模拟信号数字无线传输演示系统的设计与实现论文.doc

目 录摘 要I关键词IAbstractIKey wordsII1 前言11.1 选题的目的与意义11.2简述模拟信号与数字信号12 设计任务与要求32.1 设计任务32.2 基本要求33 总体方案设计与方案论证33.1总体方案设计33.2 方案论证与选择53.2.1 无线传输方式的选择53.2.2 模数转换63.2.3 数模转换123.2.4 数模转换输出的放大电路的选择123.2.5 控制处理器的选择143.2.6 软件检错方式的选择144 硬件电路与软件设计的实现154.1 硬件电路的实现154.1.1 控制处理器外围电路174.1.2 红外发射电路的实现174.1.3 红外接收电路的实现184.1.4 模数转换电路的实现194.1.5数模转换电路的实现194.1.6滤波电路的实现204.2 软件设计214.2.1 发射机软件设计214.2.2 接收机软件设计225 系统调试与调试中的问题225.1 模数转换的调试225.2 红外发射接收的调试225.3 数模转换的调试235.4 调试过程的问题236 测试结果246.1 测试实物图246.2 模拟信号源输出的波形图246.3 接收机还原的模拟信号波形256.4 接收机输出波形与模拟信号源输入波形图256.5 数字信号无线传输波形图267 结论27参考文献28致 谢29附 录30附录1 实物图30附录2 PCB图30附录3 抽样定理的证明31附录4 程序32附录4.1 发射机程序32附录4.2 接收机程序33模拟信号数字无线传输演示系统的设计与实现摘 要通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，如果我们在发送端的信息源中包括一个模/数转换装置，在接收端包括一个数/模转换装置，在发送端与接收端之间通过红外作为载波进行通信，则可以实现模拟信号数字无线传输。本文主要从三个方面进行设计与实现：（1）AT89S51单片机对A/D转换器的控制，从而对模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号；（2）单片机对数字信号进行编码与38Khz红外载波调制通过红外线发射；（3）接收机接收到的调制信号经红外接收头进行解调还原数字信号，再经单片机的处理，通过D/A，以及信号的放大，最后再经过低通滤波器还原成模拟信号，从而实现模拟信号数字无线传输演示的全过程。关键词模拟信号数字传输；无线传输；红外通信；模数转换；数模转换Analog Digital Wireless Transmission Communication SystemAbstractCommunication system is divided into analog communication systems and digital communication systems, if we send the clients information sources include a A / D converter, the receiver includes a D / A converter, in between the transmitter and the receiver as by infrared carrier to communicate, you can transmit analog signal digital infrared communications. This article mainly focuses on three aspects: (1) AT89S51 microcontroller on the A / D chip to control the analog signal sampling, quantization, encoded into digital signals; (2) single chip digital signal processing and modulation 38KHZ IR through infrared emission; (3) base station receives the first modulated signal by the infrared receiver to demodulate digital signal reduction by the microcontroller processing, through the D / A, and signal amplification and finally through the reduction of low-pass filter into an analog signal, in order to achieve different place communication.Key wordsAnalog signal digital transmission ；wireless transmission ；infrared communication ；analog _digital conversion ；digital _ analog conversionII1 前言1.1 选题的目的与意义移动通信是现代通信技术和计算机技术高度发展和紧密结合的产物。