【正文】 線做信號載波具有成本低、傳播范圍和方向可以控制、不產生電磁輻射干擾和被干擾等諸多優(yōu)點，因此采用紅外線技術進行數(shù)據(jù)傳輸（紅外數(shù)據(jù)傳輸）為數(shù)據(jù)傳輸提供了新的方法，被廣泛地應用在各個技術領域中。本文的目的是研究和設計一個模擬量轉換為數(shù)字量的紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，主要由A/D轉換與紅外傳輸組成。具體包括信號處理與調理，A/D轉換，紅外發(fā)射、紅外接收等幾個組成部分。模擬信號處理與調理A/D轉換紅外傳輸信號顯示 系統(tǒng)總體結構圖第一章，緒論部分，主要介紹了紅外技術的發(fā)展和研究現(xiàn)狀、研究課題的提出和意義以及本文研究的主要內容。第二章，模擬信號處理與調理部分，運用傳感器將外界的模擬非電量信號轉換為模擬電量信號，并由前置放大、濾波及主放大電路對模擬信號進行處理與調理。第三章，A/D轉換部分，闡述ADC的結構和工作原理，并以ADC0809和8051單片機為例實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的轉換。第四章，紅外數(shù)據(jù)傳輸部分，介紹紅外數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的基本原理，并設計基于8051單片機的電路發(fā)送數(shù)據(jù)、運用專用紅外接收模塊TSOP1738接收信號，實現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)傳輸，并通過8051單片機接口利用發(fā)光二級光（LED）和數(shù)字顯示管（DPY）顯示接收到的信號最后，本文的參考文獻、結束語、致謝以及附圖部分。第二章 模擬信號處理與調理信號調理裝置是通過電子線路來實現(xiàn)模擬信號處理，一般包括放大、濾波等功能環(huán)節(jié)。信號調理的目的是對傳感器輸出的電信號進行必要的處理以滿足信號處理后繼環(huán)節(jié)的需要，使其輸出信號適應A／D轉換等環(huán)節(jié)的工作。信號調理可以改善信號質量，還可以補償傳感器的非線性，提高信噪比，增強信號的環(huán)境抗干擾能力等。 前置放 大傳感器濾波電路主放大 信號調理結構圖 傳感器傳感器是將外界輸入的被測量信號變換成電信號的元器件或裝置。它作為信息獲取的工具和手段，在測量控制型智能儀器中占據(jù)了極其重要的地位。傳感器能轉換信息存在的能量形式，通常是將其它能量形式轉換成電量的形式，以便進一步對信號進行加工與處理，傳感器的輸出往往總是電信號。這主要是電信號較容易地放大、反饋、濾波、存儲及傳送等操作。不同的檢測對象將會使用不同的傳感器將外界的非電信號轉換為電信號，并且傳感器的選擇與研究不是本設計研究的重點，所以為了一般起見常常把傳感器作為信號源看待。根據(jù)電路理論的知識我們可以知道，電路的信號源都可以等效兩種形式：以理想電壓源和源內阻RS串聯(lián)的等效信號源，即戴維南等效電路；以理想電流源和源內阻RS并聯(lián)的等效信號源，即諾頓等效電路。本設計采用戴維南等效電路的的形式進行涉及該系統(tǒng)。另外從傳感器出來的信號很微弱，一般只有幾百微伏到幾毫伏的數(shù)量級。本社設計取微弱信號轉換成的電壓信號小于2mV（實際中可以將傳感器輸出的模擬信號通過示波器觀察其波形，測定它的幅值）。通常所需要的模擬電信號中混雜有其它電信號，并且信號十分微弱；另一方面，噪聲背景強且信號源的阻抗比較大，加之電極引入的極化電壓差值較大(比電差值幅度大幾百倍)，因此，需要利用前置放大電路來來提高信號的幅值，并且通常要求前置放大器具有高輸入阻抗、高共模抑制比、低噪聲、低漂移、非線性度小、合適的頻帶和動態(tài)范圍等性能，本次設計選用LM324做為主要主體器件，具有高輸入阻抗、低噪音、高精度、較高建立時間、低功耗等特性，非常適合作為前置放大器使用。圖 前置放大電路圖放大增益可調(范圍約1～1000倍)，并可由公式： () 來確定。為防止前置放大器工作于飽和區(qū)或截止區(qū)，其增益不能過大。