红外通信装置通信工程课程设计报告.docx
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红外通信装置通信工程课程设计报告
专业技能实训报告
题目制作简易红外通信装置
学院信息科学与工程学院
专业通信工程
班级
学生
学号
指导教师
二〇一四年一月六日
1前言
1.1系统设计简要说明
随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的遥控系统开始进入了人们的生活。
传统的遥控器采用专用的遥控编码及解码集成电路，这种方法虽然制作简单、容易，但由于功能键数及功能受到特定的限制，只实用于某一专用电器产品的应用，应用范围受到限制。
而采用单片机进行遥控系统的应用设计，具有编程灵活多样、操作码个数可随便设定等优点。
本系统设计红外光通信装置，主要由前置电路模块、脉宽调制模块、红外发送接收模块、中级转发模块和语音输出模块五部分组成。
采用STM32作为主控制器进行A/D采集，脉宽调制，并控制数据传送，LM358主要作为前置电路放大器，18B20芯片感应环境温度，LM386模块进行功率放大。
系统设计基本上实现了红外光通信，完成了语音信号传输的功能。
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。
按性能分成两个不同的系列：
STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。
增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。
两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。
时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。
DS18B20，常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。
2系统方案
2.1方案比较与选择
2.1.1语音采集模块
方案一：
采用驻极体麦克风，由于驻极体麦克风体积小、频率范围宽和价格优势的特点而广泛应用于各种声控电路中。
并且输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。
方案二：
采用硅微麦克风，硅微麦克风基于CMOSMEMS技术，体积更小。
其一致性优于驻极体麦克风，所以MEMS麦克风特别适合高性价比的麦克风阵列应用。
但硅微麦克风是一个新兴的朝阳产业，尚在发展，价格比较高。
综合比较，选择方案一。
2.1.2运算放大模块
方案一：
LM358是内部有两个独立的、频率补偿的双运算放大器，能在很宽的电源电压范围内实现高增益，同时适用于单、双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。
方案二：
OP07芯片是一种双极性运算放大器，具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，因为具有非常低的输入失调电压，不需要额外的调零措施，但OP07用单电源供电放大倍数太小，不方便使用。
综合比较，基于单电源供电和经济考虑，选择方案一。
2.1.3脉宽调制模块
方案一：
采用KA7500B芯片。
KA7500内含两个PWM控制器，其输出端可以接成共发射极和射极跟随器两种形式，可以选择双端推挽输出或者单端推挽输出，但控制复杂，存在死角问题，且价格较高。
方案二：
采用STM32来编程实现脉宽调制，利用定时器将模拟信号抽样转化成数字信号。
STM32有实时响应中断及中断优先级系统，具有低电压和低功耗两大优点，适合对红外收发的控制。
综合比较，选择方案二。
2.1.4语音输出模块
方案一：
使用LM1875进行功率放大，LM1875使用20~60V供电，驱动4欧或8欧的负载，具有低失真度和高品质性能，主要用于单声道40W高保真放大电路，内部具有欠压、过压、短路、热失控、瞬时音响峰值保护电路等诸多优点，因此在使用过程中不易损坏。
但由于供电需求太高，电路设计达不到要求，不方便使用。
方案二：
使用LM386对音频信号进行功率放大，LM386是专为低损耗电源所设计的功率放大器集成电路，其增益最高可达200，且失真低，适合应用于本音频功放模块。
综合比较，选择方案二。
2.1.5温度传感模块
方案一：
采用AD590模拟数字传感器，特别适合远程检测应用，其输出电流与绝对温度成比例，适用于150度以下温度的测量，由于模拟信号传入微处理器中还需进行模拟数字转换再处理，实现起来较为麻烦。
方案二：
采用18B20数字温度传感器来测量温度，18B20有独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需一条口线即可实现双向通讯，其测量范围－55℃～+125℃，符合本电路测温要求，并且单线接口方式能为微处理器节省接口。
综合比较，选择方案二。
2.2方案描述
通过驻极体麦克风将语音信号采集并转变成模拟信号输入到电路中，通过LM358运算放大器把信号放大到1~10倍之内，将信号进行偏置。
同时利用18B20测试环境温度。
利用STM32采集数据，并进行脉宽调制后通过红外发送管来传输信号，接收管收到信号后，进行放大、滤波、隔直处理，最后通过功放电路，实现语音输出。
2.3理论分析与计算
2.3.1通信原理分析
在发送电路中将语音信号通过脉宽调制模块调制成PWM波并发送，PWM波是占空比可调的脉冲波形，即将正弦波用一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲来代替。
脉冲宽度调制内有比较器和周期锯齿波发生器，语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出恒定正电压值，否则输出0V。
2.3.2提高转发器效率方法
用多个二极发光管一起发送，增强了发送功率，可以利用发送功率来维持中继转发器工作，提高转发器效率。
因为话音信号大部分是小信号，将电路设计成没有话音信号时呈低电平，即消耗功率为零，也提高了转发器的效率。
3电路与程序设计
3.1总体电路图
图3.1总体电路图
3.2电路设计
3.2.1运算放大模块
拾音器将话音信号采集并输入到电路中，由于拾音器的电压信号较为微弱，需要将信号进行放大，经过LM358运算放大器的放大后，接入STM32，用一个LM358芯片作为跟随器减小后级的输出阻抗。
图3.2前置模块电路图
3.2.2红外发送接收模块
图3.3红外发送接收模块
3.2.3语音输出模块
当红外接收模块将接收到的信号进行处理后，在后级再加入一路增益为200的功率放大模块来增强语音信号，根据LM386的200增益对应的标准电路（如下图）我们最终实现了合适语音输出。
图3.4语音输出模块电路图
3.3程序设计
程序源代码见附录
图3.5程序流程图
4测试方案与测试结果
4.1测试方案
在接收装置没有静噪功能的情况下，将语音信号改为800Hz单音信号，在8Ω电阻负载上，测量接收装置的输出电压有效值；减少发射端输入信号的幅值至0V，测量此时接收装置输出端噪声电压。
4.2测试数据
在800Hz单音信号、8Ω电阻负载的条件下，测量的接收装置输出电压为0.64V。
将输入信号幅值减少至0V，测量的接收装置输出端噪声电压为0.07V。
4.3测试结果记录
