基于單片機環(huán)境噪音測量儀

1、畢業(yè)設(shè)計論文課題名稱：基于單片機的環(huán)境噪音測試儀 專 業(yè) 電氣系工程系 班 級 車輛電子081 學(xué)生姓名 陳斌 指導(dǎo)老師 張敏三 完成日期 2021年12月 2021屆畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一 、 課題名稱：基于單片機環(huán)境噪音測量儀系統(tǒng)的設(shè)計二 、 指導(dǎo)老師：張敏三三 、設(shè)計內(nèi)容與要求1、課題概述本課題采用單片機設(shè)計一個環(huán)境噪音測量儀，實現(xiàn)測量噪音根本功能。通過這個具體控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握微機控制系統(tǒng)設(shè)計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術(shù)手段，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，積累設(shè)計經(jīng)驗，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。2、設(shè)計內(nèi)容與要求1設(shè)計內(nèi)容：1) 繪制噪音測量儀系統(tǒng)框圖，確定設(shè)計方案。2

2、) 了解電路所需芯片的功能、參數(shù)和工作原理。3) 采用protel完成噪音測量儀的原理圖繪制。4) 采用C語言完成軟件設(shè)計。5) 采用軟件完成編譯、仿真、下載.6) 完成噪音測量儀的硬件設(shè)計方案.7) 調(diào)試并實現(xiàn)噪音測量儀控制系統(tǒng)的功能.2設(shè)計功能要求：外界噪聲信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成音頻信號,經(jīng)過放大和V /F變換輸入到單片機進行處理,實現(xiàn)對噪音的時實監(jiān)測。四、設(shè)計參考書?模擬電子技術(shù)?、?數(shù)字電子技術(shù)?、?單片機技術(shù)與應(yīng)用?五、設(shè)計說明書要求1) 封面2) 內(nèi)容摘要3) 目錄4) 緒論5) 正文設(shè)計方案比擬與選擇、設(shè)計方案原理、計算、分析、設(shè)計結(jié)果的說明及特點6) 文獻7) 致謝8) 附錄參考

3、文獻、圖紙、材料清單六、畢業(yè)設(shè)計進程安排第1周：材料準(zhǔn)備與借閱，了解設(shè)計思路。第2-3周：設(shè)計要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)，完成圖紙初稿。第4-6周：進行畢業(yè)設(shè)計，完成說明書初稿。第7-8周：第一次檢查，了解設(shè)計完成情況。第9周：第二次檢查學(xué)生設(shè)計完成情況，并做好畢業(yè)辯論準(zhǔn)備。第10周：畢業(yè)辯論與綜合成績評定。七、畢業(yè)設(shè)計辯論及論文要求1、畢業(yè)設(shè)計辯論要求辯論前三天，每個學(xué)生應(yīng)按時將畢業(yè)設(shè)計說明書或者畢業(yè)論文、專題報告等必要數(shù)據(jù)交指導(dǎo)老師審閱，由指導(dǎo)老師寫出審閱意見。學(xué)生辯論時對自述局部寫出的書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始數(shù)據(jù)或者參考文獻、實驗方法、測試方法、鑒別學(xué)生獨立工作

4、的能力、創(chuàng)新能力。2、畢業(yè)設(shè)計論文要求文字要求：說明要求打印，不能手寫。文字通順，語言通順，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。3、圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)，文字注釋必須使用工程字書寫。4、曲線圖紙要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖等不準(zhǔn)手畫，必須按國家標(biāo)準(zhǔn)或者工程要求繪制。摘 要 外界噪聲信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成音頻信號,經(jīng)過放大和V /F變換輸入到單片機進行處理,并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的dB值通過LED顯示,從而實現(xiàn)噪聲的實時監(jiān)測。其實現(xiàn)簡單,精確度高,可用于實際進行噪聲的實時監(jiān)測。關(guān)鍵詞:傳聲器;運算放大器;轉(zhuǎn)換器;單片機; LEDAb

5、stractMon itor ing the no ise under control the m icroprocessorThis paper introduces the ways to convent the real2time monitoring of the noise intofrequen2cy by usingmicrophone, operational amp lifier and V /F converter, which will asmicrop rocessorsinput signal. Then microp rocessorwill change it i

6、n to a dB value, which will be disp layed on LED.This way is simp le, high p recision, so it is always used in monitoring the urban noise.Keywords: microphone; operational amp lifier; V /F converter; microp rocessor; LED目 錄摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 噪音測量儀的選題背景11.2 噪音11.3 噪聲的分類21.4 噪聲的危害31.4.1 噪聲對聽力的損

7、傷31.4.2 噪聲對健康的影響31.4.3 噪聲對正常生活和工作的干擾41.4.4 特強噪聲能損害儀器設(shè)備和建筑物。41.5 噪聲的評價41.5.1 響度級和響度41.5.2 聲級6第2章 功能概述和總體方案設(shè)計72.1 功能概述72.1.1 噪聲測量原理72.2 系統(tǒng)設(shè)計方案7 傳聲器72.2.2 運算放大器7 轉(zhuǎn)換器9 單片機112.2.5 驅(qū)動模塊11 LED顯示12第3章 總電路設(shè)計分析133.1 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成133.2 基于單片機環(huán)境噪音測量根本構(gòu)成及原理133.3 89S51單片機簡介：133.4 單片機最小系統(tǒng)153.5 芯片簡介163.5.1 LM331163.5.2

