通用音調譯碼器集成電路LM567的原理及應用

通用音調譯碼器集成電路LM567的原理及應用

　567為通用音調譯碼器，當輸入信號于通帶內時(shí)提供飽和晶體管對地開(kāi)關(guān)，電路由I與Q檢波器構成，由電壓控制振蕩器驅動(dòng)振蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接元件獨立設定中心頻率帶寬和輸出延遲。
　　主要用于振蕩、調制、解調、和遙控編、譯碼電路。如電力線(xiàn)載波通信，對講機亞音頻譯碼，遙控等。


　　用外接電阻20比1頻率范圍
　　邏輯兼容輸出具有吸收100mA電流吸收能力。
　　可調帶寬從0%至14%
　　寬信號輸出與噪聲的高抑制
　　對假信號抗干擾
　　高穩定的中心頻率
　　中心頻率調節從0.01Hz到500kHz
　　電源電壓5V--15V，推薦使用8V。
　　應用舉例：輸入端接104電容，輸出端接上拉電阻10K，C1、C2為1uF。R1、C1決定振蕩頻率，一般C1為104電容，R1為10K--200K。電源電壓為8V。
　　單通道紅外遙控電路
　　在不需要多路控制的應用場(chǎng)合，可以使用由常規集成電路組成的單通道紅外遙控電路。這種遙控電路不需要使用較貴的專(zhuān)用編譯碼器，因此成本較低。
　　單通道紅外遙控發(fā)射電路如圖1所示。在發(fā)射電路中使用了一片高速CMOS型四重二輸入“與非”門(mén)74HC00。其中“與非”門(mén)3、4組成載波振蕩器，振蕩頻率f0調在38kHz左右；“與非”門(mén)1、2組成低頻振蕩器，振蕩頻率f1不必精確調整。f1 對f0進(jìn)行調制，所以從“與非”門(mén)4輸出的波形是斷續的載波，這也是經(jīng)紅外發(fā)光二極管傳送的波形。幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的波形如圖2所示，圖中B′波形是A點(diǎn)不加調制波形而直接接高電平時(shí)B點(diǎn)輸出的波形。由圖2可以看出，當A點(diǎn)波形為高電平時(shí)，紅外發(fā)光二極管發(fā)射載波；當A點(diǎn)波形為低電平時(shí)，紅外發(fā)光二極管不發(fā)射載波。這一停一發(fā)的頻率就是低頻振蕩器頻率f1。 在紅外發(fā)射電路中為什么不采用價(jià)格低廉的低速CMOS四重二輸入“與非”門(mén)CD4011，而采用價(jià)格較高的74HC00呢？主要是由于電源電壓的限制。紅外發(fā)射器的外殼有多種多樣，但電源一般都設計成3V，使用兩節5號或7號電池作電源。雖然CD4011的標稱(chēng)工作電壓為3～18V，但卻是對處理數字信號而言的。因為這里CMOS“與非”門(mén)是用作振蕩產(chǎn)生方波信號的，即模擬應用，所以它的工作電壓至少要4.5V才行，否則不易起振，影響使用。而74HC系列的CMOS數字集成電路最低工作電壓為2V，所以使用3V電源便“得心應手”了。74HC00的引腳功能如圖3所示。

