1、遼寧師范大學課程設計專用紙遼 寧 師 范 大 學低頻電子線路課程設計（2009級本科）題 目： 紅外控制9 學 院： 物理與電子技術學院 專 業： 電子信息工程 班 級： 班級學號： 姓 名： 指導教師： 完成日期：2011 年 6月23日 模擬電子技術課程設計：紅外控制九一 內容摘要紅外控制9紅外遙控發射接收系統。該系統主要通過三極管NPN、集成塊CD4011以及若干元器件組成紅外發射裝置產生3840KHZ頻率的信號，由光電二極管接收并通過NE555振蕩電路，經過電解電容和二極管作用使小燈發光以達到設計目的。二 關鍵詞1.PCB一般PCB基本設計流程如下：前期準備->PCB結構設計-&

2、gt;PCB布局->布線->布線優化和絲印->網絡和DRC檢查和結構檢查->制版。第一：前期準備。這包括準備元件庫和原理圖。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一塊好的板子，除了要設計好原理之外，還要畫得好。在進行PCB設計之前，首先要準備好原理圖SCH的元件庫和PCB的元件庫。元件庫可以用peotel自帶的庫，但一般情況下很難找到合適的，最好是自己根據所選器件的標準尺寸資料自己做元件庫。原則上先做PCB的元件庫，再做SCH的元件庫。PCB的元件庫要求較高，它直接影響板子的安裝；SCH的元件庫要求相對比較松，只要注意定義好管腳屬性和與PCB元件的對應關系就行。PS：注意標

3、準庫中的隱藏管腳。之后就是原理圖的設計，做好后就準備開始做PCB設計了。第二：PCB結構設計。這一步根據已經確定的電路板尺寸和各項機械定位，在PCB設計環境下繪制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按鍵/開關、螺絲孔、裝配孔等等。并充分考慮和確定布線區域和非布線區域（如螺絲孔周圍多大范圍屬于非布線區域）。第三：PCB布局。布局說白了就是在板子上放器件。這時如果前面講到的準備工作都做好的話，就可以在原理圖上生成網絡表（Design->CreateNetlist），之后在PCB圖上導入網絡表（Design->LoadNets）。就看見器件嘩啦啦的全堆上去了，各管腳之間還有飛線提示

4、連接。然后就可以對器件布局了。一般布局按如下原則進行：按電氣性能合理分區，一般分為：數字電路區(即怕干擾、又產生干擾)、模擬電路區(怕干擾)、功率驅動區（干擾源）；完成同一功能的電路，應盡量靠近放置，并調整各元器件以保證連線最為簡潔；同時，調整各功能塊間的相對位置使功能塊間的連線最簡潔；對于質量大的元器件應考慮安裝位置和安裝強度；發熱元件應與溫度敏感元件分開放置，必要時還應考慮熱對流措施；I/O驅動器件盡量靠近印刷板的邊、靠近引出接插件；時鐘產生器（如：晶振或鐘振）要盡量靠近用到該時鐘的器件；在每個集成電路的電源輸入腳和地之間，需加一個去耦電容（一般采用高頻性能好的獨石電容）；電路板空間較密時

5、，也可在幾個集成電路周圍加一個鉭電容。繼電器線圈處要加放電二極管（1N4148即可）；布局要求要均衡，疏密有序，不能頭重腳輕或一頭沉需要特別注意，在放置元器件時，一定要考慮元器件的實際尺寸大小（所占面積和高度）、元器件之間的相對位置，以保證電路板的電氣性能和生產安裝的可行性和便利性同時，應該在保證上面原則能夠體現的前提下，適當修改器件的擺放，使之整齊美觀，如同樣的器件要擺放整齊、方向一致，不能擺得“錯落有致”。這個步驟關系到板子整體形象和下一步布線的難易程度，所以一點要花大力氣去考慮。布局時，對不太肯定的地方可以先作初步布線，充分考慮。第四：布線。布線是整個PCB設計中最重要的工序。這將直接影

