1、畢業設計（論文）課題名稱：基于單片機的環境噪音測試儀 專 業 電氣系工程系 班 級 車輛電子081 學生姓名 陳斌 指導老師 張敏三 完成日期 2010年12月 2011屆畢業設計任務書一 、 課題名稱：基于單片機環境噪音測量儀系統的設計二 、 指導老師：張敏三三 、設計內容與要求1、課題概述本課題采用單片機設計一個環境噪音測量儀，實現測量噪音基本功能。通過這個具體控制系統的設計，掌握微機控制系統設計的一般方法和處理問題的思路，特別是一些常用的技術手段，在實踐教學環節中，積累設計經驗，開拓思維空間，全面提高個人的綜合能力。2、設計內容與要求（1）設計內容：1) 繪制噪音測量儀系統框圖，確定設計

2、方案。2) 了解電路所需芯片的功能、參數和工作原理。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計方案.7) 調試并實現噪音測量儀控制系統的功能.（2）設計功能要求：外界噪聲信號通過傳聲器轉換成音頻信號,經過放大和V /F變換輸入到單片機進行處理,實現對噪音的時實監測。四、設計參考書模擬電子技術、數字電子技術、單片機技術與應用五、設計說明書要求1) 封面2) 內容摘要3) 目錄4) 緒論5) 正文（設計方案比較與選擇、設計方案原理、計算、分析、設計結果的說明及特點）6) 文獻7) 致謝8) 附錄

3、（參考文獻、圖紙、材料清單）六、畢業設計進程安排第1周：材料準備與借閱，了解設計思路。第2-3周：設計要求說明及課題內容輔導，完成圖紙初稿。第4-6周：進行畢業設計，完成說明書初稿。第7-8周：第一次檢查，了解設計完成情況。第9周：第二次檢查學生設計完成情況，并做好畢業答辯準備。第10周：畢業答辯與綜合成績評定。七、畢業設計答辯及論文要求1、畢業設計答辯要求答辯前三天，每個學生應按時將畢業設計說明書或者畢業論文、專題報告等必要數據交指導老師審閱，由指導老師寫出審閱意見。學生答辯時對自述部分寫出的書面提綱，內容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始數據或者參考文獻、實驗方法、測試方法、鑒別學生

4、獨立工作的能力、創新能力。2、畢業設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：按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規范，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、程序框圖等不準手畫，必須按國家標準或者工程要求繪制。摘 要 外界噪聲信號通過傳聲器轉換成音頻信號,經過放大和V /F變換輸入到單片機進行處理,并轉換成相應的dB值通過LED顯示,從而實現噪聲的實時監測。其實現簡單,精確度高,可用于實際進行噪聲的實時監測。關鍵詞:傳聲器;運算放大器;轉換器;單片機; L

5、EDAbstractMon 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

6、it in 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

7、聽力的損傷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計72.1 功能概述72.1.1 噪聲測量原理72.2 系統設計方案7 傳聲器7 運算放大器7 轉換器9 單片機112.2.5 驅動模塊11 LED顯示12第3章 總電路設計分析133.1 系統硬件總電路構成133.2 基于單片機環境噪音測量基本構成及原理133.3 89S51單片機簡介：133.4 單片機最小系統153.5 芯片簡介163.5.1 LM331163.5.2 L

8、M35818第4章 軟件電路設計分析194.1 頻率與聲壓級檢測算法194.2 程序流程圖195.3 設計程序如下：20第5章 安裝與調試265.1 調試設備265.2 調試步驟265.3 調試過程中出現的問題27參考文獻28結 論29設計心得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今世界科技飛速發展,人類享受著科技發達帶來的現代生活的同時,同樣也承受著科帶來副產品各種各樣的污染。其中,環境噪聲污染就是現代人所不能回避的現實,尤以生活在城市中的人們為甚。為此,本文以8031單片機為控制核心介紹一種環境噪聲測量方法。1.2 噪音噪聲是一種聲音，聲音

9、是由物體的機械振動而產生的。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（空氣、固體或液體）進行傳播，形成聲波當聲波到達人耳，人們就聽到聲音，聲波在傳播過程中可能會產生反射、繞射、折射和干涉。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的平方根，又稱均方根值（RMS），它直接與聲波的能量有關，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

