單片機(jī)原理及接口技術(shù)環(huán)境噪聲檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文） 題目：題目： 環(huán)境噪聲檢測(cè)儀設(shè)計(jì)環(huán)境噪聲檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 1 1 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時(shí)間：起止時(shí)間：2013-06-242013-06-24至至2013-07-122013-07-12 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算 學(xué) 號(hào)10學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí) 課

2、程設(shè)計(jì) （論文） 題目 環(huán)境噪聲檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 環(huán)境噪聲檢測(cè)儀的主要功能實(shí)時(shí)檢測(cè)城市環(huán)境噪聲，并利用 3 位大型數(shù)碼 管實(shí)時(shí)顯示環(huán)境噪聲大小，數(shù)碼管每段正常工作電參數(shù) 12v/50ma?？刂破饔?ac220v 供電，噪聲測(cè)量范圍 30130db(a)，分辨率 0.1db。 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：主要設(shè)計(jì)內(nèi)容： 硬件電路設(shè)計(jì)： 1. cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括 cpu 選擇，晶振電路，復(fù)位電路） 2. 噪聲傳感器選擇、放大電路及接口電路設(shè)計(jì) 3. 顯示電路設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)：1.編程程序流程圖 2.程序清單編寫(xiě) 進(jìn)度計(jì)劃 第 1 天 查閱收集資料 第 2 天 總體設(shè)計(jì)方案的確定 第 4 天

3、 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 5 天 噪聲傳感器選擇、放大電路及接口電路設(shè)計(jì) 第 6 天顯示電路設(shè)計(jì) 第 7 天 程序流程圖設(shè)計(jì) 第 8 天 軟件編寫(xiě)與調(diào)試 第 9 天 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成 第 10 天 答辯 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 摘 要 噪聲對(duì)人體健康有著嚴(yán)重的危害，因此減少噪聲危害已成為當(dāng)前一項(xiàng)重要的 任務(wù)。環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)，是人類(lèi)提高生活質(zhì)量，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 本文詳細(xì)介紹了噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理和系統(tǒng)組成，包括：噪聲信號(hào)的轉(zhuǎn) 換、放大、a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。外界噪聲信號(hào)通過(guò)傳聲器轉(zhuǎn) 換成音頻信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)

4、過(guò)放大和a/ d 變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成 相應(yīng)的噪聲分貝值通過(guò)led 顯示，從而實(shí)現(xiàn)噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，精確度高，可用于實(shí)際進(jìn)行噪聲的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：運(yùn)算放大器；a/d轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)；led 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 環(huán)境噪聲檢測(cè)儀概況 .1 1.1.1 噪聲的概念 .1 1.1.2 噪聲的來(lái)源及危害 .1 1.2 本文研究?jī)?nèi)容 .2 1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .2 1.2.2 課題意義 .3 第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì).3 2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀總體設(shè)計(jì)方案 .3 2.2 cpu 的選擇 .4 2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 .5 2.4 復(fù)

5、位電路設(shè)計(jì) .6 2.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .7 2.6 cpu 最小系統(tǒng)圖 .8 第 3 章 噪聲監(jiān)測(cè)儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) .9 3.1 信號(hào)放大器 .9 3.2 噪聲監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) .11 3.2.1 a/d 轉(zhuǎn)換器選擇.11 3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖 .13 3.3 噪聲監(jiān)測(cè)儀輸出接口電路設(shè)計(jì) .13 第 4 章 噪聲傳感器軟件設(shè)計(jì) .14 4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 .14 4.2 流程圖設(shè)計(jì) .14 4.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì) .14 4.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì) .16 4.2.3 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)儀流程圖設(shè)計(jì) .16 4.3 程序清單 .17 第 5 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與

6、分析 .20 5.1 系統(tǒng)原理圖 .20 5.2 系統(tǒng)原理綜述 .20 5.3 軟件調(diào)試結(jié)果 .21 第 6 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .22 參考文獻(xiàn) .23 第 1 章 緒論 1.1 環(huán)境噪聲檢測(cè)儀概況 1.1.1 噪聲的概念 物理學(xué)定義：噪聲是發(fā)生體做無(wú)規(guī)則時(shí)發(fā)出的聲音。 生理學(xué)定義：凡是妨礙人們正常休息、學(xué)習(xí)和工作的聲音，以及對(duì)人們要聽(tīng) 的聲音產(chǎn)生干擾的聲音。 從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，噪聲的來(lái)源很多。街道上的汽車(chē)聲、安靜的圖書(shū)館里的 說(shuō)話聲、建筑工地的機(jī)器聲、以及鄰居電視機(jī)過(guò)大的聲音，都是噪聲。 總體講，噪音是物體振動(dòng)產(chǎn)生。 1.1.2 噪聲的來(lái)源及危害 噪聲即噪音，是一類(lèi)引起人煩躁、或音量過(guò)強(qiáng)而危