8、LM35818第4章 軟件電路設(shè)計分析194.1 頻率與聲壓級檢測算法194.2 程序流程圖195.3 設(shè)計程序如下：20第5章 安裝與調(diào)試265.1 調(diào)試設(shè)備265.2 調(diào)試步驟265.3 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題27參考文獻28結(jié) 論29設(shè)計心得30致 謝31附錄一32附錄二32附錄二33第1章 引 言1.1 噪音測量儀的選題背景當(dāng)今世界科技飛速開展,人類享受著科技興旺帶來的現(xiàn)代生活的同時,同樣也承受著科帶來副產(chǎn)品各種各樣的污染。其中,環(huán)境噪聲污染就是現(xiàn)代人所不能回避的現(xiàn)實,尤以生活在城市中的人們?yōu)樯?。為?本文以8031單片機為控制核心介紹一種環(huán)境噪聲測量方法。1.2 噪音噪聲是一種聲音，聲

9、音是由物體的機械振動而產(chǎn)生的。振動的物體稱為聲源，它可以是固體、氣體或液體。聲音可以通過介質(zhì)空氣、固體或液體進行傳播，形成聲波當(dāng)聲波到達人耳，人們就聽到聲音，聲波在傳播過程中可能會產(chǎn)生反射、繞射、折射和干預(yù)。聲音有強弱之分，并用聲壓p來表示其大小，單位是Pa (帕)，1 Pa=1N/m2牛頓/米2，一個大氣壓等于1.013 × 105 Pa.。聲壓可以用峰值、平均值和有效值表示。聲壓的有效值是瞬時聲壓平方在一段時間平均數(shù)的平方根，又稱均方根值RMS，它直接與聲波的能量有關(guān)，所以用得最多，以下除非另外說明，所論聲壓均指有效值。由于聲壓變化的范圍很大，例如人耳剛能聽到的最小聲壓為2

10、15;10-5 Pa，而噴氣式飛機附近的聲壓可達數(shù)百帕，兩者相差數(shù)百萬倍；同時考慮人耳對聲音強弱反響的對數(shù)特性，用對數(shù)方法將聲壓分為百十個級，稱為聲壓級。聲壓級的定義是：聲壓與參考聲壓之比的常用對數(shù)乘以20，單位是dB分貝，即：Lp = 20lg P/ Po 式中：p為聲壓Pa.，p0=2×10-5Pa是參考聲壓，它是人耳剛剛可以聽到聲音的聲壓。聲波振動的快慢用頻率f來表示，單位是Hz赫，它表示物體在1秒內(nèi)振動的次數(shù)。頻率的倒數(shù)為振動周期T，單位是s秒。人類只能聽到20Hz20000Hz的聲音，低于20Hz的聲音為次聲，高于20000Hz的聲音為超聲。聲波的幅值隨時間的變化圖稱為聲波

11、的波形。如果波形是正弦波，那么稱為純音，純音的聲波可以用下述函數(shù)描述：p=Psint+式中：P-幅值；-角頻率，=2f，f-頻率；-初始相位。如1000Hz聲音就是指頻率為1000Hz的純音。如果波形是不規(guī)那么的，或隨機的，那么稱為噪聲。如果噪聲的幅值對時間的分布滿足正態(tài)高斯分布曲線，那么稱為“無規(guī)噪聲。1.3 噪聲的分類按照聲源的不同，噪聲可以分為機械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁性噪聲。機械噪聲主要是由于固體振動而產(chǎn)生的，在機械運轉(zhuǎn)中，由于機械撞擊、磨擦、交變的機械應(yīng)力以及運轉(zhuǎn)中因動力不平均等原因，使機械的金屬板、齒輪、軸承等發(fā)生振動，從而輻射機械噪聲，如機床、織布機、球磨機等產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)氣

12、體與氣體、氣體與其它物體固體或液體之間做高速相對運動時，由于粘滯作用引起了氣體擾動，就產(chǎn)生空氣動力性噪聲，如各類風(fēng)機進排氣噪聲、噴氣式飛機的轟聲、內(nèi)燃機排氣、儲氣罐排氣所產(chǎn)生的噪聲爆炸引起周圍空氣急速膨脹亦是一種空氣動力性噪聲。電磁性噪聲是由于磁場脈動、磁致伸縮引起電磁部件振動而發(fā)生的噪聲，如變壓器產(chǎn)生的噪聲。按照噪聲的時間變化特性，可分為四種情況：噪聲的強度隨時間變化不顯著，稱為穩(wěn)定噪聲見圖1-1a，如電機織布機的噪聲。噪聲的強度隨時間有規(guī)律地起伏，周期性地時大時小的出現(xiàn)，稱為周期性變化噪聲見圖，如蒸汽機車的噪聲。噪聲隨時間起伏變化無一定的規(guī)律，稱為無規(guī)噪聲圖1-1c，圖1-1如街道交通噪聲

