通信电子产品的 设计与制作

1. 通信电子产品的设计与制作 • 学习情境: 直接调频式无线话筒/接收机 • 拓展训练项目1. DTMF编码七通道遥控开关 • 拓展训练项目2. 智力竞赛无线遥控定时抢答器

2. 拓展训练项目2. 智力竞赛无线遥控定时抢答器的设计与制作 1. 无线遥控定时抢答器主机 2. 定时抢答器的无线遥控倒计时电路 3. 加/减计分及显示分数电路 4. DTMF编码16通道无线遥控加/减计分电路 5. 遥控抢答开关兼语音信号的调频无线发射/接收电路

3. 1. 无线遥控定时抢答器主机的设计 • 1.1 设计目的 （1）、熟悉用8D锁存器74HC273、专用频道译码/驱动集成电路CH233设计抢答器的方法。 • （2）、掌握用十进制同步加减计数器CC40192，四线—七段译码/驱动芯片CC4511，时基集成芯片MC17555设计可预置时间的定时电路。 • （3）掌握半控晶闸管电路和集成音响电路的应用方法。

4. 1.2 设计要求 • （1）、设计一个可同时供3~8队选手参加比赛的3~8路数字显示抢答器。每支参赛队一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相同。 • （2）、主持人有控制开关，可以手动清零复位。

5. （3）、抢答器具有优先抢答功能，先按按钮的选手编号能被锁存显示，并有音响提示。与此同时，封锁输入电路，禁止其他选手抢答，优先抢答选手的编号显示一直保持到主持人将系统清零时为止。（3）、抢答器具有优先抢答功能，先按按钮的选手编号能被锁存显示，并有音响提示。与此同时，封锁输入电路，禁止其他选手抢答，优先抢答选手的编号显示一直保持到主持人将系统清零时为止。 • （4）、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答时间由主持人设定，当主持人按过“开始”键后，定时器立即减计时，并用显示器显示剩余抢答时间，同时扬声器发出暂短的声响，声响持续时间0.5s左右。

6. 1.3 设计原理与参考电路 • 图1 定时抢答器原理框图

7. 1.4 抢答器的参考主电路 • 如图2所示。它包括由8个常开按钮开关和8只电阻组成抢答器的输入电路、8D锁存电路74HC273、音响提示电路、抢答者编号数字显示电路等组成。8D锁存器74HC273的引脚图和功能表分别如图3(a)、(b)所示。利用专用的频道数显译码电路CH233，，实现将二进制数码转换成十进制数码，该集成电路输出电流大，可直接驱动数码管。选用KD―156型“叮咚”音乐集成电路作为音响提示电路。图2中的S0为主持人用于清除抢答信号的自动复位常闭按钮开关。

8. VD9、R11、R13组成低电平清零电路，主持人按下S0再松手接通电源时，锁存器便被第①脚的端的瞬间低电平清零，随即便进入正常的工作状态。 • 当主持人发出抢答命令后，假设编号第6的人按下按钮S6，此时，锁存器的输入端D6=UH，VD1～VD8组成的或门输出高电平，给晶闸管控制端一个脉冲，晶闸管VS导通，锁存器的第⑾脚CP端由低电平翻转为高电平的上升沿脉冲，锁存器将D6数据送到输出端Q6，并锁存Q6=UH状态，所以输出数据Q6=UH保持不变。

9. 按下按下按钮S6后， Q6=UH状态经译码/驱动高亮型共阴极数码管TOS-5101AE显示“6”。与此同时可控硅VS导通时产生的触发信号经C2送到音响提示电路触发音乐集成电路KD―156工作，使扬声器B发出提示音响。此后，无论谁按动按钮，都不能使锁存器存储的数据发生变化，音响提示电路再也不会产生音响，直到主持人断开S0，使电路自动断电复位时为止。

10. 图2 8支参赛队抢答器主电路原理图

11. (a)74HC273的引脚图 (b) 74HC273的功能表 • 图3

12. 2．智力竞赛无线遥控定时抢答器倒计时电路设计2．智力竞赛无线遥控定时抢答器倒计时电路设计 • 主持人根据抢答题的难易程度，设定该题的抢答时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器CC40192进行减计数，计数器的时钟脉冲由MC17555时基电路构成的“秒”信号源提供。倒计时参考电路如图4所示。