7、害人體健康的聲音。 噪 聲通常是指那些難聽(tīng)的，令人厭煩的聲音。噪音的波形是雜亂無(wú)章的。從環(huán)境保 護(hù)的角度看，凡是影響人們正常學(xué)習(xí)，工作和休息的聲音凡是人們?cè)谀承﹫?chǎng)合 “不需要的聲音”，都統(tǒng)稱(chēng)為噪聲。如機(jī)器的轟鳴聲，各種交通工具的馬達(dá)聲、 鳴笛聲，人的嘈雜聲及各種突發(fā)的聲響等，均稱(chēng)為噪聲。噪聲污染屬于感覺(jué)公害， 它與人們的主觀意愿有關(guān)，與人們的生活狀態(tài)有關(guān)，因而它具有與其他公害不同 的特點(diǎn)。 噪音污染主要來(lái)源于交通運(yùn)輸、車(chē)輛鳴笛、工業(yè)噪音、建筑施工、社會(huì)噪音 如音樂(lè)廳、高音喇叭、早市和人的大聲說(shuō)話等。 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)，是人類(lèi)提高生活質(zhì)量，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在各 大城市的繁華街區(qū)和居民區(qū)，

8、已有大型環(huán)境噪聲顯示器豎立街頭。但目前國(guó)內(nèi)的 便攜式噪聲測(cè)試儀，多為價(jià)格昂貴的進(jìn)口專(zhuān)用設(shè)備，除衛(wèi)生、計(jì)量等環(huán)保專(zhuān)業(yè)部 門(mén)擁有外，無(wú)法作為民用品推廣普及。本文介紹一種以 89c52 單片機(jī)為核心，采 用 v/f 轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)成的低成本、便攜式數(shù)字顯示環(huán)境噪聲測(cè)量?jī)x。該儀器工作穩(wěn) 定、性能良好，經(jīng)校驗(yàn)定標(biāo)后能滿足一般民用需要，可廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、機(jī) 關(guān)學(xué)校等需要對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行測(cè)量和控制的場(chǎng)合。 隨著噪聲污染的日趨嚴(yán)重，噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究及設(shè)備的開(kāi)發(fā)也得到迅速發(fā) 展，世界發(fā)達(dá)國(guó)家的噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備的產(chǎn)值平均以 10-15%的速度增加，我國(guó)在 93 年噪聲振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)值已達(dá)到 6.2 億元，“八五”期間

9、用于噪聲治理的工程費(fèi) 用達(dá)到 9.2 億元，上述產(chǎn)值尚不包括配套的噪聲振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，預(yù)計(jì)我國(guó)配套的 噪聲振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備 20 億左右。高速運(yùn)輸系統(tǒng)和工具等一些新出現(xiàn)的噪聲源和計(jì) 算機(jī)、數(shù)字處理、新材料等技術(shù)發(fā)展使噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)、設(shè)備的研究與發(fā)展面臨挑 戰(zhàn)，又提供了機(jī)遇。噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備已開(kāi)始進(jìn)入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和 配套化階段。噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)已取得很大進(jìn)展但應(yīng)看到仍有一 些技術(shù)不夠成熟，需進(jìn)一步研究的問(wèn)題仍然很多。 聲級(jí)計(jì)是一種能夠把工業(yè)噪聲、生活噪聲和車(chē)輛噪聲等，按人耳聽(tīng)覺(jué)特性近 似地測(cè)定其噪聲級(jí)的儀器。噪聲級(jí)是指用聲級(jí)計(jì)測(cè)得的并經(jīng)過(guò)聽(tīng)感修正的聲壓級(jí) （db）或響度級(jí)（方）

10、。 根據(jù)聲級(jí)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)量 1000hz 純音所表現(xiàn)出的精度，六十年代國(guó)際 上把聲級(jí)計(jì)分為兩類(lèi)，一類(lèi)叫精密聲級(jí)計(jì)，一類(lèi)叫普通聲級(jí)計(jì)。我國(guó)也采用這種 分法。70 年代以來(lái)有些國(guó)家推行四類(lèi)分法，即分為 0 型、1 型、2 型和 3 型。它 們的精度分別為0.46、0.76、1.00 和1.5db。根據(jù)聲級(jí)計(jì)所用電源的不 同，還可將聲級(jí)計(jì)分為交流式聲級(jí)計(jì)和用干電池的電池式聲級(jí)計(jì)兩類(lèi)。電池式聲 級(jí)計(jì)也稱(chēng)為便攜式聲級(jí)計(jì)，這種儀器體積小、重量輕、現(xiàn)場(chǎng)使用方便。聲級(jí)計(jì)一 般由傳聲器、前置放大器器、衰減器、放大器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示表頭和 電源等組成，其原理方框圖如圖 1.1 所示。 前置放大 輸入放