一般 l 0倍左右效果較好。本設計取：R1=30KΩ,R2=3 KΩ, 倍。在調試集成運算放大器組成的放大電路時，會發(fā)現(xiàn)有不明的震蕩、漂移等現(xiàn)象發(fā)生，這往往是由于電源布線不合理而造成的。、C3可以很好的解決了這個問題。下述中集成運算放大器LM324的引腳中也增加有去耦電容，也是起這個作用。 濾波電路濾波器是一種能使一定頻率的信號通過，而阻止或衰減其它頻率信號的電路。濾波器可由LC或RC無源元件組成，稱之為無源濾波器；也可以由有源器件和LC或RC網(wǎng)絡構成，稱之為有源濾波器。按頻率特性可將有源濾波器分為低通(LPF)、高通(HPF)、帶通(BPF)和帶阻(BEF)等四種。本設計選用一階高通濾波器和一階低通濾波器濾去其他頻率的信號。假定輸入模擬信號頻率f約為31KHz。根據(jù)待測模擬信號頻率f和以下關系式確定與組成濾波器的元件（電阻R和電容C）的值： ()1. 高通濾波電路通常經(jīng)過一階低通濾波器后仍不理想，存在很多毛刺；另一方面，信號仍是疊加在一個較大的直流電壓上的小交流信號。為了防止對小交流信號進行放大處理發(fā)生飽和，必須作高通濾波處理，將其更低頻率的無用信號和直流信號除去。 高通濾波電路圖因為原波形的頻率約為31KHz。則 （）取C3=1uf，則R3=。2. 低通濾波電路 一階低通濾波電路圖通過示波器觀察輸入信號的波形，由于模擬信號經(jīng)傳感器及前置放大電路引進了一些高頻率的干擾信號，波形中有較多的毛刺，需要經(jīng)過一階有源低通濾波進行濾波處理。因為原波形的頻率約為31KHz。則 （）取C3=1uf，則R3=。 主放大電路需要檢測的微弱模擬信號都是通過各種傳感器來進行非電量的轉換，從而使檢測對象轉變?yōu)殡娏?。由于所測對象本身為微弱量，同時受各種不同傳感器靈敏度的限制，因而所得到的電量自然是小信號，這些微弱信號不能直接用于采樣處理。前置放大電路主 主放大電路圖要起到電流轉電壓的作用，但后續(xù)電路為A/D轉換電路，所需電壓幅值為5V，傳感器出來的信號小于2mV，經(jīng)過前置放大10倍后，所以輸出的電壓信號還需要繼續(xù)放大200倍，才能達到達到A/D轉換所需的要求0~5V。因此還需應用主放大電路。本模塊選用以集成運算放大器LM324為主體元件將信號放大200倍。為了讓本電路放大200倍，閉環(huán)電路電阻取值為：R5=2KΩ，R6=100Ω，放大倍數(shù)倍。第三章A/D轉換對模擬信號調理完畢后，模擬信號在0~5V的范圍內，此時該做的工作就是要將這個模擬信號轉換為數(shù)字信號，這樣才能將需要檢測的微弱信號傳送到計算機中進行處理，A/D轉換模塊就是完成這項功能的。另外，轉換后所得的數(shù)字量需經(jīng)單片機解調才能用于后續(xù)的傳輸，所以還需將數(shù)字量傳輸?shù)絾纹瑱C中。所以本模塊由A/D轉換和ADC與8051單片機的連接電路構成，A/。ADC08098051單片機 A/D轉換總體結構圖 A/D轉換器A/D轉換器按其工作原理的不同分為直接A/D轉換器和間接A/D轉換器兩種。直接A/D轉換器將模擬信號直接轉換為數(shù)字信號，這類A/D轉換器具有較快的轉換速度，典型電路有并行比較型器A/D轉換器、逐次比較型A/D轉換器。而間接A/D轉換器則先將模擬信號轉換成某一中間變量（時間或頻率），然后再將中間量轉換成數(shù)字量輸出。這類A/D轉換器的速度較慢，典型電路有雙積分型A/D轉換器、電壓頻率轉換型A/D轉換器。其中，逐次近似型A/D轉換是目前應用最為廣泛的中、高速A/D轉換器，其最大特點是轉換速率較快，而且在售價（成本）、精度和轉換速率三個重要的標志之間易于取得較好的平衡。所以本設計選用逐次近似性A/D轉換器ADC0809。 A/D轉換的原理 A/D轉換要將時間和幅值都連續(xù)的模擬量，轉換為時間、幅值都離散的數(shù)字量，一般要經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼幾個過程。（1）.取樣與保持取樣電路可將輸入模擬量轉換為在時間離散的模擬量。傳輸門TG由取樣信號控制,在高電平期間，TG導通，輸出信號等于輸入信號，而在的低電平期間，傳輸門關閉，輸出信號。