聲控設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校電氣工程系電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：定時(shí)搶答器專業(yè):電氣工程系班級(jí):電器101學(xué)號(hào):100312126姓名:孫亞旭5指導(dǎo)教師：仝戰(zhàn)營(yíng)設(shè)計(jì)時(shí)間:2012、 6、 23微控制器技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：聲音檢測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)間:2012607-2012619設(shè)計(jì)任務(wù):在Proteus中畫出原理圖或使用實(shí)物，編制程序，實(shí)現(xiàn)以下功能:1、使用LED數(shù)碼管顯示聲音強(qiáng)度（分貝）；2、實(shí)物使用駐極體或其他聲音檢測(cè)原件；仿真采用Audio源提供聲音。3、可設(shè)定聲音強(qiáng)度上限，超過上限有聲音提示。背景資料：1、單片機(jī)原理與應(yīng)用2、檢測(cè)技術(shù)3、計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)進(jìn)度安排:1、第一天,領(lǐng)取題目，熟悉設(shè)

2、計(jì)內(nèi)容，分解設(shè)計(jì)步驟和任務(wù);2、第2-3天，規(guī)劃設(shè)計(jì)軟硬件，編制程序流程、繪制硬件電路。3、第4-6天，動(dòng)手制作硬件電路，或編寫軟件，并調(diào)試。4、第7天，中期檢查。5、第9-10天，完善為完成內(nèi)容，書寫設(shè)計(jì)報(bào)告。6、第11天，提交設(shè)計(jì)報(bào)告，整理設(shè)計(jì)實(shí)物，等待答辯。7、第12天，設(shè)計(jì)答辯。1.22.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求 -發(fā)揮部分 -噪聲簡(jiǎn)介 -噪聲概念 -錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。2 2 噪聲對(duì)人的危害2.3人對(duì)不同聲強(qiáng)的感覺2.4聲壓級(jí)測(cè)量機(jī)理整體方案設(shè)計(jì)3.1方案論證 -3.2方案比較四、單元模塊設(shè)計(jì)4.1高靈敏度電容式駐極體傳聲器4.2前置放大器 -4.3集成功放LM386放大器-4.4檢波電

3、路 -104.5V/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) -21七、八、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及精度和誤差分析設(shè)計(jì)小結(jié) -參考文獻(xiàn) -附錄 1（電路總圖）附錄 2（部分程序）2526272829、設(shè)計(jì)目的隨著工業(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 帶來生理上和心理上的危害主要有以下幾

4、方面: 干擾休息和睡眠、影響工作效率：干擾休息和睡眠；使工作效率降低。 損傷聽覺、視覺器官：強(qiáng)的噪聲可以引起耳部的不適，如耳鳴、耳痛、聽力損傷;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。二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.能測(cè)量固定聲源的分貝值，測(cè)量范圍達(dá)到40 70dB。17.分辨率：0.5dB。.頻率范圍:3008000Hz。.具有顯示噪聲分貝值的功能;三、設(shè)計(jì)原理分析設(shè)計(jì)制作一個(gè)測(cè)量噪聲的裝置圖 1-1 總體設(shè)計(jì)方框圖1.2發(fā)揮部分1). 提高測(cè)量分辨率為 0.1dB ；2). 有超限報(bào)警功能，并且報(bào)警

5、值可以設(shè)定；3). 具有分段測(cè)試功能，低分貝測(cè)試段和高分貝測(cè)試段。4)5). 其他。.測(cè)量范圍達(dá)到40具有分段測(cè)試功能 lOOdB。噪聲簡(jiǎn)介2.1噪聲概念物理學(xué)定義：噪聲是發(fā)生體做無規(guī)則時(shí)發(fā)出的聲音。生理學(xué)定義： 凡是妨礙人們正常休息、 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。總體講，噪音是物體振動(dòng)產(chǎn)生。2 2 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，

6、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、影響工作效率：干擾休息和睡眠；使工作效率降低。 損傷聽覺、視覺器官：強(qiáng)的噪聲可以引起耳部的不適，如耳鳴、耳痛、聽力損傷； 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。2.3人對(duì)不同聲強(qiáng)的感覺無法忍受：150dB130dB感到疼痛：

7、130dB110dB很吵：110dB70dB較靜：70dB50dB安靜：50dB30dB極靜：30dB10dB無聲:0dB2.4聲壓級(jí)測(cè)量機(jī)理人耳的聽閾一般是 20m Pa （微帕），痛閾一般是200Pa （帕），其間相差107倍，這樣寬因此，聲學(xué)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。中常用聲壓級(jí)LP來反映聲壓的變化，將聲壓P的聲壓級(jí)表示成：LP 20lg (P /Po)dB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