随着数字化信息技术的广泛应用，现代通讯技术正以前所未有的高速度发展着，其庞大的信息传输工程则主要依靠于数字通信技术。因此，模拟信号通过数字传输已成为当今发展的趋势。现在很多的通信实验设备都忽视了让人清晰直观的了解信号在整个通信系统中是怎样转换和传输的，导致很多人做了通信实验后仍对信号转换传输的整个过程感到模糊。本系统从模拟信号的输入波形、模拟信号转换成数字信号再进行调制的波形、接收解调后的波形到最后接收机还原模拟信号的波形都能够清晰直观的看到，使人更加深刻的了解模拟信号数字无线传输的整个过程，达到一个演示的目的。所以，对于本选题，我觉得意义重大，有必要也有实际需要把它做出来展现给大家，让人更加直观的看到模拟信号数字无线传输的整个过程。1.2简述模拟信号与数字信号模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号，例如连续变化的图像（电视、传真）信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号。数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。（1） 保密性差。模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。（2）抗干扰能力弱。电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多6。 数字化传输与交换的优越性主要体现在三个方面。（1）加强了通信的保密性。（2）提高了抗干扰能力。数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。（3）可构建综合数字通信网。采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相的方法转换为模拟信号4。2 设计任务与要求2.1 设计任务本次任务主要是完成一个模拟信号数字无线传输演示系统的设计与实现。能够用示波器观看模拟信号的输入波形、模拟信号转换成数字信号再进行调制的波形、接收解调后的波形到最后接收机还原模拟信号的波形。2.2 基本要求（1）设计一个发射机与一个接收机。（2）模拟信号源输入正弦波，将输入的模拟信号转换为数字信号通过无线发送。（3）接收机接收数字信号还原模拟信号。3 总体方案设计与方案论证模拟信号数字无线传输，一般需三个步骤：(1) 把模拟信号数字化，即模数转换（A/D），将原始的模拟信号转换为时间离散和值离散的数字信号 (2) 进行数字方式传输 (3) 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A） A/D或D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现，所以通常将发端的A/D变换称为信源编码（如将语音信号的数字化称为语音编码），而将收端的D/A变换称为信源译码6。3.1总体方案设计本系统分为两大模块：发射机和接收机。发射机设计框图如图3.1所示，模拟信号源输入一个正弦波给A/D转换器，A/D转换器对输入的模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号，控制处理器对A/D转换器进行控制并将它转换的数字信号通过串口发送与38Khz红外载波进行调制通过红外线发射，调制方式为调幅。示波器1显示模拟信号源输出的波形，示波器2显示发射机发射的调制波。接收机设计框图如图3.2所示，红外接收头接收到调制信号后进行解调还原数字信号，控制处理器接收还原的数字信号并将数据传送给D/A转换器，放大电路对D/A转化器输出的模拟量进行放大，经过低通滤波器还原成模拟信号，从而实现模拟信号数字无线传输。示波器3显示解调后的波形，示波器4显示接收机还原后的模拟信号。 图3.1 发射机设计框图 图3.2 接收机设计框图3.2 方案论证与选择3.2.1 无线传输方式的选择方案一：采用无线数据传输模块如PTR2000。PTR2000无线数据传输模块是一种超小型、低功耗、高速率的无线数据传输模块。无线数据传输模块的性能优异，其显着特点是所需外围器件少，因而设计十分方便，模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，是目前集成度较高的无线数据传输产品。无线数据收发模块PTR2000采用抗干扰能力强的FSK调制/解调方式，其工作频率稳定可靠、外围组件少，功耗极低且便于设计生产，这些优异特性使得PTR2000非常适用于便携及手持产品。方案二：采用红外传输方式10。此方案不仅体积小、成本低，而且在不需要增大发射功率的条件下能够工作在环境比较恶劣的现场或野外。红外通信的基本原理是利用940nm 近红外波段的红外线作为信息的载体，将二进制信号调制为若干脉冲信号，最后驱动红外线发射组件(如红外发光二极管) 发射红外信号。