噪聲測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、i報(bào)告書(shū)題目名稱： 噪 聲 測(cè) 量 儀 組 名：電一 第六組 指導(dǎo)老師： xxxxxxxx 成 員： 王嘉伊 朱水仙 郭麗麗 劉瑞普 ii2011 年 5 月噪聲測(cè)量?jī)x噪聲測(cè)量?jī)x 摘要摘要：本設(shè)計(jì)以單片機(jī) stc89c52 為數(shù)據(jù)、控制處理器，通過(guò)駐極話筒拾取環(huán)境中的噪聲，通過(guò)三級(jí)管和集成功放 lm386 構(gòu)成的兩極放大電路，再經(jīng)過(guò) lm331 電壓頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，利用單片機(jī)本身的計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器和中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理，最終由 6 個(gè)數(shù)碼管顯示實(shí)時(shí)噪音分貝值。當(dāng)超過(guò)限定分貝值時(shí)報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警?；氐秸７重愔禃r(shí)自動(dòng)解除報(bào)警。關(guān)鍵詞：噪聲，測(cè)量，分貝關(guān)鍵詞：噪聲，測(cè)量，分貝(db)(db)

2、，單片機(jī)，單片機(jī)iii 目目 錄錄一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)-11.1 基本要求-11.2 發(fā)揮部分-1二、噪聲簡(jiǎn)介-22.1 噪聲概念-222 噪聲對(duì)人的危害-22.3 人對(duì)不同聲強(qiáng)的感覺(jué)-22.4 聲壓級(jí)測(cè)量機(jī)理-3三、整體方案設(shè)計(jì)-43.1 方案論證-43.2 方案比較 -5四、單元模塊設(shè)計(jì)-64.1 高靈敏度電容式駐極體傳聲器 -64.2 前置放大器-74.3 集成功放 lm386 放大器-84.4 檢波電路-104.5 v/f 電壓頻率轉(zhuǎn)換器 -114.6 單片機(jī)系統(tǒng)-134.7 七段數(shù)碼管顯示器-18五、軟件設(shè)計(jì)-21六、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析-25七、設(shè)計(jì)小結(jié)-26八、參考文獻(xiàn)-27附錄

3、 1（電路總圖） -28附錄 2（部分程序） -291一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)測(cè)量噪聲的裝置，使該裝置能測(cè)試出周圍環(huán)境噪聲的分貝值。高靈敏度傳聲器前置放大器集成功放前期數(shù)據(jù)處理器顯示器單片機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)圖 1-1 總體設(shè)計(jì)方框圖1.11.1 基本要求基本要求1）.能測(cè)量固定聲源的分貝值，測(cè)量范圍達(dá)到 40100db。2）.分辨率：0.1db。3）.頻率范圍：3008000hz 。4）.具有顯示噪聲分貝值的功能；二、噪聲簡(jiǎn)介二、噪聲簡(jiǎn)介2.12.1 噪聲概念噪聲概念物理學(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

4、產(chǎn)2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?？傮w講，噪音是物體振動(dòng)產(chǎn)生。2 22 2 噪聲對(duì)人的危害噪聲對(duì)人的危害隨著工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、城市建筑的發(fā)展，以及人口密度的增加，家庭設(shè)施（音響、空調(diào)、電視機(jī)等）的增多，環(huán)境噪聲日益嚴(yán)重，它已成為污染人類社會(huì)環(huán)境的一大公害。噪聲具有局部性、暫時(shí)性和多發(fā)性的特點(diǎn)。噪聲不僅會(huì)影響聽(tīng)力，而且還對(duì)人的心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，所以有人稱噪聲為“致人死命的慢性毒藥”。噪聲給人帶來(lái)生理上和心理上的危害主要有以下幾方面： 干擾休息和睡眠、影響工