13、。如果噪聲突然爆發(fā)又很快消失，持續(xù)時間不超過1s，并且兩個連續(xù)爆發(fā)聲之間間隔大于1s，那么稱為脈沖聲圖1-1d，如沖床噪聲、槍炮噪聲等。城市環(huán)境噪聲在噪聲研究中占有很重要的地位，它主要來源于交通噪聲、工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲和社會生活噪聲。由于城市中機動車輛的日益增多和超聲速飛機的大量使用，運輸工具如汽車、拖拉機、火車、飛機等產(chǎn)生的噪聲成了城市環(huán)境噪聲的主要污染源之一。工業(yè)噪不僅直接對生產(chǎn)工人帶來危害，而且影響附近居民。工業(yè)噪聲中，紡織廠的噪聲90106dB，機械工業(yè)在80120dB，大型球磨機、大型鼓風(fēng)機在130dB以上。工業(yè)噪聲是造成噪聲性的主要原因。建筑施工噪聲是由于建筑工地使用各種打樁機

14、、攪拌機、切割機等施工機械引起的噪聲。社會活動和家庭生活噪聲也是普遍存在的，例如為了宣傳活動而過量地使用高音喇叭，就會產(chǎn)生令人煩惱的噪聲。在社會生活中，不當(dāng)?shù)厥褂檬找魴C、錄音機、電視機，在很多情況下也會成為一種對鄰居干擾的噪聲源。電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機等家用電器，如設(shè)計制造不合理，或使用不當(dāng)亦會成為噪聲源。1.4 噪聲的危害1.4.1 噪聲對聽力的損傷短時間處于高噪聲環(huán)境中，雙耳難受、頭痛、不舒服，過一段時間適應(yīng)了，但這以后，雙耳嗡鳴，一般令聽力損失15dB。休息幾小時后，聽力會逐漸恢復(fù)，這叫暫時性聽力損傷聽閾偏移、聽覺疲勞，聽覺器官未受到器質(zhì)性損害。如果長期在高噪聲環(huán)境下工作，日積月累，內(nèi)耳

15、器官會發(fā)生器質(zhì)性病變，聽覺疲勞不能恢復(fù)，成為永久性聽閾偏移，這就是噪聲性耳聾。如何確定為耳聾？ISO規(guī)定在500、1000、2000Hz三個倍頻程內(nèi)聽閾提高的平均值在25dB以上時，即認為聽力受到損傷，又叫輕度噪聲性耳聾。噪聲性耳聾與噪聲強度、頻率以及作用時間的長短有關(guān)。強度越大，頻率越高，作用時間越長，噪聲性耳聾發(fā)病率就越高。工人在85dBA環(huán)境下工作15年，發(fā)病率為5%。90dB為14%。105dB那么達50%以上。如到達120dB，即使短時間也會造成永久性聽力損傷。當(dāng)?shù)竭_140dB時，聽覺器官會發(fā)生急性創(chuàng)傷，致使鼓膜破裂出血，雙耳突然失聽，這是一次性使人耳聾的惡性噪聲性耳聾。噪聲性耳聾分

16、兩種情況：一是機械傳導(dǎo)性耳聾，由外耳道阻塞、耳鼓或聽覺系統(tǒng)損壞或功能降低引起。二是神經(jīng)感覺性耳聾，由耳蝸中聽覺神經(jīng)功能衰退引起，也可由傳導(dǎo)神經(jīng)和大腦聽覺中樞功能的降低引起。噪聲性耳聾兩個特征：一是有一個持續(xù)積累的過程，一開始感覺不明顯，容易被無視；二是不能治愈。1.4.2 噪聲對健康的影響1作用于人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、全身無力、為神經(jīng)官能癥。2引起消化不良，食欲不振、惡心嘔吐、導(dǎo)致腸胃病和潰瘍病。3引起心跳加快，心律不齊，血壓升高，動脈硬化，冠心病。4視覺器官：眼睛、視力減退、眼花、使勞動生產(chǎn)率下降。5內(nèi)分泌功能影響，胎兒正常發(fā)育的影響，及胎兒聽覺器官影響。機場噪聲無論

17、大小對兒童健康都有不良影響，引起兒童的血壓升高和緊張荷爾蒙凝聚度顯著上升。1.4.3 噪聲對正常生活和工作的干擾1影響睡眠。40dBA連續(xù)噪聲使10%的人睡眠受到影響，70dBA影響50%。突發(fā)噪聲40dBA，可使10%的人驚醒，60dB可使70%的人驚醒。我國大城市的交通噪聲7085dB、火車噪聲75dB、飛機噪聲95120dB、工廠噪聲6070dB、建筑施工噪聲8090dB，均會影響居民的睡眠。2影響交談和通訊。通常談話聲不大于70dB，大聲可達85dB，當(dāng)噪聲級與談話聲級相接近時，正常交談會受到干擾。噪聲級比談話聲級高10dB以上時，談話聲平安被掩蔽。一般65dB噪聲就會干擾普通談話。如

