信号接收器的电路优化及相关软件设计

信号接收器是微型电子白板的重要组成部分，主要完成对信号笔的定位、信号的接收、处理及时延信息的提取。因此，信号接收器能否精确提取并有效地处理信号决定了微型电子白板系统的稳定性及系统精度。信号接收器主要由红外信号接收电路、超声信号接收电路A、超声信号接收电路B、电源电路、时延提取电路、微处理器及其外围电路组成，其系统框图如图12-29所示。

图12-29　信号接收器系统框图

超声信号接收电路A、超声信号增益调整电路A和整形电路A构成了超声信号通道A；超声信号接收电路B、超声信号增益调整电路B和整形电路B构成了超声信号通道B。通道A和通道B的结构、电路设计都是相同的，都是分别由传感器接收到超声信号，经过各自的放大、整形电路后送入同一片微处理器芯片处理。所以下文就以通道A为例，介绍超声接收电路的优化设计。

12.6.1 信号接收器超声接收电路的优化

优化前信号接收器的电路框图如图12-30所示，优化后信号接收器的电路框图如图12-31所示。我们可以直观地看到电路的复杂程度有所降低。首先论述优化前电路设计。

图12-30　优化前信号接收器电路框图

图12-31　优化后信号接收器电路框图

优化前的超声接收电路是将传感器接收到的信号经过三极管阻抗匹配电路，再经过低噪声偏置电路后送到运算放大器中放大，超声增益调整电路采用四级放大，其中，第三级是增益可调放大电路，采用数字电位计DS1868实现增益可调。但是采用数字电位计会使电路设计复杂性提高，调试时工作量变大，产品成本也提高。所以，去掉DS1868是必要的。

去掉DS1668就要使前端信号的噪声减小、信噪比提高，使每一级的放大倍数增大，在不使用增益调整的情况下也可以得到幅度符合要求的超声信号，以便提取时延信息。下面将介绍阻抗匹配电路、前端放大电路、运算放大电路和整形电路几部分电路的优化。

超声接收电路实际上是一个多级放大电路，是为了保证增益、频率响应、阻抗特性等各项指标的获得。根据级联电路的噪声计算公式

可知，低噪声放大器设计的关键是第一级（又称前置级）的设计，第一级功率要增益足够高，尽量降低此级的噪声，即减小噪声系数的关键在于使本级具有高增益低噪声，后级噪声对系统影响很小。因而我们应对第一级放大器的低噪声电路设计给予重视。本系统中的超声第一级低噪声放大电路是一个放大倍数约为100倍的低噪声放大电路（第一级放大电路呈带通滤波特性并采用无噪声偏置电路降低了噪声系数），很好地提高了整个超声接收电路的信噪比。优化前后大大地简化了超声信号处理电路，下面将对各个部分进行详述。

12.6.1.1 阻抗匹配电路

信号接收器是通过超声接收传感器和红外接收传感器接收信号笔发出的信号，然后对接收到的信号进行放大和整形等处理。所以首先要介绍传感器输出信号的特点及处理方法。

1.传感器输出信号的特点

传感器的输出阻抗都比较高，这样使传感器信号输入到测量电路时会产生较大的信号衰减。传感器的动态范围很宽，输出随输入物理量的变化而变化，但是它们间的关系不一定是线性比例关系。传感器输出量会受温度影响，有温度系数存在。

2.传感器信号的处理方法

根据传感器输出信号的特点，采取不同的信号处理方法来提高测量系统的测量精度和线性度，这正是传感器信号处理的主要目的。

传感器在测量过程中常掺杂有许多噪声信号，它会直接影响测量系统的精度。因此，抑制噪声也是传感器信号处理的重要内容。传感器信号处理与传感器接口电路是相互关联的，往往要将传感器接口电路设计成具有一定信号预处理的功能，经预处理后的信号使其成为可供测量、控制及便于向微型计算机输入的信号形式。接口电路对不同的传感器是完全不同的，其典型的应用接口电路如表12-3所示。由表可知，本电路中的超声接收传感器就是采用电流电压转换电路这种接口电路。传感器是电荷性的，采用这种方式可以将电流输出转换成电压输出。