6、響著PCB板的性能好壞。在PCB的設計過程中，布線一般有這么三種境界的劃分：首先是布通，這時PCB設計時的最基本的要求。如果線路都沒布通，搞得到處是飛線，那將是一塊不合格的板子，可以說還沒入門。其次是電器性能的滿足。這是衡量一塊印刷電路板是否合格的標準。這是在布通之后，認真調整布線，使其能達到最佳的電器性能。接著是美觀。假如你的布線布通了，也沒有什么影響電器性能的地方，但是一眼看過去雜亂無章的，加上五彩繽紛、花花綠綠的，那就算你的電器性能怎么好，在別人眼里還是垃圾一塊。這樣給測試和維修帶來極大的不便。布線要整齊劃一，不能縱橫交錯毫無章法。這些都要在保證電器性能和滿足其他個別要求的情況下實現，否

7、則就是舍本逐末了。布線時主要按以下原則進行：一般情況下，首先應對電源線和地線進行布線，以保證電路板的電氣性能。在條件允許的范圍內，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關系是：地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm，最細寬度可達0.050.07mm，電源線一般為1.22.5mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路,即構成一個地網來使用（模擬電路的地則不能這樣使用）預先對要求比較嚴格的線（如高頻線）進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產生寄生耦合。振蕩器外殼接地，時鐘線要盡量短，

8、且不能引得到處都是。時鐘振蕩電路下面、特殊高速邏輯電路部分要加大地的面積，而不應該走其它信號線，以使周圍電場趨近于零；盡可能采用45o的折線布線，不可使用90o折線，以減小高頻信號的輻射；（要求高的線還要用雙弧線）任何信號線都不要形成環路，如不可避免，環路應盡量小；信號線的過孔要盡量少；關鍵的線盡量短而粗，并在兩邊加上保護地。通過扁平電纜傳送敏感信號和噪聲場帶信號時，要用“地線-信號-地線”的方式引出。關鍵信號應預留測試點，以方便生產和維修檢測用原理圖布線完成后，應對布線進行優化；同時，經初步網絡檢查和DRC檢查無誤后，對未布線區域進行地線填充，用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方

9、都與地相連接作為地線用。或是做成多層板，電源，地線各占用一層。PCB布線工藝要求線一般情況下，信號線寬為0.3mm(12mil)，電源線寬為0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；線與線之間和線與焊盤之間的距離大于等于0.33mm(13mil)，實際應用中，條件允許時應考慮加大距離；布線密度較高時，可考慮（但不建議）采用IC腳間走兩根線，線的寬度為0.254mm(10mil)，線間距不小于0.254mm(10mil)。特殊情況下，當器件管腳較密，寬度較窄時，可按適當減小線寬和線間距。焊盤（PAD）焊盤（PAD）與過渡孔（VIA）的基本要求是：盤的直徑比孔的直徑要大于0.6mm；

10、例如，通用插腳式電阻、電容和集成電路等，采用盤/孔尺寸1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插針和二極管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。實際應用中，應根據實際元件的尺寸來定，有條件時，可適當加大焊盤尺寸；PCB板上設計的元件安裝孔徑應比元件管腳的實際尺寸大0.20.4mm左右。過孔（VIA）一般為1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；當布線密度較高時，過孔尺寸可適當減小，但不宜過小，可考慮采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。焊盤、線、過孔的間距要求PADandVIA：0.3mm（12mil）PADandPA

11、D：0.3mm（12mil）PADandTRACK：0.3mm（12mil）TRACKandTRACK：0.3mm（12mil）密度較高時：PADandVIA：0.254mm（10mil）PADandPAD：0.254mm（10mil）PADandTRACK：0.254mm（10mil）TRACKandTRACK：0.254mm（10mil）第五：布線優化和絲印。“沒有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去設計，等你畫完之后，再去看一看，還是會覺得很多地方可以修改的。一般設計的經驗是：優化布線的時間是初次布線的時間的兩倍。感覺沒什么地方需要修改之后，就可以鋪銅了（Place->po