5、作效率：干擾休息和睡眠；使工作效率降低。 損傷聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)器官：強(qiáng)的噪聲可以引起耳部的不適，如耳鳴、耳痛、聽(tīng)力損傷；噪聲對(duì)視力的損害。 對(duì)人體的生理影響：損害心血管；對(duì)女性生理機(jī)能的損害；噪聲還可以引起如神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂、精神障礙、內(nèi)分泌紊亂甚至事故率升高。2.32.3 人對(duì)不同聲強(qiáng)的感覺(jué)人對(duì)不同聲強(qiáng)的感覺(jué)無(wú)法忍受：150db130db感到疼痛：130db110db很吵：110db70db較靜：70db50db安靜：50db30db極靜：30db10db無(wú)聲： 0db32.42.4 聲壓級(jí)測(cè)量機(jī)理聲壓級(jí)測(cè)量機(jī)理人耳的聽(tīng)閾一般是 20m pa (微帕)，痛閾一般是 200pa（帕），其間相差 10

6、7 倍，這樣寬廣的聲壓范圍很不易測(cè)量，而且人耳對(duì)聲壓的相對(duì)變化的分辨具有非線性特征。因此，聲學(xué)中常用聲壓級(jí) lp 來(lái)反映聲壓的變化，將聲壓 p 的聲壓級(jí)表示成： dbpplp)/lg(200其中，基準(zhǔn)量 p0 為 20m pa。當(dāng) p= p0 時(shí)，lp=0db，而當(dāng) p=200 pa 時(shí)，lp=140db。用聲級(jí)計(jì)可以測(cè)量聲壓級(jí)，采用 1khz 純音輸入 0.2 秒到 0.25 秒或 0.5 秒以上，即可得到真實(shí)聲壓級(jí)或平均聲壓級(jí)?？紤]到人耳對(duì)不同頻率的響度感覺(jué)，在噪聲測(cè)量中，常取 40方（phon）等響曲線的反曲線對(duì)聲壓級(jí)進(jìn)行計(jì)權(quán)校正，即用 a 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得 a 聲級(jí)，寫(xiě)成db（a）。表 2

7、.1 給出倍頻帶中心頻率與 a 聲級(jí)的校正量之間的關(guān)系。表 2.1 倍頻帶中心頻率與 a 聲級(jí)校正量的關(guān)系倍頻帶中心頻率（hz）31.563125250500a 聲級(jí)校正量（db）39.4-26.2-16.1-8.6-3.2倍頻帶中心頻率（hz）1k2k4k8k16ka 聲級(jí)校正量（db）01.21.0-1.1-6.6三、整體方案設(shè)計(jì)三、整體方案設(shè)計(jì)整體思路是：將外界噪聲經(jīng)過(guò)傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由模擬電路采集環(huán)境噪聲，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后再經(jīng)前期數(shù)據(jù)處理電路送入單片機(jī)，系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī) stc89c52，輸入的信號(hào)即反應(yīng)了所測(cè)聲壓大小。最后經(jīng)單片機(jī) c 語(yǔ)言程序運(yùn)算出最終數(shù)據(jù)通過(guò) p0 口和鎖

8、存器送入 6 位 led 數(shù)碼管顯示。4方案方案：基于 stc89c52 單片機(jī)采取 v/f 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案環(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)。由運(yùn)放 max4466 和集成功放 lm386 構(gòu)成兩級(jí)級(jí)放大電路,其輸出電平反映了噪聲聲壓的大小。由 lm331 構(gòu)成電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路，輸出的頻率信號(hào)變成 ttl 電平送給單片機(jī)的 t0 管腳，作為 t0 的計(jì)數(shù)脈沖。系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī) stc89c52，其 p3.5 引腳接入 ne555 構(gòu)成的定時(shí)器輸出的方波，通過(guò) t1 中斷去控制 t0 定時(shí)計(jì)數(shù)。從 t0 端輸入的計(jì)數(shù)脈沖頻率即反應(yīng)了所測(cè)聲壓大小, 最后經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部 c