8、，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，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)，寫成dB（A）。表2.1給出倍頻帶中心頻率與 A聲級(jí)的校正量之間的關(guān)系。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1k2k4k8k16k（Hz）表2.1倍頻帶中心頻率與 A聲級(jí)校正量的關(guān)系A(chǔ)聲級(jí)校正量（dB）01.21.0-1.1-6.6三、整體方案設(shè)計(jì)整體思路是：將外界噪聲經(jīng)過傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由模擬電路采集環(huán)境噪聲，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后再經(jīng)前

9、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語言程序運(yùn)算出最終數(shù)據(jù)通過P0 口和鎖存器送入6位LED數(shù)碼管顯示。3.1方案論證設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了兩個(gè)方案，具體見方案一和方案二。方案一：基于STC89C52單片機(jī)采取A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案將外界噪聲經(jīng)過高靈敏度無指向性傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由三級(jí)管和集成功放LM386構(gòu)成兩級(jí)放大電路，由雙運(yùn)放LM324構(gòu)成的帶通濾波器濾波，由指數(shù)電路和對(duì)數(shù)電路進(jìn)行求值，由AD575構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，輸出的數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)的P1 口和P3 口，作為單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。 系統(tǒng)的核心部分是單片機(jī) STC89

10、C52，從P1 口和P3 口輸入的數(shù)字信號(hào)即反應(yīng)了所測(cè)聲壓大小。最后經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部 C語言程序運(yùn)算出最終數(shù)據(jù)通過P0 口和鎖存器送入5位LED數(shù)碼管顯示。圖3-1方案一整體方框圖方案二：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T1中斷去控制

11、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語言程序運(yùn)算出最終數(shù)據(jù)通過 P0 口和鎖存器送入 5位LED數(shù)碼管顯示。圖3-2方案二整體方框3.2方案比較由于方案一涉及的電路相對(duì)較復(fù)雜，計(jì)算量過大，有些元器件選擇和采購(gòu)比較困難，而相比而言方案二且價(jià)格昂貴，而且根據(jù)題目要求，達(dá)不到設(shè)計(jì)精度，會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。的前期數(shù)據(jù)處理電路更為簡(jiǎn)單，在計(jì)算數(shù)據(jù)方面也沒有方案一那么繁瑣，元器件選擇更為容符合經(jīng)濟(jì)易，且價(jià)格合適，調(diào)試也較方便，還有最主要的是方案二的測(cè)量精度比方案一高, 實(shí)惠的要求，因此本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)采用了方案二四、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

12、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。4.1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，柵極與源極之間接有一個(gè)二極管。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

13、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 出來并加以放大，其輸出端也必須使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管。4.2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，9014參數(shù)如下:結(jié)構(gòu)NPN 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 C特怔頻率最小150MHZ放大倍數(shù)：A60-150 B100-300 C200-600 D400-100031二ClQlHit PO 141 rinF GMO圖4-2前置放大器電路圖LS1時(shí)，MK1兩端圖4-2為前置放大器電路，

14、當(dāng)有聲音傳入高靈敏度電容式駐極體話筒 的電量發(fā)生改變，經(jīng)過電容器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Au倍，最后被放大的壓發(fā)生變化，由于三級(jí)管的放大作用，所以集電極的電壓是基極電壓信號(hào)通過電容器C1加到下一級(jí)電路中。放大倍數(shù)An計(jì)算公式如下：Au= (-3竺） rbe（倍）其中 rbe=300+ （1+ 3 ）所以 Au 1004.3集成功放LM386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

15、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

16、放大電路。LM386被超聲波、小型馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器等廣泛地應(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、 電路中。LM386的引腳圖如圖 4-3所示。旁路電源輸出其中LM386的內(nèi)部方塊圖如圖4-4所示。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。工作電壓范圍寬，4-12V或5-18V。外圍元件少。電壓增益可調(diào),20-200 倍。低失真度。GND圖4-5倍的音頻放大器LM386 芯圖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)過電壓放大器進(jìn)行電壓放大，采用片電壓增益200倍的接法，即在1和8引

17、腳間接10uF的電容，如圖4-6所示。GND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。4.4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)。它的工作過程正好和調(diào)幅相反。檢波過程也是一個(gè)頻率變換過程，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明它的工作。D11N414SR7C31MO.luF圖4-7檢波電路圖 4-7 是一個(gè)二極管檢波電路。 V

18、D 是檢波元件， C 和 R 是低通濾波器。 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)過電容 C 濾除了高頻部分，再經(jīng)過隔直流電容 C 0 的隔直流作用，在輸出端就可得到還原的低頻信號(hào)。4.5 V/F 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

19、精度。同時(shí)它動(dòng)態(tài)范圍寬，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/C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：1

