單片機原理及接口技術環(huán)境噪聲檢測儀設計

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學 單片機原理及接口技術單片機原理及接口技術 課程設計（論文）課程設計（論文） 題目：題目： 環(huán)境噪聲檢測儀設計環(huán)境噪聲檢測儀設計 院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學學 號：號： 1 1 學生姓名：學生姓名： 指導教師：指導教師： （簽字） 起止時間：起止時間：2013-06-242013-06-24至至2013-07-122013-07-12 課程設計（論文）任務及評語課程設計（論文）任務及評語 院（系）：電氣工程學院 教研室： 注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算 學 號10學生姓名專業(yè)班級 課

2、程設計 （論文） 題目 環(huán)境噪聲檢測儀設計 課程設計（論文）任務 環(huán)境噪聲檢測儀的主要功能實時檢測城市環(huán)境噪聲，并利用 3 位大型數(shù)碼 管實時顯示環(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，噪聲測量范圍 30130db(a)，分辨率 0.1db。 主要設計內容：主要設計內容： 硬件電路設計： 1. cpu 最小系統(tǒng)設計（包括 cpu 選擇，晶振電路，復位電路） 2. 噪聲傳感器選擇、放大電路及接口電路設計 3. 顯示電路設計 軟件設計：1.編程程序流程圖 2.程序清單編寫 進度計劃 第 1 天 查閱收集資料 第 2 天 總體設計方案的確定 第 4 天

3、 cpu 最小系統(tǒng)設計 第 5 天 噪聲傳感器選擇、放大電路及接口電路設計 第 6 天顯示電路設計 第 7 天 程序流程圖設計 第 8 天 軟件編寫與調試 第 9 天 設計說明書完成 第 10 天 答辯 指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日 摘 要 噪聲對人體健康有著嚴重的危害，因此減少噪聲危害已成為當前一項重要的 任務。環(huán)境噪聲監(jiān)測，是人類提高生活質量，加強環(huán)境保護的一個重要環(huán)節(jié)。 本文詳細介紹了噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理和系統(tǒng)組成，包括：噪聲信號的轉 換、放大、a/d轉換、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)的設計。外界噪聲信號通過傳聲器轉 換成音頻信號，電信號經(jīng)

4、過放大和a/ d 變換輸入到單片機進行處理，并轉換成 相應的噪聲分貝值通過led 顯示，從而實現(xiàn)噪聲的實時監(jiān)測。 該系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單，精確度高，可用于實際進行噪聲的實時監(jiān)測等特點。 關鍵詞關鍵詞：運算放大器；a/d轉換器；單片機；led 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 環(huán)境噪聲檢測儀概況 .1 1.1.1 噪聲的概念 .1 1.1.2 噪聲的來源及危害 .1 1.2 本文研究內容 .2 1.2.1 設計任務 .2 1.2.2 課題意義 .3 第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設計.3 2.1 環(huán)境監(jiān)測儀總體設計方案 .3 2.2 cpu 的選擇 .4 2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 .5 2.4 復

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

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 軟件調試結果 .21 第 6 章 課程設計總結 .22 參考文獻 .23 第 1 章 緒論 1.1 環(huán)境噪聲檢測儀概況 1.1.1 噪聲的概念 物理學定義：噪聲是發(fā)生體做無規(guī)則時發(fā)出的聲音。 生理學定義：凡是妨礙人們正常休息、學習和工作的聲音，以及對人們要聽 的聲音產(chǎn)生干擾的聲音。 從這個意義上來說，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、建筑工地的機器聲、以及鄰居電視機過大的聲音，都是噪聲。 總體講，噪音是物體振動產(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、或音量過強而危