取樣信號的頻率愈高，取得的信號經(jīng)低通濾波后能真實的復現(xiàn)輸入信號。合理的取樣頻率由取樣定理確定。取樣定理：設取樣信號的頻率為，輸入模擬信號的最高頻率分量的為，則與必須滿足下面的關系： （）一般取TG 取樣過程示意圖A1A2開關驅動電路CH 取樣保持電路的原理圖將取樣所得信號轉換位數(shù)字信號往往需要一定的時間，為了給后續(xù)的量化編碼電路提供一個穩(wěn)定值，取樣電路的輸出還須保持一段時間。一般取樣與保持過程都是同時完成的。取樣保持電路由輸入放大器A輸出放大器A保持電容CH和開關驅動電路組成。電路中要求，且A1區(qū)有較大的輸入阻抗，以減小對輸入信號源的影響。A2選用較高輸入阻抗和低輸出阻抗的運放，這樣不僅CH上所存電荷不易泄漏，而且電路還具有較高的帶負載能力。開關S閉合時，電路處于取樣階段，電容器CH充電。由于，因此；開關 S斷開時，若A2的輸入阻抗足夠大且S為較理想的開關，可認為CH幾乎沒有放電回路，輸出電壓保持不變。這樣就起到了保持的作用。（2）.量化和編碼數(shù)字量在數(shù)值上是離散的，任何數(shù)字量只能是某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。要實現(xiàn)A/D轉換，還必須將取樣保持電路的輸出表示為最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。將數(shù)值連續(xù)的模擬量轉換為數(shù)字量的過程稱為量化。最小數(shù)量單位Δ成為量化單位。量化單位Δ是數(shù)字信號最低為1時所對應的模擬量，即1LSB。由于被取樣電壓是連續(xù)的，它的值不一定都能Δ整除，所以，在量化過程中，不可避免地存在誤差，成為量化誤差，用ξ表示。ξ屬于原理誤差，它是無法消除的。A/D轉換的位數(shù)越多，1LSB所對應的Δ越小，量化誤差的絕對值也越小。量化的方法，一般有舍尾取整和四舍五入法兩種。舍尾取整的處理方法是：如果輸入電壓vi在兩個相鄰的量化值之間時，即時，取vi的量化值為。四舍五入的處理方法是：當?shù)奈矓?shù)不足時，舍去尾數(shù)取整數(shù)；當?shù)奈矓?shù)大于或等于時，則量化單位在原數(shù)上加一個Δ。將量化后的結果用二進制碼或其他代碼表示出來的過程成為編碼。經(jīng)編碼是出的代碼就是A/D轉換的結果。 ADC0809的介紹1. ADC0809的信號引腳ADC0809為28腳標準封裝直插式芯片。ADC0809是8位A/D轉換芯片，由單一+5V電源供電。片內帶具有鎖存功能的8路模擬開關，可以對8路0~5V的模擬輸入電壓分時進行轉換，轉換時間為100us左右；片內具有多路開關的地址譯碼和鎖存電路、高阻抗斬波穩(wěn)定比較器、256R電阻T型網(wǎng)絡和網(wǎng)狀電子開關以及逐次逼近寄存器，采用逐次逼近技術實現(xiàn)A/D轉換；其內部無時鐘電路，時鐘必須由外部提供，典型的時鐘頻率為640kHz；輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩存器，可直接與單片機總線相連。 ADC0809各引腳功能如下：? IN0~IN7：8路模擬量輸入端。? C、B、A：三根地址譯碼輸入線，根據(jù)C、B、A的組合值，控制多路轉換開關，對8路模擬輸入通道IN0~IN7進行轉換。例如CBA為000時，接通IN0，當CBA為111時，接通IN7。? ALE：地址鎖存控制端，高電平有效。在ALE的上升沿將C、B、A通路地址鎖存到內部地址鎖存器中，并將相應的模擬量輸入通道接入A/D轉換器。? OE：數(shù)字量輸出允許信號輸入端，高電平有效。當該端被選中時，允許從A/D轉換器的輸出鎖存器中讀取數(shù)字量。 ADC0809引腳圖? START：啟動信號輸入端，下降沿啟動A/D進行新的一次轉換。? EOC：A/D轉換結束標志，可以作為轉換結束的中斷請求信號。? CLOCK：時鐘輸入端。? D7~D0：數(shù)字量輸出端。? VCC：電源輸入端，接+5V。? GND：接地端。? 、：參考