红外光通信装置-电赛报告
2013年全国大学生电子设计竞赛
红外光通信装置（F题）
【本科组】
2013年9月6日
目录
摘要 (3)
1.系统方案设计 (5)
1.1设计任务 (5)
1.2方案的设计与论证 (5)
1.2.1红外光通信装置总体方案设计 (5)
1.2.2单片机模块的选择 (6)
1.2.3红外发射接收装置模块的选择 (7)
1.2.4语音采集模块方案的选择 (7)
2.单元硬件电路设计 (7)
2.1发射部分电路的设计 (7)
2.2中转部分电路的设计 (8)
2.3接收部分电路的设计 (8)
3.程序设计 (9)
3.1发射装置程序流程图 (9)
3.2接收装置程序流程图 (10)
4.系统测试 (10)
5．理论分析与计算 (11)
6.结论 (12)
参考文献 (12)
附录 (13)
摘要
随着红外技术的发展，红外光通信已经成为越来越普及的无线通信方式。
在本次设计作品中，红外光通信装置采用红外光传输及无线工作机制，其组成结构主要包括：红外发射装置、中继转发节点、红外接收装置三部分组成。红外发射装置主要是由声音采集系统经单片机存储后发射，红外接收装置接收到的信息经单片机存储后再经过D/A转换播放。通过采用A/D，D/A 转换的方法达到了本次作品设计的目的。
在电子消费领域当中，红外产品的使用较为普遍，它多用于简单的近距离控制，如家电、玩具、各种抄表系统、工业控制、娱乐设施等领域。所以，其具有很强的现实意义。
关键词：红外通信发射接收 A/D转换 D/A转换
Abstract
With the development of infrared, and infrared optical communication has become more and more popular way of wireless communication.
This design works, infra-red communication devices use infrared light transmission and wireless working mechanisms, its composition include: infrared emitting device, relay node, an infrared receiver unit is composed of three parts. Infrared Launcher corresponds with sound collection system by single-chip computer memory after the launch, IR receiver receives the information via a single-chip storage, and then after d/a conversion play. Through the use of a/d,d/a conversion way to achieve the purpose of the production design.
In the field of consumer electronics, using infrared products are more prevalent, it is used for simple control at close range, such as household appliances, toys, metering systems, industrial control, recreational facilities, and other fields. So, it has a lot of practical significance.
Key words:Infrared Communication launch receiveA/D conversion D/A conversion
1系统方案设计
1.1设计任务
根据命题要求，设计并制作一个红外光通信装置。红外光通信装置利用红外发光管和红外接收模块作为收发器件用来定向传输语音信号，传输距离为2m.传输的语音信号频率范围为300–3400HZ，接收的声音应无明显失真。此外，增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过10s，温度测量误差不超过２℃，语音信号和数字信号能同时传输。同时，设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向90℃，延长通信距离2m，中继转发节点采用５V直流单电源供电，尽量减小转发节点供电电流。
1.2方案的设计与论证
１.2.1红外光通信装置总体方案设计
整套方案主要由红外发射装置、中继转发节点、红外接收装置三部分组成。先把传输进红外发射装置的声音经过放大电路进行放大，然后由