9、 語(yǔ)言程序運(yùn)算出最終數(shù)據(jù)通過(guò) p0 口和鎖存器送入 5 位 led 數(shù)碼管顯示。高靈敏度傳聲器前置放大器lm386 集成功放lm331 電壓頻率轉(zhuǎn)換器led 顯示器單片機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢波電路圖 3-1 方案整體方框四、單元模塊設(shè)計(jì)四、單元模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)共采用了 8 個(gè)單元模塊電路：高靈敏度電容式駐極體傳聲器、前置放大器、集成功放放大器、峰值檢波電路、v/f 電壓頻率轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)系統(tǒng)、七段數(shù)碼管顯示器。54.14.1 高靈敏度電容式駐極體傳聲器高靈敏度電容式駐極體傳聲器駐極體傳聲器有兩塊金屬極板，其中一塊表面涂有駐極體薄膜（多數(shù)為聚全氟乙丙烯）并將其接地，另一極板接在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上，柵極

10、與源極之間接有一個(gè)二極管。圖 4-1 電容式駐極體話筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖當(dāng)駐極體膜片本身帶有電荷，表面電荷地電量為q，板極間地電容量為 c，則在極頭上產(chǎn)生地電壓 u=q/c，當(dāng)受到振動(dòng)或受到氣流地摩擦?xí)r，由于振動(dòng)使兩極板間的距離改變，即電容 c 改變，而電量 q 不變，就會(huì)引起電壓的變化，電壓變化的大小，反映了外界聲壓的強(qiáng)弱，這種電壓變化頻率反映了外界聲音的頻率，這就是駐極體傳聲器地工作原理。由于這種傳聲器也是電容式結(jié)構(gòu)，信號(hào)內(nèi)阻很大，為了將聲音產(chǎn)生的電壓信號(hào)引出來(lái)并加以放大，其輸出端也必須使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管。4.24.2 前置放大器前置放大器前置放大器由三級(jí)管 9014 構(gòu)成的放大電路構(gòu)成，9014

11、 參數(shù)如下：結(jié)構(gòu) npn6集電極-發(fā)射極電壓 最大為 45v集電極-基電壓最大為 50v射極-基極電壓最大為 5v集電極電流 0.1a耗散功率 0.4w結(jié)溫 150特怔頻率 最小 150mhz放大倍數(shù)：a60-150 b100-300 c200-600 d400-1000圖 4-2 前置放大器電路圖圖 4-2 為前置放大器電路，當(dāng)有聲音傳入高靈敏度電容式駐極體話筒 ls1 時(shí)，mk1 兩端的電量發(fā)生改變，經(jīng)過(guò)電容器 c2 和 r3 的作用加到晶體三級(jí)管 9014 的基極好熱發(fā)射極之間，從而引起三級(jí)管 9014 基極和發(fā)射極之間的電壓發(fā)生變化，最終引起三級(jí)管 9014 集電極的電壓發(fā)生變化，由于

12、三級(jí)管的放大作用，所以集電極的電壓是基極電壓 au倍，最后被放大的信號(hào)通過(guò)電容器 c1 加到下一級(jí)電路中。放大倍數(shù) an 計(jì)算公式如下：au=（）rberc其中 rbe=300+（1+）所以 au 100（倍）74.34.3 集成功放集成功放 lm386lm386 放大器放大器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,

13、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 4-3 所示。圖 4-3

14、lm386 引腳圖其中 lm386 的內(nèi)部方塊圖如圖 4-4 所示。8圖 4-4 lm386 的內(nèi)部方塊圖lm386 的特性有以下幾點(diǎn)：（1） 靜態(tài)功耗低，約為 4ma,可用于電池供電。 （2） 工作電壓范圍寬，4-12v 或 5-18v。 （3） 外圍元件少。 （4） 電壓增益可調(diào)，20-200 倍。 （5） 低失真度。圖 4-5 倍的音頻放大器9圖 4-5 為 20 倍的音頻放大器。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，