14. 3、加/减计分及显示分数电路 • 3.1 000~999累计分数计分器 • 采用可预置BCD加/减计数器（双时钟）CC40192构成累计分数计分器如图5所示。个位、十位、百位均用CC40192构成十进制加/减法计数器，三片CC40192级联成000~999 。

15. 图5 000~999累计分数计分器

16. 3.2 译码、驱动、显示电路 • 本设计选用TOS-5101AE高亮型共阴极数码管，相应的译码器采用CC4515。由于采用静态方式显示，每个数码管必须有一个对应的译码器将8421BCD代码译成七段十进制字形显示信号。每位译码显示电路如图6所示。

17. 图6 每位译码、驱动、显示电路

18. 4. DTMF编码16通道无线遥控加/减计分电路 • 4.1 16通道遥控计分系统框图 • DTMF编码16通道遥控计分系统框图如图7所示。主持人持一个遥控计分系统的发射机，每支参赛队各持一个遥控计分系统的接收机。每支参赛队需要加分与减计分,占用2条通道，8支参赛队共占用16条通道。

19. 图7 8支参赛队16通道遥控示意图

20. 主持人持4X4=16个操作开关，可发出16种控制指令；接收端有16个执行电路，即可控制16个对象。本系统采用DTMF（双音多频）解码器TDA7021T解码，将无线电遥控射频信号接收解调后，通过DTMF译码器MT8870将解调的控制信号转换成四位二进制的数字信号，再通过一个二—十进制译码器将二进制信号转换为16个通道控制信号和一个总复位信号。该电路加高频功放电路在空旷地遥控距离可达3Km，在市区可达1Km。主持人持4X4=16个操作开关，可发出16种控制指令；接收端有16个执行电路，即可控制16个对象。本系统采用DTMF（双音多频）解码器TDA7021T解码，将无线电遥控射频信号接收解调后，通过DTMF译码器MT8870将解调的控制信号转换成四位二进制的数字信号，再通过一个二—十进制译码器将二进制信号转换为16个通道控制信号和一个总复位信号。该电路加高频功放电路在空旷地遥控距离可达3Km，在市区可达1Km。

21. ４.２DTMF编码16通道遥控计分系统发射/接收电路４.２DTMF编码16通道遥控计分系统发射/接收电路 • DTMF编码16通道遥控计分系统发射/接收电路分别如图8（a）、（b）所示。在图（a）调频无线发射电路中，按下遥控编码按键后，DTMF编码电路MK5087N根据按键进行DTMF信号编码，并将编码信号送入调频发射电路BA1404，经过放大和对载频的调制后，由天线向外发射。发射信号是一个经过DTMF信号调制的调频信号。

22. （a）双音多频（DTMF）调频无线发射机

23. 图8 DTMF编码16通道遥控计分系统发射/接收电路

24. 遥控调频无线发射电路包括发射编码键盘、DTMF信号编码器和调频无线发射电路。DTMF编码电路MK5087N与编码键盘组成一个十六组的DTMF编码电路，当按下编码按键时，编码电路则进行DTMF编码，编码信号由MK5087N的第十六脚串行输出，经耦合电容C2同时送到调频无线发射电路BA1404的左、右声道输入端。调频立体声发射电路BA1404在接受到由编码器送来的信号后，首先进行放大，然后对内部产生的载频进行调制，最后通过天线向外发射。遥控调频无线发射电路包括发射编码键盘、DTMF信号编码器和调频无线发射电路。DTMF编码电路MK5087N与编码键盘组成一个十六组的DTMF编码电路，当按下编码按键时，编码电路则进行DTMF编码，编码信号由MK5087N的第十六脚串行输出，经耦合电容C2同时送到调频无线发射电路BA1404的左、右声道输入端。调频立体声发射电路BA1404在接受到由编码器送来的信号后，首先进行放大，然后对内部产生的载频进行调制，最后通过天线向外发射。