18、果噪聲級超過90dB，大喊大叫也聽不清。3影響工作。分散人的注意力，使人容易疲勞，反響遲鈍，影響工作效率，增高工作過失率。上課時受噪聲干擾，使教師提高嗓門，增加勞累，學(xué)生分散注意力，影響教學(xué)效果。1.4.4 特強噪聲能損害儀器設(shè)備和建筑物。噪聲引起儀器設(shè)備振動，高噪聲超過135dB時，會使電子儀器發(fā)生故障；超過150dB時，元器件可能損壞。在特強噪聲作用下，會使材料或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞而斷裂聲疲勞現(xiàn)象。 噪聲的評價 響度級和響度聲壓和聲強都是客觀物理量，聲壓越高，聲音越強；聲壓越低，聲音越弱，但是它們不能完全反映人耳對聲音的感覺特性。人耳對聲音的感覺，不僅和聲壓有關(guān)，也和頻率有關(guān)。一般對高頻聲音感覺

19、靈敏，對低頻聲音感覺遲鈍，聲壓級相同而頻率不同的聲音聽起來可能不一樣響。為了既考慮到聲音的物理量效應(yīng)，又考慮到聲音對人耳聽覺的生理效應(yīng)，把聲音的強度和頻率用一個量統(tǒng)一起來，人們仿照聲壓級引出了一個響度級的概念。使用等響實驗方法，可以得到一族不同頻率、不同聲壓級的等響度曲線。實驗時用1000Hz的某一強度例如40dB的聲音為基準(zhǔn)，用人耳試聽的方法與其它頻率例如100Hz聲音進行比擬，調(diào)節(jié)此聲音的聲壓級，使它與1000Hz聲音聽起來響度相同，記下此頻率的聲壓級例如50dB。再用其它頻率試驗并記下它們與1000Hz聲音響度相等的聲壓級，將這些數(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)上，就得到一條與1000Hz、40dB聲壓級等

20、響的曲線。這條曲線用1000Hz時的聲壓級數(shù)值來表示它們的響度級值，單位為方，這里就是40方。同樣以1000Hz其它聲壓級的聲音為基準(zhǔn)，進行不同頻率的響度比擬，可以得出其它的等響度曲線。經(jīng)過大量試驗得到的并由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO推薦為標(biāo)準(zhǔn)的等響度曲線：圖1-2 頻率與聲壓級的關(guān)系圖從圖中可以看出：1當(dāng)響度級比擬低時，低頻段等響度曲線彎曲較大，也就是不同頻率的響度級方值與聲壓級dB值相關(guān)很大，例如同樣40方響度級，對1000Hz聲音來說聲壓級是40dB，對100Hz聲音是50dB，對40Hz聲音是70dB，對20Hz聲音是90dB。2當(dāng)響度級高于100方時，等響度曲線變得比擬平坦，也就是聲音的響

21、度級主要決定于聲壓級，與頻率關(guān)系不大。3人耳對高頻聲音，特別是30004000Hz的聲音最敏感，而對低頻聲音那么頻率越低越不敏感。響度級雖然定量地確定了響度感覺與頻率和聲壓級的關(guān)系，但是卻未能確定這個聲音比那個聲音響多少。頻率擴乘祟鐃鏹碘20HZ擴乘祟鐃鏹碘40HZ擴乘祟鐃鏹碘100HZ擴乘祟鐃鏹碘1KHZ擴乘祟鐃鏹碘4K擴乘祟鐃鏹碘10K擴乘祟鐃鏹碘15K擴乘祟鐃鏹碘聲壓級擴乘祟鐃鏹碘90 dB擴乘祟鐃鏹碘70 dB擴乘祟鐃鏹碘50 dB擴乘祟鐃鏹碘40 dB擴乘祟鐃鏹碘38 dB擴乘祟鐃鏹碘49 dB擴乘祟鐃鏹碘45 dB擴乘祟鐃鏹碘圖1-3 聲級聲壓級只反響聲音強度對人響度感覺的影響，不

22、能反映聲音頻率對響度感覺的影響。響度級和響度解決了這個問題，但是用它們來反映人們對聲音的主觀感覺過于復(fù)雜，于是又提出了計權(quán)聲壓級的概念。計權(quán)聲壓級就是用一定頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測量得到的聲壓級，計權(quán)聲壓級簡稱聲級。在聲學(xué)測量儀器中，通常根據(jù)等響度曲線，設(shè)置一定的頻率計權(quán)電網(wǎng)絡(luò)，使接收的聲音按不同程度進行頻率濾波，以模擬人耳的響度感覺特性。當(dāng)然我們不可能做無窮多個電網(wǎng)絡(luò)來模擬無窮多根等響度曲線，一般設(shè)置A，B和C三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其中A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40方純音的響度，當(dāng)信號通過時，其低、中頻段1000Hz以下有較大的衰減。B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70方純音的響度，它對信號的低頻段有一定衰減。而C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

23、是模擬人耳對100方純音的響度，在整個頻率范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。利用具有一定頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)和時間計權(quán)的聲學(xué)測量儀器對聲音進行聲壓級測量，所得到的讀數(shù)稱計權(quán)聲壓，簡稱聲級，單位為dB。第2章 功能概述和總體方案設(shè)計 功能概述可以正常測量環(huán)境噪聲大小。2. 噪聲測量原理噪聲測量結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中,外部聲音信號傳播到傳聲器,并通過運算放大器將輸入的微弱音頻信號轉(zhuǎn)換為一信號電平(電壓信號) ,此電壓信號那么由V /F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的具有一定頻率的脈沖信號,以便單片機接收。單片機根據(jù)輸入的脈沖信號進行處理,并經(jīng)量綱轉(zhuǎn)換出所對應(yīng)的DB值,最后在單片機控制下由LED實時顯示出來。圖2-1噪聲測量結(jié)構(gòu)框圖