红外接收端收到红外脉冲信号后，将红外信号转换为电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。红外信号的调制方法比较常用的有两种:通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。38Khz由晶振产生与基带信号进行调制通过红外发射出去，接收部分选用接收头HS003811。此两种方案对于本系统都可以，考虑到成本，本系统采用方案二。3.2.2 模数转换模数转换器对输入的模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号。（1） 抽样定理6抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。因此，抽样定理为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。低通信号抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率,则以间隔时间为的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。现用表示此抽样信号序列，故有，波形如图3.3所示。图3.3 抽样过程定理的意义：一个连续信号具有的无限个点的信号值，可由可数个点的信号值描述，从而可以实现数字化表示。抽样越密，可能的失真程度越低。实际系统中，采取fs =(2.55.0)以避免失真。例如：语音信号带宽3300Hz，通常采取的抽样频率为8Khz。（2） 抽样信号的量化。模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号，但仍是模拟信号。这个抽样信号必须经过量化才成为数字信号。利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。设模拟信号的抽样值为m(kT)，其中T是抽样周期，k是整数。此抽样值仍然是一个取值连续的变量，即它可以有无数个可能的连续取值。若我们仅用N个二进制数字码元来代表此抽样值的大小，则N个二进制码元只能代表个不同的抽样值。因此，必须将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。这样，共有M个离散电平，他们称为量化电平。用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。在图3.4中给出了一个量化过程的例子，图中，m(kT)表示模拟信号抽样值，表示量化后的量化信号值，是量化后信号的6个可能输出电平，为量化区间的端点。这样我们可以写出一般公式： 当 （3.1）按照公式(3.1)作变换，就把模拟抽样信号m(kT)变换成了量化后的离散抽样信号，即量化信号。图3.4 量化过程量化方式有两种：均匀量化与非均匀量化。把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。若设输入信号的最小值和最大值分别用a 和b 表示,量化电平数为 N ，则均匀量化时的量化间隔为： （3.2）均匀量化的不足之处在于：量化信噪比随信号电平的减小而下降。产生这一现象的原因是均匀量化的量化间隔是一个固定值，而量化噪声功率固定不变。这样，小信号时的量化信噪比难以达到既定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号的取值范围定义为信号的动态范围。可见，采用均匀量化时，输入信号的动态范围将受到较大的限制。解决的方法是采用非均匀量化。非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的量化。实现非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x 先进行压缩处理，再把压缩的信号y 进行均匀量化。所谓压缩器就是一个非线性变换电路，压缩器的入出关系表示为： （3.3）接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复x。压缩特性的选取与信号的统计特性有关。具有不同概率分布的信号应该有其对应的最佳压缩特性使得量化噪声达到最小。实际上需要考虑压缩特性电路实现的易行性和稳定性。对数函数、指数函数、双曲线函数等都是一些可能的特性函数。目前广泛采用的两种对数压扩特性是律压扩和A律压扩。美国采用 律压扩，我国和欧洲各国均采用A 律压扩。 律压缩特性：压缩器的入出关系表示为： （3.4）x 为归一化输入，y 为归一化输出（归一化是指信号电压与信号最大电压之比，归一化后的最大值为1）。A 律压缩特性：压缩器的入出关系表示为： （3.5） （3.6）其中（3.6）是A 律的主要表达式，但它当x=0时，y，不能满足对压缩特性的要求，所以当x很小时应对它加以修正，即过零点作切线，这就是式(3.5)。式(3.5)是一个线性方程，对应国际标准取值A=87.6。A为压扩参数，A=1时无压缩，A值越大压缩效果越明显。（3） 编码方案。量化后的信号，已经是取值离散的数字信号。下一步的问题的如何将这个数字信号编码。