11、大器 輸入衰減器 輸出衰減器 輸出放大器 檢波器 表頭 傳聲器 圖1.1 聲級(jí)計(jì)原理方框圖 1.2 本文研究?jī)?nèi)容 1.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 查閱資料，了解課題背景，了解環(huán)境噪聲的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)、掌握聲壓計(jì)的測(cè)量 機(jī)理、傳聲器測(cè)量基本原理。合理選擇噪聲測(cè)量傳感器，掌握其測(cè)量原理及應(yīng)用。 學(xué)習(xí)單片機(jī)原理，熟悉單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件編程。進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)，做出開(kāi) 題報(bào)告。進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括傳聲器測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè) 計(jì)。審查后，焊接或在面包板上搭接電路。編寫(xiě)程序，仿真調(diào)試。仿真調(diào)試通過(guò) 后，固化程序，脫離開(kāi)發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行環(huán)境模擬，測(cè)試系統(tǒng)，完成系 統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 1.2.2 課題意義 噪

12、聲是日常生活中常見(jiàn)的物理現(xiàn)象。在大多數(shù)情況下，噪聲是有害的。噪聲 在生理和心理上也會(huì)危害人類(lèi)的健康，因而已被列入需要控制的危害之一。但噪 聲也有可以被利用的一面。 無(wú)論是利用噪聲還是防止噪聲，都必須確定其量值。在長(zhǎng)期的科學(xué)研究和工 程實(shí)踐中已逐步形成了一門(mén)較完整的噪聲工程學(xué)科，可供進(jìn)行理論計(jì)算和分析。 但這些畢竟還是建立在簡(jiǎn)化和近似的數(shù)學(xué)模型上，還必須用試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)進(jìn)行 驗(yàn)證。隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種儀器設(shè)備提出了低噪聲的要 求，需要進(jìn)行噪聲的分析與設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，改進(jìn)設(shè)計(jì)?？傊?，噪聲的 測(cè)量不僅在噪聲研究領(lǐng)域里占有重要的地位，而且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、建 筑工程、

13、地球物探、生物醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域。 查閱資料，了解課題背景，了解環(huán)境噪聲的特點(diǎn)。學(xué)習(xí)、掌握聲壓計(jì)的測(cè)量 機(jī)理、傳聲器測(cè)量基本原理。合理選擇噪聲測(cè)量傳感器，掌握其測(cè)量原理及應(yīng)用。 學(xué)習(xí)單片機(jī)原理，熟悉單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件編程。進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)，做出開(kāi) 題報(bào)告。進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括傳聲器測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè) 計(jì)。編寫(xiě)程序，仿真調(diào)試。仿真調(diào)試通過(guò)后，固化程序，脫離開(kāi)發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行。 第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀總體設(shè)計(jì)方案 環(huán)境監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示。環(huán)境噪聲經(jīng)高靈敏度、無(wú)指向性駐 極體傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。放大電路由運(yùn)放 lm386 構(gòu)成，精心調(diào)整相關(guān)外

14、圍元件 參數(shù)，可使其輸出幅頻特性滿足測(cè)量要求的電壓信號(hào)。通過(guò) a/d 轉(zhuǎn)換器后，輸出 頻率信號(hào)變?yōu)?ttl 電平送給單片機(jī)的 p3.4 引腳，經(jīng)軟件處理后，噪聲聲壓級(jí)顯 示值由 p1 口輸出，驅(qū)動(dòng) led 數(shù)碼管顯示。 噪聲 傳聲器 單片機(jī) a/d 轉(zhuǎn)換電路 交直流轉(zhuǎn)換 led 顯示 圖 2.1 噪聲監(jiān)測(cè)儀硬件結(jié)構(gòu)圖 2.2 cpu 的選擇 cpu 是單片機(jī)的核心部分，它的作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)每條指令 的功能要求，控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作。89c51 每部有一個(gè) 8 位的 cpu，它 是由運(yùn)算器和控制器組成的。 運(yùn)算器主要包括算術(shù)和邏輯運(yùn)算部件 alu、累加器 acc、寄存器 b、

