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五月 30 2019

基于LM567的无线遥控电路设计

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LM567LM567TexasInstruments(德州仪器)0°Cto+70°CNoSVHC(18-Jun-2010)SOP

  无线遥控是指实现对被控目标的非接触遥远控制,其技术在生活中已得到了广泛应用, 常用于车辆防盗系统、家庭防盗系统和其他电器遥控装置上。随着学生科技制作的展开,也成为机器人大赛等重要学生科技活动的必选组件之一。

  本文将介绍基于LM567的无线遥控电路设计,是利用调制解调知识及专用解码芯片(低频集成锁相环路解码器)自主设计的无线发射接收装置。电路可以根据需要以设计不同的发射、接收频率,避免因使用同一发射接收模块而产生的干扰。

  1.LM567简介

  集成锁相环路解码器LM567是美国国家半导体公司生产的56系列集成锁相环路中的一种,其同类产品还有美国SigneTIcs公司的SE567/INE567等。LM567是一个高稳定性的低频集成锁相环路解码器,由于其良好的噪声抑制能力和中心频率稳定性而被广泛应用于各种通讯设备中的解码以及AM、FM信号的解调电路中。

  LM567为8脚直插式封装,工作电压为4.75-9V.工作频率可从0.OIHz-500KHz,静态工作电流为8mA,其内部结构、引脚定义及外围元件连接方法如图1所示。

LM567内部结构及外围元件图示

  图1 LM567内部结构及外围元件图示

  LM567内部包含了两个鉴相器PD1及PD2、放大器AMP、电压控制振荡器VCO等单元电路。鉴相器PD1、PD2均采用双平衡模拟乘法器电路,在输入小信号情况下(约几十mV),其输出为正弦鉴相特性,而在输入大信号情况下(几百mV以上),其输出转变为线性(三角)鉴相特性。锁相环路输出信号由电压控制振荡器VCO产生,电压控

  制振荡器的自由振荡频率(即无外加控制电压时的振荡频率)与外接定时元件Rt、Ct的关系式为:

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  当环路用于单音解调时,电路则利用PD2输出的相差信号。PD2利用压控振荡器输出的信号经900移相后再与输入信号进行鉴相,是一正交鉴相器。在环路锁定情况下,PD2的两个输入信号在相位上相差约为900,因而PD2的输出电压达到其输出范围内的最大值,再经运算放大器AMP反相,在其输出端输出一个低电平。AMP的输出端为OC输出方式,低电平输出时可吸收最大lOOmA的输出电流。该端口的低电平输出信号除可由上拉电阻转换为电压信号以与Tl‘L或CMOS接口电路相匹配外,还可直接驱动LED及小型继电器等较大负载。

  接在2脚的环路滤波电容C2与内部电阻一道构成锁相环路的RC积分滤波器,该滤波器时间常数的大小在很大程度上决定了锁相环路的环路带宽BW的大小。当BW较大时,捕获范围大而稳定性差。减小BW则正好相反,其稳定性较好而捕获范围变小。LM567的环路带宽BW可由下式计算:

  BW=1070(Vi/foC2)^1/2

  式中,BW为占fo的百分比;Vi为输入信号的幅值(rms);C2为滤波电容的容量(单位为uF)。当LM567信号输入端加入幅度为20mV以上的交流信号且频率落人fo*(1±BW)范围内时,输出端输出一个低电平的检测信号。以下电路的设计,正是基于LM567的这一特性。

  2.无线发射电路设计

  本实验首先利用LM567产生音频振荡信号作为调制信号。采用图2所示电路,由

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  (其中R5为5脚外接定时电阻,C4为6脚外接定时电容)知,理论上可从5脚输出频率为38KHz的方波信号01。

音频调制信号发生电路图

  图2 音频调制信号发生电路图

  如图3所示,VD1二极管调制信号经电阻R4加至27MHz晶振两端,并同时接至高频三极管9018基极。通过实验选配合适的电容、电阻和电感使VT1具有适当的直流工作电压,使得当有音频调制信号输入时,用示波器能观察到VT1的射极输出含有LM567音频信号的高频载波信号,从而实现了调制。通过电容Cl耦合经天线即可把该信号发射出去。对于调制过程,需要的工作电压较高,故采用LM567的最高工作电压9V。