25. 遥控接收电路包括双音多频（DTMF）调频无线接收电路、DTMF译码电路和遥控通道译码电路。调频无线接收电路由TDA7021T组成，当它接收到发射电路发出的遥控调频信号时，通过内部放大、解调后，由第14脚输出解调后的DTMF编码信号，该信号经耦合电容C5送到DTMF信号译码电路MT8870进行译码变为四位二进制的数字信号后，从第11~14脚输出。遥控接收电路包括双音多频（DTMF）调频无线接收电路、DTMF译码电路和遥控通道译码电路。调频无线接收电路由TDA7021T组成，当它接收到发射电路发出的遥控调频信号时，通过内部放大、解调后，由第14脚输出解调后的DTMF编码信号，该信号经耦合电容C5送到DTMF信号译码电路MT8870进行译码变为四位二进制的数字信号后，从第11~14脚输出。

26. 由DTMF译码器译码器输出的数字信号是一种二进制的组合信号，除非用于特殊的组合控制，若用于普通的控制，它只能使用其中的四组单独输出信号，作为四路遥控。 在图8（b）所示的调频无线接收电路TDA7021T中，接收信号经放大、解调后输出双音多频（DTMF）信号，经过DTMF译码器MT8870进行译码后由14~11脚输出四位二进制的数字信号，再通过4线――16线译码器CC4514译码。

27. 图（b）用的是一片四线――十六线译码芯片CC4514将四位二进制输出信号译码为十六个单独输出的高电平，作为十六路遥控的控制信号。当按下遥控调频无线发射器的编码发射按键时，接收电路中的四线――十六线译码器中的对应输出端输出高电平。图（b）用的是一片四线――十六线译码芯片CC4514将四位二进制输出信号译码为十六个单独输出的高电平，作为十六路遥控的控制信号。当按下遥控调频无线发射器的编码发射按键时，接收电路中的四线――十六线译码器中的对应输出端输出高电平。 • MT8870是一片DTMF信号译码电路，它能将输入的DTMF编码信号译码为四位二进制码输出。

28. MT8870为十八引脚扁平塑封结构，各引脚的功能如下：①、②脚分别为内部集成运算放大器的同相输入端和反相输入端；③脚为内部内部集成运算放大器的输出端；④脚为参考电压的输出端其电压值为UDD/2；⑤、⑥脚是内部电路的接地端；⑦、⑧脚是外接晶振端；其晶体谐振频率与发射编码器的晶振频率完全一致，为3.5MHZ；⑨脚为接地端；⑩脚是三态输出控制端，一般接电源正极，若接电源负极则没有8421BCD码输出；

29. ⑾脚输出二进制代码D0（=1）；⑿脚输出二进制代码D1（=2）；⒀脚输出二进制代码D2（=4）；⒁脚输出二进制代码D3（=8）；⒂脚是延时控制输出端；⒃脚是信号检测输出端； ⒄脚是控制输入/保护时间输出端。它将检测的信号积分后由第（17）脚输入，可产生延时控制信号。使用这一功能可消除外界的干扰和由于键盘操作不当而可能出现的差错；

30. ⒅脚为正电源端，工作电压为5~6V。需要注意的是：MT8870的输出端DO~D3为锁存型输出，故每一种输出后的状态都是稳定的，必须等到下一次有用信号到来后才能刷新状态。发射器DTMF编码电路除MK5087N外，还可选用TCM5087、UM95087、S2559等芯片。 L1、L2用0.5mm的漆包线在5mm线圈子架上绕3圈。

31. 遥控接收电路中的DTMF信号译码电路除MT8870外，还可选用CSC8870、YN9102等芯片。电感L与L1相同。接通遥控调频无线发射、接收机电源。在接收机MT8870的第③脚之间接一高阻耳机调整接收机电路中的C10的大小，按动发射键，直到高阻耳机中听到双音频信号为止。遥控接收电路中的DTMF信号译码电路除MT8870外，还可选用CSC8870、YN9102等芯片。电感L与L1相同。接通遥控调频无线发射、接收机电源。在接收机MT8870的第③脚之间接一高阻耳机调整接收机电路中的C10的大小，按动发射键，直到高阻耳机中听到双音频信号为止。

32. 此时在四线――十六线译码芯片CC4514的对应的输出端应输出高电平。图8所示遥控调频无线发射、接收机的遥控距离为了30m,若要增大遥控距离，可在发射电路中增加一级功率放大级。此时在四线――十六线译码芯片CC4514的对应的输出端应输出高电平。图8所示遥控调频无线发射、接收机的遥控距离为了30m,若要增大遥控距离，可在发射电路中增加一级功率放大级。