15、暫存器 ymp1、tmp2、程序狀態(tài)字寄存器 psw、布爾處理器及十進(jìn)制調(diào)整電路等。 控制器主要包括時(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、程 序計(jì)數(shù)器 pc、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 dptr 和對(duì)戰(zhàn)指針 sp 等。 本次設(shè)計(jì)采用 89c51 單片機(jī)，89c51 單片機(jī)有 5 中封裝形式,本設(shè)計(jì)采用 40 腳 dip 的封裝，其中 2 條主電源引腳，2 條外接晶振體引腳，4 條控制或與其他 電源復(fù)用的引腳，32 條 i/o 引腳。89c51 的引腳圖如圖 2.2： 其中 vss 為接地端，vcc 接+5v 電源；xtal1 接外部晶體和微調(diào)電容的一端， xtal2 接外部晶體

16、和微調(diào)電容的另一端；rst 是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效； ale 引腳是地址鎖存允許信號(hào)；vpp 是內(nèi)、外 rom 的選擇端；p0、p1、p2、p3 口 為輸入/輸出引腳； p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 rxd/p3.0 10 txd/p3.1 11 intr0/p3.2 12 intr1/p3.3 13 timer 0/p3.4 14 timer 1/p3.5 15 wr/p3.6 16 rd/p3.7 17 xtal2 18 xtal1 19 ea 31 ale 30 psen 29 p0.0

17、(ad0) 39 p0.1(ad1) 38 p0.2(ad2) 37 p0.3(ad3) 36 p0.4(ad4) 35 p0.5(ad5) 34 p0.6(ad6) 33 p0.7(ad7) 32 p2.0(a8) 21 p2.1(a9) 22 p2.2(a10) 23 p2.3(a11) 24 p2.4(a12) 25 p2.5(a13) 26 p2.6(a14) 27 p2.7(a15) 28 圖 2.2 89c51 引腳圖 2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 89c51 片內(nèi)有 128 b 的 ram 存儲(chǔ)器，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中僅靠這 128 b 的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用 89c5

18、1 單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外 部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。89c51 單片機(jī)最大可擴(kuò)展 64kb ram。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器 ram 和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，由于在實(shí)際應(yīng)用中，需要擴(kuò)展的容量不大，所 以一般采用靜態(tài) ram,如 sram 6116、6264 等。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址同程序存儲(chǔ)器一樣，由 p2 口提供高 8 位地址，p0 口提 供低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀和寫(xiě)由和信號(hào)控制，而rdwr 程序存儲(chǔ)器由讀選通信號(hào)控制，兩者雖然共處同一地址空間，但由于控制psen 信號(hào)不同，故不會(huì)發(fā)生總線沖突。 本次設(shè)計(jì)主要擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，選擇 6116 芯片，6116 是 2

19、k8 位靜態(tài)隨機(jī) 存儲(chǔ)器，采用 cmos 工藝制造，單一+5v 電源供電，額定功耗 160mw，典型存取時(shí) 間 200ns，為 24 線雙列直插式封裝。其硬件擴(kuò)展圖如圖 2.3 圖 2.3 硬件擴(kuò)展圖 2.4 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單 片機(jī)的 reset 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù) 位。為了保證系統(tǒng)可以可靠復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，一般使 reset 引腳保持 10ms 以上的高電平，單片機(jī)便可以可靠地復(fù)位。當(dāng) reset 從高電平變?yōu)榈碗娖揭?后，單片機(jī)從 0000h 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，

20、ale 和引腳輸psen 出高電平。 簡(jiǎn)單的復(fù)位電路有上電復(fù)位電路和手動(dòng)復(fù)位電路兩種，不管是哪一種復(fù)位電 路都要保證在 reset 引腳上提供 10ms 以上穩(wěn)定的高電平。本次設(shè)計(jì)選擇按鍵電 平復(fù)位，如圖 2.4 是按鍵式復(fù)位電路，它可以通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下鍵后，通 過(guò)和形成回路，使 reset 端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。5r1c 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q 6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 0d 18 0q 19 g 36 oe 37 74ls373 rd 17 wr 16 p2.0 2

21、1 p2.1 22 p2.2 23 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 ale 30 xtal 2 31 vss 35 xtal 1 32 rst 34 vcc 33 89c51 i/o0 38 i/o1 39 i/o2 40 i/o3 41 i/o4 42 i/o5 43 i/o6 44 i/o7 45 a0 3 a1 4 a2 5 a3 6 a4 7 a5 8 a6 9 a7 10 a8 11 a9 12 a10 13 oe 14 we 15 6116 r eset r 5 200 r 6 10k