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  图3 高频信号发射电路图

  3.无线接收电路设计

  图4所示为配套使用的接收解调电路。通过电容Cl将发射电路发射的高频载波信号耦合进入,为能准确地将发射信号耦合入接收电路中,发射电路中的耦合电容应与接收电路的电容值一致。

接收解调电路图

  图4 接收解调电路图

  通过实验选配合适的电容、电阻、电感使高频三极管9011具有合适的直流工作电压,使得当接收到发射信号时,通过仔细调节可变电感Tl使LC有合适的振荡频率,可使电路成功解调出调制信号,经R4、C7组成的低通滤波器滤去高频载波信号后,即可获得解调信号02。由于信号02较微弱且可能含有各种高频噪声,为提高检测灵敏度,在接收解调电路至LM567译码电路之间插入一级交流放大器,以对解调出的微弱信号进行放大。故需将02输入至图5电路中进行放大整形后经C9交流耦合得输出信号03。将03信号输入LM567译码电路中,电路工作时,输入信号在鉴相器PD1中与VCO的输出信号鉴相,相差信号经滤波回路滤波后,成为与相差成一定比例的电压信号,用于控制voc输出频率跟踪输入信号的相位变化。

放大整型电路

  图5 放大整型电路

  若输人信号频率落在锁相环路的捕获带内,则环路锁定,在振荡器输出频率与输入频率相同时,二者之间只有一定相位差而无频率差。图6电路对发射机发射信号进行响应:当发射机没有发射时,LM567输入端(3脚)没有同自身振荡频率相同的信号输入,输出端(8脚)呈高电平状态,LED指示灯不亮;当发射机工作时,LM567输入(3脚)送人同自身中心振荡频率相同的信号时,LM567译码器的8脚输出低电平,LED指示灯亮。由于LM567可以承受最大为l00mA的灌电流,故用图6所示。电路外接510欧电阻。

LM567译码电路

  图6 LM567译码电路

  4.无线电路的调试

  由于此无线电路涉及的是高频信号,在对信号进行放大处理过程中所用到的三极管都应具有较高的频率响应(ft≥150MHz)以及较大的放大倍数(p≥200),在电路中使用的9011、9018、8050均满足要求。

  将图2、3连接组成发射电路,用示波器观察LM567的5脚位置输出有频率为35KHz的方波信号。再通过选配合适的元件参数使发射天线能发射出含LM567音频信号的具有某一特征频率的高频载波信号。采用图3中所选参数选用9V工作电压可获得9MHz的高频载波信号。

  将图4、5、6连接组成接收电路,首先调整电容器Cl确保当发射机工作时,接收天线能接收到发射天线发射的高频信号,当发射机不工作时,接收天线位置处不具有发射机发射信号。采用图4电路中所选元件参数,微调可变电感Tl能准确解调出发射机发射的音频调制信号02(频率为35KHz的方波信号)。由于LM567在正常工作时的最小输入信号为20mV(rms),故需调整图5中的电容、电阻值使得信号03的幅值大于25mV(rms)。与此同时,可调节电位器RW以使LM567的中心频率与发射端的驱动信号同频。LM567的中心频率可用频率计在其5脚进行测量。当03的频率落在fo*(1±BW)范围内时,LM567的8脚输出低电平,LED指示灯亮。

  对整套设备的调试要求是:当发射机工作时,LED灯应亮指示接收机应能准确接收;当发射机不工作时,LED灯不亮,由此方可推断出此遥控器能正常的发射、接收。

  而影响遥控器准确灵敏工作的因素主要有:LM567的l脚所接电容(C1)的容量至少应为2脚电容(C2)容量的两倍。C1应在0.47uF一22uF之间选取,电容越大,抗干扰性能越好,但反应速度变慢。由BW=1070(Vi/f002)1/2知C2容量越小,捕捉带宽越宽,但会降低抗干扰能力,严重时会出现误触发现象,降低遥控器的可靠性;捕获带宽越窄,环路抗干扰性就越强,但过窄的捕获带宽会使发射端驱动信号重复频率在外界温度、电源电压及元器件老化等因素影响下发生漂移,从而导致捕获困难,严重时电路可能无法正常工作,因而需要折衷考虑,一般在1%~3%为宜。因此,除了合理地选择LM567的工作电压和工作频率外,还应根据实际情况,选择合适的Cl、02值(本实验中选择C1=2.2uF.C2=luF),使得所设计制作的遥控器工作既灵敏又可靠。

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