莫爾斯電碼發生器及光傳輸實驗裝置設計

李福斌

（南京江寧高等職業技術學校，江蘇 南京 211100）

1 功能說明

莫爾斯電碼發生器及光傳輸裝置可根據按鍵發出0～9的莫爾斯電碼，通過紅外發光二級管和光電二極管模擬傳輸過程，利用NE555和LM567實現通信調制和解調。

莫爾斯電碼的工作過程分為3步。首先，按下電鍵判斷低頻信號發生器是否振蕩；其次，利用一個高頻載波調制信號；最后，將功率放大器放大后的信號經天線發射出去。在接收端,接收到的信號經檢波器得到低頻信號，根據低頻信號的有無組成排列信息進行譯碼。

2 莫爾斯電碼發生器及光傳輸實驗裝置的組成及各部分的功能

莫爾斯電碼發生器及光傳輸實驗裝置由莫爾斯電碼發生部分、調制載波發生部分、紅外光發射部分、光電二極管接收部分以及鎖相環解調電路等組成[1]，電路原理如圖1所示。

2.1 莫爾斯電碼發生部分

通電后，按下按鍵K1～K10，單片機P3.7引腳根據莫爾斯電碼標準發出與0～9碼相應的高低電平信號。K11和K12分別調試長碼和方波，按鍵電路如圖2所示。

2.2 調制載波產生部分

NE555振蕩器輸出300 Hz～1.3 kHz的信號。調節可變電阻器W1可以使振蕩頻率在500 Hz左右，利于鎖相環解調[2]。NE555振蕩器電路如圖3所示。

2.3 紅外光發射及光電二極管接收部分

紅外發光二極管和光電二極管實現無線傳輸，一個LM358運算放大器構成光電二極管跨阻放大器，另一個運算放大器構成有源低通濾波器。紅外光發射及光電二極管接收電路如圖4所示。

2.4 鎖相環解調電路

LM567輸入信號幅度超過25 mV，頻率在本地振蕩器頻率附近時，電路可能進入鎖相，輸出低電平信號，表示檢測到特定的頻率信號，從而實現解調，此時D2滅。沒有信號或沒有鎖相時，LM567輸出高電平，D2亮。發送電碼時，D2閃亮。鎖相環解調電路如圖5所示。

3 特殊元器件及芯片介紹

3.1 紅外發射，接收二極管（左透明為發射管，右黑色為接收管）

紅外通信在人們生活和工作的各個領域得到了廣泛應用。它利用紅外技術點對點的通信方式，通信距離較短。紅外系統一般由發射和接收兩個部分組成。紅外發射系統將信號調制后發射出去，紅外接收系統通過光學裝置接收信號并解調信號，實現相應的電路功能。

圖1 電路原理圖

圖2 按鍵電路

圖3 NE555振蕩器電路

紅外發射器大多數使用由Ga和As等材料制成的紅外發射二極管。二極管上通過的電流越大，發射強度越大，傳輸的距離越遠，但發射的角度越小。紅外發光二極管和普通發光二極管外形基本相同，一般有透明、黑色以及藍色3種，波長在940 nm左右。

光敏二極管常常作為紅外接收管，利用光電效應中的光伏特效工作。實際應用中，光敏二極管的工作狀態與發光二極管相反。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。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內部程序存儲器和15個可編程I/O口線，沒有P0口和P2口的16根I/O線，內部集成了一個模擬比較器。AT89C2051芯片中，P1口是8位雙向I/O口，在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數據。P3口除了接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號，還用于實現AT89C2051的其他各種功能，具體如表1所示。

圖4 紅外光發射及光電二極管接收電路

圖5 鎖相環解調電路

表1 AT89C2051芯片P3口功能表

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

3.3 NE555

NE555振蕩器作為系統的定時器，是一種有記憶功能的器件，既可以接成施密特觸發器，又可以接成單穩態觸發器和多諧振蕩器。引腳中，1引腳和8引腳分別是接地端和電源端；2引腳為低電平觸發端，引腳上的電壓低于電源電壓的1/3時觸發；3引腳是NE555的輸出端，電流可達到2 000 mA；4引腳是強制復位端，不使用的情況下接電源正極或懸空；5引腳是控制端，主要用來調節比較器的基準電壓，不用時接電容器或懸空；6引腳是高電平觸發端，引腳上的電壓高于電源電壓的2/3時觸發；7引腳是NE555的放電端。

3.4 LM358

LM358是通用雙運算放大器，內部包括2個高增益、內部頻率補償以及相互獨立的運算放大器，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是通用鎖相環電路音調譯碼器[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腳為信號輸入端，4腳為正電源端，5腳為定時電阻端，6腳為定時電容端，7腳為接地端，8腳為輸出端。

圖7 LM567芯片引腳圖

信號從3腳輸入，當輸入幅度≥25 mV時，8腳由高電平變成低電平，此時2腳輸出經頻率/電壓變換的調制信號；若2腳輸入音頻信號，則5腳輸出調頻方波信號，此信號是2腳輸入調制信號調制后產生的。

4 結 論

隨著現代科技的飛速發展，各種高科技層出不窮。莫爾斯電碼由于電路結構簡單、成本低等特點被廣泛使用，具有重要的研究價值。