24、 系統(tǒng)設(shè)計方案2. 傳聲器用于接收外部聲音信號,并輸出一微弱的音頻信號。實際就相當(dāng)于一個麥克風(fēng)。2.2.2 運算放大器方案一、采用三極管進行放大，利用三極管多級放大原理Au=Au1Au2Aun 根據(jù)三極管的多級放大特性，在計算各級電路的電壓放大倍數(shù)時，必須考慮后級的輸入電阻對前級電路電壓放大倍數(shù)的影響。方案二、采用通用集成塊LM324進行放大LM324為美國 國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單電源集成運算放大器，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。在應(yīng)用電路，可以雙電源工作，也可單電源工作，其輸出電壓可以和各種邏輯電平匹配，內(nèi)部已經(jīng)進行了頻率補償，且具有電源電壓寬，靜

25、態(tài)功耗小，價格低廉等優(yōu)點。圖2-2 LM324運算放大原理圖方案三、采用通用集成塊LM358進行放大，根據(jù)集成運放同向輸入比例運算原理 。其中Rf為反響電阻，R為反向接地端，改變R與Rf的阻即可以改變放大倍數(shù)。也可以采用多級放大，多級放大倍數(shù)算法Au=Au1Au2Aun 圖2-3LM358運算放大原理圖經(jīng)過長時間的電路調(diào)試我們確定了放大局部采用方案三，因為方案一采用的是三極管放大達不到2020KHZ的頻率信號放大，而采用方案二雖然可以到達所需的頻率放大，但是所采用的放大是用雙電源供電，而單電源供電無法到達我們所需的要求，而雙電源供電所需的本錢又高了，并且用雙電源供電還必須考慮到電源的紋波系數(shù)，

26、如果紋波系數(shù)較大會把輸出的信號給掩蓋無法到達所需要求。而采用方案三不但可以到達2020KHZ的頻率信號放大，而且電源供電時采用9V單電源供電，我們只要有一個9V蓄電池就可以解決了，而且采用LM358不但廉價而且所需的電路也比擬簡單。 .3 轉(zhuǎn)換器方案一、采用ADC0809是CMOS型8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1，它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，三態(tài)輸出鎖存器當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器存取走轉(zhuǎn)換

27、完的數(shù)據(jù)。適用于分辨率較高而且轉(zhuǎn)換速度適中的場合。圖2-4 ADC0809的引腳圖方案二、采用單電源LM331V/F轉(zhuǎn)換，在整個測量電路中,電壓信號與脈沖信號即V /F的轉(zhuǎn)換對整個系統(tǒng)的性能起著重要作用,因此本系統(tǒng)采用了高性能的電壓頻率轉(zhuǎn)換集成電路LM331作為系統(tǒng)的核心,由LM331構(gòu)成的V /F轉(zhuǎn)換電路,將電壓信號( 05V)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的頻率信號( 010KHz) ,該頻率信號以TTL電平送入89S51單片機的P3. 5引腳,作為T1的計數(shù)脈沖。圖2-5 LM331單電源V/F變換圖方案三、采用雙電源供電LM331V/F轉(zhuǎn)換，LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性價比擬高的精密電壓頻率轉(zhuǎn)換器,它

28、采用新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路,在整個工作溫度范圍內(nèi)和4. 0V 電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態(tài)范圍寬,可達100dB;線性度好,最大非線性失真小于0. 01% ,工作頻率低到0. 1Hz時,仍有較好的線性;變換精度高,數(shù)字分辨率可達12位;抗干擾能力強,外接電路簡單,只需幾個阻容元件就可構(gòu)成V /F變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。在該電路中,基于LM331的壓頻轉(zhuǎn)換關(guān)系為:fout = (RSVIN ) /(2. 09RL CtRt )電路中的RS 主要用于調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換增益。Ct ,Rt , RL 的典型值分別為6. 8K, 0. 01uF和100K, RS 值由設(shè)計者自己決定,

29、其可調(diào)電阻用于對基準(zhǔn)電流進行調(diào)節(jié),以校正輸出頻率。由于RS、Rt、RL 和電容Ct 會直接影響fout的轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此,對這些元件的參數(shù)有一定的要求,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適中選擇。電容CL對轉(zhuǎn)換結(jié)果雖有應(yīng)選擇漏電流小的電容器。用電阻Ri 和Ci 組成低通濾波器,可減少輸入電壓中的干擾脈沖,提高轉(zhuǎn)換精度。圖2-6 LM331雙電源V/F變換圖最終我們確定了方案二為我們的轉(zhuǎn)換電路，方案一中采用的是ADC0809它的轉(zhuǎn)換速度沒有LM331的轉(zhuǎn)換速度快，而且轉(zhuǎn)換電路中用到了雙D觸發(fā)器進行74LS74分頻，從而進行電壓測量。而方案三采用的是正負12V雙電源進行供電，前面我們說到標(biāo)準(zhǔn)電源的紋波系數(shù)比擬大，