7、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 護的角度看，凡是影響人們正常學習，工作和休息的聲音凡是人們在某些場合 “不需要的聲音”，都統(tǒng)稱為噪聲。如機器的轟鳴聲，各種交通工具的馬達聲、 鳴笛聲，人的嘈雜聲及各種突發(fā)的聲響等，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，與人們的生活狀態(tài)有關，因而它具有與其他公害不同 的特點。 噪音污染主要來源于交通運輸、車輛鳴笛、工業(yè)噪音、建筑施工、社會噪音 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，是人類提高生活質量，加強環(huán)境保護的一個重要環(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。但目前國內的 便攜式噪聲測試儀，多為價格昂貴的進口專用設備，除衛(wèi)生、計量等環(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 單片機為核心，采 用 v/f 轉換技術構成的低成本、便攜式數(shù)字顯示環(huán)境噪聲測量儀。該儀器工作穩(wěn) 定、性能良好，經(jīng)校驗定標后能滿足一般民用需要，可廣泛應用于工礦企業(yè)、機 關學校等需要對環(huán)境噪聲進行測量和控制的場合。 隨著噪聲污染的日趨嚴重，噪聲監(jiān)測技術的研究及設備的開發(fā)也得到迅速發(fā) 展，世界發(fā)達國家的噪聲監(jiān)測設備的產(chǎn)值平均以 10-15%的速度增加，我國在 93 年噪聲振動監(jiān)測設備產(chǎn)值已達到 6.2 億元，“八五”期間

9、用于噪聲治理的工程費 用達到 9.2 億元，上述產(chǎn)值尚不包括配套的噪聲振動監(jiān)測設備，預計我國配套的 噪聲振動監(jiān)測設備 20 億左右。高速運輸系統(tǒng)和工具等一些新出現(xiàn)的噪聲源和計 算機、數(shù)字處理、新材料等技術發(fā)展使噪聲監(jiān)測技術、設備的研究與發(fā)展面臨挑 戰(zhàn)，又提供了機遇。噪聲監(jiān)測技術和設備已開始進入規(guī)范化、標準化、系列化和 配套化階段。噪聲監(jiān)測技術和設備的研究和開發(fā)已取得很大進展但應看到仍有一 些技術不夠成熟，需進一步研究的問題仍然很多。 聲級計是一種能夠把工業(yè)噪聲、生活噪聲和車輛噪聲等，按人耳聽覺特性近 似地測定其噪聲級的儀器。噪聲級是指用聲級計測得的并經(jīng)過聽感修正的聲壓級 （db）或響度級（方）

10、。 根據(jù)聲級計在標準條件下測量 1000hz 純音所表現(xiàn)出的精度，六十年代國際 上把聲級計分為兩類，一類叫精密聲級計，一類叫普通聲級計。我國也采用這種 分法。70 年代以來有些國家推行四類分法，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)聲級計所用電源的不 同，還可將聲級計分為交流式聲級計和用干電池的電池式聲級計兩類。電池式聲 級計也稱為便攜式聲級計，這種儀器體積小、重量輕、現(xiàn)場使用方便。聲級計一 般由傳聲器、前置放大器器、衰減器、放大器、計權網(wǎng)絡、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 聲級計原理方框圖 1.2 本文研究內容 1.2.1 設計任務 查閱資料，了解課題背景，了解環(huán)境噪聲的特點。學習、掌握聲壓計的測量 機理、傳聲器測量基本原理。合理選擇噪聲測量傳感器，掌握其測量原理及應用。 學習單片機原理，熟悉單片機系統(tǒng)設計和軟件編程。進行整體方案設計，做出開 題報告。進行系統(tǒng)硬件電路設計，包括傳聲器測量系統(tǒng)設計、單片機系統(tǒng)硬件設 計。審查后，焊接或在面包板上搭接電路。編寫程序，仿真調試。仿真調試通過 后，固化程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運行。在實驗室進行環(huán)境模擬，測試系統(tǒng)，完成系 統(tǒng)聯(lián)調。 1.2.2 課題意義 噪

12、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。在長期的科學研究和工 程實踐中已逐步形成了一門較完整的噪聲工程學科，可供進行理論計算和分析。 但這些畢竟還是建立在簡化和近似的數(shù)學模型上，還必須用試驗和測量技術進行 驗證。隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對各種儀器設備提出了低噪聲的要 求，需要進行噪聲的分析與設計，并通過實驗來驗證，改進設計?？傊?，噪聲的 測量不僅在噪聲研究領域里占有重要的地位，而且已經(jīng)廣泛應用于機械制造、建 筑工程、