　　圖4為紅外接收解調控制電路。圖中，IC1是LM567。LM567是一片鎖相環(huán)電路，采用8腳雙列直插塑封。其⑤、⑥腳外接的電阻和電容決定了內部壓控振蕩器的中心頻率f2，f2≈1/1.1RC。其①、②腳通常分別通過(guò)一電容器接地，形成輸出濾波網(wǎng)絡(luò )和環(huán)路單級低通濾波網(wǎng)絡(luò )。②腳所接電容決定鎖相環(huán)路的捕捉帶寬：電容值越大，環(huán)路帶寬越窄。①腳所接電容的容量應至少是②腳電容的2倍。③腳是輸入端，要求輸入信號≥25mV。⑧腳是邏輯輸出端，其內部是一個(gè)集電極開(kāi)路的三極管，允許最大灌電流為100mA。LM567的工作電壓為4.75～9V，工作頻率從直流到500kHz，靜態(tài)工作電流約8mA。LM567的內部電路及詳細工作過(guò)程非常復雜，這里僅將其基本功能概述如下：當LM567的③腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內的信號時(shí)，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調制信號；如果在器件的②腳輸入音頻信號，則在⑤腳輸出受②腳輸入調制信號調制的調頻方波信號。在圖4的電路中我們僅利用了LM567接收到相同頻率的載波信號后⑧腳電壓由高變低這一特性，來(lái)形成對控制對象的控制。

　　弄清了LM567的基本工作原理和功能后，再來(lái)分析圖4電路便非常簡(jiǎn)單了。IC1是紅外接收頭，它接收發(fā)射器發(fā)出的紅外信號，其中心頻率與發(fā)射器載波頻率f0相同，經(jīng)IC1解調后，在輸出端OUT輸出頻率為f1的方波信號，也就是與圖1中A點(diǎn)波形相同的信號。我們將LM567的中心頻率調到與發(fā)射器中“與非”門(mén)1、2振蕩頻率相同，即使f2= f1。則當發(fā)射器發(fā)射信號時(shí)，LM567便開(kāi)始工作，⑧腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，利用這個(gè)變化的電平便可去控制各種對象。利用圖4的電路，我們可以做成遙控開(kāi)關(guān)，遙控家里的各種家用電器。
　　實(shí)際上，利用圖1和圖4所示的電路，我們也可以較容易地將其改造成多路遙控電路。方法是：在發(fā)射器（圖1）中將電阻R＊變成若干擋不同的數值，由此形成若干種頻率不同的調制信號；在接收電路中，設置若干只LM567，其輸入均來(lái)自紅外接收頭，各個(gè)LM567的振蕩頻率不同但與發(fā)射端一一對應。這樣當發(fā)射器按壓不同的按鈕，接入不同的調制信號時(shí)，在接收端對應的LM567的⑧腳的電平就會(huì )發(fā)生變化，由此形成多路控制。嚴格說(shuō)來(lái)，這屬于一種頻分多路，與數字編譯碼多路控制相比，缺點(diǎn)是調試比較復雜。但在有些場(chǎng)合，如在多路報警中，也有其一席之地。因在報警應用場(chǎng)合中，需要解決兩路以上同時(shí)報警的問(wèn)題時(shí)，用時(shí)分多路存在復雜的同步問(wèn)題，在頻寬允許的情況下用頻分多路則很容易解決。
　　超聲波遙控電路
　　1、超聲波遙控電燈開(kāi)關(guān)
　　這種遙控開(kāi)關(guān)，電路簡(jiǎn)單，且免調試，非常適合初學(xué)者制作。
　　一、工作原理
　　為發(fā)射電路。電路采用分立器件構成，VT1和VT2以及R1~ R4、C1、C2構成自激多諧振蕩器，超聲發(fā)射器件B被聯(lián)接在VT1和VT2的集電極回路中，以推挽形式工作，回路時(shí)間常由R1、C1和R4、C2確定。超聲發(fā)射器件B的共振頻率使多諧振蕩電路觸發(fā)。因此，本電路可工作在最佳頻率上。