22、+ 5v v ss c 1 22uf r eset 圖 2.4 復(fù)位電路 2.5 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路應(yīng)用于產(chǎn)生但紛紛偏激工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。詩(shī)中信號(hào)可以由兩種 方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，本次設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘方式如圖 2.5： c1 30pf c2 30pf y1 11.0592 xtal1 xtal2 圖 2.5 晶振電路 外部時(shí)鐘方式采用外部振蕩器，外部振蕩脈沖信號(hào)由 89c51 的 xtal1 端接入 后直接送至內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器，輸入端 xtal2 應(yīng)懸浮，由于 xtal1 端的邏輯電平不 是 ttl 的，故建議外接一個(gè)上拉電阻。 一般要求，外接的脈沖信號(hào)應(yīng)當(dāng)是高、低電平的持

23、續(xù)時(shí)間大于 20ms，且頻率 低于 24mhz 的方波。這種方式適合于多塊芯片同時(shí)工作，便于同步。 2.6 cpu 最小系統(tǒng)圖 圖 2.6 cpu 最小系統(tǒng)圖 c? cap s? sw-pbr? res2 r? res2 30pf 30pf y1 11.0592 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q 6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 0d 18 0q 19 g 36 oe 37 74ls373 rd 17 wr 16 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p

24、0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 ale 30 xtal2 31 vss 35 xtal1 32 rst 34 vcc 33 89c51 i/o0 38 i/o1 39 i/o2 40 i/o3 41 i/o4 42 i/o5 43 i/o6 44 i/o7 45 a0 3 a1 4 a2 5 a3 6 a4 7 a5 8 a6 9 a7 10 a8 11 a9 12 a10 13 oe 14 we 15 6116 第 3 章 噪聲監(jiān)測(cè)儀輸入輸出接口電路設(shè)計(jì) 3.1 信號(hào)放大器 lm386 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消

25、費(fèi) 類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為 20 倍。但在 1 腳和 8 腳之間增加 一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至 200。輸入端以地為參 考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在 6v 電源電壓下，它的靜態(tài)功 耗僅為 24mw,使得 lm386 特別適用于電池供電的場(chǎng)合。 功率放大器的作用相當(dāng)于揚(yáng)聲器的音量調(diào)節(jié)器。音頻功率放大電路的作用主 要是將信號(hào)處理器發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)功率放大，使其信號(hào)的功率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì) 該部分電路的要求是輸出功率大。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn) lm386 集成電路使用簡(jiǎn)單，基本沒(méi)有外圍器件，而且它還有體積小、電源范圍寬、 外接元

26、件少、電壓增益可調(diào)整、頻率響應(yīng)好、輸出功率大、總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)。 因此選用 lm386 來(lái)組成音頻功率放大電路。lm386 被廣泛地應(yīng)用在錄音機(jī)和收音 機(jī)音頻放大、室內(nèi)對(duì)講機(jī)、紅外線、超聲波、小型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器等電路中。 lm386 的引腳圖如圖 3.1 所示。 圖 3.1 lm386 引腳圖 20 倍的音頻放大器如圖 3.2 所示。由于傳聲器輸出的電信號(hào)比較弱，只有毫 伏級(jí)，為了使數(shù)據(jù)采集卡能很好的采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過(guò)電壓放大器進(jìn)行電 壓放大，采用 lm386 芯片電壓增益 200 倍的接法，即在 1 和 8 引腳間接 10uf 的 電容。 圖 3.2 20 倍的音頻放大器 3.2 噪聲監(jiān)

27、測(cè)儀檢測(cè)接口電路設(shè)計(jì) 3.2.1 a/d 轉(zhuǎn)換器選擇 a/d 轉(zhuǎn)換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模 擬信號(hào)源中采集信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。因此，完成數(shù) 據(jù)采集應(yīng)具備下述基本部件：模擬多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和信號(hào)調(diào)節(jié)電路，采樣/保持放 大器，模擬/數(shù)字（a/d）轉(zhuǎn)換器，通道控制電路。 圖 3.3 是由 ad536 構(gòu)成真有效值 trms/dc 轉(zhuǎn)換電路，ad536 內(nèi)含有源整流器 （絕對(duì)值電路） ，平方/除法電路，鏡像電流源及緩沖放大器。圖中的 r2 和 r3 為 偏置電阻，兩電阻的公共連接端接到 ad536 的 com，由于 ad536 的 com 內(nèi)部為

28、cmos 電路，阻抗較高，流經(jīng) com 端的電流僅為數(shù) ua。c1 為輸入隔直電容，cav 為平均電容，它與內(nèi)部的電阻 r（25k）構(gòu)成低通濾波器，以獲得平均值電壓， 有效值電壓通過(guò) ad536 的第 6 腳輸出。 由于電路采用了隔直電容，所以這樣的電路僅適合于測(cè)量交流電，不能測(cè)量 直流或變化緩慢的電壓。ad536 的滿量程電壓為 7v，如果使用的 ad 轉(zhuǎn)換器輸入 電壓范圍不匹配，應(yīng)設(shè)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路。 21 31 vin +vs vs cav com bufout rl bufin iout cav 1 vin c1 1 r1 1k10k output +5v r2 20k r3 10k