10、為2×10-5 Pa，而噴氣式飛機附近的聲壓可達數百帕，兩者相差數百萬倍；同時考慮人耳對聲音強弱反應的（對數）特性，用對數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秒內振動的次數。頻率的倒數為振動周期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

11、波的幅值隨時間的變化圖稱為聲波的波形。如果波形是正弦波，則稱為純音，純音的聲波可以用下述函數描述：p=Psin（t+）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。如果波形是不規則的，或隨機的，則稱為噪聲。如果噪聲的幅值對時間的分布滿足正態（高斯）分布曲線，則稱為“無規噪聲”。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生的，在機械運轉中，由于機械撞擊、磨擦、交變的機械應力以及運轉中因動力不平均等原因，使機械的金屬板、齒輪、軸承等發生振動，從而輻射機械噪聲，如機床、

12、織布機、球磨機等產生的噪聲。當氣體與氣體、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，就產生空氣動力性噪聲，如各類風機進排氣噪聲、噴氣式飛機的轟聲、內燃機排氣、儲氣罐排氣所產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生的噪聲，如變壓器產生的噪聲。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律地起伏，周期性地時大時小的出現，稱為周期性變化噪聲（見圖1.1b），如蒸汽機車的噪聲。噪聲隨時間起伏變化無一定的

13、規律，稱為無規噪聲（圖1-1c），圖1-1如街道交通噪聲。如果噪聲突然爆發又很快消失，持續時間不超過1s，并且兩個連續爆發聲之間間隔大于1s，則稱為脈沖聲（圖1-1d），如沖床噪聲、槍炮噪聲等。城市環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）產生的噪聲成了城市環境噪聲的主要污染源之一。工業噪不僅直接對生產工人帶來危害，而且影響附近居民。工業噪聲中，紡織廠的噪聲90106dB，機械工業在80120dB，大型球磨機、大型鼓風機在130dB以上。工業噪聲是

14、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、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，就會產生令人煩惱的噪聲。在社會生活中，不當地使用收音機、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。電風扇、電冰箱、洗衣機等家用電器，如設計制造不合理，或使用不當亦會成為噪聲源。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境中，雙耳難受、頭痛、不舒服，過一段時間適應了，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，這叫暫時性聽力損傷（聽閾偏移、聽覺疲勞），聽

15、覺器官未受到器質性損害。如果長期在高噪聲環境下工作，日積月累，內耳器官會發生器質性病變，聽覺疲勞不能恢復，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規定在500、1000、2000Hz三個倍頻程內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。強度越大，頻率越高，作用時間越長，噪聲性耳聾發病率就越高。工人在85dB（A）環境下工作15年，發病率為5%。90dB為14%。105dB則達50%以上。如達到120dB，即使短時間也會造成永久性聽力損傷。當達到140dB時，聽覺器官會發生急性創傷，致使鼓膜破裂

16、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。噪聲性耳聾分兩種情況：一是機械傳導性耳聾，由外耳道阻塞、耳鼓或聽覺系統損壞或功能降低引起。二是神經感覺性耳聾，由耳蝸中聽覺神經功能衰退引起，也可由傳導神經和大腦聽覺中樞功能的降低引起。噪聲性耳聾兩個特征：一是有一個持續積累的過程，一開始感覺不明顯，容易被忽視；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系統，引起頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、全身無力、為神經官能癥。2引起消化不良，食欲不振、惡心嘔吐、導致腸胃病和潰瘍病。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、使勞動生產率下降。5

17、內分泌功能影響，胎兒正常發育的影響，及胎兒聽覺器官影響。機場噪聲無論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。40dB（A）連續噪聲使10%的人睡眠受到影響，70dB（A）影響50%。突發噪聲40dB（A），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，當噪聲級與談話聲級相接近時，正常交談

18、會受到干擾。噪聲級比談話聲級高10dB以上時，談話聲安全被掩蔽。一般65dB噪聲就會干擾普通談話。如果噪聲級超過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，反應遲鈍，影響工作效率，增高工作差錯率。上課時受噪聲干擾，使教師提高嗓門，增加勞累，學生分散注意力，影響教學效果。1.4.4 特強噪聲能損害儀器設備和建筑物。噪聲引起儀器設備振動，高噪聲超過135dB時，會使電子儀器發生故障；超過150dB時，元器件可能損壞。在特強噪聲作用下，會使材料或結構產生疲勞而斷裂聲疲勞現象。1.5 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