12、lygonPlane）。鋪銅一般鋪地線（注意模擬地和數字地的分離），多層板時還可能需要鋪電源。時對于絲印，要注意不能被器件擋住或被過孔和焊盤去掉。同時，設計時正視元件面，底層的字做鏡像處理，以免混淆層面。第六：網絡和DRC檢查和結構檢查。首先，在確定電路原理圖設計無誤的前提下，將所生成的PCB網絡文件與原理圖網絡文件進行物理連接關系的網絡檢查（NETCHECK），并根據輸出文件結果及時對設計進行修正，以保證布線連接關系的正確性；網絡檢查正確通過后，對PCB設計進行DRC檢查，并根據輸出文件結果及時對設計進行修正，以保證PCB布線的電氣性能。最后需進一步對PCB的機械安裝結構進行檢查和確認。第七

13、：制版。在此之前，最好還要有一個審核的過程。PCB設計是一個考心思的工作，誰的心思密，經驗高，設計出來的板子就好。所以設計時要極其細心，充分考慮各方面的因數（比如說便于維修和檢查這一項很多人就不去考慮），精益求精，就一定能設計出一個好板子。2.CD4011                            

14、60; 圖1 芯片功能圖                 圖2 CD4011內部保護網絡                   圖3 引腳圖          &

15、#160;        圖4 邏輯圖邏輯表達式：Y = A.B真值表A=Y.BXYQ動作 00?禁止 011設定 100重置 11不變 無 (1)當X=0、Y=0時，將使兩個NAND門之輸出均為1，違反觸發器之功用，故禁止使用。如真值表第一列。 (2)當X=0、Y=1時，由于X=1導致NAND-A的輸出為”1”，使得NAND-B的兩個輸入均為”1”，因此NAND-B的輸出為”0”，如真值表第二列。 (3)當X=1、Y=0時，由于Y=0導致NAND-B的輸出為”1”，使得NAND-1的兩個輸入均為”1，因此NAND-A的輸出

16、為”0”，如真值表第三列。 (4)當X=1、Y=1時，因為一個”1不影響NAND門的輸出，所以兩個NAND門的輸出均不改變狀態，如真值表第四列。注：由于資料來源有限，請自行對應邏輯符號。管腳功能：1A 數據輸入端2A 數據輸入端3A 數據輸入端4A 數據輸入端1B 數據輸入端2B 數據輸入端3B 數據輸入端4B 數據輸入端VDD 電源正VSS 地1Y 數據輸出端2Y 數據輸出端3Y 數據輸出端4Y 數據輸出端VDD電壓范圍：.5V to 18 功耗：雙列普通封裝 700mW         &#

17、160;             小型封裝 500mW工作溫度范圍：CD4011BM -55 - +125 CD4011BC -40 - +85       3.NE555ne555是一種應用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規模集成電路，在很多電子產品中都有應用。ne555的作用是用內部的定時器來構成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。ne555時基電路有兩種封裝形式有，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop

18、-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產的產品。內部結構和工作原理都相同。ne555的內部結構可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比較器.RS觸發器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準電壓.所以稱之為555.ne555屬于cmos工藝制造.NE555引腳圖介紹如下1地 GND2觸發3輸出4復位5控制電壓6門限(閾值）7放電8電源電壓Vcc. NE555的特點有：1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。2.它的操作電源

19、電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準位及輸入觸發準位，均能與這些邏輯系列的高、低態組合。3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負載。4.它的計時精確度高、溫度穩定度佳，且價格便宜。5.靜態電流 最大值 VCC = 5 V, RL = =6mA VCC =15 V, RL = =15mANE555引腳圖功能配置說明下： 圖1-2 NE555各腳功能-管腳圖Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。Pin 2 (觸發點) -這個腳位是觸發NE555使其啟動它的時間周期。觸發信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 V