30、會影響我們的信號，而且我們采用的放大器是單電源9V供電，如果我們采用的是方案三，那么我們又會多出個電源，所以我們才用的是方案二，不但解決了轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換效率、電源問題、是否影響信號。2.2.4 單片機本測量系統(tǒng)選用流行的89S51單片機。T1設(shè)為計數(shù)狀態(tài),用于對前向通道V /F輸入的脈沖信號進行計數(shù);T0設(shè)為定時狀態(tài),用于定時讀取T1計數(shù)值(定時時間為1秒,即單位時間) 。相應(yīng)的程序編制較為簡單,主要任務(wù)是實現(xiàn)單片機對輸入的脈沖信號進行采集,并進行頻率與DB 的量綱轉(zhuǎn)換,以及控制LED顯示相應(yīng)的DB值。2. 驅(qū)動模塊數(shù)碼管驅(qū)動常用的驅(qū)動電路由三極管PNP和芯片驅(qū)動74LS164兩種，本文采用的

31、是8550型三級管驅(qū)動。圖2-7驅(qū)動模塊圖2. LED顯示根據(jù)一般城市內(nèi)噪聲等級、測量方法和標(biāo)準(zhǔn),顯示只需四位即可滿足要求顯示格式: ××DB。該電路采用動顯示方式,段選使用89S51內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向口P1的8個管腳,用三極管做驅(qū)動器;位選使用具有能,帶內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向口P2的P210P213,用一片7406做4路反相緩沖驅(qū)動器,由于7406是集電極開路,故需并接4只上拉電阻。LED選用四位紅光共陽極數(shù)碼管。圖2-8 LED顯示模塊圖第3章 總電路設(shè)計分析3.1 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用AT89C51單片機及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)，

32、本系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機最小系統(tǒng)，顯示模塊。3.2 基于單片機環(huán)境噪音測量根本構(gòu)成及原理擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘單片機擴乘祟鐃鏹碘放大擴乘祟鐃鏹碘噪音擴乘祟鐃鏹碘V/F轉(zhuǎn)換擴乘祟鐃鏹碘顯示模塊擴乘祟鐃鏹碘圖3-1環(huán)境噪聲根本構(gòu)成圖3.3 89S51單片機簡介：89S51單片機包含中央處理器CPUCentral Processing Unit、數(shù)據(jù)存儲器RAMRandom Access Memory、程序存儲器ROMRead Only Memory、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總

33、線等三大總線。中央處理器CPUCentral Processing Unit：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器RAMRandom Access Memory：89S51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用存放器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 程序存儲器ROMRead On

34、ly Memory：89S51共有4096個8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。定時/計數(shù)器：89S51有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：89S51共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。中斷系統(tǒng)：89S51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘圖3-2 AT89S51單片機引腳圖擴

35、乘祟鐃鏹碘 單片機最小系統(tǒng)圖3-3 單片機最小系統(tǒng)圖復(fù)位電路：單片機89s51的復(fù)位電路由電阻，電容和復(fù)位開關(guān)FW組成，其復(fù)位端為第9腳。當(dāng)按下復(fù)位開關(guān)FW后，第9腳的電壓由原來的低電平變?yōu)楦唠娖剑箚纹瑱C實現(xiàn)復(fù)位操作。也就是當(dāng)該端子上保持兩個機器周期的高水平時，可對89s51單片機實現(xiàn)復(fù)位操作。圖3-4 上電復(fù)位電路時鐘電路：時鐘電路是由電容C4、C5和12MHz的晶振組成，接在單片機的第18和19腳(即XTAL1和XTAL2端)。因其采用的是振蕩頻率12MHz的晶振，所以其軟件的一個機器周期為1us。3.5 芯片簡介 LM331LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比擬高的集成芯片。LM3

36、31可用作精密的頻率電壓F/V轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器以及其他相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片。LM331的內(nèi)部電路組成如圖1所示。由輸入比擬器、定時比擬器、RS觸發(fā)器、輸出驅(qū)動管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護管等局部組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。LM331可采用雙電源或單電源供電，可工作在40V之間，輸出可高達40V，而且可以防止Vcc短路。圖3-5 LM331邏輯框圖LM331內(nèi)部有1輸入比擬電路、2定時

37、比擬電路、3R-S觸發(fā)電路、4復(fù)零晶體管、5輸出驅(qū)動管、6能隙基準(zhǔn)電路、7精密電流源電路、8電流開關(guān)9輸出保護點路等局部。輸出管采用集電極開路形式，因此可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應(yīng)TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。此外，LM331可采用單/雙電源供電，電壓范圍為440V，輸出也高達40V。IPIN1為電流源輸出端，在fPIN3輸出邏輯低電平時，電流源輸出對電容充電。引腳2PIN2為增益調(diào)整，改變的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。fPIN3為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由t和t決定。引腳4PIN4為電源地。引腳5PIN5為定時比擬器正相輸入端。引

38、腳6PIN6為輸入比擬器反相輸入端。引腳7PIN7為輸入比擬器正相輸入端。引腳8PIN8為電源正端。由LM331組成的電壓頻率變換電路，LM331內(nèi)部由輸入比擬器、定時比擬器、RS觸發(fā)器、輸出驅(qū)動、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路和電流開關(guān)等局部組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。 當(dāng)輸入端Vi輸入一正電壓時，輸入比擬器輸出高電平，使RS觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，輸出端f0為邏輯低電平，同時電源Vcc也通過電阻R2對電容C2充電。當(dāng)電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2/3時，定時