13、地球物探、生物醫(yī)療等各個領域。 查閱資料，了解課題背景，了解環(huán)境噪聲的特點。學習、掌握聲壓計的測量 機理、傳聲器測量基本原理。合理選擇噪聲測量傳感器，掌握其測量原理及應用。 學習單片機原理，熟悉單片機系統(tǒng)設計和軟件編程。進行整體方案設計，做出開 題報告。進行系統(tǒng)硬件電路設計，包括傳聲器測量系統(tǒng)設計、單片機系統(tǒng)硬件設 計。編寫程序，仿真調試。仿真調試通過后，固化程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運行。 第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設計 2.1 環(huán)境監(jiān)測儀總體設計方案 環(huán)境監(jiān)測儀系統(tǒng)結構框圖如圖 2.1 所示。環(huán)境噪聲經(jīng)高靈敏度、無指向性駐 極體傳聲器轉換成電信號。放大電路由運放 lm386 構成，精心調整相關外

14、圍元件 參數(shù)，可使其輸出幅頻特性滿足測量要求的電壓信號。通過 a/d 轉換器后，輸出 頻率信號變?yōu)?ttl 電平送給單片機的 p3.4 引腳，經(jīng)軟件處理后，噪聲聲壓級顯 示值由 p1 口輸出，驅動 led 數(shù)碼管顯示。 噪聲 傳聲器 單片機 a/d 轉換電路 交直流轉換 led 顯示 圖 2.1 噪聲監(jiān)測儀硬件結構圖 2.2 cpu 的選擇 cpu 是單片機的核心部分，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，控制各個部件執(zhí)行相應的操作。89c51 每部有一個 8 位的 cpu，它 是由運算器和控制器組成的。 運算器主要包括算術和邏輯運算部件 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、布爾處理器及十進制調整電路等。 控制器主要包括時鐘發(fā)生器、定時控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、程 序計數(shù)器 pc、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器 dptr 和對戰(zhàn)指針 sp 等。 本次設計采用 89c51 單片機，89c51 單片機有 5 中封裝形式,本設計采用 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 接外部晶體和微調電容的一端， xtal2 接外部晶體

16、和微調電容的另一端；rst 是復位信號的輸入端，高電平有效； ale 引腳是地址鎖存允許信號；vpp 是內、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)存儲器擴展 89c51 片內有 128 b 的 ram 存儲器，在實際應用當中僅靠這 128 b 的數(shù)據(jù)存 儲器時遠遠不夠的。這種情況下可利用 89c5

18、1 單片機所具有的擴展功能，擴展外 部數(shù)據(jù)存儲器。89c51 單片機最大可擴展 64kb ram。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)數(shù) 據(jù)存儲器 ram 和動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器，由于在實際應用中，需要擴展的容量不大，所 以一般采用靜態(tài) ram,如 sram 6116、6264 等。 數(shù)據(jù)存儲器空間地址同程序存儲器一樣，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)存儲器的讀和寫由和信號控制，而rdwr 程序存儲器由讀選通信號控制，兩者雖然共處同一地址空間，但由于控制psen 信號不同，故不會發(fā)生總線沖突。 本次設計主要擴展數(shù)據(jù)存儲器，選擇 6116 芯片，6116 是 2

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

20、ale 和引腳輸psen 出高電平。 簡單的復位電路有上電復位電路和手動復位電路兩種，不管是哪一種復位電 路都要保證在 reset 引腳上提供 10ms 以上穩(wěn)定的高電平。本次設計選擇按鍵電 平復位，如圖 2.4 是按鍵式復位電路，它可以通過按鍵實現(xiàn)復位，按下鍵后，通 過和形成回路，使 reset 端產(chǎn)生高電平。按鍵的時間決定了復位時間。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 復位電路 2.5 時鐘電路設計 時鐘電路應用于產(chǎn)生但紛紛偏激工作所需的時鐘信號。詩中信號可以由兩種 方式產(chǎn)生：內部時鐘方式和外部時鐘方式，本次設計采用外部時鐘方式如圖 2.5： c1 30pf c2 30pf y1 11.0592 xtal1 xtal2 圖 2.5 晶振電路 外部時鐘方式采用外部振蕩器，外部振蕩脈沖信號由 89c51 的 xtal1 端接入 后直接送至內部時鐘發(fā)生器，輸入端 xtal2 應懸浮，由于 xtal1 端的邏輯電平不 是 ttl 的，故建議外接一個上拉電阻。 一般要求，外接的脈沖信號應當是高、低電平的持

