環(huán)境噪聲檢測(cè)儀設(shè)計(jì)(共29頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 環(huán)境噪聲檢測(cè)儀設(shè)計(jì) 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 1 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：2013-06-24至2013-07-12專心-專注-專業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 學(xué) 號(hào)10學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(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。控制器由AC220V供電，噪聲測(cè)量范圍30130dB(A)，

2、分辨率0.1dB。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 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 軟件編寫與調(diào)試第9天 設(shè)計(jì)說明書完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī) 平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要噪聲對(duì)人體

3、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)通過傳聲器轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過放大和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：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 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

4、無規(guī)則時(shí)發(fā)出的聲音。生理學(xué)定義：凡是妨礙人們正常、學(xué)習(xí)和工作的聲音，以及對(duì)人們要聽的聲音產(chǎn)生干擾的聲音。從這個(gè)意義上來說，噪聲的來源很多。街道上的汽車聲、安靜的圖書館里的說話聲、建筑工地的機(jī)器聲、以及鄰居電視機(jī)過大的聲音，都是噪聲?？傮w講，噪音是物體振動(dòng)產(chǎn)生。1.1.2 噪聲的來源及危害噪聲即噪音，是一類引起人煩躁、或音量過強(qiáng)而危害人體健康的聲音。 噪聲通常是指那些難聽的，令人厭煩的聲音。噪音的波形是雜亂無章的。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，

5、均稱為噪聲。噪聲污染屬于感覺公害，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)。噪音污染主要來源于交通運(yùn)輸、車輛鳴笛、工業(yè)噪音、建筑施工、社會(huì)噪音如音樂廳、高音喇叭、早市和人的大聲說話等。 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)，是人類提高生活質(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)，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)口專用設(shè)備，除衛(wèi)生、計(jì)量等環(huán)保專業(yè)部門擁有外，無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

6、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)備已開始進(jìn)入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和配套化階段。噪聲

7、監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備的研究和開發(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、生活噪聲和車輛噪聲等，按人耳聽覺特性近似地測(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)過聽感修正的聲壓級(jí)（dB）或響度級(jí)（方）。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，一類叫精密聲級(jí)計(jì)，一類叫普通聲級(jí)計(jì)。我國(guó)也采用這種分法。70年代以來有些國(guó)家推行四類分法，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，

8、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。電池式聲級(jí)計(jì)也稱為便攜式聲級(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)，做出開題報(bào)告。進(jìn)行系統(tǒng)

9、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。編寫程序，仿真調(diào)試。仿真調(diào)試通過后，固化程序，脫離開發(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 課題意義噪聲是日常生活中常見的物理現(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)

10、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)，并通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，改進(jìn)設(shè)計(jì)。總之，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、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)。編寫程序，仿真調(diào)試。仿真調(diào)試通過后，固化程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行。第2章 CPU最小

11、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A/D轉(zhuǎn)換器后，輸出頻率信號(hào)變?yōu)門TL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

12、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、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?？刂破髦饕〞r(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

13、容的一端，XTAL2接外部晶體和微調(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；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89C51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

14、。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)器的讀和寫由和信號(hào)控制，而程序存儲(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2K×8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

15、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)榈碗娖揭院螅瑔纹瑱C(jī)從0000H地址開始執(zhí)行程序。在復(fù)位有效期間，ALE和引腳輸出高電平。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，它可以通過按鍵實(shí)現(xiàn)復(fù)位，按下鍵后，通過和形成回路，使RESET端產(chǎn)生高電平。按鍵的時(shí)間決定了復(fù)位時(shí)間。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

16、紛紛偏激工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。詩中信號(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：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)

17、的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(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)送過來的信號(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)過程中進(jìn)行對(duì)比，通過比較發(fā)現(xiàn)LM386集成電路使用簡(jiǎn)單，基本沒有外圍器件，而且它還有體積小、電源范圍寬、外接元件少、電

18、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)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

19、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

20、器，以獲得平均值電壓，有效值電壓通過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。21µ31µVin +VsVsCAV COMbufout RLbufin Iout第1章 Ad536CAV 1µVinC1 1µR1 1K10Koutput+5VR220KR3 10K圖3.3 AD536構(gòu)成真有效值電壓表AD536AD536所謂真有效值即為“真正有效值”之意，英文縮寫為“TRMS”，有的文獻(xiàn)也稱為真普

21、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)來定義的，因此這類電表只能測(cè)量正弦波電壓。平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換的電壓表只能測(cè)量無失真的正弦波電壓，對(duì)于正弦波失真的交流電壓，這類電表測(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

22、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：(3-1)近似公式： (3-2)我們對(duì)式（3.1）進(jìn)行變換，兩邊平方，并令 (3-3)就得到真有效值電壓的另一種表達(dá)式(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

23、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)上這類單片的集成芯片很多，真有效值儀表普遍使用了這類集成電路。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)，這類芯片能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)測(cè)量各種電壓波形的有效值，無須考慮波形參數(shù)和失真，這些性能是平均值儀表無法比擬的?？梢姡ㄟ^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)過一系列

24、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)圖3.5輸出接口電路圖第4章 噪聲傳感器軟件設(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)雜的過程，這一過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

25、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。軟件編寫的好壞，語句運(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句作最多的事情，不讓語句出現(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

26、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)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到一定數(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

27、4.2.2 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì)波長(zhǎng)選擇初始化ADAD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。

28、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)xixi>(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,#00H MOV DPTR,#0DF02

29、H 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 MOV DPTR,#TAB LAB:CL

30、R 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 SJMP LAB A2: CLR A

31、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_LED1: PUSH DPL PUS

32、H 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,AGAIN1 LJMP MAIN PO

33、P ACC POP DPH POP DPL RETINIT_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 MOV A, R0 SUBB A,#9

34、 JZ B3 RET B1:CLR P1.0 RET B2:CLR P1.1 RET B3:CLR P1.2 RET B4:RET DELAY:PUSH DTIMER1 PUSH DTIMER0DELAY1:MOV DTIMER0,#125 DELAY2:NOP NOP DJNZ DTIMER0,DELAY2 DJNZ DTIMER1,DELAY1 POP DTIMER0 POP DTIMER1 RETDELAY01:NOP PUSH DTIMER1 MOV DTIMER1,#02H LCALL DELAY POP DTIMER1 RET第5章 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)過優(yōu)化的程序，使其具有很高的智能化水平。但是該設(shè)計(jì)還是不夠完善，因?yàn)槁曇粜盘?hào)本來就很不穩(wěn)定，而且也