Thiết kế và tính toán mạch hồng ngoại

PHẦN II : THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN I/ Mạch phát hồng ngoại : 1. Sơ đồ nguyên lý : C1 150p 0 XTAL 455khz 0 C5 101 0 SW4 C4 101 + 47uF R4 10 R3 10K C2 150p 0 0 SW2 0 0 A1015 SW1 0 SW3 BL9148 V ss X T X T K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 T 1 T 2 T 3 C O D E Te st T Xo ut V cc 3Vdc C1815 2. Tính toán : a) Bộ tạo dao động tần số sóng mang : - Chọn tần số dao động : tần số sóng mang mang mã truyền là tần số thu được do vi mạch mã hóa sau khi tiến hành chia 12 lần đối với tần số dao động của bộ cộng hưởng bằng thạch anh được đấu ở bên ngoài . Cho nên mức độ ổn định của tần số này phụ thuộc vào chất lượng và quy cách của thạch anh .Tần số dao động của mạch phát thường là 400-500Khz . Đối với mạch phát trên thì em chọn tần số của thạch anh là 455Khz . - Tần số của sóng mang được tính bởi công thức : Từ đó suy ra : fc = 455khz/12 ≅ 38khz Do cấu tạo bên trong IC BL9148 có 1 cổng đảo dùng để phối hợp với các linh kiện ngoài bằng thạch anh hoặc bằng mạch LC để tạo thành mạch dao động . Vì mạch LC khá cồng kềnh và độ ổn định không cao so vói thạch anh nên em đã quyết định chọn bộ dao động thạch anh . XTAL 455khz 2 1 2 3 R6 1k C2 150p C1 150p 12 foscfC = b) Mạch khuếch đại phát : - Do tín hiệu phát ở ngõ ra của IC phát có dòng bé : -0.1mA ÷ 1.0mA nên ta phải khuếch đại chúng lên . Vì thế , em dùng hai transistor ghép Darlington để khuếch đại tín hiệu cấp dòng cho LED hồng ngoại phát đi . • Khi không nhấn phím : V15 = Theo sơ đồ mạch ta có : VBE1 = VCC – VB1 = < Vγ = Ö Q1 off ⇒ Q2 off ⇒ không có dòng qua LED hồng ngoại • Khi nhấn 1 phím : : V15 = VB1 = ⇒VBE1 = > Vγ = Ö Q1 dẫn bão hòa ⇒VCE1 = VCE bão hòa = 0.2V VB2 = VCC - VEC1 = VE2 = VB2 - Vγ = - Tính R4 : LED hồng ngoại có điện áp cho phép trong khoảng 1.2÷3.3 V , dòng làm việc 30mA ÷ 1A , RIR LED = 10 ÷ 30Ω 1.2V ≤ VIRLED ≤ 3.3V A1015TXout 0 R4 10 R1 10k 3Vdc C1815 0 IRLEDR MINV EVIRLEDRRIRLEDR MAXV EVIRLEDR −≤≤− 2*12* V RIRLEDR EV IRLEDRV 3.3 1 2*2.1 ≤+≤ c) Cài mã cho mạch phát : - Vì em dùng IC thu BL9149 nên theo lý thuyết thì IC thu không có chân C1. Do đó chân C1 của IC phát luôn ở mức logic ‘1’ . Nhiệm vụ còn lại là xác định tổ hợp mã cho C2 và C3 . - Ở mạch trên thì cách cài mã như sau : • Đầu tiên , em xác định mã mong muốn là C2 = ‘1’ , C3 = ‘0’ . • Từ đó , tại chân C2 , em nối một diode với chân CODE , còn chân C3 thì bỏ trống . • Như vậy để IC thu nhận biết đúng thì ta cũng phải cài đúng như vậy . Bảng mã hệ thống (tóm tắt) BL9148 BL9149 C1 C2 C3 C2 C3 1 1 0 1 0 - BL9148 : ‘1’ _ nối diode ‘0’ _ bỏ trống - BL9149 : ‘1’ _ nối