在800Hz单音信号、8Ω电阻负载的条件下，测量的接收装置输出电压为0.79V，符合输出电压有效值不小于0.4V的要求；将输入信号幅值减少至0V，测量的接收装置输出端噪声电压为0.08V，符合读书不大于0.1V的要求。
因此接收的语音信号无明显失真。
5实训结语
经过这段时间不间断的努力，我终于完成了红外光通信设置的各项要求，利用红外发光管和红外光接收模式作为收发器件，进行定向的传输，接收到的声音没有明显的失真。
通过这次实训，不仅丰富了我的理论知识，而且使我的动手实践能力得到了提高，更激发了我的创新精神。
在这今后的人生道路上无疑是一笔宝贵的财富，受益匪浅。
为今后的发展打下了良好的基础。
由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。
最后感谢邦杰公司和学校老师给我锻炼的机会，这次难忘的经历必将使我受益终生。
参考文献
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10-25
附录
部分源代码
Main.c
#include"stm32f10x.h"
#include"usart1.h"
#include"adc.h"
#include"Time_test.h"
u32flag;
u32f=0;
volatileu32time=0;
volatileu32time1=0;
/*ADC1转换的电压值通过MDA方式传到SRAM*/
extern__IOuint16_tADC_ConvertedValue;
/*局部变量，用于保存转换计算后的电压值*/
floatADC_ConvertedValueLocal;
/*软件延时*/
voidDelay（__IOuint32_tnCount）
{
for（;nCount!
=0;nCount--）;
}
intmain（void）
{
SystemInit（）;
/*USART1config*/
USART1_Config（）;
/*enableadc1andconfigadc1todmamode*/
ADC1_Init（）;
/*TIM2定时配置*/
TIM2_NVIC_Configuration（）;
TIM2_Configuration（）;
TIM3_NVIC_Configuration（）;
/*TIM2开始计时*/
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-->中断周期为125us*/
voidTIM2_Configuration（void）
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE）;
TIM_DeInit（TIM2）;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=125;/*自动重装载寄存器周期的值（计数值）,中断间隔125us*/
/*累计TIM_Period个频率后产生一个更新或者中断*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=（56-1）;/*时钟预分频数72M/72*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;/*采样分频*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/*向上计数模式*/
TIM_TimeBaseInit（TIM2,&TIM_TimeBaseStructure）;
TIM_ClearFlag（TIM2,TIM_FLAG_Update）;/*清除溢出中断标志*/
TIM_ITConfig（TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE）;
TIM_Cmd（TIM2,DISABLE）;/*开启时钟*/
}
voidTIM3_Configuration（u32top）
{
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE）;
TIM_DeInit（TIM3）;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=top;/*自动重装载寄存器周期的值（计数值）,中断间隔125us*/
/*累计TIM_Period个频率后产生一个更新或者中断*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=26;/*时钟预分频数56M/56*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;/*采样分频*/
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/*向上计数模式*/
TIM_TimeBaseInit（TIM3,&TIM_TimeBaseStructure）;
TIM_ClearFlag（TIM3,TIM_FLAG_Update）;/*清除溢出中断标志*/
TIM_ITConfig（TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE）;
TIM_Cmd（TIM3,DISABLE）;/*开启时钟*/
}
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*/
NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_0）;
/*EnabletheUSARTyInterrupt*/
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;
}
/*重定向c库函数printf到USART1*/
intfputc（intch,FILE*f）
{
/*将Printf内容发往串口*/
USART_SendData（USART1,（unsignedchar）ch）;
while（!
（USART1->SR&USART_FLAG_TXE））;
return（ch）;
}
Adc.c
voidADC1_Init（void）
{
ADC1_GPIO_Config（）;
ADC1_Mode_Config（）;
}
SysTick.c
#include"SysTick.h"
static__IOu32TimingDelay;
/*启动系统滴答定时器SysTick*/
voidSysTick_Init（void）
{
/*SystemFrequency/1000=560001ms中断一次,表示5600个时钟周期中断一次，其中时钟周期为1/56000000hz
*SystemFrequency/10000010us中断一次
*SystemFrequency/10000001us中断一次
*/
if（SysTick_Config（SystemCoreClock/5000000））
{
/*Captureerror*/
while
（1）;
}
}
voidDelay_us（__IOu32nTime）
{
TimingDelay=nTime;
while（TimingDelay!
=0）;
}
voidTimingDelay_Decrement（void）
{
if（TimingDelay!
=0x00）
{
TimingDelay--;
}
}
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