29、圖 3.3 ad536 構(gòu)成真有效值電壓表 ad536 ad536 所謂真有效值即為“真正有效值”之意，英文縮寫(xiě)為“trms” ，有的文 獻(xiàn)也稱(chēng)為真普通數(shù)字直流電壓表自然只能測(cè)量直流電壓，欲需測(cè)量交流電壓必須 增加 ac/dc 轉(zhuǎn)換電路，一般的交流電壓表為降低成本和簡(jiǎn)化電路，均使用簡(jiǎn)易的 平均值響應(yīng)交流/直流轉(zhuǎn)換器。常用的平均值響應(yīng) ac/dc 轉(zhuǎn)換器是運(yùn)算放大器和 二極管組成的半波（或全波）線性整流電路，這種電路具有線性度好、準(zhǔn)確度高、 電路簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。但是這種電路是按照正弦波平均值與有效值的關(guān)系 (vrms=1.111vp)來(lái)定義的，因此這類(lèi)電表只能測(cè)量正弦波電壓。 平均值 ac

30、/dc 轉(zhuǎn)換的電壓表只能測(cè)量無(wú)失真的正弦波電壓，對(duì)于正弦波失真 的交流電壓，這類(lèi)電表測(cè)量就會(huì)引起誤差，更不能測(cè)量方波、矩形波、三角波、 鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波，利用真有效值數(shù)字儀表可準(zhǔn)確測(cè)量各種波 形的有效值，滿足現(xiàn)代電子測(cè)量之需要。交流電壓的有效值的表達(dá)式的定義如下： t rms dttu t v 0 2 )( 1 (3- 1) 近似公式： 2 uvrms (3- 2) 我們對(duì)式（3.1）進(jìn)行變換，兩邊平方，并令 t veu audttu t 0 222 )( 1 (3- 3) 就得到真有效值電壓的另一種表達(dá)式 rms ve rms ve rms rms v u a v ua v

31、u v 222 / (3- 4) 從（3-4）式即得，對(duì)輸入電壓依次進(jìn)行“取絕對(duì)值平方/除法取平均值” 運(yùn)算，也能得到交流電壓的有效值，而且這公式更有使用價(jià)值。舉例說(shuō)明：假如 要測(cè)量的電壓變化范圍是 0.1v10v，平方后 u2=10mv100v，這就要求平方 器具有相當(dāng)大的動(dòng)態(tài)范圍是（10000：1），這樣的平方電路誤差就可能超過(guò) 1mv，要平方器能輸出 100v 的電壓，技術(shù)上是難以實(shí)現(xiàn)的。如果使用式（3-4） 的既便于設(shè)計(jì)電路，也能保證了準(zhǔn)確度。目前大多數(shù)的集成單片真有效值/直流轉(zhuǎn) 換器均采用式（3-4）的原理而設(shè)計(jì)。真有效值儀表的的核心器件是 trms/dc 轉(zhuǎn) 換器?，F(xiàn)在市場(chǎng)上這類(lèi)單

32、片的集成芯片很多，真有效值儀表普遍使用了這類(lèi)集成 電路。單片集成電路具有集成度高、功能完善，外圍元件少，電路連接簡(jiǎn)單、電 性能指標(biāo)容易保證等諸多優(yōu)點(diǎn)，這類(lèi)芯片能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)測(cè)量各種電壓波形的有效 值，無(wú)須考慮波形參數(shù)和失真，這些性能是平均值儀表無(wú)法比擬的。可見(jiàn)，通過(guò) 測(cè)量信號(hào)的有效值即可知信號(hào)的峰值信息，從而可知振動(dòng)的峰值。且輸出的直流 信號(hào)便于單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。在此系統(tǒng)中采用有效值檢測(cè)電路 ad536 測(cè)量信號(hào)的有效值，經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)據(jù)處理可得振動(dòng)的振幅。 3.2.2 模擬量檢測(cè)接口電路圖 sck 34 data 36 vcc 37 gnd 38 j? p1.0 1 p1.1 2