19、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，也和頻率有關。一般對高頻聲音感覺靈敏，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，又考慮到聲音對人耳聽覺的生理效應，把聲音的強度和頻率用一個量統一起來，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，用人耳試聽的辦法與其它頻率（例如100Hz）聲音進行比較，調節此聲音的聲壓級，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

20、頻率試驗并記下它們與1000Hz聲音響度相等的聲壓級，將這些數據畫在坐標上，就得到一條與1000Hz、40dB聲壓級等響的曲線。這條曲線用1000Hz時的聲壓級數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，進行不同頻率的響度比較，可以得出其它的等響度曲線。經過大量試驗得到的并由國際標準化組織（ISO）推薦為標準的等響度曲線：圖1-2 頻率與聲壓級的關系圖從圖中可以看出：（1）當響度級比較低時，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）相關很大，例如同樣40方響度級，對1000Hz聲音來說聲壓級是40dB，對100H

21、z聲音是50dB，對40Hz聲音是70dB，對20Hz聲音是90dB。（2）當響度級高于100方時，等響度曲線變得比較平坦，也就是聲音的響度級主要決定于聲壓級，與頻率關系不大。（3）人耳對高頻聲音，特別是30004000Hz的聲音最敏感，而對低頻聲音則頻率越低越不敏感。響度級雖然定量地確定了響度感覺與頻率和聲壓級的關系，但是卻未能確定這個聲音比那個聲音響多少。頻率20HZ40HZ100HZ1KHZ4K10K15K聲壓級90 dB70 dB50 dB40 dB38 dB49 dB45 dB圖1-3 聲級聲壓級只反應聲音強度對人響度感覺的影響，不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

22、個問題，但是用它們來反映人們對聲音的主觀感覺過于復雜，于是又提出了計權聲壓級的概念。計權聲壓級就是用一定頻率計權網絡測量得到的聲壓級，計權聲壓級簡稱聲級。在聲學測量儀器中，通常根據等響度曲線，設置一定的頻率計權電網絡，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。當然我們不可能做無窮多個電網絡來模擬無窮多根等響度曲線，一般設置A，B和C三種計權網絡，其中A計權網絡是模擬人耳對40方純音的響度，當信號通過時，其低、中頻段（1000Hz以下）有較大的衰減。B計權網絡是模擬人耳對70方純音的響度，它對信號的低頻段有一定衰減。而C計權網絡是模擬人耳對100方純音的響度，在整個頻率范圍內

23、有近乎平直的響應。利用具有一定頻率計權網絡和時間計權的聲學測量儀器對聲音進行聲壓級測量，所得到的讀數稱計權聲壓，簡稱聲級，單位為dB。第2章 功能概述和總體方案設計2.1 功能概述可以正常測量環境噪聲大小。2.1.1 噪聲測量原理噪聲測量結構如圖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換為一信號電平(電壓信號) ,此電壓信號則由V /F轉換器轉換成對應的具有一定頻率的脈沖信號,以便單片機接收。單片機根據輸入的脈沖信號進行處理,并經量綱轉換出所對應的DB值,最后在單片機控制下由LED實時顯示出來。圖2-1噪聲測量結構框圖2.2 系統設計方案2.2.1 傳聲器

24、用于接收外部聲音信號,并輸出一微弱的音頻信號。實際就相當于一個麥克風。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 根據三極管的多級放大特性，在計算各級電路的電壓放大倍數時，必須考慮后級的輸入電阻對前級電路電壓放大倍數的影響。方案二、采用通用集成塊LM324進行放大LM324為美國 國家半導體公司生產的單電源集成運算放大器，它的內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，內部已經進行了頻率補償，且具有電源電壓寬，靜態功耗小，價格低廉等優點。

25、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，根據集成運放同向輸入比例運算原理 。其中Rf為反饋電阻，R為反向接地端，改變R與Rf的阻即可以改變放大倍數。也可以采用多級放大，多級放大倍數算法Au=Au1Au2Aun 圖2-3LM358運算放大原理圖經過長時間的電路調試我們確定了放大部分采用方案三，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達到所需的頻率放大，但是所采用的放大是用雙電源供電，而單電源供電無法達到我們所需的要求，而雙電源供電所需的成本又高了，并且用雙電源供電還必須考慮到電源的紋波系數，如果紋波系數較大會把輸出的