表12-3　传感器典型的应用接口电路

续表12-3

3.传感器与检测电路的结构形式

在信号接收器的电路设计中，超声接收传感器与检测电路的结构如图12-32所示。

图12-32　超声接收传感器与检测电路的结构

该超声传感器是具有模拟输出特性的传感器。在这样的情况下，往往是先由接口电路进行信号的预处理，再经过放大电路、比较器后送入单片机，进行时延信息的提取。

4.阻抗匹配

阻抗匹配电路有三种，分别是三极管匹配电路、场效应管匹配电路和运算放大器匹配电路。优化前的超声接收电路采用的是三极管匹配电路，而经过对传感器的特性和这几种匹配电路的分析，我们对匹配电路进行了改进，采用场效应管匹配电路。首先分析三极管和场效应管各自的特性。

场效应晶体管（Field Effect Transistor，缩写FET）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型晶体管，而FET仅是由多数载流子参与导电，它与双极型相反，也称为单极型晶体管。

双极型三极管是电流控制器件，通过控制基极电流达到控制输出电流的目的。基极总有一定的电流，故三极管的输入电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可达109～1410Ω。高输入电阻是场效应管的突出优点。

场效应管与三极管的比较如下：

（1）场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于三极管的发射极E、基极B、集电极C，它们的作用相似。

（2）场效应管是电压控制电流器件，由V㊣GS控制I㊣D，其放大系数一般较小，因此场效应管的放大能力较差；三极管是电流控制电流器件，由I㊣B（或I㊣E）控制I㊣C，驱动能力强。

（3）场效应管栅极几乎不取电流（I㊣G＞＞0），而三极管工作时基极总要吸取一定的电流，因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高。

（4）场效应管只有多子参与导电，三极管有多子和少子两种载流子参与导电，因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。

（5）场效应管在源极未与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大。

（6）场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

（7）场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少、热稳定性好、工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。

超声传感器的电容值为166 pF，具有比较高的输出阻抗，一般大于18 kΩ。为了防止信号的衰减，应采用高输入阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前置电路。

如图12-33所示是三极管阻抗匹配电路，它实际上是一个共集电极电路，又称为射极输出器。射极输出器的输出相位与输入相位相同，其电压放大倍数小于1，电流放大倍数大，从几十倍到几百倍。当射极电阻为R㊣e时，射极输出器的输入阻抗R㊣in=βR㊣e。因此，射极输出器的输入阻抗高，输出阻抗低，带负载能力强，常用来做阻抗变换电路的前级和后级的隔离电路使用。

图12-33　三极管阻抗匹配电路

三极管阻抗匹配电路虽然有较高的输入阻抗，但是由于偏置电阻和本身的基极及集电极间电阻的影响，不可能获得太高的输入阻抗，还无法满足一些传感器的要求。

场效应管是一种电压驱动元件，栅极和漏极间的电流很小，具有更高的输入阻抗，图12-34所示电路就是一种常见的场效应管阻抗匹配电路。这种匹配电路结构简单、体积小，输入阻抗高达1012Ω以上。因此场效应管阻抗匹配电路常用作前置级。场效应管阻抗匹配电路有时还直接安装在传感器里，以减少外界的干扰，在电容式传感器、压电式传感器等容性传感器里得到广泛的应用。

图12-34　场效应管阻抗匹配电路

除了上述两种阻抗匹配电路外，还可以使用运算放大器，如图12-35所示。这种阻抗匹配电路常用作与传感器接口的前置放大器，此时运算放大器的放大倍数和输入阻抗可由下式计算，即

图12-35　运算放大器阻抗匹配电路

12.6.1.2 前端电路优化设计

放大器中的有源器件均需要一定的偏置电路及供电电源。偏置电阻的热噪声、供电电源的干扰均会使放大器的等效输入噪声加大。有时这种附加的噪声及干扰将会远远超过有源器件本身的噪声，因此，一个性能优良的低噪声放大器必须尽量抑制这种噪声。设计低噪声放大器，最好选用无噪声偏置电路。为了说明无噪声偏置电路的作用，先分析图12-36所示的En-In㊣模型。

图12-36　En-In㊣模型

R1、R2为偏置电阻，C为耦合电容。R1、R2将引入热噪声，电容C本身虽不会引入噪声，但对于等效输入噪声大小也是有影响的。应将R1、R2尽量选大些，并使C㊣大一些，与不考虑偏置电阻及电容时的情况相同。