20、CC 。Pin 3 (輸出) -當時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。Pin 5 (控制) -這個接腳準許由外部電壓改變觸發和閘限電壓。當計時器經營在穩定或振蕩的運作方式下,這輸入能用來改變或調整輸出頻率。Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態。當這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。Pin 7 (放電)

21、-這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當輸出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。4.紅外發射接收原理紅外遙控的概述：紅外線的光譜位于紅色光之外， 波長是0.761.5m，比紅光的波長還長。紅外遙控是利用紅外線進行傳遞信息的一種控制方式，紅外遙控具有抗干擾，電路簡單，容易編碼和解碼，功耗小，成本低的優點。紅外遙控幾乎適用所有家電的控制。一、紅外遙控系統結構紅外遙控系統的主要部分為調制、發射和接收，如圖1 所示：圖1 紅外遙控

22、系統1.調制紅外遙控是以調制的方式發射數據，就是把數據和一定頻率的載波進行“與”操作，這樣既可以提高發射效率又可以降低電源功耗。調制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如圖2所示，這是由發射端所使用的455kHz晶振決定的。在發射端要對晶振進行整數分頻，分頻系數一般取12，所以455kHz÷1237.9 kHz38kHz。圖2 載波波形1.發射系統目前有很多種芯片可以實現紅外發射，可以根據選擇發出不同種類的編碼。由于發射系統一般用電池供電，這就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都設計成可以處于休眠狀態，當有按鍵按下時才工作，這樣可以降低

23、功耗芯片所用的晶振應該有足夠的耐物理撞擊能力，不能選用普通的石英晶體，一般是選用陶瓷共鳴器，陶瓷共鳴器準確性沒有石英晶體高，但通常一點誤差可以忽略不計。紅外線通過紅外發光二極管(LED)發射出去，紅外發光二極管（紅外發射管）內部構造與普通的發光二極管基本相同，材料和普通發光二極管不同，在紅外發射管兩端施加一定電壓時，它發出的是紅外線而不是可見光。1一體化紅外接收頭紅外信號收發系統的典型電路如圖所示，紅外接收電路通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭。內部電路包括紅外監測二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監測二極管監測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，

24、限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發射器和接收器的距離遠近。交流信號進入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負載波，通過解調電路和積分電路進入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發射端的信號波形。注意輸出的高低電平和發射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。一體化紅外接收頭，如圖5a：           紅外接收頭的種類很多，引腳定義也不相同，一般都有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。根據發射端調制載波的不同應選用相應解調頻率的接收頭。紅外接收頭內部放大

25、器的增益很大，很容易引起干擾，因此在接收頭的供電腳上須加上濾波電容，一般在22uf以上。有的廠家建議在供電腳和電源之間接入330歐電阻，進一步降低電源干擾。紅外發射器可從遙控器廠家定制，也可以自己用單片機的PWM產生，家庭遙控推薦使用紅外發射管(L5IR4-45)的可產生37.91KHz的PWM, PWM占空比設置為1/3, 通過簡單的定時中斷開關PWM, 即可產生發射波形。主體部分一 設計內容及要求1.設計內容 根據原理圖制出PCB圖 將電腦繪制的PCB圖轉印到銅板上 腐蝕銅板打孔 涂松香 晾干焊接調試2.要求通過三極管NPN、集成塊CD4011以及若干元器件組成紅外發射裝置產生3840KH

26、Z頻率的信號，由光電二極管接收并通過NE555振蕩電路，經過電解電容和二極管作用使小燈發光。二.原理圖及工作原理1.流程圖發光裝置接收裝置發射裝置2. 原理圖3. PCB圖4.工作原理紅外線通過紅外發光二極管(LED)發射出去，紅外發光二極管（紅外發射管）內部構造與普通的發光二極管基本相同，材料和普通發光二極管不同，在紅外發射管兩端施加一定電壓時，它發出的是紅外線而不是可見光。通過三極管NPN、集成塊CD4011以及若干元器件組成紅外發射裝置產生3840KHZ頻率的信號，由光電二極管接收并通過NE555振蕩電路，經過電解電容和二極管作用使小燈發光。三元器件的識別1.二極管正負極的判定 二極管的