39、比擬器輸出一高電平，使RS觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端f0為邏輯高電平，同時，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容C2通過復(fù)零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容C3對電阻R3放電。當(dāng)電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比擬器再次輸出高電平，使RS觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率f0與輸入電壓Vi成正比，從而實現(xiàn)了電壓頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關(guān)系為：fo=(Vin××R3×R2×C2) 由式知電阻R2、R3、R4、和C2直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果f0，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適中選擇。電阻R1和電容C1組成低通濾波

40、器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。圖3-6 由LM331組成的電壓頻率變換電路圖3.5.2 LM358LM358芯片引腳如下：圖3-7 LM358引腳圖LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，單電源(330V)；雙電源(±1.5一±15V)。 適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工 作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益 模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 第4章 軟件電路設(shè)計分析4.1 頻率與聲壓級檢測算法由于

41、在電路中已經(jīng)檢出頻率信號，只要經(jīng)CPU換算即可得到頻率的大小，計算公式如下： f=n/t 電路中的基準(zhǔn)電壓v0=5uV相當(dāng)與0dB(已經(jīng)校準(zhǔn))，在此根底上，進行換算與校準(zhǔn)即可得到相應(yīng)的dB數(shù)，計算公式如下： Lp=20lg(v/v0) 4.2 程序流程圖開始擴乘祟鐃鏹碘定時、計數(shù)初始化擴乘祟鐃鏹碘開始測量ff擴乘祟鐃鏹碘Start=1?擴乘祟鐃鏹碘ff=(tmpo/count)擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘(擴乘祟鐃鏹碘ans= 1100 - f * 10擴乘祟鐃鏹碘ans=533- f / 3擴乘祟鐃鏹碘ans=503-11 * f / 40擴乘祟鐃鏹碘ans = 380 + f /5

42、0擴乘祟鐃鏹碘ans = 450 - f / 20擴乘祟鐃鏹碘ans = 215 + f / 35擴乘祟鐃鏹碘顯示擴乘祟鐃鏹碘結(jié)束擴乘祟鐃鏹碘圖4-1中斷開始擴乘祟鐃鏹碘定時器重新賦初值擴乘祟鐃鏹碘TH0<1&&(TL0<0)擴乘祟鐃鏹碘count+擴乘祟鐃鏹碘Start=1擴乘祟鐃鏹碘中斷擴乘祟鐃鏹碘停止擴乘祟鐃鏹碘count+擴乘祟鐃鏹碘中斷擴乘祟鐃鏹碘返回擴乘祟鐃鏹碘圖4-2 設(shè)計程序如下：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulo

43、ng unsigned longcode tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,/段碼0x80,0x90,0xff;void display(ulong cp);code wei=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/位碼ulong tmp,ff;uint count;bit start;ulong count_f(ulong f);/*函數(shù)名：Init()參數(shù)：無返回值：無功能：初始化定時/計數(shù)器0為計數(shù)模式1，定時/計數(shù)器1為定時器 模式1。定時時間為50ms，開啟定時器中斷1，并啟動定時 器1，

44、開啟總中斷。*/void Init(void)TMOD=0x15;/T0 計數(shù) T1定時EA=1;/ 開總中斷TH0=0;/TL0=0;TR0=1;/開計數(shù)器T0TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;ET1=1;/ T1中斷允許TR1=1;/開定時器T1/*函數(shù)名：delay(unsigned char t)參數(shù)：短延時時間長度返回值：無功能：實現(xiàn)數(shù)碼管顯示時的短延時。*/void delay(uchar t)/短延時for(;t>0;t-);void main()ulong db=0;Init();while(1)db = count_f(ff);display(db);if(

45、start)start=0;P2=0xff;tmp=TH0;tmp<<=8;tmp+=TL0;ff=tmp*20/count;count=0;TH0=0;TL0=0;TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;TR0=1;TR1=1;/*函數(shù)名：display(unsigned long cp)參數(shù)：unsigned long cp返回值：無功能：將參數(shù)cp顯示在數(shù)碼管上，并顯示單位"db"。*/void display(ulong cp)static uchar num=0;P2=0xff;switch(num)case 0: P0 = 0x83;break

46、;case 1: P0 = 0xa1;break;case 2: P0 = 0xff; break;case 3:P0=tabcp%10;break;case 4:P0=(tabcp/10%10&0x7f);break;case 5:P0=tabcp/100;break;P2=weinum;num+;num%=7;delay(100);/短延時void Time1() interrupt 3if(TH0<1) && (TL0<10)TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;count+;elsecount+;TR0=0;TR1=0;start=1;/*函

47、數(shù)名：count_f(unsigned long f)參數(shù)：unsigned long f返回值：當(dāng)前環(huán)境的噪音值，單位為"dB".功能：將頻率信號轉(zhuǎn)化為分貝值*/ulong count_f(ulong f)ulong ans;if(f>=20)&&(f<=40)ans = 1100 - f * 10;else if(f>40)&&(f<=100)ans = 533- f / 3;else if(f>100)&&(f<=500)ans = 503 - 11 * f / 40;else if(