15、如圖 4-6 所示。圖 4-6 200 倍的電壓放大器由于噪音信號(hào)經(jīng)傳聲器和前置放大電路轉(zhuǎn)換出來(lái)的電信號(hào)微弱，所以需要再進(jìn)行高增益放大，所以本設(shè)計(jì)采用 200 倍電壓增益的電路。4.44.4 檢波電路檢波電路檢波電路或檢波器的作用是從調(diào)幅波中取出低頻信號(hào)。它的工作過(guò)程正好和調(diào)幅相反。檢波過(guò)程也是一個(gè)頻率變換過(guò)程，也要使用非線性元器件。常用的有二極管和三極管。另外為了取出低頻有用信號(hào)，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分。下面舉二極管檢波器為例說(shuō)明它的工作。圖 4-7 檢波電路10 圖 4-7 是一個(gè)二極管檢波電路。 vd 是檢波元件， c 和 r 是低通

16、濾波器。當(dāng)輸入的已調(diào)波信號(hào)較大時(shí)，二極管 vd 是斷續(xù)工作的。正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，對(duì) c 充電；負(fù)半周和輸入電壓較小時(shí)，二極管截止， c 對(duì) r 放電。在 r 兩端得到的電壓包含的頻率成分很多，經(jīng)過(guò)電容 c 濾除了高頻部分，再經(jīng)過(guò)隔直流電容 c 0 的隔直流作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號(hào)。4.54.5 v/fv/f 電壓頻率轉(zhuǎn)換器電壓頻率轉(zhuǎn)換器v/f 變換采用集成塊 lm331，lm331 是美國(guó) ns 公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器用。lm331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 4.0v 電源電壓下都有極高的精度。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范

17、圍寬，可達(dá) 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(shí)尚有較好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 v/f或 f/v 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。主要特點(diǎn)： 具有最大 0.01的線性度 改進(jìn)的電壓/頻率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用性能 雙電源或單電源供電 工作電壓：5v 數(shù)字脈沖輸出端電平與所有 5v 的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路兼容 出色的溫度穩(wěn)定性，溫漂小于50ppm/ 低功耗：15mw 典型值（5v 工作電壓） 動(dòng)態(tài)范圍寬，在 100khz 的頻率范圍下，最小為 100db 滿量程頻率范圍寬：1hz100khz 低成本1

18、1圖 4-8 lm331 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖 4-8 為 lm311 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，lm331 的內(nèi)部電路由輸入比較器、定時(shí)比較器、rs觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開(kāi)關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開(kāi)路形式，因而可以通過(guò)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 4.040v 之間，輸出可高達(dá) 40v，而且可以防止vcc 短路。12圖 4-9 lm331 構(gòu)成的 v/f 轉(zhuǎn)換電路圖圖 4-9 為 lm331 構(gòu)成的 v/f 轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)輸入

19、端 vi輸入一正電壓時(shí)，輸入比較器輸出高電平，使 rs 觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通，輸出端 f0 為邏輯低電平，同時(shí)電源 vcc 也通過(guò)電阻 r11 對(duì)電容 c13 充電。當(dāng)電容 c13 兩端充電電壓大于 vcc的 2/3 時(shí)，定時(shí)比較器輸出一高電平，使 rs 觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動(dòng)管截止，輸出端 f0 為邏輯高電平，同時(shí)，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容 c13 通過(guò)復(fù)零晶體管迅速放電；電子開(kāi)關(guān)使電容 c10 對(duì)電阻 r13 放電。當(dāng)電容 c10 放電電壓等于輸入電壓 vi 時(shí)，輸入比較器再次輸出高電平，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

20、壓 vi 成正比，從而實(shí)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=(vinr4)/(2.09r13r15r11xc13) 由式知電阻 r13、r15、r11 和 c13直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果 f0，因此對(duì)元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電阻 r6 和電容 c5 組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。4.64.6 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的核心部分，聲音信號(hào)經(jīng)放大和 v/f 變換后直接送到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，并將運(yùn)算結(jié)果送至七段數(shù)碼管顯示器顯示和報(bào)警系統(tǒng)。stc89c52 是一種帶 8k 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器（fperom-

21、flash programable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能 comos8 的微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 atmel 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。1.時(shí)鐘電路stc89c52 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 rxd 和 txd 分別是此放大器的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 410(a) 所示，在 rxd 和 txd 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶體振