STC12C5A08S2单片机自身带有的A/D转换功能把模拟信号转换为数字信号对放大之后的语音进行采集，同时把采集到的数字信号存储到STC12C5A08S2单片机中。然后，经555定时器电路产生38K载波，并利用三极管对单片机中存储的数据和555定时器产生的38K载波进行调制到达中继转发节点，并由1838红外接收头进行解调，接着把解调后的信号编码发送给中继点上的单片机STC11F04E，并由此单片机对其数据进行取反。再由555定时器电路产生38K载波，利用三极管对经单片机取反后的数据和38K载波进行调制，之后到达接收点。到达接收点的信号经STC12C5A08S2进行解码，送给 TLC5615CP
芯片构建的D/A转换电路把数字信号转换为模拟信号，最后再将此模拟信号发送给耳机，并由耳机播放。
采用此方案的框图如下：
１.2.2单片机模块的选择
方案一：传统51系列是的单片机，受其结构本身的限制很大，尤其模拟功能部件的增加更显困难，而且运行速度很慢，功耗比较高，抗干扰能力也不是很强。
方案二：STM32系列具有一流的外设、低功耗、最大的集成度、简单的结构和易用的工具，是ARM公司的高性能Cortex-M3内核。但我们对此系列的单片机的编程操作不太熟练。
方案三：宏晶芯片STC12C5A08S2是增强型的51系统单片机，具有一个时钟，高速、高可靠、宽电压、增加第二复位功能脚和外部掉电检测电路，采用低功耗设计，最重要的是其内部有AD外设和45K的EEPROM,我们可由此进行模数转换和信息存储。 STC11F04E单片机超强抗干扰，超强抗静电，速度快，输入/输出口多，超低功耗，在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，
可远程升级。由于对于中继点低功耗的要求，所以把此单片机用于中继转发节点。
基于我们对各种系列单片机运用的熟练程度和此次作品中所要实现的各项基本功能，我们决定在此方案设计中采用方案三。
１.2.3红外发射接收装置模块的选择
方案一：红外模拟信号。这种方法速度快，能达到实时传输效果。但是，在传输过程中，噪音比较大，容易受干扰。而且，传输的距离也比较近。
方案二：红外数字信号。将要发射出去的模拟信号转换成数字信号，将数字信号送给红外发射电路，经该电路的调制转变成红外光信号在空中传输，到达中继转发节点后，转发到红外接收电路，接收电路收到该红外光信号，经过该电路的解调，将此红外光信号还原成可被单片机或其他处理系统处理的信号，由单片机或其他处理系统内部处理得到原来的数据编码。
比较方案一和方案二，又考虑到我们对模拟部分的知识和数字部分的知识的掌握程度，我们决定选择方案二。
１.2.4语音采集模块方案的选择
方案一：采用语音编解码芯片。这种方法失真度小，信噪比较低，数据量大。但在数字图像处理中，由于数据量大，算法难度高，因此实时性成为技术难点之一。而且，在传输过程中所运用的1838红外接收头传输信息速度慢，而语音编码解码芯片数据量过大，与后续装置不协调。
方案二：采用A/D，D/A转换装置。先把模拟信号转换为数字信号，再经中继转换节点在通信协议的控制下把数字信号转换为模拟信号。
比较两种方案，并基于现实的情况，此模块选择方案二。
2单元硬件电路设计
2.1发射部分电路的设计
发射部分主要由双运放NE5532组成的放大器、STC12C5A08S2单片机和NE555定时器构建的电路组成。其电路图如图1：
图1
2.2中转部分电路的设计
中转部分主要由1838红外接收头、STC11F04E单片机NE555定时器、三极管等搭建的电路组成，其电路图如图2：
图2
2.3接收部分电路的设计
接收部分主要由1838红外接收头、STC12C5A08S2单片机、TLC5615数模转换器、TL431可控精密稳压源等搭建的电路组成。其电路图如图3：
图3
3 程序设计
系统程序主要由发射装置程序和接收装置程序两部分组成。系统程序流程图如下所示。
3.1
3.2接收装置程序流程图
4 系统测试
传输距离测试：
中继点电流大小：100MA左右
温度误差：1°C
无发射信号时无噪音
800HZ信号输出0.3V
有信号时8个LED闪烁，无信号时LED不闪烁
5 理论分析与计算
本系统使用数字信号传输，编码规则自定，具体如下：每串数据有1.5MS高电平，2MS低电平的引导码
高电平时间0.5
低电平时间0.6MS代表二进制数0
高电平时间1.0MS代表二进制数1
传输波形如图：
波形1
波形2
波形3
6 结论
本系统功能上和参数上都达到了题目的要求，基本上完成了题目的各项设计。并按照要求完成了其发挥部分，可以精确的显示温度，也可以利用中继点进行转接，但是声音信号传输延时较大。
优点：本系统采用数字信号传输数据，能够最大限度的减少干扰且传输距离较长，适用于信息量较少、环境干扰较大的情况传输数据。
本系统的不足：由于红外数字信号传输使用38K载波频率，很大程度上限制了数据传输的速度，所以本系统不适合音频等数据量较大的数据传输。所以本系统还有较大的提升空间，如声音信号使用模拟信号传输、温度信号使用数字信号传输能达到声音信号和温度信号实时传输。
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练（第2版）[M].北京：北京航空航天大学，2011.
[4]代万辉，陈松方.全国电子设计大赛培训宝典[M].北京：北京航空航天大学，2012.
[5]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.