(圖2)為接收電路，結型場(chǎng)效應VT1構成高輸入阻抗放大器，能夠很好地與超聲接收器件B相匹配，可獲得較高接收靈敏度及選頻特性。VT1采用自給偏壓方式，改變R3即可改變VT1的表態(tài)工作點(diǎn)，超聲接收器件B將接收到的超聲波轉換為相應的電信號，經(jīng)VT1和VT2兩極放大后，再經(jīng)VD1和VD2進(jìn)行半波整流變?yōu)橹绷餍盘?，由C3積分后作用于VT3和基極，使VT3由截止變?yōu)閷?，其集電極輸出負脈沖，觸發(fā)器JK觸發(fā)D，使其翻轉。JK觸發(fā)器Q端的電平直接驅動(dòng)繼電器K，使K吸合或釋放。由繼電器K的觸點(diǎn)控制電路的開(kāi)關(guān)。
　　二、元件選用
　　發(fā)射電路中，VT1和VT2用CS9013或CS9014等小功率晶體管，≥100。超聲發(fā)射器件用SE05—40T，電源GB采用一塊9V疊層電池,以減小發(fā)射器體積和重量。
　　接收電路中，VT1和3DJ6或是3DJ7等小功率結型場(chǎng)效應晶體管。VT2~ VT3用CS9013，≥100。VD1和VD2用IN4148。JK觸發(fā)器263B。超聲接收器件用SE05—40R，與SE05—40T配對使用。繼電器K用HG4310型。
　　超聲波遙控電扇變速器
　　一、工作原理
(圖3)為發(fā)射電路。它采用的是國產(chǎn)蝙蝠牌FS—A5A型電風(fēng)扇的遙控發(fā)射器。這種發(fā)射器具有體積小、耗電省、工作可靠、電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在使用時(shí)，每按一下發(fā)射鍵，發(fā)射器發(fā)出約為500ms的40KHZ的超聲波。發(fā)射電路的工作原理如下。

　　VT2和VT3構成直接耦合正反饋振蕩電路，B為40KHz超聲發(fā)射器件，并兼振蕩電路反饋先頻元件。因此，此電路可準確地振蕩于超聲發(fā)射器件的中心頻率40KHZ。VT1和R2、C1組成500ms延時(shí)電路。R1、VD1是C1的放電通路，當按下發(fā)射鍵S時(shí)，VT2構成的振蕩電路工作，發(fā)出超聲波，同時(shí)，電源通過(guò)R2向C1充電，當C1上的電位充到1.4V時(shí)(約經(jīng)過(guò)500ms),VT1導通,VT2基極以及VT3集電極電位下降為0.3V左右,振蕩器停止工作,當松開(kāi)發(fā)射鍵S時(shí),C1通過(guò)VD1和R1迅速放電,為下一次發(fā)射作好準備.VD3和R4構成發(fā)射指示電路,當按發(fā)射鍵時(shí),VD3發(fā)光。
(圖4)為接收電路。CMOS非門(mén)D1~ D3由R1偏置為線(xiàn)性放大器，總增益可達60bB以上，由于CMOS電路的輸入阻抗較高，故能夠很好與超聲接收器件匹配。放大后的信號由C1耦合給鎖相環(huán)譯碼器LM567的輸入端3腳。當輸入信號的頻率落在其中心頻率上時(shí)，LM567的邏輯輸出端8腳由高電平變?yōu)榈碗娖健?BR>
　　選頻聲控開(kāi)關(guān)
　　此聲控開(kāi)關(guān)可由一特定音調的(500到2000Hz)聲音來(lái)控制任一電器的開(kāi)或關(guān)。由于它有一定的選頻作用，故誤動(dòng)作的機率小。
　　電路設計為用音頻電信號(達100mV)來(lái)控制，其控制信號源可以是電話(huà)、收音機、電唱機、錄音機，從其中適當點(diǎn)用屏蔽線(xiàn)引來(lái)。如果想用聲波遙控，加一個(gè)駐極體話(huà)筒和一級前置放大即可。
　　本裝置的電路如圖16所示。它的中心器件是一塊拾音集成電路LM567，以及一個(gè)50mA的繼電器。
　　一定音調的音頻信號加至LM567的輸入端(3腳)后，經(jīng)內電路的放大、選頻等處理，在其輸出端8腳輸出低電平(沒(méi)有輸入信號時(shí)為高電平)。這時(shí)，與其相接的一個(gè)PNP管(2N3906)導通，使接在集電極電路中的繼電器吸動(dòng)，從而以其接點(diǎn)去控制被控電器。若用以開(kāi)機，則使用繼電器的常開(kāi)、動(dòng)合接點(diǎn)；若用來(lái)關(guān)機，則應采用常合、動(dòng)開(kāi)式接點(diǎn)。
　　響應頻率決定于接于第5、6腳的電位器和電容器的值，故調整10kΩ電位器可調節其響應頻率。本機可接收的音頻范圍為500～2000Hz。
　　二極管1N4001用以保護晶體三極管。2N3906可以用其它任何型號的中、小功率PNP硅管代替。