偏置电阻R1、R2中通过的直流电流将引起过剩噪声，过剩噪声电流大小与R无关，仅决定于偏置电阻中通过的直流电流。由于一般晶体管偏置电阻中的电流为基极偏流的几倍，因此过剩噪声的影响严重。一种改进方法是采用“无噪声偏置”电路。如图12-37所示，为便于分析，画出偏置电路的等效示意图（见图12-38），其中Z㊣b为R1、R2、C的并联折合阻抗，E㊣b为E1、E2在Z㊣b㊣两端的合成电压。

图12-37　无噪声偏置的共发射极电路图

图12-38　偏置电路等效图

由等效示意图，得：

注：式（12-7）在下式成立的条件下成立。

显然，当C充分大，式（12-8）成立，式（12-7）可以很小，而因E1、E2中包含了热噪声，以及比热噪声还要大的过剩噪声，使E㊣b减小就意味着使这两种噪声的有效贡献减小，这在设计低噪声偏置电路时是很有意义的。满足式（12-8）的条件时，可得：㊣

可见折合阻抗也变得很小。

另一方面，欲要减小偏置电路的噪声影响，则须

由于|Z㊣b|很小，则式（12-10）、（12-11）又可写为：

在实际电路中，由于R㊣g两端直流压降很小，因而，过剩低频噪声可以忽略，于是，E㊣g仅含热噪声；另外，由于E㊣b很小，则更小，所以式（12-12）能够成立。在式（12-8）、（12-12）、（12-13）的条件下，便得到最小的噪声系数，这些条件称为偏置电路的低噪声化条件，满足这些条件的偏置电路就称为无噪声偏置电路。㊣

优化后的微型电子白板前端即采用无噪声偏置电路，实验证明，本偏置电路对提高第一级低噪声放大器的信噪比有着明显的作用。电路图如图12-39所示。

图12-39　晶体管无噪声偏置电路图

该电路是共射极放大电路，其电压、电流、功率放大倍数都比较大，因而应用广泛。也是因为这种特性，在微型电子白板信号接收器的超声信号放大电路中，采用了该种接法，来满足超声接收传感器接收到的微弱的的超声信号放大的需要。

R3、R4为偏置电阻，C1为耦合电容。R3、R4将引入热噪声，电容C1本身虽不会引入噪声，但对于等效输入噪声大小也是有影响的。要减小偏置电阻及电容的影响，应将R3、R4尽量选择大一些，并使C1大一些。

R3、R4、R5、R6和C3组成了静态工作点稳定电路。

只有正确地选择放大电路的静态工作点，才能使放大电路的工作不会出现失真。但是在实际的放大电路中每当环境温度变化时，三极管β和I㊣ceo都会增大，就会破坏静态工作点，影响放大电路的正常工作。

超声接收放大电路中也采用最常见的电阻分压式稳定电路来稳定工作点，这种方式也是最常见的一种稳定工作点的电压放大电路。下面将详细介绍该电路。

图12-42中R3和R4组成分压电路，为基极偏流。由图可知I1=I2+I㊣b，通常当I1≥10 I㊣b时，就可以认为I㊣b是可以忽略的，就可以认为流过R3和R4的电流是相等的，即I1≈I2。这样，R4㊣两端的电压（也就是三极管基极对地的电压）就可以认为是固定不变的，即

式（12-14）表明，三极管的基极电位由R3和R4的分压决定。一旦R3、R4和U㊣CC确定后，三极管的U㊣b也就确定了，而与温度无关，这样工作点就稳定了。图12-39中的R5㊣为负反馈电阻，串联在晶体管中的发射极电路中，也是用来稳定静态工作点的。所谓反馈就是放大电路输出信号的一部分或者全部返送到输入端的一种措施。若反馈信号与原输入信号的相位相反，对原输入信号有削弱的作用，则称其为负反馈；反之，若反馈信号与原输入信号的相位相同，能增强原输入信号的，则称为正反馈。在该电路中，R5为负反馈电阻，其稳定工作点的原理如下：假设由于环境温度T升高引起I㊣c增大，则I㊣e也增大，R5两端的电压U㊣b=I㊣eR5也随之增大。但是由于U㊣b=U㊣bc+U㊣e，而U㊣b为常数，则U㊣e的增大必然引起U㊣bc的减小，导致I㊣b和I㊣e都自动下降，最终把将要升高的I㊣c拉至接近不变，从而达到稳定工作点的目的。