33、p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0 10 p3.1 11 p3.2 12 p3.3 13 p3.4 14 p3.5 15 p3.6 16 p3.7 17 xtal1 18 xtal2 19 gnd 20 89c51 r1 1k vcc c11 0.1uf c2 0.1uf s1 sw-pb r3 3k r2 1k vcc y1 12mhz c9 30pf c10 30pf 0.1uf10uf vcc 1 2 con2 vcc gnd 圖 3.4 模擬量檢測(cè)接口電路圖 3.3 噪聲監(jiān)測(cè)儀輸出接口電路設(shè)計(jì) p0口 p1.0 p1

34、.1 gndudd 89c 51 口口 1 2 3 4 +2.5+5.5 c 0.1u r 10k +5v a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp d s? d py_7-seg _d p a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp d s? d py_7-seg _d p a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp d s? d py_7-seg _d p 圖 3.5 輸出接口電路圖 第 4 章 噪聲傳感

35、器軟件設(shè)計(jì) 4.1 軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 研制一臺(tái)智能儀器是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，這一過(guò)程包括分析儀表的功能要求和 擬定總體設(shè)計(jì)方案，確定硬件結(jié)構(gòu)和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及 儀表的調(diào)試和性能的測(cè)試等等。軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則，在總體概況 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行具體的詳細(xì)設(shè)計(jì)，功能分解，模塊劃分，細(xì)化軟件層次，優(yōu)化 軟件結(jié)構(gòu)，以達(dá)到模塊功能的獨(dú)立性，執(zhí)行的高效性?？傊O(shè)計(jì)的程序應(yīng)該達(dá) 到可讀性，可理解性，可維護(hù)性，有效性，可修改性。 4.2 流程圖設(shè)計(jì) 4.2.1 主程序流程圖設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)的程序的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，單片機(jī)就如同整個(gè)系統(tǒng)的交通中樞，而 程序就是組成交通中樞的條條大道，各個(gè)部

36、分的模塊化的程序就是整個(gè)系統(tǒng)的組 成成份。軟件編寫(xiě)的好壞，語(yǔ)句運(yùn)用的是否簡(jiǎn)潔直接關(guān)系單片機(jī)的工作效率。在 各個(gè)模塊化的程序中盡量用最少的語(yǔ)句作最多的事情，不讓語(yǔ)句出現(xiàn)歧義，這樣 就可以使整個(gè)程序可以在系統(tǒng)中更好的運(yùn)行，使單片機(jī)工作效率大大的提高。下 面就對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軟件部分作些介紹，如圖 4.1 所示為軟件總體流程圖。子 程序包括：中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)、查表子程序、顯示子程序、指示子程序。由于 要實(shí)現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設(shè)計(jì)，下面就其主要部分分別分析。 中斷服務(wù)程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是：t0 中斷子程序是將電壓/頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生 的頻率信號(hào)接入計(jì)數(shù)器的 t0 口，然后計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到一

37、定數(shù)目后， 計(jì)數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。 查表子程序?qū)⑦M(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號(hào)與實(shí)際要顯示值之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 經(jīng)過(guò)軟件編程查表顯示所需要的值。 顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。 指示子程序是對(duì)顯示結(jié)果范圍的一個(gè)指示。 本噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 4.1 所示。 開(kāi)始 設(shè)置 sp 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 t0/t1 初始化 89c51 初始化 關(guān)中斷 讀計(jì)數(shù)器 置表首地址 取表中雙字節(jié)數(shù) xi(th0)(th1 ) 允許高位顯示 送顯示值 交換顯示位 掃描結(jié)束嗎？ 顯示值亮指示燈 關(guān)中斷 i=i+1 圖 4.1 單片機(jī)軟件系統(tǒng)方案框圖 4.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì) 波長(zhǎng)選擇 初始化 ad

38、ad 轉(zhuǎn)換 溢出？ 計(jì)算當(dāng)前功率 絕對(duì)顯示 db 處理 功率處理 顯示結(jié)果 圖4.2 模擬量檢測(cè)流程圖 a/d轉(zhuǎn)換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集是模擬信 號(hào)源中采集信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)的過(guò)程。 4.2.3 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)儀流程圖設(shè)計(jì) 環(huán)境噪聲測(cè)量系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、中斷服務(wù)程序、查表 子程序和顯示子程序組成。各程序模塊的流程圖如圖 2.2 所示。在圖中 xi 表示 讀取的計(jì)數(shù)值，i 從 0 開(kāi)始。 主程序處于循環(huán)工作狀態(tài)，主要完成定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)的初始化，并 循環(huán)調(diào)用查表和顯示子程序。值得指出的是，查表程序程序?qū)崿F(xiàn)了計(jì)數(shù)值向聲壓 級(jí)的轉(zhuǎn)換。

