削掉了,产生了严重的失真现象;甲类功放在输入信号的整个周期内均导通,波形没有失真,但是放大的效率在这三种方案中是最低的,管耗大。
而甲乙类功率放大器静态工作点Q介于甲类和乙类之间,功放管在输入信号的一个周期内有半个以上的周期导通。
非线性失真和效率介于甲类和乙类之间。
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