[6]杨欣，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始[M].北京：清华大学出版社2005. 附录：源程序
//*************************send message**************************//
#include "STC12C5A60S2.h"
#include "intrins.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned char
typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned int WORD;
uchar code
str1[]={0x28,0xA6,0x4A,0x0E,0x05,0x00,0x00,0x84};//ROM 1 uchar code
str2[]={0x28,0xA5,0x86,0x40,0x04,0x00,0x00,0x80};//ROM 2 sbit D1=P3^7;
sbit DQ=P3^3;
/*Define ISP/IAP/EEPROM command*/
#define CMD_IDLE 0 //Stand-By
#define CMD_READ 1 //Byte-Read
#define CMD_PROGRAM 2 //Byte-Program
#define CMD_ERASE 3 //Sector-Erase
/*Define ISP/IAP/EEPROM operation const for IAP_CONTR*/
#define ENABLE_IAP 0x80 //if SYSCLK<30MHz
sfr ADC_DATA = 0XBD;
sfr ADC_LOW = 0XBE;
sbit CS=P2^0;
sbit SCLK=P2^1;
sbit DIN=P2^2;
sbit left = P1^0;
double j;
ucharflag,t;
void Delay(BYTE n);
voidIapIdle();
BYTE IapReadByte(WORD addr);
voidIapProgramByte(WORD addr, BYTE dat);
voidIapEraseSector(WORD addr);
uchartvalue;//温度值
void Delay999ms() //@30.000MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
_nop_();
i = 114;
j = 226;
k = 60;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
/******************************ds1820 *********************/ void Delay1us() //@30.000MHz
{
unsigned char i;
i = 5;
while (--i);
}
void Delay10us() //@30.000MHz
{
unsigned char i;
_nop_();
_nop_();
i = 72;
while (--i);
}
void Delay48us() //@30.000MHz
{
unsigned char i, j;
i = 2;
j = 99;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
void Delay700us() //@30.000MHz {
unsigned char i, j;
i = 21;
j = 106;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
void Delay1ms() //@30.000MHz {
unsigned char i, j;
i = 30;
j = 43;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
void rst_Ds18b20()
{
DQ=1;
Delay1us();
DQ=0;
Delay700us();//延迟700us
DQ=1;
Delay1ms();
}
void writeDs18b20(uchar date)//写数据{
uchari;
DQ=1;
Delay1us();
for (i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;
Delay10us();
DQ=date&0x01;
Delay48us();
DQ=1;
date>>=1;
Delay1us();
}
}
uchar readDs18b20() //读数据
{
uchari,date;
DQ=1;
_nop_();
for(i=0;i<8;i++)
{
DQ=0;
Delay10us();
DQ=1;
Delay1us();
Delay1us();
date>>=1;
if(DQ==1)
date=date+0x80;
Delay48us();
}
return date;
}
void MatchromDs18b20(uchar a) //匹配ROM
{
char j;
writeDs18b20(0x55); //发送匹配ROM命令
if(a==1)
{
for(j=0;j<8;j++)
writeDs18b20(str1[j]); //发送18B20的序列号，先发送低字节
}
if(a==2)
{
for(j=0;j<8;j++)
writeDs18b20(str2[j]); //发送18B20的序列号，先发送低字节
}
}
uintread_temp(uchar z)/*读取温度值并转换*/
{
uchara,b;
rst_Ds18b20();
if(z==1)
MatchromDs18b20(1); //匹配ROM 1
if(z==2)
MatchromDs18b20(2); //匹配ROM 2
writeDs18b20(0x44);//*启动温度转换*/
// delay(1000);
rst_Ds18b20();
if(z==1)
MatchromDs18b20(1); //匹配ROM 1 if(z==2)
MatchromDs18b20(2); //匹配ROM 2
writeDs18b20(0xbe);//*读取温度*/
a=readDs18b20();
b=readDs18b20();
tvalue=((a>>4)|(b<<4));
return(tvalue);
}
void DAC(uchar w) //转换，将数据写入芯片
{
int a;
CS=0;
for(a=0;a<12;a++)
{
SCLK=1;
_nop_();
_nop_();
if((w&0x80)!=0)//判断写入数据从第一位开始，看是否有数据输入 DIN=1;//将信号1写入芯片中
else
DIN=0;//将0写入芯片中
_nop_();
_nop_();
SCLK=0;//开启下一个写入数据
w<<=1;
}
CS=1; //关闭芯片
}
void Timer1Init(void) //142微秒@24.000MHz {
