莫爾斯電碼發(fā)生器及光傳輸實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)

李福斌

（南京江寧高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 南京 211100）

1 功能說(shuō)明

莫爾斯電碼發(fā)生器及光傳輸裝置可根據(jù)按鍵發(fā)出0～9的莫爾斯電碼，通過(guò)紅外發(fā)光二級(jí)管和光電二極管模擬傳輸過(guò)程，利用NE555和LM567實(shí)現(xiàn)通信調(diào)制和解調(diào)。

莫爾斯電碼的工作過(guò)程分為3步。首先，按下電鍵判斷低頻信號(hào)發(fā)生器是否振蕩；其次，利用一個(gè)高頻載波調(diào)制信號(hào)；最后，將功率放大器放大后的信號(hào)經(jīng)天線發(fā)射出去。在接收端,接收到的信號(hào)經(jīng)檢波器得到低頻信號(hào)，根據(jù)低頻信號(hào)的有無(wú)組成排列信息進(jìn)行譯碼。

2 莫爾斯電碼發(fā)生器及光傳輸實(shí)驗(yàn)裝置的組成及各部分的功能

莫爾斯電碼發(fā)生器及光傳輸實(shí)驗(yàn)裝置由莫爾斯電碼發(fā)生部分、調(diào)制載波發(fā)生部分、紅外光發(fā)射部分、光電二極管接收部分以及鎖相環(huán)解調(diào)電路等組成[1]，電路原理如圖1所示。

2.1 莫爾斯電碼發(fā)生部分

通電后，按下按鍵K1～K10，單片機(jī)P3.7引腳根據(jù)莫爾斯電碼標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出與0～9碼相應(yīng)的高低電平信號(hào)。K11和K12分別調(diào)試長(zhǎng)碼和方波，按鍵電路如圖2所示。

2.2 調(diào)制載波產(chǎn)生部分

NE555振蕩器輸出300 Hz～1.3 kHz的信號(hào)。調(diào)節(jié)可變電阻器W1可以使振蕩頻率在500 Hz左右，利于鎖相環(huán)解調(diào)[2]。NE555振蕩器電路如圖3所示。

2.3 紅外光發(fā)射及光電二極管接收部分

紅外發(fā)光二極管和光電二極管實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，一個(gè)LM358運(yùn)算放大器構(gòu)成光電二極管跨阻放大器，另一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成有源低通濾波器。紅外光發(fā)射及光電二極管接收電路如圖4所示。

2.4 鎖相環(huán)解調(diào)電路

LM567輸入信號(hào)幅度超過(guò)25 mV，頻率在本地振蕩器頻率附近時(shí)，電路可能進(jìn)入鎖相，輸出低電平信號(hào)，表示檢測(cè)到特定的頻率信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)解調(diào)，此時(shí)D2滅。沒(méi)有信號(hào)或沒(méi)有鎖相時(shí)，LM567輸出高電平，D2亮。發(fā)送電碼時(shí)，D2閃亮。鎖相環(huán)解調(diào)電路如圖5所示。

3 特殊元器件及芯片介紹

3.1 紅外發(fā)射，接收二極管（左透明為發(fā)射管，右黑色為接收管）

紅外通信在人們生活和工作的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它利用紅外技術(shù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，通信距離較短。紅外系統(tǒng)一般由發(fā)射和接收兩個(gè)部分組成。紅外發(fā)射系統(tǒng)將信號(hào)調(diào)制后發(fā)射出去，紅外接收系統(tǒng)通過(guò)光學(xué)裝置接收信號(hào)并解調(diào)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電路功能。

圖1 電路原理圖

圖2 按鍵電路

圖3 NE555振蕩器電路

紅外發(fā)射器大多數(shù)使用由Ga和As等材料制成的紅外發(fā)射二極管。二極管上通過(guò)的電流越大，發(fā)射強(qiáng)度越大，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，但發(fā)射的角度越小。紅外發(fā)光二極管和普通發(fā)光二極管外形基本相同，一般有透明、黑色以及藍(lán)色3種，波長(zhǎng)在940 nm左右。

光敏二極管常常作為紅外接收管，利用光電效應(yīng)中的光伏特效工作。實(shí)際應(yīng)用中，光敏二極管的工作狀態(tài)與發(fā)光二極管相反。光敏二極管兩端加上反偏電壓正常工作后，電路才能接收到紅外信號(hào)。紅外接收二極管的外形一般是黑色圓形和方形。

3.2 AT89C2051

AT89C2051為20引腳小型封裝，具有2K內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和15個(gè)可編程I/O口線，沒(méi)有P0口和P2口的16根I/O線，內(nèi)部集成了一個(gè)模擬比較器。AT89C2051芯片中，P1口是8位雙向I/O口，在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。P3口除了接收一些用于閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)，還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的其他各種功能，具體如表1所示。

圖4 紅外光發(fā)射及光電二極管接收電路

圖5 鎖相環(huán)解調(diào)電路

表1 AT89C2051芯片P3口功能表

AT89C2051芯片具有復(fù)位功能，當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的I/O引腳復(fù)位到“1”。XTAL1和XTAL2分別為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端和輸出端。AT89C2051沒(méi)有提供外部擴(kuò)展功能。

3.3 NE555

NE555振蕩器作為系統(tǒng)的定時(shí)器，是一種有記憶功能的器件，既可以接成施密特觸發(fā)器，又可以接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。引腳中，1引腳和8引腳分別是接地端和電源端；2引腳為低電平觸發(fā)端，引腳上的電壓低于電源電壓的1/3時(shí)觸發(fā)；3引腳是NE555的輸出端，電流可達(dá)到2 000 mA；4引腳是強(qiáng)制復(fù)位端，不使用的情況下接電源正極或懸空；5引腳是控制端，主要用來(lái)調(diào)節(jié)比較器的基準(zhǔn)電壓，不用時(shí)接電容器或懸空；6引腳是高電平觸發(fā)端，引腳上的電壓高于電源電壓的2/3時(shí)觸發(fā)；7引腳是NE555的放電端。

3.4 LM358

LM358是通用雙運(yùn)算放大器，內(nèi)部包括2個(gè)高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償以及相互獨(dú)立的運(yùn)算放大器，既適用于單電源3～30 V工作模式，也適用于雙電源±1.5～±15 V工作模式。

3.5 LM567

LM567是通用鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器[4]。引腳如圖7所示，1腳為輸出濾波端，2腳為回路濾波端，3腳為信號(hào)輸入端，4腳為正電源端，5腳為定時(shí)電阻端，6腳為定時(shí)電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。

圖7 LM567芯片引腳圖

信號(hào)從3腳輸入，當(dāng)輸入幅度≥25 mV時(shí)，8腳由高電平變成低電平，此時(shí)2腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；若2腳輸入音頻信號(hào)，則5腳輸出調(diào)頻方波信號(hào)，此信號(hào)是2腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制后產(chǎn)生的。

4 結(jié) 論

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，各種高科技層出不窮。莫爾斯電碼由于電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)被廣泛使用，具有重要的研究?jī)r(jià)值。