39、 為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，除了需要在硬件上采取相應(yīng)的措施外，軟件上 采用冗余設(shè)計(jì)法即重復(fù)重要的指令，未用空間設(shè)置操作指令，以防止程序跳飛而 死機(jī)。 查表子程序入口 取表中雙字節(jié)數(shù) xi xi(th0)(th1) 數(shù)值顯示 返回 i=i+1 顯示子程序入口 置掃描次數(shù) 允許高位顯示 送顯示值 延時(shí) 交換顯示位 掃描結(jié)束嗎 返回 圖 4.3 查表子程序和顯示子程序 4.3 程序清單 ml8155 equ 0df00h; dtimer0 equ 30h; dtimer1 equ 31h; org 0000h ljmp main org 1000h main:mov sp,#60h mov a,#0

40、0h mov dptr,#0df02h movx dptr,a setb p1.0 setb p1.1 setb p1.2 clr c mov tmod,#15h mov tl0,#00h mov th0,#00h mov r0,#00h qq1: mov tl1,#0b0h mov th1,#3ch setb tr0 setb tr1 qq: jbc tf1,qq3 ajmp qq qq3: inc r0 cjne r0,#0ah,qq1 ajmp loop ret loop:clr tr1 mov 40h,th0 mov 41h,tl0 mov r0,#00h mov r1,#00h mo

41、v dptr,#tab lab:clr a movc a,a+dptr mov r2,a mov a,40h xch a,r2 subb a,r2 jz a1 inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr sjmp lab a1: clr a clr c inc dptr movc a,a+dptr mov r3,a mov a,41h xch a,r3 subb a,r3 jc a2 clr a movc a,a+dptr mov r3,a mov a,41h xch a,r3 subb a,r3 jz a2 inc dptr inc dptr inc dptr s

42、jmp lab a2: clr a inc dptr movc a,a+dptr mov r0,a mov 40h,r0 clr a inc dptr movc a,a+dptr mov r1,a mov 41h,r1 lcall ppl ljmp ll1 ret ll1:mov a,40h mov dptr,#bcd2 movc a,a+dptr mov 5fh,a mov a,41h mov dptr,#bcd2 movc a,a+dptr mov 5eh,a mov 5dh,#5eh mov 5ch,#7ch lcall init_8155 lcall write_led1 write_

43、led1: push dpl push dph push acc mov r0,#5ch mov r1,#00h mov r3,#0f7h mov a,r3 again1: mov dptr,#0df01h movx dptr,a mov a,r0 mov dptr,#0df02h movx dptr,a lcall delay01 lcall delay01 inc r0 mov a,r3 jnb acc.0,out2 rr a mov r3,a ljmp again1 out2: mov r0,#5ch mov r3,#0f7h mov a,r3 inc r1 cjne r1,#3ah,a

44、gain1 ljmp main pop acc pop dph pop dpl ret init_8155: push dpl push dph push acc mov dptr,#ml8155 mov a,#03h movx dptr,a pop acc pop dph pop dpl ret ppl:mov r0, 40h mov a, r0 subb a,#4 jz b1 mov a, r0 subb a, #5 jz b1 mov a, r0 subb a, #6 jz b2 mov a, r0 subb a, #7 jz b2 mov a, r0 subb a, #8 jz b3

45、mov a, r0 subb a,#9 jz b3 ret b1:clr p1.0 ret b2:clr p1.1 ret b3:clr p1.2 ret b4:ret delay:push dtimer1 push dtimer0 delay1:mov dtimer0,#125 delay2:nop nop djnz dtimer0,delay2 djnz dtimer1,delay1 pop dtimer0 pop dtimer1 ret delay01:nop push dtimer1 mov dtimer1,#02h lcall delay pop dtimer1 ret 第 5 章

46、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 5.1 系統(tǒng)原理圖 圖 5.1 系統(tǒng)原理圖 5.2 系統(tǒng)原理綜述 本文是開(kāi)發(fā)一個(gè)以 89c51 單片機(jī)為核心的噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 通過(guò)聯(lián)調(diào)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲信號(hào)的采集、處理功能，并用 led 顯示出噪聲的分貝值，采用指示燈 指示出聲壓級(jí)的大概范圍。 這由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，本噪聲監(jiān)測(cè)器具有功能強(qiáng)、性 能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的程序，使其具有很高的智能 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:7-jul-2011

47、sheet of file:c:userslenovodesktopmydesign.ddb drawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u? 89c51 ds? dpy_7-seg_dp jp? header 8x2 a bf c g d e dpy ledgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g ds? dpy_7-seg a bf c g d e dpy ledgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g ds? dpy_7-seg a bf c g d e dpy ledgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g ds? dpy_7-seg r? res2 r? res2 r? res2 ls? spe