AUXR &= 0xBF; //定时器时钟12T模式
TMOD &= 0x0F; //设置定时器模式
TMOD |= 0x10; //设置定时器模式
TL1 = 0x7A; //设置定时初值
TH1 = 0xFE; //设置定时初值
TF1 = 0; //清除TF1标志
TR1 = 1; //定时器1开始计时
}
/*----------------------------
initialization function
----------------------------*/
voidinit()
{
EA = 1; //开总中断
ET1 = 1; //开定时器1中断
PT1 = 1; //定时器1中断设为高优先级
P1M0 = 0XFF;
P1M1 = 0;
P1ASF = 0X01; //设置P1.0作为输入
Timer1Init();
}
/*----------------------------
Software delay function
----------------------------*/
void Delay7us() //@30.000MHz
{
unsigned char i;
i = 50;
while (--i);
}
/*----------------------------
Software delay function
----------------------------*/
void Delay(BYTE n)
{
WORD x;
while (n--)
{
x = 0;
while (++x);
}
}
/*----------------------------
Disable ISP/IAP/EEPROM function
Make MCU in a safe state
----------------------------*/
voidIapIdle()
{
IAP_CONTR = 0; //Close IAP function
IAP_CMD = 0; //Clear command to standby IAP_TRIG = 0; //Clear trigger register IAP_ADDRH = 0x80; //Data ptr point to
non-EEPROM area
IAP_ADDRL = 0; //Clear IAP address to prevent misuse
}
/*----------------------------
Read one byte from ISP/IAP/EEPROM area
Input: addr (ISP/IAP/EEPROM address)
Output:Flash data
----------------------------*/
BYTE IapReadByte(WORD addr)
{
BYTE dat; //Data buffer
IAP_CONTR = ENABLE_IAP; //Open IAP function, and set wait time
IAP_CMD = CMD_READ; //Set ISP/IAP/EEPROM READ command
IAP_ADDRL = addr; //Set ISP/IAP/EEPROM address low
IAP_ADDRH = addr>> 8; //Set ISP/IAP/EEPROM address high
IAP_TRIG = 0x5a; //Send trigger command1
(0x5a)
IAP_TRIG = 0xa5; //Send trigger command2
(0xa5)
_nop_(); //MCU will hold here until ISP/IAP/EEPROM operation complete
dat = IAP_DATA; //Read ISP/IAP/EEPROM data
IapIdle(); //Close ISP/IAP/EEPROM function
returndat; //Return Flash data
}
/*----------------------------
Program one byte to ISP/IAP/EEPROM area
Input: addr (ISP/IAP/EEPROM address)
dat (ISP/IAP/EEPROM data)
Output:-
----------------------------*/
voidIapProgramByte(WORD addr, BYTE dat)
{
IAP_CONTR = ENABLE_IAP; //Open IAP function, and set wait time
IAP_CMD = CMD_PROGRAM; //Set ISP/IAP/EEPROM PROGRAM command
IAP_ADDRL = addr; //Set ISP/IAP/EEPROM address low
IAP_ADDRH = addr>> 8; //Set ISP/IAP/EEPROM address high
IAP_DATA = dat; //Write ISP/IAP/EEPROM data IAP_TRIG = 0x5a; //Send trigger command1
(0x5a)
IAP_TRIG = 0xa5; //Send trigger command2
(0xa5)
_nop_(); //MCU will hold here until ISP/IAP/EEPROM operation complete
IapIdle();
}
/*----------------------------
Erase one sector area
Input: addr (ISP/IAP/EEPROM address)
Output:-
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“可见光通信设计报告”
全国大学生电子设计大赛 自由空间光通信 作品类别：xxxxxxxxxxxxx 队长：队员： 指导教师：
自由空间光通信 摘要：本系统完成了自由空间光通信的设计。采用激光作为载波将手机加收到的信号发给接收端，通过TL494芯片所产生的方波对信号进行调制解调，利用硅光电池接收信号，再由功率放大器将信号输出。经过测试，我们的系统满足设计要求。 关键词：激光； TL494芯片；功率放大器 1 方案论证与比较 任务要求中明确提出，设计的系统的通讯距离要达到20m。针对题目要求，硬件主要处理的问题是信号的预处理、信号的发射、信号的调制、信号的解调与驱动和信号的接收。以下将对各方案进行分析论证。 1.1 发射部分载波方案论证与选择 方案一：非激光通信，如：红外线通信、紫外线通信。 方案二：激光通信。 方案选择论证： 方案一非激光红外线、紫外线通信的原理是一样的，就拿红外线通信来说，它可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。但在大气信道中传输时易受气候影响。 方案二激光通信，由于激光具有相干性好、准直性好，采用激光作为通信系统中信号的载波，可使信号稳定传输，不易受外界环境的干扰。本系统采用方案二。 1.2 信号调制解调部分方案论证与选择 方案一：PWM脉宽调制，用硬件设计可调PWM脉宽调制，利用可调的脉宽信号控制载波。PWM脉宽调制的设计图如图1。 方案二：采用TL494芯片产生占空比可调的方波，用这个方波也可以控制载波。TL494的内部电路图如图2所示。