26、信號給掩蓋無法達到所需要求。而采用方案三不但可以達到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不但便宜而且所需的電路也比較簡單。 2.2.3 轉換器方案一、采用ADC0809是CMOS型8位逐次逼近型A/D轉換器。內部結構如圖（1），它由一個8路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態輸出鎖存器用于鎖存A/D轉換完的數字量，三態輸出鎖存器當OE端為高電平時，才可以從三態輸出鎖存器存取走轉換完的數據。適用于

27、分辨率較高而且轉換速度適中的場合。圖2-4 ADC0809的引腳圖方案二、采用單電源LM331V/F轉換，在整個測量電路中,電壓信號與脈沖信號即V /F的轉換對整個系統的性能起著重要作用,因此本系統采用了高性能的電壓頻率轉換集成電路LM331作為系統的核心,由LM331構成的V /F轉換電路,將電壓信號( 05V)轉換成對應的頻率信號( 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轉換，LM331是美國NS公司生產的性價比較高的精密電壓頻率轉換器,它采用新的溫度補償

28、能隙基準電路,在整個工作溫度范圍內和4. 0V 電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態范圍寬,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成V /F變換電路,并且容易保證轉換精度。在該電路中,基于LM331的壓頻轉換關系為:fout = (RSVIN ) /(2. 09RL CtRt )電路中的RS 主要用于調節電路的轉換增益。Ct ,Rt , RL 的典型值分別為6. 8K, 0. 01uF和100K, RS 值由設計者自己決定,其可調電阻用于對

29、基準電流進行調節,以校正輸出頻率。由于RS、Rt、RL 和電容Ct 會直接影響fout的轉換結果。因此,對這些元件的參數有一定的要求,設計時應根據轉換精度適當選擇。電容CL對轉換結果雖有應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換電路，方案一中采用的是ADC0809它的轉換速度沒有LM331的轉換速度快，而且轉換電路中用到了雙D觸發器進行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，前面我們說到標準電源的紋波系數比較大，會影響我們的信號

30、，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，不但解決了轉換速度、轉換效率、電源問題、是否影響信號。2.2.4 單片機本測量系統選用流行的89S51單片機。T1設為計數狀態,用于對前向通道V /F輸入的脈沖信號進行計數;T0設為定時狀態,用于定時讀取T1計數值(定時時間為1秒,即單位時間) 。相應的程序編制較為簡單,主要任務是實現單片機對輸入的脈沖信號進行采集,并進行頻率與DB 的量綱轉換,以及控制LED顯示相應的DB值。2.2.5 驅動模塊數碼管驅動常用的驅動電路由三極管（PNP）和芯片驅動（74LS164）兩種，本文采用的是

31、8550型三級管驅動。圖2-7驅動模塊圖2.2.6 LED顯示根據一般城市內噪聲等級、測量方法和標準,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內部帶上拉電阻的準雙向口P1的8個管腳,用三極管做驅動器;位選使用具有能,帶內部上拉電阻的準雙向口P2的P210P213,用一片7406做4路反相緩沖驅動器,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碼管。圖2-8 LED顯示模塊圖第3章 總電路設計分析3.1 系統硬件總電路構成實現本設計要求的具體功能，可以選用AT89C51單片機及外圍器件構成最小控制系統

32、， 本系統以單片機為核心，組成一個自動控制為一身的閉環控制系統。系統硬件電路由單片機最小系統，顯示模塊。3.2 基于單片機環境噪音測量基本構成及原理單片機放大噪音V/F轉換顯示模塊圖3-1環境噪聲基本構成圖3.3 89S51單片機簡介：89S51單片機包含中央處理器CPU（Central Processing Unit）、數據存儲器RAM（Random Access Memory）、程序存儲器ROM（Read Only Memory）、定時/計數器、并行接口、串行接口和中斷系統等幾大單元及數據總線、地址總線和控制總線等三大總線。中央處理器CPU（Central Processing Unit）

33、：中央處理器(CPU)是整個單片機的核心部件，是8位數據寬度的處理器，能處理8位二進制數據或代碼，CPU負責控制、指揮和調度整個單元系統協調的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。數據存儲器RAM（Random Access Memory）：89S51內部有128個8位用戶數據存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數據，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數據，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數據，運算的中間結果或用戶定義的字型表。 程序存儲器ROM（Read Only Memory）：89S51共有4096個8位掩膜ROM，用于存放

