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提供飽和晶體管對地開關，電路由I與Q檢波器構成，由電壓控制振蕩器驅動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用編譯碼器，因此成本較低。
　　單通道紅外遙控發射電路如圖1所示。在發射電路中使用了一片高速CMOS型四重二輸入“與非”門74HC00。其中“與非”門3、4組成載波振蕩器，振蕩頻率f0調在38kHz左右；“與非”門1、2組成低頻振蕩器，振蕩頻率f1不必精確調整。f1 對f0進行調制，所以從“與非”門4輸出的波形是斷續的載波，這也是經紅外發光二極管傳送的波形。幾個關鍵點的波形如圖2所示，圖中B′波形是A點不加調制波形而直接接高電平時B點輸出的波形。由圖2可以看出，當A點波形為高電平時，紅外發光二極管發射載波；當A點波形為低電平時，紅外發光二極管不發射載波。這一停一發的頻率就是低頻振蕩器頻率f1。 在紅外發射電路中為什么不采用價格低廉的低速CMOS四重二輸入“與非”門CD4011，而采用價格較高的74HC00呢？主要是由于電源電壓的限制。紅外發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”門是用作振蕩產生方波信號的，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腳通常分別通過一電容器接地，形成輸出濾波網絡和環路單級低通濾波網絡。②腳所接電容決定鎖相環路的捕捉帶寬：電容值越大，環路帶寬越窄。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，其內部是一個集電極開路的三極管，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，靜態工作電流約8mA。LM567的內部電路及詳細工作過程非常復雜，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，⑧腳由高電平變成低電平，②腳輸出經頻率/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，再來分析圖4電路便非常簡單了。IC1是紅外接收頭，它接收發射器發出的紅外信號，其中心頻率與發射器載波頻率f0相同，經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點波形相同的信號。我們將LM567的中心頻率調到與發射器中“與非”門1、2振蕩頻率相同，即使f2= f1。則當發射器發射信號時，LM567便開始工作，⑧腳由高電平變為低電平，利用這個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關，遙控家里的各種家用電器。
　　實際上，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，其輸入均來自紅外接收頭，各個LM567的振蕩頻率不同但與發射端一一對應。這樣當發射器按壓不同的按鈕，接入不同的調制信號時，在接收端對應的LM567的⑧腳的電平就會發生變化，由此形成多路控制。嚴格說來，這屬于一種頻分多路，與數字編譯碼多路控制相比，缺點是調試比較復雜。但在有些場合，如在多路報警中，也有其一席之地。因在報警應用場合中，需要解決兩路以上同時報警的問題時，用時分多路存在復雜的同步問題，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、超聲波遙控電燈開關
　　這種遙控開關，電路簡單，且免調試，非常適合初學者制作。
　　一、工作原理
　　為發射電路。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，超聲發射器件B被聯接在VT1和VT2的集電極回路中，以推挽形式工作，回路時間常由R1、C1和R4、C2確定。超聲發射器件B的共振頻率使多諧振蕩電路觸發。因此，本電路可工作在最佳頻率上。

(圖2)為接收電路，結型場效應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的表態工作點，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VT1和VT2兩極放大后，再經VD1和VD2進行半波整流變為直流信號，由C3積分后作用于VT3和基極，使VT3由截止變為導通，其集電極輸出負脈沖，觸發器JK觸發D，使其翻轉。JK觸發器Q端的電平直接驅動繼電器K，使K吸合或釋放。由繼電器K的觸點控制電路的開關。
　　二、元件選用
　　發射電路中，VT1和VT2用CS9013或CS9014等小功率晶體管，≥100。超聲發射器件用SE05—40T，電源GB采用一塊9V疊層電池,以減小發射器體積和重量。
　　接收電路中，VT1和3DJ6或是3DJ7等小功率結型場效應晶體管。VT2~ VT3用CS9013，≥100。VD1和VD2用IN4148。JK觸發器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)為發射電路。它采用的是國產蝙蝠牌FS—A5A型電風扇的遙控發射器。這種發射器具有體積小、耗電省、工作可靠、電路簡單等特點。在使用時，每按一下發射鍵，發射器發出約為500ms的40KHZ的超聲波。發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射器件的中心頻率40KHZ。VT1和R2、C1組成500ms延時電路。R1、VD1是C1的放電通路，當按下發射鍵S時，VT2構成的振蕩電路工作，發出超聲波，同時，電源通過R2向C1充電，當C1上的電位充到1.4V時(約經過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,當松開發射鍵S時,C1通過VD1和R1迅速放電,為下一次發射作好準備.VD3和R4構成發射指示電路,當按發射鍵時,VD3發光。
(圖4)為接收電路。CMOS非門D1~ D3由R1偏置為線性放大器，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，LM567的邏輯輸出端8腳由高電平變為低電平。