27、主要特點是單向導電作用。可以用于交流電的整流和無線電波的檢波。判斷二極管極性用萬能表R*1 R*10 R*100檔均可。 紅、黑表筆分別搭在被測二極管兩端，如果表針動作幅度較大（滿度的一半以上），則接紅筆端為負極。如果表針不動或微動，則紅筆端為正極。 一只管子要反復測幾次，好的管子在正向導通時阻值較小（表針擺動較大），反向電阻極大表針幾乎不動。2.三極管電極的判定(a) 判定基極。用萬用表R×100或R×1k擋測量管子三個電極中每兩個極之間的正、反向電阻值。當用第一根表筆接某一電極，而第二表筆先后接觸另外兩個電極 均測得低阻值時，則第一根表筆所接的那個電極即為基極b。這時，

28、要注意萬用表表筆的極性，如果紅表筆接的是基極b。黑表筆分別接在其他兩極時，測得的阻值 都較小，則可判定被測管子為PNP型三極管；如果黑表筆接的是基極b，紅表筆分別接觸其他兩極時，測得的阻值較小，則被測三極管為NPN型管 (b) 判定三極管集電極c和發射極e。(以PNP型三極管為例)將萬用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個管腳時，所測得的 兩個電阻值會是一個大一些，一個小一些。在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接管腳為發射極。3. 紅外發射接收管電極確定紅外發射管與接收管的方法。紅外對管的外形與普通

29、圓形的發光二極管類似。可用型或其他型號指針式三用表的電阻擋，測量紅外對管的極間電阻，以判別紅外對管。判據一：在紅外對管的端部不受光線照射的條件下調換表筆測量，發射管的正向電阻小，反向電阻大，且黑表筆接正極（長引腳）時，電阻小的（）是發射管。注：）黑表筆接正極，紅表筆接負極時測量正向電阻。 4.電解電容正負極的判定電容極性極性電容正負極判斷。只有電解電容的正極接電源正（電阻擋時的黑表筆），負端接電源負（電阻擋時的紅表筆）時，電解電容的漏電流才小（漏電阻大）。四組裝調試1.使用的主要儀器和儀表 制板機、打孔機、示波器、穩壓電源、交流毫伏表、信號發生器、萬用表、電焊等。2.調試電路的方法和技巧 將示

30、波器的正極與三極管的C極相連，負極與地線相連，同時信號發生器的正極與電源線相連，負極與地線相連，測出方波，方波頻率在3840KHZ之間3.調試中出現的故障、原因及排除方法 調試中有可能會出現雜波而無方波的情況，要耐心調節，也有能是電路板在焊接的時候發生了短路，由于電源電壓為5V，可以根據電路原理及特性，利用萬用表測出各支路的電壓，查找出問題所在，及時改正。焊板過程中注意，既不能放在錫絲太久也不能太短的時間了，因為太久了可能會影響電路板上的鍍銅脫落，太短了的話又可能會導致虛焊。當電子器件焊接錯誤或者是需要再次焊接時們應該很小心的拔出原來的器件，以防止弄壞電路板上的鍍銅。在調試過程中注意輕拿輕放，不要把元器件及導線弄掉。調試中最多的是沒有現象出現，或是現象不明顯。很有可能是焊短路或是斷路，元器件虛焊。接電源時注意正負極，以防燒壞元器件。使用萬用表時注意量程。若是沒有現象，要逐一檢查各部分是否有短路或斷路發生。使用示波器時注意周期的計算，得到穩定波形。五總結與展望1設計電路的特點 電路的布線清晰，一目了然，元器件擺放美觀，總體來說，布局還算可以，