上述变化过程是通过发射极电流的变化，经过电路的反馈作用，最终把将要升高的I㊣c降回来，从而达到稳定工作点的目的，所以称这个过程为电流负反馈。

显然，R3和R4越小，I1就越小。R5越大，负反馈作用就越强，工作点越稳定，但是R3和R4太小或是太大，消耗的电能也会越大。通常R3和R4取值几千欧至数十千欧，且R3＞R4，通过调整R3的阻值来改变放大电路的静态工作点。R5的阻值一般是几欧到数百欧。电流电压高时，R5可以大些，电流电压小时，R5小些。该电路中的阻值选择也是依据上面所阐述的，R3、R4、R5㊣的阻值分别为100 kΩ、75 kΩ、3 kΩ。

为了使R5对交流信号不产生负反馈，通常都在R5的两端并联一个大电容，即电路图12-42中的C3，其作用是让交流信号由C3旁路，而不经过R5，即不使R5对交流信号产生负反馈，所以C3㊣称为旁路电容，其电容值为1μF。

该电路采用了多级放大，采用多级放大电路的主要目的是为了增大对超声传感器接收到的微弱超声信号的放大能力。多级放大电路的级间耦合，必须保证前级信号不失真地传送到下级，并尽可能地保持各级工作点的稳定。常见的级间耦合方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合三种，本电路中采用的是阻容耦合。阻容耦合放大电路中，利用电容隔直流通交流的特性，不但能够保证前后级工作点互不影响，而且不影响交流信号的传递。阻容耦合电路的特点是结构简单、频率响应特性好、失真小。

12.6.1.3 超声增益调整电路与整形电路的改进

1.超声增益调整电路

优化前，超声增益调整电路采用四级放大，其中第三级是增益可调整的放大电路。而本节设计的电路采用两级放大。

超声接收放大电路是将接收到的超声信号进行放大，由于超声信号随着距离的增加而快速衰减，信号笔在不同距离发出的超声信号幅度也不同，信号笔距离传感器越远，信号幅度越小。经过放大电路放大后的信号的强度也不同，由于本系统根据信号幅度提取时延，这就要求进入时延提取电路的超声信号在信号笔为任何位置时的幅度基本一致，否则会造成时延提取误差，影响系统的精度。所以在改进前的超声信号第三级放大电路中，采用DS1868数字电位计来调整放大电路的增益。其引脚图如12-40所示。

图12-40　DS1868引脚图

DS1868芯片由两个数字控制的固态电位计组成。每个电位计分为256等份的电阻阵列。通过设置一个8位寄存器的值来控制游标在电阻阵列上的位置。该寄存器用来存储两个游标的位置以及设备上电时的堆栈选择位。

数字电位计DS1868芯片相当于可变电阻，放大电路的增益由单片机通过调整DS1868来调节。这样就实现了放大电路增益的改变，信号笔距离接收器远，接收的超声信号弱，增大调节放大电路的放大倍数；信号笔距离接收器近，接收的超声信号强，减小调节放大电路的放大倍数。调节后的电路，无论与传感器距离远近，超声信号的输出幅度已经比较相近了。

本章上两小节对匹配电路、偏置电路做的优化，使系统的噪声得到抑制，信噪比增大，所以，增益调整电路的每一级的增益放大倍数可以加大，这样不再需要数字电位计的调整就可以使超声信号在两级放大后的信号幅度达到饱和状态。

增益电路中采用的运算放大器是TI公司的TLC082低噪声放大器，它是单电源供电，工作电压范围为4.5～16 V，内部有两个放大器，增益带宽为10 MHz，其芯片引脚如图12-41所示。

图12-41　TLC082引脚图

第一级低噪声放大器呈带通滤波特性，表12-4为低噪声第一级低噪声放大器的频率特性测试数据表。

表12-4　第一级低噪声放大器的频率特性测试数据

续表12-3

（1）频率特性测试条件：Vi㊣=10 m V的正弦信号，V0㊣为放大器U1（1）的1脚输出，改变频率f i。

由表12-3可知，第一级低噪声放大器的中频区放大倍数A㊣VM=113.63（f㊣=80 k Hz时的放大倍数）。截止频率f㊣=0.707、A㊣VM=80.33时的频率值，由上表知30 k Hz放大倍数为79.20，150 k Hz放大倍数为79.80，因此，认为放大器是截止频率为30 k Hz～150 k Hz的带通放大器。