　　選頻聲控開關
　　此聲控開關可由一特定音調的(500到2000Hz)聲音來控制任一電器的開或關。由于它有一定的選頻作用，故誤動作的機率小。
　　電路設計為用音頻電信號(達100mV)來控制，其控制信號源可以是電話、收音機、電唱機、錄音機，從其中適當點用屏蔽線引來。如果想用聲波遙控，加一個駐極體話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，經內電路的放大、選頻等處理，在其輸出端8腳輸出低電平(沒有輸入信號時為高電平)。這時，與其相接的一個PNP管(2N3906)導通，使接在集電極電路中的繼電器吸動，從而以其接點去控制被控電器。若用以開機，則使用繼電器的常開、動合接點；若用來關機，則應采用常合、動開式接點。
　　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，實現對靶噴霧的設計。
　　農業是國民經濟的基礎，先進的植保技術是農業生產豐收的保障，現代植物病蟲害防治仍然以化學藥劑防治為主，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，并造成嚴重的環境污染，對某些害蟲防治效果欠佳，先進的施藥方法和施藥器械的研究與開發對我國農業的持續發展,降低生產成本,特別是保護環境具有重要的作用。對靶噴霧是新近發展起來的高效低污染施藥新技術，AGTECH公司研制的“Tree-sense”智能噴霧器采用了“沙漠風暴”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”噴霧器使用了先進的聲納系統來進行目標的準確定位，這些裝置精度高，但價格昂貴。根據我國國情，我們設計了紅外光電探測器來進行目標的探測，并結合高壓靜電使霧滴帶電，帶電的霧滴作定向運動飛向植株，最后吸附在植株上，其命中率顯著提高。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。紅外線是一種不可見光，采用專用的紅外發射管和接收管，可以有效地防止周圍可見光的干擾，進行無接觸探測，不損傷被測物體。該探測器安裝在電動小車上。紅外對靶噴霧主要用在棉花的幼苗期和生長期間，當棉花處于幼苗期時，棉苗分散，對靶容易。當處于生長期時，棉花的莖部有一定的高度，此時采用紅外線照射莖部，通過反射，確定目標。考慮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狀態圖

　　圖4 紅外發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集成鎖相環路解碼器及其外圍元件組成鎖相電路。三極管V1、紅外線發射管H1及電阻R1、R9組成紅外線發射電路，鎖相電路的振蕩信號由LM567的⑤腳輸出，送至V1放大，驅動紅外線發射管發出方波信號。集成電路mA741、紅外接收管H2及其外圍元件組成紅外線接收電路，紅外線接收管H2將接收到的紅外線信號轉變成本身阻值的變化，經電阻R3、電容C3耦合到mA741的②腳，由mA741進行放大，555電路、三極管V2及其外圍相關器件組成延遲輸出電路，用來控制電磁閥打開的時間，當探測到棉花時，LED綠燈亮，繼電器通電，常開觸點閉合，開始噴霧。
紅外線光電探測器探測棉花是靠紅外線反射來完成的，在設定的有效探測范圍內，如果沒有棉花，紅外線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，電磁閥關閉不噴霧;當探測到棉花時，紅外線接收管收到被棉花反射回來的紅外線信號，經轉換電路的轉換，送至放大電路μA741進行放大，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，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，電磁閥打開開始噴霧。
　　為了防止隔行探測產生誤動作，可以通過調節探測有效距離L(L2為了保證噴頭打開時間，由555、R7、C9組成單穩態延遲電路如圖1。V2的輸出脈寬Tp0=R7·C9·ln3≈1.1R7·C9。如果在電路的暫穩態持續時間內有干擾觸發脈沖，則該脈沖不起作用，如圖3，這就保證了電磁閥打開的時間。輸出脈寬Tp0可以通過R7調節。
　　在紅外發射與接收中要考慮到發射元件與接收元件都存在著方向性。因此存在著一個位置，在這個位置上傳感器可獲得最大的靈敏度。另外，還存在著一個傳感器可以正常工作的范圍，如圖4所示。
　　利用LM567⑤腳脈沖信號驅動紅外發光管，除了利用鎖相環路解碼器LM567提高檢測靈敏度并消除太陽光等背景光的干擾外，還能使紅外發光管在平均輸入功率不變的情況下比直流驅動方式增加一倍的發射功率。在紅外探測器前端加紅外濾光片可去除可見光，使紅外光通過，進一步提高了抗干擾能力。
　　結語
　　該電路的最大特點是實現了紅外線發射與接收工作頻率的同步自動跟蹤，即紅外發射部分不設專門的脈沖發生電路，而直接從接收部分的檢測電路引入脈沖(實為LM567的鎖相中心頻率信號)，既簡化了線路和調試工作，又防止了周圍環境變化和元件參數改變造成的收、發頻率不一致，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。