22、蕩頻率可以在1.212mhz 之間選擇，電容值在 530pf 之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。外部方式的時(shí)鐘電路如圖 410（b）所示，rxd 接地，txd 接外部振蕩器。對(duì)外部13振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12mhz 的方波信號(hào)。片內(nèi)時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘 p1 和 p2，供單片機(jī)使用。（a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路 （b）外部方式時(shí)鐘電路）外部方式時(shí)鐘電路圖 410 時(shí)鐘電路2.復(fù)位及復(fù)位電路（1）復(fù)位操作復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把 pc 初始化為 0000h，使單片機(jī)從0000h 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。

23、除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。除 pc 之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表 4.1 所示。表 4.1 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)pc0000htcon00hacc00htl000hpsw00hth000hsp07htl100hdptr0000hth100hp0-p3ffhscon00hipxx000000bsbuf不定ie0x000000bpcon0xxx0000b14tmod00h（2）復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生rst 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，其有效時(shí)

24、間應(yīng)持續(xù) 24 個(gè)振蕩周期(即二個(gè)機(jī)器周期)以上。若使用頗率為 6mhz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過(guò)4us 才能完成復(fù)位操作。產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的電路邏輯如圖 43 所示：圖 411 復(fù)位信號(hào)的電路邏輯圖整個(gè)復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)(rst)送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 s5p2 時(shí)刻對(duì)施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位相按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 44（a）所示。這佯，只要電源 vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，

25、即接通電源就成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與 vcc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 44（b）所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用 rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖 44（c）所示：15（a）上電復(fù)位）上電復(fù)位 （b）按鍵電平復(fù)位）按鍵電平復(fù)位 （c）按鍵脈沖復(fù)位）按鍵脈沖復(fù)位圖 412 復(fù)位電路上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適用于 6mhz 晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期。由于本設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)使用 12m 晶振，所以本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路采用圖413 上電復(fù)位方式。圖 4-13 復(fù)位電路stc89c52

26、具體介紹如下： 主電源引腳（2 根）vcc(pin40)：電源輸入，接5v 電源gnd(pin20)：接地線外接晶振引腳（2 根）xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端控制引腳（4 根）rst/vpp(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ale/prog(pin30)：地址鎖存允許信號(hào)psen(pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)16ea/vpp(pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令?？删幊梯斎?輸出引腳（32 根）stc89c52 單片

27、機(jī)有 4 組 8 位的可編程 i/o 口，分別位 p0、p1、p2、p3 口，每個(gè)口有 8位（8 根引腳），共 32 根。po 口（pin39pin32）：8 位雙向 i/o 口線，名稱為 p0.0p0.7p1 口（pin1pin8）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p1.0p1.7 p2 口（pin21pin28）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p2.0p2.7 p3 口（pin10pin17）：8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口線，名稱為 p3.0p3.7stc89c52 主要功能如表二所示。表二 stc89c52 主要功能主要功能特性兼容 mcs51 指令系統(tǒng)8k 可反復(fù)擦寫(xiě) flash

28、 rom32 個(gè)雙向 i/o 口256x8bit 內(nèi)部 ram3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率 0-24mhz2 個(gè)串行中斷可編程 uart 串行通道2 個(gè)外部中斷源共 6 個(gè)中斷源2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線3 級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能本設(shè)計(jì)中由于采用了 v/f 轉(zhuǎn)換電路，所以單片機(jī)系統(tǒng)的輸入信號(hào)從 p35 的 t1 口輸入頻率信號(hào)，再經(jīng)內(nèi)部 c 語(yǔ)言程序進(jìn)行運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)和判斷，由四個(gè)獨(dú)立按鍵對(duì)報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定，最后送至 p0 口輸出進(jìn)行顯示。如圖 4-14 所示：17圖 1-14 單片機(jī)硬件電路4.74.7 七段數(shù)碼管顯示器七段數(shù)碼管顯示器7 段數(shù)碼管一般由

