紅外通信裝置 通信工程課程設計報告

濟南大學實訓報告專業(yè)技能實訓報告題目制作簡易紅外通信裝置學院信息科學與工程學院專業(yè)通信工程班級學生學號指導教師二〇一四年一月六日目錄308081前言 151951.1系統(tǒng)設計簡要說明 1100922系統(tǒng)方案 2118472.1方案比較與選擇 2147032.1.1語音采集模塊 2224002.1.2運算放大模塊 288662.1.3脈寬調(diào)制模塊 2259602.1.4語音輸出模塊 2133202.1.5溫度傳感模塊 3145942.2方案描述 3303222.3理論分析與計算 3154152.3.1通信原理分析 318232.3.2提高轉(zhuǎn)發(fā)器效率方法 3200793電路與程序設計 4190263.1總體電路圖 4172483.2電路設計 4111353.2.1運算放大模塊 4278953.2.2紅外發(fā)送接收模塊 581963.2.3語音輸出模塊 5127263.3程序設計 521824測試方案與測試結(jié)果 7315034.1測試方案 7118904.2測試數(shù)據(jù) 7254714.3測試結(jié)果記錄 7179615實訓結(jié)語 82666參考文獻 925565附錄 1025618部分源代碼 10--15-- 濟南大學實訓報告--0-- 1前言1.1系統(tǒng)設計簡要說明隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生活的遙控系統(tǒng)開始進入了人們的生活。傳統(tǒng)的遙控器采用專用的遙控編碼及解碼集成電路，這種方法雖然制作簡單、容易，但由于功能鍵數(shù)及功能受到特定的限制，只實用于某一專用電器產(chǎn)品的應用，應用范圍受到限制。而采用單片機進行遙控系統(tǒng)的應用設計，具有編程靈活多樣、操作碼個數(shù)可隨便設定等優(yōu)點。本系統(tǒng)設計紅外光通信裝置，主要由前置電路模塊、脈寬調(diào)制模塊、紅外發(fā)送接收模塊、中級轉(zhuǎn)發(fā)模塊和語音輸出模塊五部分組成。采用STM32作為主控制器進行A/D采集，脈寬調(diào)制，并控制數(shù)據(jù)傳送，LM358主要作為前置電路放大器，18B20芯片感應環(huán)境溫度，LM386模塊進行功率放大。系統(tǒng)設計基本上實現(xiàn)了紅外光通信，完成了語音信號傳輸?shù)墓δ堋TM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARMCortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當于0.5mA/MHz。DS18B20，常用的溫度傳感器，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點。

