莫尔斯电码发生器及光传输实验装置设计

李福斌

（南京江宁高等职业技术学校，江苏 南京 211100）

1 功能说明

莫尔斯电码发生器及光传输装置可根据按键发出0～9的莫尔斯电码，通过红外发光二级管和光电二极管模拟传输过程，利用NE555和LM567实现通信调制和解调。

莫尔斯电码的工作过程分为3步。首先，按下电键判断低频信号发生器是否振荡；其次，利用一个高频载波调制信号；最后，将功率放大器放大后的信号经天线发射出去。在接收端,接收到的信号经检波器得到低频信号，根据低频信号的有无组成排列信息进行译码。

2 莫尔斯电码发生器及光传输实验装置的组成及各部分的功能

莫尔斯电码发生器及光传输实验装置由莫尔斯电码发生部分、调制载波发生部分、红外光发射部分、光电二极管接收部分以及锁相环解调电路等组成[1]，电路原理如图1所示。

2.1 莫尔斯电码发生部分

通电后，按下按键K1～K10，单片机P3.7引脚根据莫尔斯电码标准发出与0～9码相应的高低电平信号。K11和K12分别调试长码和方波，按键电路如图2所示。

2.2 调制载波产生部分

NE555振荡器输出300 Hz～1.3 kHz的信号。调节可变电阻器W1可以使振荡频率在500 Hz左右，利于锁相环解调[2]。NE555振荡器电路如图3所示。

2.3 红外光发射及光电二极管接收部分

红外发光二极管和光电二极管实现无线传输，一个LM358运算放大器构成光电二极管跨阻放大器，另一个运算放大器构成有源低通滤波器。红外光发射及光电二极管接收电路如图4所示。

2.4 锁相环解调电路

LM567输入信号幅度超过25 mV，频率在本地振荡器频率附近时，电路可能进入锁相，输出低电平信号，表示检测到特定的频率信号，从而实现解调，此时D2灭。没有信号或没有锁相时，LM567输出高电平，D2亮。发送电码时，D2闪亮。锁相环解调电路如图5所示。

3 特殊元器件及芯片介绍

3.1 红外发射，接收二极管（左透明为发射管，右黑色为接收管）

红外通信在人们生活和工作的各个领域得到了广泛应用。它利用红外技术点对点的通信方式，通信距离较短。红外系统一般由发射和接收两个部分组成。红外发射系统将信号调制后发射出去，红外接收系统通过光学装置接收信号并解调信号，实现相应的电路功能。

图1 电路原理图

图2 按键电路

图3 NE555振荡器电路

红外发射器大多数使用由Ga和As等材料制成的红外发射二极管。二极管上通过的电流越大，发射强度越大，传输的距离越远，但发射的角度越小。红外发光二极管和普通发光二极管外形基本相同，一般有透明、黑色以及蓝色3种，波长在940 nm左右。

光敏二极管常常作为红外接收管，利用光电效应中的光伏特效工作。实际应用中，光敏二极管的工作状态与发光二极管相反。光敏二极管两端加上反偏电压正常工作后，电路才能接收到红外信号。红外接收二极管的外形一般是黑色圆形和方形。

3.2 AT89C2051

AT89C2051为20引脚小型封装，具有2K内部程序存储器和15个可编程I/O口线，没有P0口和P2口的16根I/O线，内部集成了一个模拟比较器。AT89C2051芯片中，P1口是8位双向I/O口，在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。P3口除了接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号，还用于实现AT89C2051的其他各种功能，具体如表1所示。

图4 红外光发射及光电二极管接收电路

图5 锁相环解调电路

表1 AT89C2051芯片P3口功能表

AT89C2051芯片具有复位功能，当RST为高电平时，所有的I/O引脚复位到“1”。XTAL1和XTAL2分别为内部振荡电路反相放大器的输入端和输出端。AT89C2051没有提供外部扩展功能。

3.3 NE555

NE555振荡器作为系统的定时器，是一种有记忆功能的器件，既可以接成施密特触发器，又可以接成单稳态触发器和多谐振荡器。引脚中，1引脚和8引脚分别是接地端和电源端；2引脚为低电平触发端，引脚上的电压低于电源电压的1/3时触发；3引脚是NE555的输出端，电流可达到2 000 mA；4引脚是强制复位端，不使用的情况下接电源正极或悬空；5引脚是控制端，主要用来调节比较器的基准电压，不用时接电容器或悬空；6引脚是高电平触发端，引脚上的电压高于电源电压的2/3时触发；7引脚是NE555的放电端。

3.4 LM358

LM358是通用双运算放大器，内部包括2个高增益、内部频率补偿以及相互独立的运算放大器，既适用于单电源3～30 V工作模式，也适用于双电源±1.5～±15 V工作模式。

3.5 LM567

LM567是通用锁相环电路音调译码器[4]。引脚如图7所示，1脚为输出滤波端，2脚为回路滤波端，3脚为信号输入端，4脚为正电源端，5脚为定时电阻端，6脚为定时电容端，7脚为接地端，8脚为输出端。

图7 LM567芯片引脚图

信号从3脚输入，当输入幅度≥25 mV时，8脚由高电平变成低电平，此时2脚输出经频率/电压变换的调制信号；若2脚输入音频信号，则5脚输出调频方波信号，此信号是2脚输入调制信号调制后产生的。

4 结 论

随着现代科技的飞速发展，各种高科技层出不穷。莫尔斯电码由于电路结构简单、成本低等特点被广泛使用，具有重要的研究价值。