34、用戶程序，原始數據或表格。定時/計數器：89S51有兩個16位的可編程定時/計數器，以實現定時或計數產生中斷用于控制程序轉向。并行輸入輸出(I/O)口：89S51共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對外部數據的傳輸。中斷系統：89S51具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優先級別選擇。圖3-2 AT89S51單片機引腳圖3.4 單片機最小系統圖3-3 單片機最小系統圖復位電路：單片機89s51的復位電路由電阻，電容和復位開關FW組成，其復位端為第9腳。當按下復位開關FW后，第9腳的電壓由原來的低電平變為高電

35、平，使單片機實現復位操作。也就是當該端子上保持兩個機器周期的高水平時，可對89s51單片機實現復位操作。圖3-4 上電復位電路時鐘電路：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公司生產的性能價格比較高的集成芯片。LM331可用作精密的頻率電壓（F/V）轉換器、A/D轉換器、線性頻率調制解調、長時間積分器以及其他相關的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片。LM331的內部電路組成如圖1所示。由輸入比較器、定時比

36、較器、RS觸發器、輸出驅動管、復零晶體管、能隙基準電路、精密電流源電路、電流開關、輸出保護管等部分組成。輸出驅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4.040V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內部有（1）輸入比較電路、（2）定時比較電路、（3）R-S觸發電路、（4）復零晶體管、（5）輸出驅動管、（6）能隙基準電路、（7）精密電流源電路、（8）電流開關（9）輸出保護點路等部分。輸出管采用集電極開路形式，

37、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。I（PIN1）為電流源輸出端，在f（PIN3）輸出邏輯低電平時，電流源輸出對電容充電。引腳2（PIN2）為增益調整，改變的值可調節電路轉換增益的大小。f（PIN3）為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由t和t決定。引腳4（PIN4）為電源地。引腳5（PIN5）為定時比較器正相輸入端。引腳6（PIN6）為輸入比較器反相輸入端。引腳7（PIN7）為輸入比較器正相輸入端。引腳8（PIN8）為電源正端。由LM331

38、組成的電壓頻率變換電路，LM331內部由輸入比較器、定時比較器、RS觸發器、輸出驅動、復零晶體管、能隙基準電路和電流開關等部分組成。輸出驅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。 當輸入端Vi輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使RS觸發器置位，輸出高電平，輸出驅動管導通，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。當電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使RS觸發器復位，輸出低電平，輸出驅動管截止，輸出端f0為邏輯高電平，同時，復零晶體管導通，

39、電容C2通過復零晶體管迅速放電；電子開關使電容C3對電阻R3放電。當電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使RS觸發器置位，如此反復循環，構成自激振蕩。輸出脈沖頻率f0與輸入電壓Vi成正比，從而實現了電壓頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關系為：fo=(Vin×R4)/(2.09×R3×R2×C2) 由式知電阻R2、R3、R4、和C2直接影響轉換結果f0，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據轉換精度適當選擇。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉換精度。圖3-6 由LM331組成的電壓頻率變換電

40、路圖3.5.2 LM358LM358芯片引腳如下：圖3-7 LM358引腳圖LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，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。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 軟件電路設計分析4.1 頻率與聲壓級檢測算法由于在電路中已經檢出頻率信號，只要經CPU換算即可得到頻率的大小，計算公式如下： f=n/t 電路

41、中的基準電壓v0=5uV相當與0dB(已經校準)，在此基礎上，進行換算與校準即可得到相應的dB數，計算公式如下： Lp=20lg(v/v0) 4.2 程序流程圖開始定時、計數初始化開始測量（ff）Start=1?ff=(tmpo/count)(ans= 1100 - f * 10ans=533- f / 3ans=503-11 * f / 40ans = 380 + f /50ans = 450 - f / 20ans = 215 + f / 35顯示結束圖4-1中斷開始定時器重新賦初值（TH0<1）&&(TL0<0)count+Start=1中斷停止count+中

42、斷返回圖4-25.3 設計程序如下：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong 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;ulon