电子技术乒乓球比赛游戏机课程设计报告书
1绪论 1.1选题背景 1.1.1 课题目的及意义 本次课程设计的容是独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的设计。通过这次课程设计让我们了解和熟悉了乒乓球游戏机的原理和Multisim仿真设计软件的操作，也让我们加深了解了对双向移位寄存器、双D触发器及、加法器及逻辑门电路的一些实际用途，并将理论与实践相结合。 1.1.2 课题的容和要求 独立完成一个乒乓球比赛游戏机的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成乒乓球比赛游戏机电路的设计及仿真调试，在微机上仿真实现乒乓球比赛游戏机的设计。 课程设计具体容如下：乒乓球比赛是由甲乙双方参赛，加上裁判的三人游戏（也可以不用裁判），乒乓球比赛模拟机是用发光二极管（LED）模拟乒乓球运 乒乓球比赛模拟机框图 设计要求：
1、基本部分 (1) 至少用8个LED排成直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一个点亮的LED（乒乓球）依次从左到右，或从由到左移动，“球”的移动速度能由时钟电路调节。 (2) 当球（被点亮的那只LED）移动到某方的最后一位时，参赛者应该果断按下自己的按扭使“球”转向，即表示启动球拍击中，若行动迟缓或超前，表示未击中或违规，则对方得一分。 (3) 设计自动记分电路，甲乙双方各用一位数码管显示得分，每记满9分为一局。 2、发挥部分(选做) (1) 甲乙双方各设一个发光二极管表示拥有发球权，每得5分自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才能有效。 (2) 发球次数能由一位数码管显示。 (3) 一方得分，电路自动响铃3秒，此期间发球无效，等铃声停止后方可比赛。 课题任务要求 1、画出总体设计框图，以说明乒乓球比赛游戏机由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，时钟信号传输路径、方向和频率变化。并以文字对原理作辅助说明。 2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 3、选择合适的元器件，在EWB上连接验证、仿真、调试各个功能模块的电路。在连接验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的仿真、调试和故障排除。 4、在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和连接，进行合理布局，进行整个数字钟电路的连接验证、仿真、调试。 5、自行接线验证、仿真、调试，并能检查和发现问题，根据原理、现象和仿真结果分析问题所在，加以解决。学生要解决的问题包括元器件选择、连接和整体设计引起的问题。 1.2 方案选择 根据设计任务，对照图乒乓球比赛模拟及1.1，可以分为三个模块进行设计：
红外光通信装置F题
学校统一编号 学院名称： 队长姓名： 队员姓名： 指导教师姓名： 红外光通信装置(F题) 摘要 由于红外载波的无线通信技术成本比较低，所以越来越多的应用于生活中，例如常用的电视机遥控器等，但由于红外光的特殊性，使它的传输距离有限，而且传输时需要将发射端与接收端对齐。本文设计了一个利用红外光作为传输方式的通信装置。首先将声音信号收集到，将其放大之后转换为数字信号，然后通过红外光进行传输，利用另一端的红外光接收装置将发射端发射的光信号接收到，经过解调转换成声音信号，然后输出。在传输的过程中同时传输由发射端热敏电阻采集到的温度信息，并在接收端通过液晶显示屏显示出来。在发射端和接收端使用STC12C5616AD单片机进行控制。 关键字：单片机红外光智能控制发射极接收极 目录 一、题目分析.............................. 错误!未指定书签。 1.1计划任务 ...............................................错误!未指定书签。 二、系统设计............................. 错误!未指定书签。 2.1方案比较 ...............................................错误!未指定书签。 2.1.1方案一....................... 错误!未指定书签。 2.1.2方案二....................... 错误!未指定书签。
2.2方案论证 ...............................................错误!未指定书签。 2.2.1方案的优点................... 错误!未指定书签。 2.2.2方案的缺点................... 错误!未指定书签。 三、单元模块的设计与分析................. 错误!未指定书签。 3.1各个单元模块的分析......................................错误!未指定书签。 音频接收模块...................... 错误!未指定书签。 红外发射模块...................... 错误!未指定书签。 3.1.3 通信通道.................... 错误!未指定书签。 3.1.4 红外接收装置................ 错误!未指定书签。 3.2特殊元器件的介绍 .......................................错误!未指定书签。 四、方案设计............................. 错误!未指定书签。 4.1电路仿真 ...............................................错误!未指定书签。 4.2流程图 .................................................错误!未指定书签。 五、系统测试............................. 错误!未指定书签。 5.1系统功能 ...............................................错误!未指定书签。 5.1.1实现功能..................... 错误!未指定书签。 5.1.2与设计要求的比较............. 错误!未指定书签。 5.2指标参数 ...............................................错误!未指定书签。 六、设计总结............................. 错误!未指定书签。 七、参考文献............................. 错误!未指定书签。 八、附录................................. 错误!未指定书签。 附录1：元器件列表 .........................................错误!未指定书签。 附录2：仪器设备 ...........................................错误!未指定书签。 附录3：系统原理图 .........................................错误!未指定书签。 一、题目分析 1.1计划任务 设计并制作一个红外光通信装置，利用红外发光二极管和红外接收模块作