29、 8 個(gè)發(fā)光二極管組成，其中由 7 個(gè)細(xì)長(zhǎng)的發(fā)光二極管組成數(shù)字顯示，另外一個(gè)圓形的發(fā)光二極管顯示小數(shù)點(diǎn)。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)發(fā)光?？刂葡鄳?yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，盡管顯示的字符形狀有些失真，能顯示的數(shù)符數(shù)量也有限，但其控制簡(jiǎn)單，使有也方便。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起的稱為共陽(yáng)極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖 4-15187 段數(shù)碼管內(nèi)部字段 led 和引腳分布 共陽(yáng)極共陰極圖 4-15 7 段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖發(fā)光二極管（led 是一種由磷化鎵（gap）等半導(dǎo)體材料制成的，能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過(guò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。7 段數(shù)

30、碼管每段的驅(qū)動(dòng)電流和其他單個(gè) led 發(fā)光二極管一樣，一般為 510ma；正向電壓隨發(fā)光材料不同表現(xiàn)為 1.82.5v 不等。7 段數(shù)碼管的顯示方法可分為靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示，下面分別介紹。（1）靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定地尋能可截止。這種顯示方法為每一們都需要有一個(gè) 8 位輸出口控制。對(duì)于 51 單片機(jī)，可以在并行口上擴(kuò)展多片鎖存 74ls573 作為靜態(tài)顯示器接口。靜態(tài)顯示器的優(yōu)點(diǎn)是顯示穩(wěn)定，在發(fā)光二極管導(dǎo)通電注一定的情況下顯示器的亮度高，控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，僅僅在需要更新顯示內(nèi)容時(shí)，cpu 才執(zhí)行一次顯示更新子程序，這樣大大節(jié)省了 cpu 的時(shí)間，

31、提高了 cpu 的工作效率；缺點(diǎn)是位數(shù)較多時(shí)，所需 i/o 口太多，硬件開(kāi)銷太大，因此常采用另外一種顯示方式動(dòng)態(tài)顯示。（2）動(dòng)態(tài)顯示所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描） ，對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。雖然在同一時(shí)刻只有一位顯示器在工作（點(diǎn)亮） ，但利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄 滅時(shí)的余輝效應(yīng)，看到的卻是多個(gè)字符“同時(shí)”顯示。顯19示器亮度既與點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參烽，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè) 8 位 i/o 口（稱為掃描口或字位口） ，控制

32、各位 led 顯示器所顯示的字形也需要一個(gè) 8 位口（稱為數(shù)據(jù)口或字形口） 。由于本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示噪聲分貝值，需要用到六個(gè)數(shù)碼管，靜態(tài)顯示無(wú)法實(shí)現(xiàn)其功能，而動(dòng)態(tài)顯示節(jié)省硬件資源，成本較低，且易于實(shí)現(xiàn)，電路也較簡(jiǎn)單，所以本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示，用單片機(jī)的 p0 口向鎖存器傳送段選數(shù)據(jù)和位選數(shù)據(jù)，利用 p6 控制段選數(shù)據(jù)鎖存器，p7 控制位選數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鎖存器。以實(shí)現(xiàn)六個(gè) 7 段數(shù)碼管顯示器實(shí)時(shí)顯示環(huán)境噪聲分貝值。電路如圖 4-16：圖 1-16 七段數(shù)碼管顯示器20五、軟件設(shè)計(jì)五、軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)單片機(jī)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

33、圖 5-1 所示：主程序處于循環(huán)工作狀態(tài)，主要完成顯示當(dāng)前的噪聲值，并用動(dòng)態(tài)顯示方式送到數(shù)碼管顯示，同時(shí)定時(shí)器 t0 以每 50ms 時(shí)間中斷 1 次；判斷 t1 計(jì)數(shù)次數(shù)是否滿足要求，滿足則把數(shù)值送到變量 k，然后返回主程序；在主程序循環(huán)當(dāng)中，會(huì)查詢是否有功能按鍵按下；如果有，則進(jìn)入上限或下限數(shù)值設(shè)置，在按鍵程序中，會(huì)逐次判斷是否有加 1 或減 1 按下，有則上、下限相應(yīng)加 1 或者減 1，如果檢測(cè)到有退出按鍵按下，則返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。圖 5-1 c 語(yǔ)言流程圖初始化子程序：主要初始化定時(shí)器 t0 和計(jì)數(shù)器 t1，程序如下:void init()tmod=0 x51;th0=(65536-