43、g count_f(ulong f);/*函數名：Init()參數：無返回值：無功能：初始化定時/計數器0為計數模式1，定時/計數器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，開啟總中斷。*/void Init(void)TMOD=0x15;/T0 計數 T1定時EA=1;/ 開總中斷TH0=0;/TL0=0;TR0=1;/開計數器T0TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;ET1=1;/ T1中斷允許TR1=1;/開定時器T1/*函數名：delay(unsigned char t)參數：短延時時間長度返回值：無功能：實現數碼管顯示時的短延時。*/void

44、 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(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;/*函數名：display(unsigned long cp)參數：unsigned long cp返回值：無功能：將參數cp顯示在數碼管上，并

45、顯示單位"db"。*/void display(ulong cp)static uchar num=0;P2=0xff;switch(num)case 0: P0 = 0x83;break;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() interr

46、upt 3if(TH0<1) && (TL0<10)TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;count+;elsecount+;TR0=0;TR1=0;start=1;/*函數名：count_f(unsigned long f)參數：unsigned long f返回值：當前環境的噪音值，單位為"dB".功能：將頻率信號轉化為分貝值*/ulong count_f(ulong f)ulong ans;if(f>=20)&&(f<=40)ans = 1100 - f * 10;else if(f>40)&

47、;&(f<=100)ans = 533- f / 3;else if(f>100)&&(f<=500)ans = 503 - 11 * f / 40;else if(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 安裝與調試正確的調試系統才能

48、使各模塊電路正常工作，實現高精度，高穩定的顯示。5.1 調試設備示波器1臺用于檢測實際頻率數字萬用表1個電腦1臺電烙鐵及焊接工具1套噪音計1臺用于噪聲對比 單片機開發板1塊電源2個5v 9v圖5-15.2 調試步驟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，如果萬用表發出聲音，則兩引腳連接正常；如果萬用表不響，則表示兩點之間沒有連上。3. 使用Keil uVision2編寫程序，通過acr_fighter將程序下載到單片機開

49、發板上的AT89S51芯片內。4. 連接好各硬件電路，觀察各端口是否定義正確，數碼管是否顯示正常。把程序下載到單片機內，觀察是否正確運行工作，以及測量的結果和實際是否相符合5.3 調試過程中出現的問題1、在調試LM358雙電源供電運算放大的過程中，無論怎么去調反饋電路，都無法實現波形輸出，后來無意中把電源輸出線接到示波器中出現規律的波形，后來在網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，導致LM358無法輸出所需的波形。2、在調試LM331的過程中輸出無法達到所需的脈沖波，在調試時我在輸入加入一個穩定的直流電壓，理論來說我的輸出時一個穩定的脈沖波形，但實際上輸出

50、的是一個正弦波，這樣的話我就不能在后續電路中無法實現計數，所以我在后面加入一個比較器。參考文獻1、鄧木生 周紅兵主編.模擬電子電路分析與應用技術.高等教育出版社.2、鄧木生 張文初主編.數字電子電路分析與應用技術.高等教育出版社.3、王靜霞主編，楊宏麗 劉俐副主編.單片機應用技術（C語言版）.電子工業出版社4、李移倫等.單片機原理及應用.中南大學出版社，20065、戴仙金等 .51單片機及其C語言程序開發實例.北京：清華大學出版社，20086、萬福軍等. 單片微機原理系統設計與應用. 合肥：中國科學技術大學出版社，20057、劉光玉等. 模擬電路基礎. 成都： 電子科技大學出版社，20048、

51、陸坤等. 電子設計技術. 成都： 電子科技大學出版社，19989、方勤等. 模擬電子技術基礎. 高等教育出版社，200310、參考網站資料： 結 論系統統采用MSC-51系列單片機為中心器件來設計噪音測量儀系統，實現了能實時監控測量噪音的功能，系統設計簡便、實用性強、操作簡單。系統不足之處就是存在一些數據差異，可能是噪聲的采樣電路的線性有些不良，引起數據出現一些差異等。通過這次畢業設計，使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。使我在單片機的基本原理、單片機應用系統開發過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。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較高，功能也比較強大，而且可以隨時的更新系統，進行不同狀態的組合。但是在我們設計和調試的過程中，也發現了一些問題，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，同時外圍電路的設計以及了解，讓我對以前學過的知識能更加了解和認識，比如：電路、數、模電子技