（2）放大倍数测试：

测试条件：f i=80 k Hz的正弦信号，改变其V i的大小。由表12-5可以看出，第一级低噪声放大器的放大倍数约为115。

表12-5　第一级低噪声放大器的放大倍数数据

测试条件为V i=200 m V，f i=80 k Hz的正弦信号。超声接收电路的第二级实际测试结果由表12-6可以看出，第二级低噪声放大器的放大倍数约为110倍。

表12-6　第二级低噪声放大器的放大倍数数据

这两级放大电路的放大倍数很高，其输出的超声信号已经饱和，但由于系统根据信号幅度提取时延，饱和的超声信号不影响提取时延，实际上要求输入时延提取电路的超声信号要饱和或接近饱和，这样才能提高提取的时延精度。

2.整形电路

超声信号经过放大电路变成饱和的脉冲信号送入比较器LM393，这部分电路优化前后没有变化，电路如图12-42所示。

图12-42　整形部分电路图

改进前的电子白板的信号接收器的设计如下，红外传感器、超声传感器A和B接收到红外、超声信号后进行匹配、放大，然后送入比较器LM393，此时输出的脉冲信号有三路，即超声信号A、超声信号B和红外信号，系统采用可编程逻辑器件MAX3000A代替实现图12-43中所示的74电路。MAX3000A器件是基于Altera MAX体系的低价位高性能器件。三路信号分别送入可编程逻辑器件MAX3000A中进行时延提取。

图12-43　优化前时延提取逻辑电路图

该逻辑电路主要完成了两项工作：一是将两路超声脉冲信号整形。超声信号是一个衰落的正弦信号，输入逻辑电路的不是一个脉冲，而是一串脉冲。该逻辑电路将一个超声脉冲串整合成一个宽脉冲。二是将超声信号A和红外信号整合。即超声A通道的信号和红外信号整合为一路信号，因为红外传播为光速（3×108 m/s），超声以声速传播，速度为340 m/s，红外在白板的书写区域内的传播时间可以忽略，作为时间基准信号，它会先于超声到达，不会与超声信号重合。整形后的超声信号如图12-44所示。整合的信号见图12-45所示。

图12-44　整形后的超声信号的波形图

图12-45　整合后红外与超声信号A的波形图

改进后的电子白板去掉了逻辑电路，即经过比较器输出的三路信号直接送到单片机PIC16F873。电路利用了PIC16F873的CCP模块的捕捉模式和一个外部中断。红外信号接到单片机的21引脚，即外部中断。当单片机有外部中断时，主要的工作就是打开定时器/计数器开始计时。超声信号A、超声信号B分别接到单片机的13、12引脚，即CCP1和CCP2。利用CCP模块的捕捉功能，分别将红外信号与超声信号A到达时间时延τ㊣1，红外信号与超声信号B到达时间时延τ㊣2，然后从捕获寄存器（CCPR1和CCPR2）中读出时延信息，发送给上位机，至此完成了单片机的工作。

12.6.2 信号接收器红外接收电路的优化

优化前的红外接收电路中采用的接收传感器是红外光敏二极管，其型号是SFH205FA，峰值波长为880 nm，与信号笔上的红外发光二极管的峰值波长一致，以利于接收红外信号。图12-46（a）、（b）分别为红外光敏二极管SFH205FA的相对波长灵敏度和指向（波束角）特性图。

图12-46　红外二极管的灵敏度曲线

由于红外接收放大电路的增益很高，易受噪声干扰，因此电路需作屏蔽。选用的红外二极管采用黑色树脂封装，屏蔽可见光的干扰，一定程度提高了抗干扰性能。具体的红外接收电路原理图如图12-47所示。

图12-47　优化前红外接收电路原理图

图12-47中，D5是红外二极管，采用两级放大电路对前端信号进行放大。红外脉冲信号进入下一级比较器，进行整形，整形后信号送入单片机。

改进后的红外接收电路的红外接收器件选用ST1838红外接收模块，从该接收器输出的红外信号，可以直接送到单片机进行处理，信号的幅度、强度都达到了要求，不需用运算放大器进行放大、整形。而且，ST1838的金属外壳就可以作为屏蔽罩，抵抗外界的电磁干扰，无须再加屏蔽罩。采用该接收器件后，简化了红外接收电路的设计，信号接收电路所占的体积大大减小，成本也相应降低，增强了信号的抗干扰能力。图12-48是进入单片机前的红外电路优化前后信号对比图。波形几乎没有差别。