33. 5.遥控抢答开关兼语音信号的调频无线发射/接收电路5.遥控抢答开关兼语音信号的调频无线发射/接收电路 • 无线遥控抢答开关兼调频无线话筒信号的发射/接收电路分别如图9（a）、（b）所示。 • 5.1 遥控抢答开关兼调频无线话筒信号的发射

35. 图9 遥控抢答开关兼调频无线话筒组合

36. 在如图9(a)所示的遥控抢答开关兼调频无线话筒信号的发射电路中，驻极体话筒M的输出经C1、L1耦合到晶体管VT1组成的射极跟随器的基极，它的输出经RP1分压调节后，由C2耦合至发射电路BA1404的输入端，经电路内部进行调制处理后通过天线向外发射。射极跟随器的主要作用是将话筒输出的语言信号进行阻抗变换，以便与发射电路的输入阻抗相匹配。数字寻址编码输入电路由数字编码/译码集成电路UM3758—108A与编按键SA1~SA8组成。在如图9(a)所示的遥控抢答开关兼调频无线话筒信号的发射电路中，驻极体话筒M的输出经C1、L1耦合到晶体管VT1组成的射极跟随器的基极，它的输出经RP1分压调节后，由C2耦合至发射电路BA1404的输入端，经电路内部进行调制处理后通过天线向外发射。射极跟随器的主要作用是将话筒输出的语言信号进行阻抗变换，以便与发射电路的输入阻抗相匹配。数字寻址编码输入电路由数字编码/译码集成电路UM3758—108A与编按键SA1~SA8组成。

37. 当按下SA1~SA8中的任一按键时，编码器进行编码，并将编码由输出端TX/RX端输出，经C3耦合至发射电路的输入端，由发射电路向外发射。UM3758—108A是一种编码/译码双功能集成电路，它是UM3758系列集成电路中的一个品种，根据有、无锁存功能和地址/数据位数的多少，UM3758系列有UM3758084A~UM3758—180A/M等多种。本电路为UM3758—108A，它有十个地址端，八个数据端，后缀A表示它是一种具有锁存功能的编码器。

38. UM3758—108A的主要参数为：工作电压范围为3~12V；接受输入信号（IN）高电平的最小值为4V，低电平的最大值为2V，高电平UIH=(UDD–0.5V)~UDD；输入低电平UIL=0~0.5V；输出高电平UOH= (UDD–0.5V)~UDD；，输出低电平UOL=0~1V；数据端输出电流为10mA(电平在UDD/2时)；TX/RX端输出电流可达―40mA或+20mA；工作时钟频率一般为： fosc=160KHZ，可按fosc=1/（0.5RC）来估算；发送编码脉冲频率为fosc/16，发编码周期为6个16/fosc。

39. CD4068是一片八输入端“与/与非”双功能集成门电路，它既可作为“与”门，又可作为“与非”门使用。当以第一脚作为输出端时是八输入端与门电路；当以第（13）脚作为输出端时是“与非”门电路。在抢答者手持的发射电路中，VT1用9014，VT2用8050，β≥80。变压器T用S127型中频变压器骨架绕制，L2用0.65mm的漆包线在8mm线圈子架上绕10圈，L3用0.25mm的漆包线在8mm线圈子架上绕8圈。L4用0.65mm的漆包线绕3圈。

40. 在发射编码电路中，编码开关SA1~ SA8既作为编码开关，又作为编码器的电源控制开关，它通过一个接在编码电路的USS端与地之间的八输入端与门Y来控制电源的接通与断开。常态下，编码开关SA1~SA8处于断开状态，D0~D8为高电平与门CD4068的输出端Y为高电平，USS与地之间处于断开状态。当按下编码开关时，与门Y输出低电平，使USS与地接通，编码器开始工作并输出编制码信号。松开按键后，编码器断电，停止工作。