最常用的编码是用二进制的符号，例如0和1，表示离散数值。通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制。在脉冲编码调制中常用的二进制码型有三种：自然二进码、折叠二进码和格雷二进码。自然二进码NBC就是一般的十进制正整数的二进制表示，编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行。折叠二进码FBC是一种符号幅度码。左边第一位表示信号的极性，用1与0分别表示信号的正与负；第二位至最后一位表示信号的幅度，由于正、负绝对值相同时，折叠码的上半部分与下半部分相对零电平对称折叠，故名折叠码，且其幅度码从小到大按自然二进码规则编码。FBC适合于双极性信号的表示。格雷码RBC 格雷码的特点是任何相邻电平的码组，只有一位码位发生变化，即相邻码字的距离恒为1。译码时，若传输或判决有误，量化电平的误差小。另外，这种码除极性码外，当正、负极性信号的绝对值相等时，其幅度码相同，故又称反射二进码。 如图3.5中所示为自然二进码，模拟信号的抽样值为3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照“四舍五入”的原则量化为整数值，则抽样值量化后变为3,4,5,6,7和6。在按照二进制数编码后，量化值就变成二进制符号：011,100,101,110,111和110。图3.5 二进制编码三种编码方式都适合此次设计，本系统选用自然二进码进行编码。模数转换选用ADC0809芯片。如图3.6所示，ADC0809 是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。图3.6 ADC0809内部结构图ADC0809的工作频率范围为10Khz1280Khz, ADC0809的时钟频率500Khz由SN74HC74N芯片提供。当频率范围为500KHZ 时，其转换时间t1=128us。系统的采样时间： （3.7）其中t2为单片机串口发送一串8bit数据的时间，当波特率设置为1.2kbit/s时, ,由公式（3.7）知，采样时间Ts=6.638ms，则抽样频率fs=150.65Hz。故当输入10Hz的正弦波信号时，由抽样定理知，系统能够无失真的还原出模拟信号。模拟信号的幅值范围为0V-5V，ADC0809为8位数据输出，量化范围为0-255，故量化误差为5/255，即0.0196V。3.2.3 数模转换（1）权电阻网络D/A转换器一位多位二进制数中每一位的1所代表的数值大小称为这一位的权。如果一个n位二进制数用表示，则从最高位到最低位的权依次为。图3.7是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它由权电阻网络、4个模拟开关和1个求和放大器组成。图3.7 权电阻网络D/A转换器输出电压V0的表达式为： （3.8）对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取值R/2时，输出电压的计算公式可写成： （3.9）图3.7这个电路优点是结构比较简单，所用的电阻元件数很少。它的缺点是各个电阻相差较大，尤其在输入信号的位数较多时，这个问题更加突出。（2）倒T形电阻网络D/A转换器为了克服权网络电阻D/A转换器中电阻阻值相差太大的缺点，研制出如图3.8所示的倒T形电阻网络D/A转换器。由图可见，电阻网络中只有R、2R两种阻值的电阻，这就给集成电路设计和制作带来了很大的方便。图3.8 倒T形电阻网络D/A转换器输出电压V0的表达式为： （3.10）对于n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器，在求和放大器的反馈电阻取值R时，输出电压的计算公式可写成： （3.11）（3）DAC0832芯片本系统选用DAC0832芯片，它的结构为倒T形电阻网络D/A转换器。如图3.9所示，DAC0832是8位并行输入、电流输出形式的D/A转换器，输出电流端口分别为Iout1和Iout2，且Iout1+Iout2=m，（m为一常数），DAC0862有一个8位的输入寄存器、一个8位的DAC寄存器、一个8为的D/A转换器组成。DAC0832与控制器的连接方式有两种：一是单缓冲工作方式，一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态，此种方式可以提高D/A数据吞吐量；二是双缓冲工作状态，两个寄存器均工作于受控锁存器状态。图3.9 DAC0832内部结构3.2.4 数模转换输出的放大电路的选择方案一：采用反向比例运放电路2。图3.10中Iout1、Iout2与Rfb为DAC0832芯片的三个端口，Dout为DAC0832输入数据，电阻Rf为芯片内部的反馈电阻。DAC0832的Iout1输出的电流公式为： （3.12） 根据理想运放的“虚短”与“虚断”2可知： （3.13）由公式（3.12）和（3.13）知： （3.14）若采用此方案DAC0832的参考电压Vref应该为-5V,输出才为正。图3.10 反向比例运放电路方案二：采用同向比例运放电路2。