48、f>500)&&(f<=1000)ans = 380 + f /50;else if(f>1000)&&(f<=300)ans = 450 - f / 20;else if(f>3000)&&(f<=10000)ans = 215 + f / 35;return ans;第5章 安裝與調(diào)試正確的調(diào)試系統(tǒng)才能使各模塊電路正常工作，實現(xiàn)高精度，高穩(wěn)定的顯示。5.1 調(diào)試設(shè)備示波器擴乘祟鐃鏹碘1臺擴乘祟鐃鏹碘用于檢測實際頻率擴乘祟鐃鏹碘數(shù)字萬用表擴乘祟鐃鏹碘1個擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘電腦擴乘祟鐃鏹碘1臺擴乘祟鐃鏹碘

49、擴乘祟鐃鏹碘電烙鐵及焊接工具擴乘祟鐃鏹碘1套擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘噪音計擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘1臺擴乘祟鐃鏹碘用于噪聲比照 擴乘祟鐃鏹碘單片機開發(fā)板擴乘祟鐃鏹碘1塊擴乘祟鐃鏹碘擴乘祟鐃鏹碘電源擴乘祟鐃鏹碘2個擴乘祟鐃鏹碘5v 9v擴乘祟鐃鏹碘圖5-15.2 調(diào)試步驟1. 用直觀法檢查電路焊接是否正確，元器件極性是否正確。插上芯片，接上電源，用電壓法檢查各芯片、各引腳電壓是否正常。2. 用數(shù)字萬用表測量各引腳之間是否連接正常，把其打到二極管檔位，用兩支表筆分別接觸需要測量的引腳，如果萬用表發(fā)出聲音，那么兩引腳連接正常；如果萬用表不響，那么表示兩點之間沒有連上。3. 使用Keil uVisio

50、n2編寫程序，通過acr_fighter將程序下載到單片機開發(fā)板上的AT89S51芯片內(nèi)。4. 連接好各硬件電路，觀察各端口是否認義正確，數(shù)碼管是否顯示正常。把程序下載到單片機內(nèi)，觀察是否正確運行工作，以及測量的結(jié)果和實際是否相符合5.3 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題1、在調(diào)試LM358雙電源供電運算放大的過程中，無論怎么去調(diào)反響電路，都無法實現(xiàn)波形輸出，后來無意中把電源輸出線接到示波器中出現(xiàn)規(guī)律的波形，后來在網(wǎng)站上了解到我們的咪頭輸出電壓不到100MV，而電源紋波輸出超過100MV，導(dǎo)致LM358無法輸出所需的波形。2、在調(diào)試LM331的過程中輸出無法到達所需的脈沖波，在調(diào)試時我在輸入?yún)⒓右粋€穩(wěn)定的

51、直流電壓，理論來說我的輸出時一個穩(wěn)定的脈沖波形，但實際上輸出的是一個正弦波，這樣的話我就不能在后續(xù)電路中無法實現(xiàn)計數(shù)，所以我在后面參加一個比擬器。參考文獻1、鄧木生 周紅兵主編.模擬電子電路分析與應(yīng)用技術(shù).高等教育出版社.2、鄧木生 張文初主編.數(shù)字電子電路分析與應(yīng)用技術(shù).高等教育出版社.3、王靜霞主編，楊宏麗 劉俐副主編.單片機應(yīng)用技術(shù)C語言版.電子工業(yè)出版社4、李移倫等.單片機原理及應(yīng)用.中南大學(xué)出版社，20065、戴仙金等 .51單片機及其C語言程序開發(fā)實例.北京：清華大學(xué)出版社，20216、萬福軍等. 單片微機原理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，20057、劉光玉等.

52、模擬電路根底. 成都： 電子科技大學(xué)出版社，20048、陸坤等. 電子設(shè)計技術(shù). 成都： 電子科技大學(xué)出版社，19989、方勤等. 模擬電子技術(shù)根底. 高等教育出版社，200310、參考網(wǎng)站資料： 結(jié) 論系統(tǒng)統(tǒng)采用MSC-51系列單片機為中心器件來設(shè)計噪音測量儀系統(tǒng)，實現(xiàn)了能實時監(jiān)控測量噪音的功能，系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強、操作簡單。系統(tǒng)缺乏之處就是存在一些數(shù)據(jù)差異，可能是噪聲的采樣電路的線性有些不良，引起數(shù)據(jù)出現(xiàn)一些差異等。通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機的根本原理、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計思路技巧特別是匯編語言的

53、掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的根底。由于使用的是單片機作為核心的控制元件，使得電路的可靠性比擬高，功能也比擬強大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進行不同狀態(tài)的組合。但是在我們設(shè)計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，這需要在實踐中進一步完善。且功能的全面性還不夠強，經(jīng)過這么長的時間的失敗到成功的過程，讓我更加清楚的明白單片機的運用就是對其端口的控制，同時外圍電路的設(shè)計以及了解，讓我對以前學(xué)過的知識能更加了解和認識，比方：電路、數(shù)、模電子技術(shù)、單片機技術(shù)、自動檢測技術(shù)、電路板設(shè)計、智能儀器的設(shè)計應(yīng)用與傳感器的使用。在這段時間中，張老師們給了我很大的幫助，還有很多班上的同學(xué)及網(wǎng)上好友，你們對我的幫助和指導(dǎo)我非常感謝！設(shè)