41. 5.2 遥控抢答开关兼调频无线话筒信号的接收 • 在如图9(b)所示的遥控抢答开关兼调频无线话筒信号的接收电路中，TDA7010T为调频无线接收集成芯片。当它接收到发射机发送来的调频信号时，通过其内部放大、解调处理后由第②脚输出解调信号，其中地址码信号经译码集成电路UM3758―108A的第（22）脚送到IN输入端，语音信号经C15耦合，送入语音放大集成电路LM386。

43. 图9 遥控抢答开关兼调频无线话筒组合

44. 译码集成电路UM3758―108A将TX/RX端接地，呈译码工作状态。假设这时发射机的编码器按下SA1编码键，则接收译码集成电路UM3758―108A的D0输出低电平。这一低电平经开关SA加至非门F1的输入端，它的输出端输出高电平使VD1截止。由F2、F3与R6、C16组成的低频振荡器和由F4、F5与R8、C17组成的高频振荡器开始振荡，通过压电蜂鸣器发出呼叫信号。译码集成电路UM3758―108A将TX/RX端接地，呈译码工作状态。假设这时发射机的编码器按下SA1编码键，则接收译码集成电路UM3758―108A的D0输出低电平。这一低电平经开关SA加至非门F1的输入端，它的输出端输出高电平使VD1截止。由F2、F3与R6、C16组成的低频振荡器和由F4、F5与R8、C17组成的高频振荡器开始振荡，通过压电蜂鸣器发出呼叫信号。

45. 译码集成电路UM3758―108A的D0输出低电平信号还通过R3加到晶体管VT的基极使其导通，晶体管VT的导通将语音放大集成电路LM386的电源负极接通进入工作状态。由TDA7010T的输出端第②脚输出的语音信号经C15耦合到语音放大集成电路LM386，经功率放大后由扬声器发出。使用时，应先由抢答者根据自已的编号按下编码发射键，使其分机与主机接通，获得主持人允许后，再对着话筒进行语音回答。译码集成电路UM3758―108A的D0输出低电平信号还通过R3加到晶体管VT的基极使其导通，晶体管VT的导通将语音放大集成电路LM386的电源负极接通进入工作状态。由TDA7010T的输出端第②脚输出的语音信号经C15耦合到语音放大集成电路LM386，经功率放大后由扬声器发出。使用时，应先由抢答者根据自已的编号按下编码发射键，使其分机与主机接通，获得主持人允许后，再对着话筒进行语音回答。

46. 需要注意的是：当抢答者按下的抢答键松开后，虽然抢答者手持的发射机中的编码器停止了工作，但主持人手持的接收机中的译码器输出端D0~D7（D0~D7分别接图1电路中的S1~S7）的状态已被锁存，直到抢答者再次抢答时D0~D7的状态才会改变。主持人手持的接收机采用这种工作方式可以避免其扬声器伴随有编码的“嗒嗒”声，因此，主持人手持的接收机听到抢答呼叫后，应将SA开关断开，以避免扬声器的蜂鸣声影响抢答者讲话。需要注意的是：当抢答者按下的抢答键松开后，虽然抢答者手持的发射机中的编码器停止了工作，但主持人手持的接收机中的译码器输出端D0~D7（D0~D7分别接图1电路中的S1~S7）的状态已被锁存，直到抢答者再次抢答时D0~D7的状态才会改变。主持人手持的接收机采用这种工作方式可以避免其扬声器伴随有编码的“嗒嗒”声，因此，主持人手持的接收机听到抢答呼叫后，应将SA开关断开，以避免扬声器的蜂鸣声影响抢答者讲话。

47. 在主持人手持的接收机中，F1~F5为CC4069，蜂鸣器可用压电陶瓷片，VD1、VD2用IN4148，L用0.65mm的漆包线在4mm线圈子架上绕8圈。在主持人手持的接收机中，F1~F5为CC4069，蜂鸣器可用压电陶瓷片，VD1、VD2用IN4148，L用0.65mm的漆包线在4mm线圈子架上绕8圈。 • 将发射机与接收机的电源接通，首先将发射机的编码键按下（例如将其中的SA1键按下，调整1号发射电路），将1号发射机的S1接译码集成电路UM3758―108A的D0输出端，调整调频无线接收集成芯片TDA7010T的C11，使蜂鸣器发声即可。接着将发射机、接收机拉开距离，调节发射机中的L2和RP3，使效果最好。