34、45872)/256;tl0=(65536-45872)%256;th1=0;tl1=0;ea=1;21et0=1;tr0=1;顯示子程序在設(shè)計(jì)中，兩處會(huì)有不同顯示方式，為了方便調(diào)用，把顯示程序?qū)懗勺映绦?，程序如下：void display(uchar ge,uchar shi,uchar bai,uchar qian,uchar wang,uchar shw)duan=1;p0=tabge;duan=0;p0=0 xff;wei=1;p0=0 x1f; /0001 1111wei=0;delay(2);duan=1;p0=tabshi;duan=0;p0=0 xff;wei=1;p0=0 x

35、2f; /0010 1111wei=0;delay(2);duan=1;p0=tabbai;duan=0;p0=0 xff;wei=1;p0=0 x37; /0011 0111wei=0;delay(2);duan=1;p0=tabqian;duan=0;p0=0 xff;wei=1;p0=0 x3b; /0011 1011wei=0;delay(2);duan=1;22p0=tabwang;duan=0;p0=0 xff;wei=1;p0=0 x3d; /0011 1101wei=0;delay(2);duan=1;p0=tabshw;duan=0;p0=0 xff;wei=1;p0=0 x

36、3e; /0011 1110wei=0;delay(2);按鍵和報(bào)警程序按鍵設(shè)計(jì)使用 p3.0 作為功能啟動(dòng)按鍵；p3.1 作為上下限的加 1 按鍵；p3.2 作為上下限的減1 按鍵；p3.3 作為功能退出按鍵；p2.3 作為報(bào)警啟動(dòng)按鍵；按鍵和報(bào)警程序如下：/-報(bào)警電路if(nummax|nummin)fm=0;if(nummin)fm=1;/-啟動(dòng)按鍵-if(qd=0)delay(10);if(qd=0)while(!qd);hl=18;tnum=min;while(1)n1=tnum%100/10;n2=tnum%1000/100;n3=tnum/1000;if(n3=0)n3=16;n

37、4=16;n5=16;n6=hl;display(n1,n2,n3,n4,n5,n6);if(jia=0)23delay(10);if(jia=0)while(!jia);tnum=tnum+10;if(hl=18)min=tnum;if(hl=19)max=tnum;if(jian=0)delay(10);if(jian=0)while(!jian);tnum=tnum-10;if(hl=18)min=tnum;if(hl=19)max=tnum;if(qd=0)delay(10);if(qd=0)while(!qd);if(hl=18)hl=19;tnum=max;if(tc=0)dela

38、y(10);if(tc=0)while(!tc);init();c=0;break;主程序主程序只要顯示當(dāng)前噪聲數(shù)值，程序如下：void main()uint num,tnum,max,min,hl;float a,m,n;init();n=1.01158; /100.005max=700; /初始化上、下限24min=100;/-while(1)/-正常顯示if(c=5)k=sum*4;sum=0;c=0;m=k/20; /100 為 40db 頻率if(m10)m=1;a=log10(m)/log10(n); /比 200.005 多多少個(gè)的次方num=200+a;n3=num%10; n

39、4=num%100/10+20; n5=num%1000/100; n6=num/1000;if(n6=0)n6=16;n2=13; n1=11;display(n1,n2,n3,n4,n5,n6);六、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析六、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析隨著各種高精度傳感器的應(yīng)用與普及，這一技術(shù)在科學(xué)研究，生產(chǎn)過(guò)程等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。人類步入信息社會(huì)的今天，人們對(duì)信息的提取，處理，傳輸以及綜合利用等要求愈加嚴(yán)格。人耳的聽(tīng)閾一般是 20pa，痛閾一般是 200 pa，其間相差 107 倍，這樣寬廣的聲壓范圍很不易測(cè)量，而且人耳對(duì)聲壓的相對(duì)變化的分辨具有非線性特征。因此，聲學(xué)

