超声红外定位技术是通过测量超声波传波时间(Time of Flight, TOF)的方法实现定位，广泛应用于电子白板、虚拟现实、智能家居等领域。近年来，随着多媒体技术、虚拟现实技术及立体视频技术的迅猛发展，使得三维定位技术受到越来越多研究者的重视。本课题以超声红外电子白板为平台，设计系统信号处理电路并对接收电路进行优化，设计上位机程序，实现了三维超声红外定位系统原理样机，克服了二维交互电子白板只能进行平面显示、沉没感不强的缺陷。本文首先对超声波测距的基本理论和方法进行深入研究，设计三维超声定位系统的硬件整体方案，实现了以TMS320VC5502核心处理器的超声信号处理电路的绘制与PCB电路板的调测，经过验证，电路板中各模块电路工作正常，能够满足系统的各项指标要求。三维超声定位系统总体硬件设计，包括模拟电路和数字电路，模拟电路主要完成对超声波信号进行接收和放大，数字电路主要完成对超声波信号的采集和滤波处理。针对接收到的超声信号幅度小（mv级）的问题，深入研究了晶体管低噪声放大电路设计的原理和方法，根据级联放大器低噪声的设计原则，在第一级放大电路中引入无噪偏置放大电路，理论分析表明可极大的提高信号的信噪比。基于TMS320VC5502核心处理器的超声信号处理电路主要完成对超声信号波形的处理和定位算法的实现、系统应用程序的开发与保存。该部分电路主要包括电源电路、A/D采集电路、复位电路、与上位机的串口通信电路、FLASH存储电路。在硬件电路设计的基础上，基于模块化的程序设计思想，引入C语言和汇编语言混合编程方法，开发了系统板各模块的软件程序，完成了系统板软硬件的调测。最后设计并实现了系统的上位机软件，包括通信程序和显示程序，通信程序采用虚拟串口的操作方法，显示程序采用基于OpenGL的设计方法，完成了上位机三维显示的功能。论文的主要贡献如下：1.根据三维超声定位系统的总体设计要求，设计了三维超声定位系统硬件实现方案，包括超声信号接收电路和信号处理电路；2.设计并实现了以TMS320VC5502为核心处理器的信号处理电路，系统板包括电源电路、A/D转换电路、晶振电路、FLASH存储电路、与上位机的串口通信电路。经过软硬件联合调测，实现了各模块电路功能，满足系统要求，同时也为系统后续的升级与维护做好准备，在信号接收电路中引进了无噪偏置放大电路极大地提高了信噪比，降低了时延提取算法的误差；3.对超声信号时延提取算法分析后，设计了三维超声定位系统软件，实现了上位机通信程序和显示程序的功能。上述工作为三维超声定位系统硬件开发提供了系统的参考方案，对人机交互、虚拟现实、机器人跟踪定位装置等产品的研发具有一定的参考价值。