20、Hz100kHz低成本牡Vcc圖4-8LM331內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖4-8為L(zhǎng)M311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、R S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CMO等不同的邏輯電路。LM331可采用40V,而且可以防止 Vcc短路。雙電源或單電源供電，可工作在4.040V之間，輸出可高達(dá)U5C9RBail讓luFlOOKCMPR INVDDIOUT TIIRkCKRKQ cirrGNDIRET丄R1

21、547丁412k5Kq IZZC13OOlnF圖4-9LM331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)輸入端 Vi 輸入一正電壓時(shí)，輸入比較器輸出高電平，使 R S 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 通過復(fù)零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容 C10 對(duì)電阻 R13 放電。當(dāng)電容

22、 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 R S 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(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=(Vin F4)/(2.09 R13X R15X R11xC13)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。4.6 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

23、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-Flash Programableand 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 41

24、0(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。晶體振蕩頻率可以在1.2 12MHz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 4 10 (b)所示，RXD接地，TXD接外部振蕩器。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，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(b)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

25、作。其主要功能是把PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。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IE0X000000BP CON0XXX0000BTMODOOH19(2)復(fù)位信

26、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)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 4 3所示:RSTVVroJJfl片內(nèi)圖4 11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)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖44( a

27、)所示。這佯，只要電源Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位,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4 4( b)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的,其電路如圖44 (C)所示:VgcSCSI1Woecfl記胡1VsVhr(b)按鍵電平復(fù)位VfccRESeiJL(a)上電復(fù)位Kt1皿TCij RST/VmVsi(c)按鍵脈沖復(fù)位25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)

28、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。VCC S1 R? IKDr1= lOiiFS2圖4-13復(fù)位電路10KSTC89C52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(Pin 19):片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2( Pin 20):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，弓I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)EA/VPP

29、（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。 可編程輸入/輸出引腳（32 根）STC89C52單片機(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（ Pin39 Pin32）P1 口（ Pin1 Pin8 ）：:8位雙向I/O 口線，名稱為 P0.0P0.78位準(zhǔn)雙向I/O 口線，名稱為 P 1.0P1.7P2 口（ Pin21 Pin28）:8位準(zhǔn)雙向I/O 口線，名稱為 P2.0P2.7P3 口（ Pin 10 Pin17）:8位準(zhǔn)雙向I/O 口線，名稱為 P

30、3.0P3.7STC89C52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 Flash 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P3人5的T1 口輸入頻率信號(hào)，再經(jīng)內(nèi)部C語言程序進(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:

31、lOuF32KIDKS3S435GHD土 4列7 例-巴 J 11 J - - - - PP- PPyS 5CLIL引pTOlpFGND圖 1-14pi.Q/r2vccP1.HT2EXP O.a/ADOPl.2PO.l/ADlPI.3P 0.2/AD2Pl.4P0 3/AD3Pl.5P0.4/AD4PlP15/AD5Pl.7P O.a/ADSR3TP0J/AD7P10?M>P3J/TxDALEP3.3/iNT0PSENP3.3/INT1P 2.7/A15P3.4/r0P3.(5/A14P3.5/T1P3.5/A13P3.6yWP3.4yA13P3.7 藥P 2.3/AMXTAL3P3.2

32、/A10XTALlP2 L/A3VS 3P2 D/AS20STCS9C52PO34 PUTP0632 pyv26 P嚴(yán)5P2F；5PMTp嚴(yán)330 ALE二 29 P泗J3 PT7單片機(jī)硬件電路4.7七段數(shù)碼管顯示器7段數(shù)碼管一般由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)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極數(shù)碼管，陰極連在一起的稱為共陰極數(shù)碼管，如圖4-15光能的發(fā)光顯示器

33、件。當(dāng)其內(nèi)部有一一電流通過時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。277段數(shù)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，

34、這樣大大節(jié)省了 CPU的時(shí)間，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, 硬件開銷太大，因此常采用另外一種顯示方式一一動(dòng)態(tài)顯示。(2 )動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)于顯示器的每一位而所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器(掃描)，但利用人眼言，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)的視覺暫留效應(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

35、字位口），控制各位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PA6控制段選數(shù)據(jù)鎖存器，PA7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 :U1(JHD '1FCT 2FOTTpen 5F巧？Cs1oTLEFDDDOQOD】QID2Q2D3Q5D4富D5Q5DEQ&DIQ7GND19IIn

36、區(qū)FuITTTP3DUA1IGNE'IFCTJ 2Ftn rp巧匚11OELEVDDDDQODIQID2Q2D3Q5D4Q4DjQ 了D6Q6D7Q7G2也P4 理"T 1? : 遼二;14五、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 TO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 void

37、in it()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，有初始化子程序：主要初始化定時(shí)器TO和計(jì)數(shù)器T1，程序如下：TMOD=0x51;TH0=(65536-45872)/256;TL0=(65536-45872)%256;TH1=0;TL1=0;EA=1;ET0=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=