图12-48　红外信号优化前后信号对比图

12.6.3 单片机外围电路的改进

优化后单片机外围电路如图12-49所示。两路超声信号分别接到单片机的12和13引脚，红外信号接外部中断21引脚。该模块可以提供外部信号的捕捉、内部比较输出及脉冲宽度调制输出三种功能。但只能选择三种功能的其中一种使用，本节采用CCP模块的捕捉模式。CCP模块与定时器/计数器一起使用时，捕获指的是监测引脚上输入信号的状态，如果信号的状态符合设定的条件，即信号的上升或下降沿出现时，就产生中断，并记录此时的定时器/计数器值（TMR1控制寄存器必工作在定时器或同步计数器方式下）。该单片机有两个CCP模块，即CCP1和CCP2。在这里CCP1和CCP2的作用是相同的，所以本节只对CCP1的具体进行论述。

图12-49　优化后单片机外围电路图

模块CCP1包含一个16位寄存器。在本电路中，这个寄存器可以作为16位捕获寄存器工作，它还可以作为16位比较寄存器或作为PWM主/从工作周期寄存器工作。CCP工作在捕捉模式时的定时器源是Timer1。CCP1寄存（CCPR1）由两个8位的寄存器控制CCP1工作，它们都是可读可写的。表12-7给出的是CCP1CON寄存器（地址17h）/CCP2CON寄存器（地址1Dh）各位定义。

表12-7　CCP1CON/CCP2CON寄存器各位定义

Timer1模块的定时器/计数器具体有如下特性：

（1）16位定时器/计数器（两个8位寄存器：TMR1H和TMR1L）；

（2）可读和可写（双寄存器）；

（3）内部和外部始终选择；

（4）从FFFFh～0000h溢出中断；

（5）从CCP模块触发复位。

定时器Timer1有一个控制寄存器，各位的定义如表12-8所示。Timer1可以通过置位/清除控制位TMR1ON（T1ON＜0＞）使能/禁止。图12-50是一个Timer1模块的简化框图。

表12-8　Timer1各位的定义

图12-50　Timer1模块的简化框图

12.6.4 信号接收器相关软件设计

由信号笔发出的超声、红外信号，被接收器上的传感器接收，经过放大、整形后的信号满足提取时延的需要，此时的信号由单片机处理，提取时延信息，并将时延数值传输给上位机，上位机计算出信号笔的位置，按屏幕与书写区的比例换算，在显示器上显示信号笔的书写轨迹。从而实现了微型电子白板的基本功能。以上论述了信号接收器的硬件电路改进，不仅接收器的硬件做出了改进，软件程序也相应做出了改进。

单片机（PIC16F873）是整个系统的核心器件，其外部引脚与功能图如图12-51所示。由于本系统的数据量不大，无需扩展存储器。

图12-51　PIC16F873外部引脚及其功能图

优化前，经过整形电路后A通道的超声信号和红外信号整合为一路信号，接在引脚13，即CCP1上，波形图如图12-52所示。B通道的超声信号接在引脚12，即CCP2。

图12-52　优化后两路超声和红外的波形图

优化后的电路将逻辑电路去掉，所以A通道超声信号与红外信号就分别接在引脚13（CCP1）和引脚21（INT）。这里，CCP模块工作在捕获模式下，下降沿触发，与定时器/计数器一起使用。红外信号作为外部中断信号，接收到红外信号后打开定时器/计数器Timer1，当距离信号笔近的传感器接收到超声信号到达时，此时定时/计数器值会记录下来，但定时器/计数器并未停止，当另一路超声信号到达时，定时/计数器值也会被记录下来，此时停止定时/计数器。这样就能够得到两路超声信号的时延信息。又已知超声的传播速度，即可知信号笔到两个传感器的距离。已知三角形的三边，从而可以计算出信号笔在白板坐标系中的坐标。波形图如12-53所示。第一路脉冲是红外信号，后两个是超声信号。

图12-53　优化后两路超声和红外的波形图

在信号接收器右侧书写区域内，有三个固定的按键位置可作为软键盘，信号笔点击这三个区域就可以直接控制PC机上用户软件，完成新建文件、新建页面、退出功能。这样在白板上操作的用户，无须再操作软件就能完成几种主要功能，方便了使用者。它主要是确定信号笔点击的位置信息，若与这三个键盘的位置信息中任意一致，就与PC通信进而控制软件。软件流程图如图12-54所示。

图12-54　信号接收器软件流程图