图3.11中Iout1与Iout2为DAC0832芯片的两个输出端口。根据理想运放的“虚短”与“虚断”可知： （3.14）由公式（3.12）与（3.14）知： （3.15）若采用此方案DAC0832的参考电压Vref应该为+5V,输出才为正。图3.11 同向比例运放电路由于方案一用到负电源，考虑到电源的简单，本系统采用方案二。3.2.5 控制处理器的选择本系统选用AT89S511作为控制处理器，对A / D、D/A的控制以及对数据的处理。3.2.6 软件检错方式的选择方案一：采用奇偶校验1。通过在原数据信息中增加一位奇校验位（或偶校验位），然后将原数据和得到的奇（偶）校验位一起进行存取或传送，对存取后或在传送的终部件得到的相应数据和奇（偶）校验位，在进行一次编码，求出新的奇校验位（或偶校验位），最后根据得到的新的校验位的值，确定是否发生错误。方案二：海明校验位。海明校验位主要是用于存储器中数据存取校验。将整个数据按某种规律生成若干组，对每组进行相应的奇偶测试，就能提供多位检错信息，从而对错误信息进行定位，并将其纠正。这种校验位其实就是一种多重奇偶校验码。方案三：循环冗余校验位（CRC码）。循环冗余校验位是通过某种数字运算来建立数据和校验位之间的约定关系。它是基于模2运算而建立编码规律的校验码。CRC码的编码方法如下：带编的信息码组用多项式M(x)表示： （3.16）将信息码组左移k位，得，空出来的k位用来拼接k位校验码。CRC码是除以生成多项式G(x)即产生校验码的多项式），所得的余数作为校验位。为了得到k位余数（校验位），G（X）必须是k+1位。设所得余数为R(x)，商为Q(x)，则有，将余数拼接在左移了k位后的信息位后面，就构成了有效信息的CRC码。这个CRC码用多项式表示为： （3.17）由于本系统的发射机与接收机距离很近，主要是演示传输信号与信号还原的过程，采用方案一奇偶校验位能够满足系统演示的设计的要求。4 硬件电路与软件设计的实现硬件电路主要由控制处理器外围电路、红外发射电路、红外接收电路、模数转换电路、数模转换电路、滤波电路组成。软件设计主要由接收机软件设计、发射机软件设计组成。4.1 硬件电路的实现如图4.1所示为发射机原理图，主要包括单片机最小系统、红外发射电路和模数转换电路。如图4.2所示为接收机原理图，主要包括单片机最小系统、红外接收解调电路、数模转换电路、放大电路和滤波电路。图4.1 发射机原理图图4.2 接收机原理图下面就发射机、接收机各个模块原理进行分析。4.1.1 控制处理器外围电路如图4.3所示，控制器为单片机AT89S51，它的外围电路主要由复位电路、晶振电路组成。图4.3 单片机最小系统4.1.2 红外发射电路的实现如图4.4所示，此电路为38Khz红外载波产生与基带信号的调制电路，红外发射是将数据信号（二进制脉冲码）调制在38Khz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。图4.4 红外发射电路4.1.3 红外接收电路的实现如图4.5所示，红外接收头包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30Khz到60Khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。如图4.6所示，此电路为38Khz红外接收与解调电路。为了提高接收的灵敏度，输出的高低电平和发射端是反相的，故后面需将电平反向，电路中采用三极管9014进行反向直接接到单片机串口接收端。红外接收头内部放大器的增益很大，很容易引起干扰，因此在接收头的供电脚上加上滤波电容。为了进一步降低电源干扰，故在供电脚和电源之间接入330欧电阻。图4.5 HS0038内部结构图4.6 红外接收电路4.1.4 模数转换电路的实现如图4.7所示，模拟信号从ADC0809的IN0端口输入，当输入的模拟电压为+5V时，输出对应255，ADC0809的数据输出公式为： （4.1） 其中Vin为输入模拟电压，Dout为输出数据。ADC0809的工作频范围为10Khz-1280Khz,当频率范围为500Khz 时，其转换速度为128us，ADC0809时钟频率500Khz由SN74HC74N芯片提供，从CLK端口输出。图4.7 模数转换电路4.1.5数模转换电路的实现如图4.8所示，数模芯片DAC0832采用直通方式，由于DAC0832输出方式为电流Iout1，故还要将电流转换为电压输出。电流转换成电压的放大电路采用同向比例运放电路。由公式（3.12）可知放大电路电压输出为：其中Dout、Vref、Rf分别为DAC0832的输入数据、参考电压、内部反馈电阻。图4.8 数模转换电路4.1.6滤波电路的实现由于模拟信号输入的正弦波频率为10hz，所以滤波电路采用低通滤波器。如图4.9所示，此电路为低通滤波器，它的截止频率为： （4.2）参数选择：电容C=100uf，由公式（4.2）知电阻: （4.3）带入数值得R为159.2欧姆，所以滑动变阻器取5K欧姆。图4.9 低通滤波器4.2 软件设计系统软件设计主要包括两个部分：发射机软件设计和接收机软件设计。4.2.1 发射机软件设计发射机软件设计如图4.10所示，包括两部分:ADC0809数据采集与单片机串口9发送采集的数据。