tụ xuống mass ‘0’ _nối xuống mass d) Chọn tổ hợp phím nhấn : - Xuất phát từ ý định muốn tìm hiểu sự khác nhau giữa các chân K với nhau nên em đã chọn tượng trưng 4 phím , trong đó có hai phím ở trạng thái liên tục và hai phím khác ở trạng thái không liên tục . Bảng tổ hợp phím nhấn Số phím bên phát Ngõ ra 1 HP1 2 HP2 6 SP1 7 SP2 II/ M¹ch thu hång ngo¹i 1. Sơ đồ nguyên lý : 0 e d c o m c h g f c o m a b BL9149 Vss RXin HP1 HP2 HP3 HP4 HP5 SP5 SP4 SP3 SP2 SP1 CODE3 CODE2 OSC Vcc V c c i n V s s D CK P R C L R Q Q L E D 7 S E G M E N T 39K 102 7404 1 2 7404 1 2 7404 1 2 0 0 R1 10K 7447 4 DC BA B I / R B O R B I L T abcdefg VccVss C1815 0 102 D CK P R C L R Q Q 7404 1 2 D CK P R C L R Q Q D CK P R C L R Q Q 0 7404 1 2 7404 1 2 0 0 5Vdc 0 74147 D C B A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Vcc Vss 7404 1 2 0 7404 1 2 1 0 2 0 0 2. Tính toán và giải thích hoạt động của mạch : a) Mạch khuếch đại và tách sóng : - Q1 ở trạng thái bão hòa VCEBH = 0.1V - Khi chưa nhận tín hiệu : VIN = 0.8V Từ đó , dựa vào thực tế thì ta chọn RB = 4.7 kΩ . mặt khác , ta có : 0 0 C1815 Input signal 0 5Vdc 1 RXin1 10K 102 mABHI 02.0= BEVRbVINV += BI BEVINV BR −= Ω=−× −= KBR 531002.0 7.08.0 CEBHVRcVCCV += CEBHVCCVRcV −= Từ đó , dựa vào thực tế thì ta chọn RC = 4.7 kΩ - Khi nhận tín hiệu : VIN = 705 mV Để IC thu BL9149 hoạt động tốt thì VIN = 2V÷ 3V Với VIN ≥ 2V Từ đó , dựa vào thực tế ta chọn RL = 10kΩ . ⇒ Tuy nhiên, những số liệu trên là tính toán theo lý thuyết . Còn trên thực tế , sau khi thử mạch trên testboard thì em nhận thấy là hai điện trở RB và RC không cần gắn . Nếu làm như vậy thì khả năng thu của mạch tăng lên . CBHI CEBHVCCV CR −= mABBHICBHI BBHI CBHI 102.050minmin =×=×=⇒= ββ Ω≈− −= KCR 5310 1.05 A BR BEVINV BI µ13105 7.0705.0 = × −=−= VhfeBICRCCVRcVCCVCV 5.4100 61031055 =×−××−=××−=−=⇒ V LRINICZ INICZCV 2≥+ × 31025 2 310255.4 2 ×−××=−×≤⇒ INICZINIC ZCV LR Ω≤⇒ KLR 30 b) Mạch chốt dữ liệu : - Khi chưa có xung CK ( chưa nhấn phím ) : ngõ ra Q = ‘0’ , QN = ‘1’ . Dữ liệu tại D là ‘1’ vì ta nối D với QN . - Khi có xung CK(nhấn một phím),dữ liệu tại D sẽ được nạp vào và ngõ ra Q=‘1’, QN=’0’ . Lúc này trạng thái ngõ sẽ được chốt lại và chỉ thay đổi khi có thêm một xung CK . c) Mạch mã hóa và mạch giải mã : - Mạch mã hóa : Để tiện lợi cho việc thiết kế mạch , em đã chọn 4 số ngõ vào là 1,2,3,9 . Do đó , mỗi ngõ ra 4 bit nhị phân của mạch sẽ tương ứng với mỗi ngõ vào thập phân . - Mạch giải mã : Để hiện thị được LED 7 đoạn , ta cần phải có một IC để giải mã các dữ liệu đã được mã hóa . Vì vậy , sau khi dữ liệu đã được mã hóa thì nó sẽ được đưa qua IC giải mã . 0 D CK P R C LR Q QN