38、0;P0=0xff; wei=1;P0=0x1f;/0001 1111wei=0; delay(2);duan=1; P0=tabshi;duan=0;P0=0xff; wei=1;P0=0x2f; wei=0;/0010 1111delay(2);duan=1;P0=tabbai;duan=0;P0=0xff; wei=1;P0=0x37; wei=0; delay(2);/0011 0111duan=1; P0=tabqian;duan=0;P0=0xff;wei=1;P0=0x3b;/0011 1011wei=0; delay(2);duan=1;41/0011 1101/0011 11

39、10P0=tabwang; duan=0; P0=0xff; wei=1; P0=0x3d; wei=0; delay(2);duan=1;P0=tabshw; duan=0; P0=0xff; wei=1;P0=0x3e; wei=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(num>max|num<min)FM=0;if(num<max&&num>

40、min)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;n4=16;n5=16;n6=hl;display(n1,n2,n3,n4,n5,n6);if(jia=0)delay(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(jia

41、n=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)delay(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;10人0.005/初始化上、下限float a,m,n; init(); n=1.01158; ma

42、x=700;min=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(m<10)m=1;a=log10(m)/log10(n); / 比 20人0.005 多多少個(gè)的次方 num=200+a;n3=num%10; n4=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)及精度和誤差分析著越來越重要的作用。人類步入信息社會(huì)的今天，人們對(duì)信息的提取

43、， 處理，傳輸以及綜合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)過程等領(lǐng)域中發(fā)揮利用等要求愈加嚴(yán)格。人耳的聽閾一般是 20卩Pa痛閾一般是200 Pa,其間相差107倍，這樣寬廣的聲壓范圍因此， 聲學(xué)中常用聲壓級(jí)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。Lp 來反映聲壓的變化，將聲壓 p 的聲壓級(jí)表示成Lp = 20 Ig ( p/ p0)( dB )其中：基準(zhǔn)量 pO為20卩P。當(dāng)p=pO時(shí)，Lp = 0 dB，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1 kHz純音輸入0. 2 s到0. 25 s或0. 5 s以上，即A

44、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)得 A 聲級(jí)，寫成 dB可得到真實(shí)聲壓級(jí)或平均聲壓級(jí)。 考慮到人耳對(duì)不同頻率的響度感覺， 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）。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 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；C 語言相關(guān)知識(shí)的七、設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過做這個(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)和了解和應(yīng)用， 同時(shí)對(duì)一些從來沒有接觸過的知識(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

45、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)步認(rèn)識(shí)，在上網(wǎng)和圖書館查閱相關(guān)資料的過程中， 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)我們將來無論做其他的設(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)過程使我對(duì)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。在設(shè)計(jì)期間，我運(yùn)用Altium Designer6 軟件畫電路原理圖，用 Proteu

46、s 軟件做系統(tǒng)仿真，對(duì)他們的使用更加熟練，熟練地使用這些專業(yè)軟件畫電路原理圖是十分重要的，也是很有價(jià)值的。導(dǎo)致卻在試驗(yàn)此次設(shè)計(jì)， 我們也遇到了一些繁瑣的問題， 一些電路的參數(shù)總是出錯(cuò)誤，我們也有很期間浪費(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有吃透。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有誤， 雖然調(diào)試過幾次， 但還是沒能很好的解決掉問題， 這也反映了我們的基本功不扎實(shí)， 專業(yè)基 礎(chǔ)沒有打好，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)自己的將來也算是一種獎(jiǎng)勵(lì)。

47、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 語言教程王港元：電工電子實(shí)踐指導(dǎo)何希才：常用電子電路應(yīng)用 365 例 .求是科技：?jiǎn)纹瑱C(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航第 2 版 劉迎春 葉湘濱：傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用半亠22 一=£-ZB匕芻2L 二-3二二Hr 冃耳m 一匚SrqT- rlT 尺-廠35 7 hm m : f 一- -u J-=T 二 5nr3 # 蔔- 洼* J- 一 3_Jr.二y$S3-uuf汙三全一千，二貳-I注G衛(wèi)3-;孑Ww-T 亀 fP-4支-HeL"-vu£_習(xí)二_ 3 ynav7RW T亠于-£一二死->_-£7T*2f-社D亠 -KJ £u3豈F】弓_=p 戈壬二VT.EWE廠賓節(jié) 4t iJ J芒I :-d 0羽:n*Jil玄MJ£B-4«rB"m 常5 匕 J£HFP*fJla!L_-J_4> >hj-A0J_jljJA$1LI握SfJgEa-皐?xa&sJ_r_rrgFBs0§r-UK:1h :7"