　　紅外光電探測器在靜電對靶噴霧中的應用
　　摘 要：詳細介紹了紅外光電探測器，以及用紅外光電探測器探測棉花的位置，實(shí)現對靶噴霧的設計。
　　農業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，先進(jìn)的植保技術(shù)是農業(yè)生產(chǎn)豐收的保障，現代植物病蟲(chóng)害防治仍然以化學(xué)藥劑防治為主，我國常規施藥方法和施藥器械落后，大量農藥流失到水體、土壤和大氣中，農藥的利用率低，防治成本高，并造成嚴重的環(huán)境污染，對某些害蟲(chóng)防治效果欠佳，先進(jìn)的施藥方法和施藥器械的研究與開(kāi)發(fā)對我國農業(yè)的持續發(fā)展,降低生產(chǎn)成本,特別是保護環(huán)境具有重要的作用。對靶噴霧是新近發(fā)展起來(lái)的高效低污染施藥新技術(shù)，AGTECH公司研制的“Tree-sense”智能?chē)婌F器采用了“沙漠風(fēng)暴”中使用的探測敵人坦克的三維圖像傳感器，它能夠根據作物的距離、形狀進(jìn)行有效噴霧;DURAND WAYLAND公司的“Smart Spray”噴霧器、“Tree-see”噴霧器使用了先進(jìn)的聲納系統來(lái)進(jìn)行目標的準確定位，這些裝置精度高，但價(jià)格昂貴。根據我國國情，我們設計了紅外光電探測器來(lái)進(jìn)行目標的探測，并結合高壓靜電使霧滴帶電，帶電的霧滴作定向運動(dòng)飛向植株，最后吸附在植株上，其命中率顯著(zhù)提高。這種紅外探測器研制成本低、靈敏度高、體積小，加上與靜電結合，就會(huì )達到與上述系統基本相同的效果。
　　設計思路
　　本文主要講述紅外光電探測器的研制。紅外線(xiàn)是一種不可見(jiàn)光，采用專(zhuān)用的紅外發(fā)射管和接收管，可以有效地防止周?chē)梢?jiàn)光的干擾，進(jìn)行無(wú)接觸探測，不損傷被測物體。該探測器安裝在電動(dòng)小車(chē)上。紅外對靶噴霧主要用在棉花的幼苗期和生長(cháng)期間，當棉花處于幼苗期時(shí)，棉苗分散，對靶容易。當處于生長(cháng)期時(shí)，棉花的莖部有一定的高度，此時(shí)采用紅外線(xiàn)照射莖部，通過(guò)反射，確定目標?？紤]到棉農十分注重田間管理，棉田雜草很少，所以紅外光電探測器受到的干擾很小，可以忽略。