基于光纤通信系统的光接收机前端电路的设计毕业设计
本科毕业设计（论文）
南通大学毕业设计（论文） 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 本论文使用授权说明 本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。 （保密的论文在解密后应遵守此规定） 学生签名：指导教师签名：日期： 2
摘要 随着通信技术产业的迅速发展，光纤通信由于其频带宽、容量大、损耗低、抗辐射等诸多优点成为高速通信系统研究热点。光接收机在整个光纤通信系统中占有重要地位，而前置放大器和限幅放大器是构成光接收机的两个关键电路，所以它们的性能在很大程度上决定了光接收机甚至是光纤通信系统的性能。 为了设计一个满足性能要求、结构简单的光接收机，我们对前置放大器和限幅放大器进行了详细的分析设计，利用电路仿真软件Pspice对跨阻型前置放大器进行了直流分析、交流分析和温度分析等。也对限幅放大器进行了单元电路的设计与仿真。通过对两种电路的分析设计，实现了高增益大带宽的放大目标，可以最大地消除寄生参量的影响，减小混合电路的组装环节，使集成电路的速度性能和可靠性得到显著的提高。 关键词：光接收机，前端放大电路，前置放大器，限幅放大器
ABSTRACT With the rapid development of communication technology industry, optical fiber communication have become the high-speed communications systems research focus because of its frequency bandwidth, large capacity, low loss, anti-radiation, and many other advantages.Optical receiver plays an important role in the optical communication systems, and the preamplifier and limiting amplifier is the two key circuits which constitute the optical receiver, so their performance largely determines the performance of the optical receiver and even the optical fiber communication systems. In order to design an optical receiver which meets the performance requirements and has a simple structure, we analyze and design the preamplifier and limiting amplifier in detail, and we use the circuit simulation software Pspice for transimpedance type preamplifier’s DC analysis, AC analysis and temperature analysis. We also design and simulate unit circuit of limiting amplifier.Through the analysis of the two circuit design, we achieve the amplified target of high gain and large bandwidth, it can eliminate the effects of parasitic parameters largely and reduce the assembly of hybrid circuits,so the speed performance and reliability of integrated circuits can be improved significantly. Keywords:Optical Receiver, Front-end Amplifier, Preamplifier, Limiting Amplifier
电子设计大赛四旋翼设计报告最终版
四旋翼飞行器（A 题）参赛队号：20140057号
四旋翼飞行器 设计摘要： 四旋翼作为一种具有结构特殊的旋转翼无人飞行器，与固定翼无人机相比，它具有体积小，垂直起降，具有很强的机动性，负载能力强，能快速、灵活的在各个方向进行机动，结构简单，易于控制，且能执行各种特殊、危险任务等特点。 因此在军用和民用领域具有广泛的应用前景如低空侦察、灾害现场监视与救援等。多旋翼无人机飞行原理上比较简单，但涉及的科技领域比较广，从机体的优化设计、传感器算法、软件及控制系统的设计都需要高科技的支持。 四旋翼无人机的飞行控制技术是无人机研究的重点之一。它使用直接力矩，实现六自由度（位置与姿态）控制，具有多变量、非线性、强耦合和干扰敏感的特性。此外，由于飞行过程中，微型飞行器同时受到多种物理效应的作用，还很容易受到气流等外部环境的干扰，模型准确性和传感器精度也将对控制器性能产生影响，这些都使得飞行控制系统的设计变得非常困难。 因此，研究既能精确控制飞行姿态，又具有较强抗干扰和环境自适应能力的姿态控制器是微小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究的当务之急。
一、引言： 1.1 题目理解：四旋翼飞行器，顾名思义，其四只旋转的翅膀为飞行的动力来源。四只旋转翼是无刷电机，因此对于无刷电机的控制调速系统对飞行器的飞行性能起着决定性的作用。在本次大赛中，需要利用四旋翼飞行器平台，实现四旋翼的起飞，悬停，姿态控制，以及四旋翼和地面之间的测距等功能。 1.2 设计思路：为了满足飞行器的设计要求，要使用以微控制器为核心的控制系统，使本系统以MC9S12XS128模拟出控制信号，用STM32 MMC10接收模拟信号，然后翻译出模拟信号，利用加速度与陀螺仪传感器采集飞行器的飞行数据，加以闭环调控和精准的控制算法。进行上升、下降以及悬停等动作。 1.3 特点：本飞行器脱离遥控器控制，用微处理器实现整个飞行过程全自动控制，控制精度高。 二、方案设计： 系统主要由STM32模块，微处理器MC9S12XS128模块，电源模块，电机模块，超声波模块，加速度陀螺仪模块等构成。 系统总体框图如下图（图2.0）： STM32 MMC10 四路 PWM 通道 电调 无刷电机 高度显示数码管 信号接收 MC9S12XS128 GPIO 模块 时钟 模块 超声波传 感器 电源 图2.0 其中微处理器MC9S12XS128模块的外围电路见附录一2.1 控制系统选择方案：