23、續(xù)時間大于 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)測儀輸入輸出接口電路設計 3.1 信號放大器 lm386 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應用于低電壓消

25、費 類產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內置為 20 倍。但在 1 腳和 8 腳之間增加 一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調為任意值，直至 200。輸入端以地為參 考，同時輸出端被自動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合。 功率放大器的作用相當于揚聲器的音量調節(jié)器。音頻功率放大電路的作用主 要是將信號處理器發(fā)送過來的信號功率放大，使其信號的功率達到設計要求。對 該部分電路的要求是輸出功率大。在電路設計過程中進行對比，通過比較發(fā)現(xiàn) lm386 集成電路使用簡單，基本沒有外圍器件，而且它還有體積小、電源范圍寬、 外接元

26、件少、電壓增益可調整、頻率響應好、輸出功率大、總諧波失真小等優(yōu)點。 因此選用 lm386 來組成音頻功率放大電路。lm386 被廣泛地應用在錄音機和收音 機音頻放大、室內對講機、紅外線、超聲波、小型馬達驅動器等電路中。 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比較弱，只有毫 伏級，為了使數(shù)據(jù)采集卡能很好的采集到相應數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過電壓放大器進行電 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、測儀檢測接口電路設計 3.2.1 a/d 轉換器選擇 a/d 轉換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模 擬信號源中采集信號，并將其轉換為數(shù)字信號送入計算機的過程。因此，完成數(shù) 據(jù)采集應具備下述基本部件：模擬多路轉換開關和信號調節(jié)電路，采樣/保持放 大器，模擬/數(shù)字（a/d）轉換器，通道控制電路。 圖 3.3 是由 ad536 構成真有效值 trms/dc 轉換電路，ad536 內含有源整流器 （絕對值電路） ，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，它與內部的電阻 r（25k）構成低通濾波器，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量交流電，不能測量 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 轉換器輸入 電壓范圍不匹配，應設一個電壓轉換電路。 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，英文縮寫為“trms” ，有的文 獻也稱為真普通數(shù)字直流電壓表自然只能測量直流電壓，欲需測量交流電壓必須 增加 ac/dc 轉換電路，一般的交流電壓表為降低成本和簡化電路，均使用簡易的 平均值響應交流/直流轉換器。常用的平均值響應 ac/dc 轉換器是運算放大器和 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、準確度高、 電路簡單、成本低廉等優(yōu)點。但是這種電路是按照正弦波平均值與有效值的關系 (vrms=1.111vp)來定義的，因此這類電表只能測量正弦波電壓。 平均值 ac

30、/dc 轉換的電壓表只能測量無失真的正弦波電壓，對于正弦波失真 的交流電壓，這類電表測量就會引起誤差，更不能測量方波、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)字儀表可準確測量各種波 形的有效值，滿足現(xiàn)代電子測量之需要。交流電壓的有效值的表達式的定義如下： t rms dttu t v 0 2 )( 1 (3- 1) 近似公式： 2 uvrms (3- 2) 我們對式（3.1）進行變換，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，對輸入電壓依次進行“取絕對值平方/除法取平均值” 運算，也能得到交流電壓的有效值，而且這公式更有使用價值。舉例說明：假如 要測量的電壓變化范圍是 0.1v10v，平方后 u2=10mv100v，這就要求平方 器具有相當大的動態(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，技術上是難以實現(xiàn)的。如果使用式（3-4） 的既便于設計電路，也能保證了準確度。目前大多數(shù)的集成單片真有效值/直流轉 換器均采用式（3-4）的原理而設計。真有效值儀表的的核心器件是 trms/dc 轉 換器?，F(xiàn)在市場上這類單