2系統(tǒng)方案2.1方案比較與選擇2.1.1語音采集模塊方案一：采用駐極體麥克風，由于駐極體麥克風體積小、頻率范圍寬和價格優(yōu)勢的特點而廣泛應用于各種聲控電路中。并且輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設置一個場效應管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。方案二：采用硅微麥克風，硅微麥克風基于CMOSMEMS技術(shù)，體積更小。其一致性優(yōu)于駐極體麥克風，所以MEMS麥克風特別適合高性價比的麥克風陣列應用。但硅微麥克風是一個新興的朝陽產(chǎn)業(yè)，尚在發(fā)展，價格比較高。綜合比較，選擇方案一。2.1.2運算放大模塊方案一：LM358是內(nèi)部有兩個獨立的、頻率補償?shù)碾p運算放大器，能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高增益，同時適用于單、雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。方案二：OP07芯片是一種雙極性運算放大器，具有輸入偏置電流低和開環(huán)增益高的特點，因為具有非常低的輸入失調(diào)電壓，不需要額外的調(diào)零措施，但OP07用單電源供電放大倍數(shù)太小，不方便使用。綜合比較，基于單電源供電和經(jīng)濟考慮，選擇方案一。2.1.3脈寬調(diào)制模塊方案一：采用KA7500B芯片。KA7500內(nèi)含兩個PWM控制器，其輸出端可以接成共發(fā)射極和射極跟隨器兩種形式，可以選擇雙端推挽輸出或者單端推挽輸出，但控制復雜，存在死角問題，且價格較高。方案二：采用STM32來編程實現(xiàn)脈寬調(diào)制，利用定時器將模擬信號抽樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號。STM32有實時響應中斷及中斷優(yōu)先級系統(tǒng)，具有低電壓和低功耗兩大優(yōu)點，適合對紅外收發(fā)的控制。綜合比較，選擇方案二。2.1.4語音輸出模塊方案一：使用LM1875進行功率放大，LM1875使用20~60V供電，驅(qū)動4歐或8歐的負載，具有低失真度和高品質(zhì)性能，主要用于單聲道40W高保真放大電路，內(nèi)部具有欠壓、過壓、短路、熱失控、瞬時音響峰值保護電路等諸多優(yōu)點，因此在使用過程中不易損壞。但由于供電需求太高，電路設計達不到要求，不方便使用。方案二：使用LM386對音頻信號進行功率放大，LM386是專為低損耗電源所設計的功率放大器集成電路，其增益最高可達200，且失真低，適合應用于本音頻功放模塊。綜合比較，選擇方案二。2.1.5溫度傳感模塊方案一：采用AD590模擬數(shù)字傳感器，特別適合遠程檢測應用，其輸出電流與絕對溫度成比例，適用于150度以下溫度的測量，由于模擬信號傳入微處理器中還需進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換再處理，實現(xiàn)起來較為麻煩。方案二：采用18B20數(shù)字溫度傳感器來測量溫度，18B20有獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需一條口線即可實現(xiàn)雙向通訊，其測量范圍－55℃～+125℃，符合本電路測溫要求，并且單線接口方式能為微處理器節(jié)省接口。綜合比較，選擇方案二。2.2方案描述通過駐極體麥克風將語音信號采集并轉(zhuǎn)變成模擬信號輸入到電路中，通過LM358運算放大器把信號放大到1~10倍之內(nèi)，將信號進行偏置。同時利用18B20測試環(huán)境溫度。利用STM32采集數(shù)據(jù)，并進行脈寬調(diào)制后通過紅外發(fā)送管來傳輸信號，接收管收到信號后，進行放大、濾波、隔直處理，最后通過功放電路，實現(xiàn)語音輸出。2.3理論分析與計算2.3.1通信原理分析在發(fā)送電路中將語音信號通過脈寬調(diào)制模塊調(diào)制成PWM波并發(fā)送，PWM波是占空比可調(diào)的脈沖波形，即將正弦波用一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖來代替。脈沖寬度調(diào)制內(nèi)有比較器和周期鋸齒波發(fā)生器，語音信號如果大于鋸齒波信號，比較器輸出恒定正電壓值，否則輸出0V。2.3.2提高轉(zhuǎn)發(fā)器效率方法用多個二極發(fā)光管一起發(fā)送，增強了發(fā)送功率，可以利用發(fā)送功率來維持中繼轉(zhuǎn)發(fā)器工作，提高轉(zhuǎn)發(fā)器效率。因為話音信號大部分是小信號，將電路設計成沒有話音信號時呈低電平，即消耗功率為零，也提高了轉(zhuǎn)發(fā)器的效率。3電路與程序設計3.1總體電路圖圖3.1總體電路圖3.2電路設計3.2.1運算放大模塊拾音器將話音信號采集并輸入到電路中，由于拾音器的電壓信號較為微弱，需要將信號進行放大，經(jīng)過LM358運算放大器的放大后，接入STM32，用一個LM358芯片作為跟隨器減小后級的輸出阻抗。圖3.2前置模塊電路圖3.2.2紅外發(fā)送接收模塊圖3.3紅外發(fā)送接收模塊3.2.3語音輸出模塊當紅外接收模塊將接收到的信號進行處理后，在后級再加入一路增益為200的功率放大模塊來增強語音信號，根據(jù)LM386的200增益對應的標準電路（如下圖）我們最終實現(xiàn)了合適語音輸出。圖3.4語音輸出模塊電路圖3.3程序設計程序源代碼見附錄圖3.5程序流程圖

4測試方案與測試結(jié)果4.1測試方案在接收裝置沒有靜噪功能的情況下，將語音信號改為800Hz單音信號，在8Ω電阻負載上，測量接收裝置的輸出電壓有效值；減少發(fā)射端輸入信號的幅值至0V，測量此時接收裝置輸出端噪聲電壓。4.2測試數(shù)據(jù)在800Hz單音信號、8Ω電阻負載的條件下，測量的接收裝置輸出電壓為0.64V。將輸入信號幅值減少至0V，測量的接收裝置輸出端噪聲電壓為0.07V。4.3測試結(jié)果記錄在800Hz單音信號、8Ω電阻負載的條件下，測量的接收裝置輸出電壓為0.79V，符合輸出電壓有效值不小于0.4V的要求；將輸入信號幅值減少至0V，測量的接收裝置輸出端噪聲電壓為0.08V，符合讀書不大于0.1V的要求。因此接收的語音信號無明顯失真。