红外光语音通信装置
红外光通信装置F-01 摘要：本文说明了利用红外线发光管和红外接收模块作为收发器件用于传输语音信号的装置。本红外光通信装置由16位MSP430作为主控制芯片，通过3.5mm音频插孔线输入语音信号，经红外发射装置采集到信号后经过放大、PWM调制、发送，中继站采用低功耗单片机降低功耗，在接收部分采用音频放大器来保持音色放大并通过巴特沃斯低通滤波器和带通滤波器进行静噪，最终分别提取模拟通道和数字通道中的信号。最终实现题目要求。 关键词：MSP430 PWM调制滤波放大 Abstract：The design concept of innovation and green based design and innovation, a novel infrared sound transmission device based on wireless resonant original emission, ultrasonic transmission, infrared emission, infrared transmission technology used only Yu Jun grade field communication, we further applied to civil field, pioneered the concept of science and technology innovation, so that further service to the people. The precise operational amplifier amplification, using low power operational amplifier chip, reduce power consumption. Especially the relay station, using 430 single-chip microcomputer with low power consumption for accurate data receiving and transmitting, simultaneously transmitting and receiving infrared probe less, reducing the power consumption of relay station, used to maintain the sound amplification in audio amplifier eventually receiving part uses a sound better, by Butterworth low-pass filter and band-pass filter are mute finally, extracted from signal analog channel and digital channels in. Keyword：MSP430 Pulse Width Modulation Amplifying and filtering
红外光通信装置设计与总结报告
红外光通信装置设计与总结报告 摘要 随着计算机与通信技术的飞速发展，计算机通信得到广泛应用，硬件技术可谓是日新月异，其总体趋势向着高集成、高稳定性、高速和高性价比方向发展。而红外无线通信系统装置则是目前应用较为广泛的通信形式。 该红外通信系统通过将音频信号调制在465KHZ的载波上，然后再经红外发射电路发射出去，在接受指令时通过红外接收管接受红外信号，经选频放大电路和滤波电路完成解调，最后通过功率放大电路经扬声器还原声音。另一方面，本实验利用PIC18f4520进行信息的采集和处理，利用放大电路跟内置A/D转换芯片，对温度进行测量并显示在1602上。 一丶方案设计 信号的调制方式有三种，即调幅、调频、调相 其中调频调制具有比幅度调制调频率高、带宽宽、抗干扰强，同时比调相方式经济等特点。锁相环技术（PLL）是一种能自动跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。该技术在频率调制方面应用十分广泛，遍及广播、电视、雷达、导航、计算机及仪表等领域。锁相环集成电路CD4046（能跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统）是一种低频多功能单片机数字锁相环集成电路，最高工作频率1.3MHz ，电源电压3~18V。与类似的双极性单片锁相环集成电路相比，功耗仅为其数百分之一，因而它在频率调制与解调、频率合成、电视机彩色副波提取、FM立体声解码、遥控系统、频率的编码和译码等诸多方面均得到了应用。集成环路部件以其低成本、性能优良、使用简便而得到了青睐。本文介绍了集成锁相环cd4046在频率的调制与解调方面的应用。 基于频率调制和锁相环技术的优点，本文在文献【1】的基础上介绍一种应用锁相环和红外技术制作而成，采用频率调制方式，用红外线传送音频信号的调频红外无线耳机。该耳机具有供电方式多样，传输距离10m以内，音质较好，红外信号基本不受电磁干扰，性价比高等特点。 二丶设计框图 （1）设计框图思路 音 频信号发 射 机 接 收 机 耳机 或扬 声器
简易无线光通信系统设计详述(DOC)
1.1 简易无线光通信系统 光通信分为有线光通信和无线光通信两种。光通信的主要方式是有线光通信即光纤通信，它已成为广域网、城域网的主要传输方式之一。 无线光通信又被称为自由空间光通信(FSO，Free Space Optical communication)。近年来，随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，FSO在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇，同时由于光通信器件制造技术的飞速发展，无线光通信设备的制造成本大幅下降，FSO得到越来越多的应用。 本小节介绍用红外光进行语音信号无线传输的简单系统，这种简单的、实验性的无线光通信系统是真实无线光通信系统的简化，其组成如图1-1所示。 图1-1 简易的光无线语音传输系统 在一个系统项目开始设计时，要确定实现系统功能的方法原理，并根据项目要求确定系统的需求并发展出一个针对这些需求的计划，即确定系统包括的组成部分、各部分的性能指标以及它们与系统性能之间的关系。然后根据各个组成部分的指标进行单元电路设计。 通过对简易的光无线语音传输系统设计、制作与调试，目的是：1）了解分析设计的系统需求并发展出解决方案的过程，2）学习单元电路的设计、测试与调整的方法，特别是模拟电路的设计与调试。 1.1.1 系统功能要求及基本解决思路 一、系统功能要求 1、基本要求 （1）设计制作一个可以传送语音信号的无线光通信设备； （2）语音信号频率范围：300Hz～3400Hz； （3）通信距离不小于10m； （4）发送端用驻极体话筒拾取语音； （5）接收端输出到喇叭的最大功率0.5W。 2、扩展要求 （1）减小环境光对通信的影响； （2）拓展通信距离（不小于100m）； （3）收发两端均采用单电源供电。 第 3 页共20 页
2015年电子设计大赛综合测评题课程设计解析汇报
郑州轻工业学院 电子技术课程设计 题目： 2015年电赛测评试题 姓名：王苗龙 专业班级：电信13-01 学号： 541301030134 院（系）：电子信息工程学院 指导教师：曹卫锋谢泽会 完成时间： 2015年10月 29日
郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目 2015年电子设计大赛综合测评试题 专业电信工程13-1 学号 541301030134 姓名王苗龙 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 主要内容 1．阅读相关科技文献。 2．学习电子制图软件的使用。 3．学会整理和总结设计文档报告。 4．学习如何查找器件手册及相关参数。 技术要求 1、使用555时基电路产生频率20kHz-50kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波Ⅰ； 2、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波Ⅱ； 3、使用数字电路74LS74，产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的三角波； 4、产生输出频率为20kHz-30kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波Ⅰ； 5、产生输出频率为250kHz，输出电压幅度峰峰值为8V的正弦波Ⅱ；方波、三角波和正弦波的波形应无明显失真（使用示波器测量时）。频率误差不大于5%；通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。 主要参考资料 1．何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2010年8月 2．姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月 3．王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月 4．李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出版社，2005年6月 5．康华光，电子技术基础，高教出版社，2006年1月 完成期限： 2015年10月30日 指导教师签章： 专业负责人签章： 2015 年 10月26日
红外通信收发系统的设计和实现实验报告
红外通信收发系统的设计和实现实验报告学院：信息与通信工程学院 姓名： 班级： 学号：
红外通信收发系统的设计和实现实验报告 1、课题名称 红外通信收发系统的设计与实现 2、摘要 红外通信系统的设计是光通信系统的一个重要分支，红外数据传输，使用传输介质――红外线。红外线是波长在750nm～1mm之间的电磁波，是人眼看不到的光线。红外数据传输一般采用红外波段内的近红外线，波长在0.75～25um之间。本实protel软件辅助设计，分析并设计了红外通信系统的发射电路与接收电路，实现了红外信号的无线传输功能和音乐信号的收发功能。 3、关键词 红外线、收发系统、音乐芯片 3、设计任务要求； 1、基本要求： （1）设计一个正弦波振荡器，f≥1kHz，Uopp≥3v； （2）所设计的正弦波振荡器的输出信号作为红外光通信收发系统发送端的输入信号，在接收端可收到无明显失真的输入信号； （3）要求接收端LM386增益设计G=200; （4）设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用软件绘制完整的电路原理图（PROTEL）及印制电路板图（PCB） 2、提高要求： 利用音乐芯片产生乐曲，调制LED后发出，接收端接收信号利用喇叭将发送的乐曲无失真的播放出来。 3、探究环节： 探索其它红外光通信收发系统的应用实例，数字调制的解决的方案，给出应用方案。 4、设计思路、总体结构框图；
1、设计思路 系统主要由信号产生电路，红外光发射系统，红外光接收系统三个模块完成基本实验要求，其中信号产生电路分别由信号发生器和音乐芯片代替，电信号经过发生系统转化为红外光信号，经接收系统接受后，光信号转化为电信号，再通过喇叭将其转化为语音信号，实现红外光通信的全过程。 首先主要用信号发生器发出电信号，微弱的电信号经过一个分压式共射电路适当放大，并通过LED红外发送管转化为光信号发送。 信号经接收管接收后，通过运放电路得到较高的输出功率，驱动喇叭发出声音。利用放大器LM386，调节电位器改变其增益，驱动喇叭得到所需功率。再将音乐芯片替代信号发生器重复上述过程即可驱动喇叭发出音乐芯片的声音（此实验为三声门铃声） 2.总体框架图 1、信号的产生 实验中使用了音乐芯片KD-9300或者LX-9300来完成。信号产生也可以使用RC振荡器构成，但信号的幅度不宜过大。 2、红外光发送模块的设计 设计原则主要是考虑红外发送管的工作电流，电流过小，传输距离短，电流过大容易毁坏发光管。（要注意芯片的接法以及发送电路的连接。） 3、红外光接收模块的设计 1）高通滤波器：红外接收的二极管都是光敏二极管，这样普通光对其都成一定程度的影响，为了获得更好的效果，还要在信号输出端加入高通滤波器，消除恒定的外接低频信号的干扰，这样接收效果和灵敏度将显著提高。 2）功率放大器：利用音频功率专用放大器LM386，可以得到50~200的增益，确保驱动喇叭。 所以设计框图如下 光通信收发系统原理图
光通信课程设计
光通信技术课程设计 一、系统功能描述 此系统是一个通过红外通信进行简单信号传输的装置，分为发送和接收两部分。发送装置接有简易键盘，按下按键后，单片机采集信号处理后通过红外发送出去。接收装置收到信号后，进行解析，然后通过数码管显示出相应的码型。 二、系统所用元器件及设备 发送端： AT89C52×1、红外发射二极管×1、8050×1、按键开关×10、11.0592M晶振×1 电容：10μF×1、20pF×2 电阻：1k?×2、100?×1 接收端： 74LS273×1、AT89C52×1、按键开关×1、7段共阳极数码管×2、8550×2、11.0592M晶振×1、红外接收器SM0038×1 电容：10μF×2、20pF×2 电阻：100?×2、1k?×1、4.7k?×2 设备： 稳压电源5v 示波器 三、系统实现功能原理 发送端： 输入方式采用3×3阵列（9按键）键盘，一共6根信号线，接入单片机P1口。每个按键在单片机P1口上对应唯一8位2进制值。当按下键盘上的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。将此二进制脉冲码信号先调制在38KHz的载波上，经过放大后，激发红外发光二极管转发成波长940nm的红外线光传输出去。 接收端： 红外接收器采用一体化红外遥控接收器SM0038,红外线数字信号则经过红外接收器取出数字信号数据经单片机译码，最后送到显示电路。 主要芯片AT89C51： 引脚图： 功能介绍： AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BYTES的可反复擦写的只
读程序存储器（PEROM）和128 BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 /ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可