40、中常用聲壓級(jí) lp 來(lái)反映聲壓的變化，將聲壓 p 的聲壓級(jí)表示成lp20 lg（pp0）（db） 其中：基準(zhǔn)量 p0 為 20pa。當(dāng) pp0 時(shí)，lp0 db，而當(dāng) p200 pa 時(shí)，lp140 db。用聲級(jí)計(jì)可以測(cè)量聲壓級(jí)，采用 1 khz 純音輸入 02 s 到 025 s 或 05 s 以上，即25可得到真實(shí)聲壓級(jí)或平均聲壓級(jí)?？紤]到人耳對(duì)不同頻率的響度感覺(jué)，在噪聲測(cè)量中，常取 40phon 等響曲線的反曲線對(duì)聲壓級(jí)進(jìn)行計(jì)權(quán)校正，即用 a 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得 a 聲級(jí)，寫(xiě)成db（a）。我們此次的設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)如下1、噪音測(cè)試范圍為 20100db。2、該噪音測(cè)試儀的測(cè)量精度要求達(dá)到0.1

41、db。3、超限報(bào)警，報(bào)警值可調(diào)。4.頻率范圍：3008000hz 。5.具有顯示噪聲分貝值的功能；七、設(shè)計(jì)小結(jié)七、設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過(guò)做這個(gè)比賽，我加深了對(duì)已學(xué)知識(shí)，如數(shù)電，模電，單片機(jī)和 c 語(yǔ)言相關(guān)知識(shí)的了解和應(yīng)用，同時(shí)對(duì)一些從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)，如虛擬儀器、高頻電子等其他專業(yè)的知識(shí)也有了初步的了解。在對(duì)各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)中，對(duì)每個(gè)芯片和元器件的引腳和功能有進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，在上網(wǎng)和圖書(shū)館查閱相關(guān)資料的過(guò)程中，很好地鍛煉了我們對(duì)有用信息的篩選能力，熟悉了資料的查詢。這對(duì)我們將來(lái)無(wú)論做其他的設(shè)計(jì)還是畢業(yè)設(shè)計(jì)都有很大的幫助。這次比賽，從剛開(kāi)始的方案的確定，元器件的選擇，到最后總原理圖的確定，這整個(gè)過(guò)程使我對(duì)

42、噪聲測(cè)試儀的設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識(shí)，我知道了傳聲器的作用及原理，知道了v/f 轉(zhuǎn)換器的原理和作用，知道了如何去編寫(xiě)一些復(fù)雜的自動(dòng)程序，同時(shí)也更加深入理解的單片機(jī) t0、t1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用以及 p0、p1 口的作用等等。此次設(shè)計(jì)，我們也遇到了一些繁瑣的問(wèn)題，一些電路的參數(shù)總是出錯(cuò)誤，導(dǎo)致卻在試驗(yàn)期間浪費(fèi)了大量的精力和時(shí)間，這主要是我們對(duì)一些電路的原理仍然沒(méi)有吃透。我們也有很多不足的地方，在軟件仿真的環(huán)節(jié)，我們就遇到了一定的困難，查出的原因是程序編寫(xiě)有誤，雖然調(diào)試過(guò)幾次，但還是沒(méi)能很好的解決掉問(wèn)題，這也反映了我們的基本功不扎實(shí)，專業(yè)基礎(chǔ)沒(méi)有打好，我們還需要好好補(bǔ)習(xí)補(bǔ)習(xí)，畢竟現(xiàn)在，我們多學(xué)些，多做些，以后我們出去工作了，就能更好的表現(xiàn)自己的能力，得到認(rèn)可。這對(duì)自己的將來(lái)也算是一種獎(jiǎng)勵(lì)。26八、參考文獻(xiàn)八、參考文獻(xiàn)劉阿玲：電子技術(shù)第 2 版楊 剛 周 群：電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐郭天祥：新概念 51 單片機(jī) c 語(yǔ)言教程王港元：