5實訓結(jié)語經(jīng)過這段時間不間斷的努力，我終于完成了紅外光通信設置的各項要求，利用紅外發(fā)光管和紅外光接收模式作為收發(fā)器件，進行定向的傳輸，接收到的聲音沒有明顯的失真。通過這次實訓，不僅豐富了我的理論知識，而且使我的動手實踐能力得到了提高，更激發(fā)了我的創(chuàng)新精神。在這今后的人生道路上無疑是一筆寶貴的財富，受益匪淺。為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 由于自身水平有限，設計中一定存在很多不足之處，敬請各位老師批評指正。最后感謝邦杰公司和學校老師給我鍛煉的機會，這次難忘的經(jīng)歷必將使我受益終生。

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附錄部分源代碼Main.c#include"stm32f10x.h"#include"usart1.h"#include"adc.h"#include"Time_test.h"u32flag;u32f=0;volatileu32time=0;volatileu32time1=0;/*ADC1轉(zhuǎn)換的電壓值通過MDA方式傳到SRAM*/extern__IOuint16_tADC_ConvertedValue;/*局部變量，用于保存轉(zhuǎn)換計算后的電壓值*/ floatADC_ConvertedValueLocal;/*軟件延時*/voidDelay(__IOuint32_tnCount){for(;nCount!=0;nCount--);}intmain(void){SystemInit(); /*USART1config*/ USART1_Config(); /*enableadc1andconfigadc1todmamode*/ ADC1_Init(); /*TIM2定時配置*/ TIM2_NVIC_Configuration();TIM2_Configuration();TIM3_NVIC_Configuration();/*TIM2開始計時*/ START_TIME; STOP_TIME3; while(1) {}}Time_test.c#include"Time_test.h"voidTIM2_NVIC_Configuration(void){NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=4; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}voidTIM3_NVIC_Configuration(void){NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_0); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}/*TIM_Period--1000TIM_Prescaler--71-->中斷周期為125us*/voidTIM2_Configuration(void){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);TIM_DeInit(TIM2);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=125; /*自動重裝載寄存器周期的值(計數(shù)值),中斷間隔125us*//*累計TIM_Period個頻率后產(chǎn)生一個更新或者中斷*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=(56-1); /*時鐘預分頻數(shù)72M/72*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; /*采樣分頻*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/*向上計數(shù)模式*/TIM_TimeBaseInit(TIM2,&TIM_TimeBaseStructure);TIM_ClearFlag(TIM2,TIM_FLAG_Update); /*清除溢出中斷標志*/TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM2,DISABLE); /*開啟時鐘*/}voidTIM3_Configuration(u32top){TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);TIM_DeInit(TIM3);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=top; /*自動重裝載寄存器周期的值(計數(shù)值),中斷間隔125us*//*累計TIM_Period個頻率后產(chǎn)生一個更新或者中斷*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=26; /*時鐘預分頻數(shù)56M/56*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; /*采樣分頻*/TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/*向上計數(shù)模式*/TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);TIM_ClearFlag(TIM3,TIM_FLAG_Update); /*清除溢出中斷標志*/TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); /*開啟時鐘*/}usart1.c#include"usart1.h"#include"misc.h"voidUSART1_Config(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; USART_InitTypeDefUSART_InitStructure; /*configUSART1clock*/ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); /*USART1GPIOconfig*/ /*ConfigureUSART1Tx(PA.09)asalternatefunctionpush-pull*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); /*ConfigureUSART1Rx(PA.10)asinputfloating*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); /*USART1modeconfig*/ USART_InitStructure.USART_BaudRate=115200; USART_InitStructure.USART_WordLength=USART_WordLength_8b; USART_InitStructure.USART_StopBits=USART_StopBits_1; USART_InitStructure.USART_Parity=USART_Parity_No; USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None; USART_InitStructure.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx; USART_Init(USART1,&USART_InitStructure); USART_Cmd(USART1,ENABLE);}voidNVIC_Configuration(void){ NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; /*ConfiguretheNVICPreemptionPriorityBits*/