32、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，電路連接簡單、電 性能指標容易保證等諸多優(yōu)點，這類芯片能準確、實時測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?，通過 測量信號的有效值即可知信號的峰值信息，從而可知振動的峰值。且輸出的直流 信號便于單片機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。在此系統(tǒng)中采用有效值檢測電路 ad536 測量信號的有效值，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理可得振動的振幅。 3.2.2 模擬量檢測接口電路圖 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 模擬量檢測接口電路圖 3.3 噪聲監(jiān)測儀輸出接口電路設計 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、器軟件設計 4.1 軟件實現(xiàn)功能綜述 研制一臺智能儀器是一個復雜的過程，這一過程包括分析儀表的功能要求和 擬定總體設計方案，確定硬件結構和軟件算法，研制邏輯電路和編制程序，以及 儀表的調試和性能的測試等等。軟件的設計應遵循結構化設計原則，在總體概況 設計的基礎上進行具體的詳細設計，功能分解，模塊劃分，細化軟件層次，優(yōu)化 軟件結構，以達到模塊功能的獨立性，執(zhí)行的高效性?？傊?，設計的程序應該達 到可讀性，可理解性，可維護性，有效性，可修改性。 4.2 流程圖設計 4.2.1 主程序流程圖設計 在單片機系統(tǒng)的程序的設計開發(fā)中，單片機就如同整個系統(tǒng)的交通中樞，而 程序就是組成交通中樞的條條大道，各個部

36、分的模塊化的程序就是整個系統(tǒng)的組 成成份。軟件編寫的好壞，語句運用的是否簡潔直接關系單片機的工作效率。在 各個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 就可以使整個程序可以在系統(tǒng)中更好的運行，使單片機工作效率大大的提高。下 面就對本次畢業(yè)設計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：中斷服務程序的設計、查表子程序、顯示子程序、指示子程序。由于 要實現(xiàn)很多功能，所以采用模塊化設計，下面就其主要部分分別分析。 中斷服務程序主要實現(xiàn)的功能是：t0 中斷子程序是將電壓/頻率轉換器產(chǎn)生 的頻率信號接入計數(shù)器的 t0 口，然后計數(shù)器開始計數(shù)，當計數(shù)到一

37、定數(shù)目后， 計數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。 查表子程序將進入單片機的脈沖信號與實際要顯示值之間有一定的對應關系， 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)處理的結果送顯示器顯示。 指示子程序是對顯示結果范圍的一個指示。 本噪聲監(jiān)測系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 4.1 所示。 開始 設置 sp 定時/計數(shù)器 t0/t1 初始化 89c51 初始化 關中斷 讀計數(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 掃描結束嗎？ 顯示值亮指示燈 關中斷 i=i+1 圖 4.1 單片機軟件系統(tǒng)方案框圖 4.2.2 模擬量檢測流程圖設計 波長選擇 初始化 ad

38、ad 轉換 溢出？ 計算當前功率 絕對顯示 db 處理 功率處理 顯示結果 圖4.2 模擬量檢測流程圖 a/d轉換接口是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個重要環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集是模擬信 號源中采集信號并將其轉換為數(shù)字信號送入計算機的過程。 4.2.3 環(huán)境噪聲監(jiān)測儀流程圖設計 環(huán)境噪聲測量系統(tǒng)的軟件采用模塊化設計，由主程序、中斷服務程序、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/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)的初始化，并 循環(huán)調用查表和顯示子程序。值得指出的是，查表程序程序實現(xiàn)了計數(shù)值向聲壓 級的轉換。

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的措施外，軟件上 采用冗余設計法即重復重要的指令，未用空間設置操作指令，以防止程序跳飛而 死機。 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 交換顯示位 掃描結束嗎 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)設計與分析 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)一個以 89c51 單片機為核心的噪聲監(jiān)測系統(tǒng)。 通過聯(lián)調，實驗驗證了系統(tǒng)的可行性，能滿足設計要求，達到設計的指標， 實現(xiàn)對噪聲信號的采集、處理功能，并用 led 顯示出噪聲的分貝值，采用指示燈 指示出聲壓級的大概范圍。 這由于使用的是單片機作為核心的控制元件，本噪聲監(jiān)測器具有功能強、性 能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(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