单片机串口初始化，波特率设置为1.2Kbit/s。图4.10 发射机程序流程图ADC0809软件设计流程图根据它的时序图进行，流程图如图4.11所示：图4.11 模数转换程序流程图4.2.2 接收机软件设计接收机软件设计分为两个部分：（1）单片机串口接收数据（2）单片机将收到的数据送入DAC0832。接收机软件设计流程图如图4.12所示：图4.12 接收机程序流程图5 系统调试与调试中的问题系统调试分为三部分：（1）模数转换的调试（2）红外接收发的调试（3）数模转换的调试。5.1 模数转换的调试用排线连接ADC0809的输出数据口到单片机的I/O，在ADC0809的模拟输入端输入一个直流电压（0V-5V）时，将ADC0809转换的数据送到液晶显示器上显示，看与模拟量量化值是否接近，然后改变直流电压，再看液晶显示器显示的数据与模拟量量化值是否接近。用来测试模数转换这部分是否正常。5.2 红外发射接收的调试用示波器看38khz的晶振是否起振，若起振，首先用单片机一直发送1，用示波器看红外发射头端的波形是否为38khz，若正常，则红外发射部分正常。然后，用单片机串口发送端连续发送一个数值一定的值，接收机接收HS0038头将收到的数据送到单片机的串口接收端，然后用液晶显示显示收到的数值，比较这两个数据是否相同。相等则红外接收部分正常。5.3 数模转换的调试根据公式（4.1）、（4.2）和（4.3）可知，当单片机在数模转换输入端输入一个数字量0x00时，接收机模拟信号输出的幅值为0V；当在数模转换输入端输入0x66时，调节同向比例运放的放大倍数，使接收机模拟信号的输出幅值为2V，使输入模拟信号的幅值与接收机模拟信号输出的幅值一致。5.4 调试过程的问题问题1：接收机接收数据错误。问题的原因:由于是38KHZ的红外载波与采集的基带信号进行调制，载波频率低，基带信号传输速率过大导致数据接收错误。一般波特率设置小于3.8Kbit/s，本系统最后设置波特率为1.2Kbit/s。问题2：用模拟信号源输入，将模数转换的数据直接接到数模转换的数据口时，无波形输出。问题的原因:调试过程中，由于将转换的数字量在液晶上进行了显示，这一过程占用的时间为0.09s，模拟信号源输入10hz的正弦波，周期为0.1s，故在一个周期内只能采一次样，由抽样定理可知，模拟信号不能还原。6 测试结果6.1 测试实物图如图6.1所示，可以很直观的看到模拟信号数字无线传输在信号处理与传输的过程中的所有波形。左边为信号源产生9.9992hz的模拟信号，上面一台示波器的波形从上而下分别是信号源提供模拟信号输入发射机的波形和接收机还原的模拟信号波形，下面一台示波器的波形从上而下分别是发射机发射的调制波波形和接收机解调后的波形。调制波与解调波的波形存在一个反向，这由接收头HS0038所决定的，解调后的数据经过反向进入单片机进行处理。图6.1 测试实物图6.2 模拟信号源输出的波形图如图6.2所示，模拟信号源输入9.9992hz的正弦波到接收机部分的ADC0809输入端。图6.2 模拟输入6.3 接收机还原的模拟信号波形如图6.3所示，接收机还原后的模拟信号波形为9.9996HZ的正弦波。图6.3 接收机还原后的模拟信号6.4 接收机输出波形与模拟信号源输入波形图接收机输出波形与模拟信号源输入波形比较如图6.6所示，示波器上面的波形为输入模拟信号的波形，下面为接收机输出波形。输入模拟信号与还原的模拟信号在频率上存在稍微的差异是由量化误差所造成的；在波形上存在一定的延时，主要是由信号传输速率慢所造成的，若载波的频率加大，故可以把波特率设置增大，还原后波形的延时越小。图6.4 模拟信号源输入与模拟信号源波形比较6.5 数字信号无线传输波形图（1）发射端基带信号波形图如图6.5所示为A/D转换成的数字信号经过编码后的有效信息。数据格式由起始位、8位数据位、校验位与停止位组成。图6.5 发射机基带信号波形图（2）发射机发射的调制波波形图发射机发射的调制波如图6.6所示，调制波由单片机通过模数转换对模拟信号进行抽样、量化、编码，再与硬件产生38Khz的红外线进行调制，调制方式为调幅。图6.6 发射机发射的调制波（3）接收机解调波如图6.7所示，为红外接收头HS0038进行解调后的波形，存在一定的干扰信号。图6.7 接收机解调后的波形（4）接收机解调再经采样判决后的波形由图6.7和图6.8可知，经过采样判决后的波形将信号中的干扰信号去除了。由于数字信号只有0和1两个状态，解调后的波形经过采样判决后能够有效去除干扰信号，这也是数字信号传输非常重要的一个优点。若在干扰信号比较大的情况下，通过采样判决后还可以通过软件进行检错，本系统采用的就是奇偶校验。图6.8接收机解调再经采样判决后的波形7 结论由图6.4可知，当发射机输入模拟信号频率9.9992HZ的正弦波时，接收机的输出端输出的模拟信号为9.9996HZ的正弦波，信号无失真的被还原出来。由图6.5、图6.6、图6.7和图6.8可知，信号的传输过程为数字传输方式。由测试结果可知模拟信号数字传输中信号的转换与还原的整个过程图，如图6.9所示，其中图（1）为模拟输入信号，图（2）为经过模数转换器抽样、量化、编码后的基带信号，图（3）为调制信号，图（4）为解调后的信号，图（5）为