　　圖1 紅外探測器的原理圖架

　　圖2 探測距離

　　圖3 555狀態(tài)圖

　　圖4 紅外發(fā)射與接收元件的方向性
　　紅外光電探測器的設計
　　如圖1所示，LM567集成鎖相環(huán)路解碼器及其外圍元件組成鎖相電路。三極管V1、紅外線(xiàn)發(fā)射管H1及電阻R1、R9組成紅外線(xiàn)發(fā)射電路，鎖相電路的振蕩信號由LM567的⑤腳輸出，送至V1放大，驅動(dòng)紅外線(xiàn)發(fā)射管發(fā)出方波信號。集成電路mA741、紅外接收管H2及其外圍元件組成紅外線(xiàn)接收電路，紅外線(xiàn)接收管H2將接收到的紅外線(xiàn)信號轉變成本身阻值的變化，經(jīng)電阻R3、電容C3耦合到mA741的②腳，由mA741進(jìn)行放大，555電路、三極管V2及其外圍相關(guān)器件組成延遲輸出電路，用來(lái)控制電磁閥打開(kāi)的時(shí)間，當探測到棉花時(shí)，LED綠燈亮，繼電器通電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，開(kāi)始噴霧。
紅外線(xiàn)光電探測器探測棉花是靠紅外線(xiàn)反射來(lái)完成的，在設定的有效探測范圍內，如果沒(méi)有棉花，紅外線(xiàn)接收管接收不到反射紅外光信號，LM567的⑧腳輸出高電平,555的③腳輸出低電平，三極管V2截止，電磁閥關(guān)閉不噴霧;當探測到棉花時(shí)，紅外線(xiàn)接收管收到被棉花反射回來(lái)的紅外線(xiàn)信號，經(jīng)轉換電路的轉換，送至放大電路μA741進(jìn)行放大，其放大信號送至LM567的③腳與本身振蕩信號比較，當與本身振蕩信號同頻率時(shí)，LM567的⑧腳輸出低電平,555的③腳輸出高電平，三極管V2導通，繼電器通電，電磁閥打開(kāi)開(kāi)始噴霧。
　　為了防止隔行探測產(chǎn)生誤動(dòng)作，可以通過(guò)調節探測有效距離L(L2為了保證噴頭打開(kāi)時(shí)間，由555、R7、C9組成單穩態(tài)延遲電路如圖1。V2的輸出脈寬Tp0=R7·C9·ln3≈1.1R7·C9。如果在電路的暫穩態(tài)持續時(shí)間內有干擾觸發(fā)脈沖，則該脈沖不起作用，如圖3，這就保證了電磁閥打開(kāi)的時(shí)間。輸出脈寬Tp0可以通過(guò)R7調節。
　　在紅外發(fā)射與接收中要考慮到發(fā)射元件與接收元件都存在著(zhù)方向性。因此存在著(zhù)一個(gè)位置，在這個(gè)位置上傳感器可獲得最大的靈敏度。另外，還存在著(zhù)一個(gè)傳感器可以正常工作的范圍，如圖4所示。
　　利用LM567⑤腳脈沖信號驅動(dòng)紅外發(fā)光管，除了利用鎖相環(huán)路解碼器LM567提高檢測靈敏度并消除太陽(yáng)光等背景光的干擾外，還能使紅外發(fā)光管在平均輸入功率不變的情況下比直流驅動(dòng)方式增加一倍的發(fā)射功率。在紅外探測器前端加紅外濾光片可去除可見(jiàn)光，使紅外光通過(guò)，進(jìn)一步提高了抗干擾能力。
　　結語(yǔ)
　　該電路的最大特點(diǎn)是實(shí)現了紅外線(xiàn)發(fā)射與接收工作頻率的同步自動(dòng)跟蹤，即紅外發(fā)射部分不設專(zhuān)門(mén)的脈沖發(fā)生電路，而直接從接收部分的檢測電路引入脈沖(實(shí)為L(cháng)M567的鎖相中心頻率信號)，既簡(jiǎn)化了線(xiàn)路和調試工作，又防止了周?chē)h(huán)境變化和元件參數改變造成的收、發(fā)頻率不一致，使電路穩定性和抗干擾能力大大增強。該探測器在實(shí)驗中取得了很好的效果，與非對靶噴霧相比大大提高了噴霧的命中率。