...wd......wd......wd...課程設計〔論文〕任務及評語院〔系〕：電氣工程學院教研室：電氣學號學生姓名專業班級課程設計〔論文〕題目環境噪聲檢測儀設計課程設計〔論文〕任務環境噪聲檢測儀的主要功能實時檢測城市環境噪聲，并利用3位大型數碼管實時顯示環境噪聲大小，數碼管每段正常工作電參數12V/50mA。控制器由AC220V供電，噪聲測量范圍30~130dB(A)，分辨率0.1dB。設計任務：1.CPU最小系統設計〔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4.程序流程圖設計及程序清單編寫技術參數：1．噪聲測量范圍：30-130dB2．工作電源220V設計要求：1、分析系統功能，盡可能降低本錢，選擇適宜的單片機、AD轉換器、輸出電路等；2、應用專業繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規定格式，撰寫、打印設計說明書一份，其中程序開發要有詳細的軟件設計說明，詳細闡述系統的工作過程，字數應在4000字以上。進度方案第1天 查閱收集資料第2天 總體設計方案確實定第3-4天 CPU最小系統設計噪聲傳感器選擇、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 辯論指導教師評語及成績平時：論文質量：辯論：總成績：指導教師簽字：年月日摘要環境噪聲檢測儀的主要功能是實時檢測城市環境噪聲，并利用3位大型數碼管實時顯示環境噪聲大小。由于環境噪聲在人們的生活中已經產生不小的影響，所以，在現時我們應該以減小噪聲對人們的不良影響為主要任務。本文主要介紹了噪聲檢測系統的測量原理和系統組成，包括：外界的噪聲信號經過轉換、放大、A/D轉換后，數據的采集和顯示系統的設計。外界噪聲信號經過噪聲傳感器轉換成音頻信號，音頻信號經過放大和A/D轉換后輸入到單片機，由單片機進展處理，并轉換成相應的噪聲分貝值，然后顯示在LED上，從而實現噪聲的實時監測。該系統實現過程簡單，并且準確度高，可在實際生活中進展噪聲的實時檢測。關鍵詞：A/D轉換器；噪聲傳感器；單片機；LED；運算放大器目錄TOC\o"1-3"\f\h\z第1章緒論11.1環境噪聲檢測儀概況11.2本文研究內容1第2章CPU最小系統設計22.1環境檢測儀總體設計方案22.2CPU的選擇22.3數據存儲器擴展32.4復位電路設計42.5時鐘電路設計52.6CPU最小系統圖6第3章儀輸入輸出接口電路設計73.1噪聲傳感器的選擇73.2噪聲檢測儀檢測接口電路設計73.2.1A/D轉換器選擇73.2.2模擬量檢測接口電路圖83.3噪聲檢測儀輸出接口電路設計9第4章噪聲傳感器軟件設計104.1軟件實現功能綜述104.2流程圖設計104.2.1主程序流程圖設計104.2.2模擬量檢測流程圖設計124.2.3環境噪聲檢測儀流程圖設計124.3程序清單14第5章系統設計與分析205.1系統原理圖205.2系統原理綜述205.3軟件調試結果21第6章課程設計總結22參考文獻23緒論環境噪聲檢測儀概況聲和振動是嚴密相連的，每種聲音都有專屬的振動方式，聲波的振動方式就是發聲體產生的振動能引起周圍空氣的流動。聲波是一種機械波，特性如下：繞射、反射、折射、干預等。有些聲音是無害的，但有些聲音則是有害的，即噪聲。它會使人們煩躁，如果音量過大或音調過高，有可能危害到人們的身體安康。噪音的污染屬于感覺公害，它與人們的主觀意愿有關。噪聲的來源有很多，例如：大街上的汽車鳴笛聲，安靜的教室里嘈雜的說話聲，深夜鄰居的電視機發出的大音量，建筑工地的聲音和工業噪音等。環境噪聲檢測儀目前已經在社會上廣泛使用了，它能提高人類的生活質量，也可以加強環保。本文研究內容該課程設計研究的是環境噪聲檢測儀，以89C51單片機為根基，實現環境噪聲的檢測。我們詳細的研究了聲壓計的測量原理、傳聲器測量的根本原理，并對噪聲測量傳感器進展合理的選擇。我們還探討了單片機的原理，深層理解了單片機系統設計和軟件編程。進展整體方案設計，系統硬件電路設計，電路的設計有復位電路設計、時鐘電路設計等。隨后，進展搭接電路，編寫程序，調試。最后總結本文的全部研究工作，進展記錄。CPU最小系統設計環境檢測儀總體設計方案外界噪聲信號經過噪聲傳感器轉換成音頻信號，音頻信號經過放大和A/D轉換后輸入到單片機，由單片機進展處理，并轉換成相應的噪聲分貝值，然后顯示在LED上。環境噪聲檢測儀系統構造框圖如圖2.1所示。LED顯示單片機A/D轉換電路交直流轉換傳聲器噪聲LED顯示單片機A/D轉換電路交直流轉換傳聲器噪聲圖2.1環境噪聲檢測儀系統構造框圖CPU的選擇單片機有面向控制的8位CPU的特性。它是單片機的核心局部，作用是讀入和分析每條指令，根據每條指令的功能要求，控制各個部件執行相應的操作。CPU包括了微處理器〔運算部件〕和控制部件，運算器主要用來實現數據的傳送、數據的算術運算和邏輯運算，以及位變量處理等。控制器是用來統一指揮和控制計算機進展工作的部件。本文的設計方案中采用了89C51單片機40腳DIP的封裝，其中兩條主電源引腳，兩條外接晶振體引腳，四條控制或與其他電源復用的引腳，三十二條I/O引腳。其引腳圖如圖2.2。圖2.289C51單片機引腳圖其中，XTAL1、XTAL2分別是外接晶體引腳1、外接晶體引腳2，它們都是接外部晶體和微調電容的一端。不同的是，XTAL1輸入外部時鐘脈沖，而XTAL2是振蕩電路反向放大器的輸出端。VSS為接地端，VCC接+5V電源，RST為復位信號輸入端，高電平有效，ALE引腳為地址鎖存允許信號，VPP是內、外ROM選擇端，P0、P1、P2、P3口為輸入/輸出引腳。數據存儲器擴展數據存儲器擴展分為三大步驟：1.擴展三大總線2.芯片引腳與三大總線對應相連3.片選處理。數據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口分時提供低8位地址和8位雙向數據線。常用的數據存儲器有靜態數據存儲器RAM和動態數據存儲器，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RAM，如SRAM6116、6264等。本文采用的是6116芯片，6116是2K×8位靜態隨機存儲器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功率消耗為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所示。圖2.3硬件擴展圖復位電路設計復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態下的單片機重新啟動，因此非常重要。復位電路包括：上電復位，按鍵電平復位，按鍵脈沖復位，本設計用到的是按鍵電平復位。復位條件：有效時間持續24個振蕩脈沖周期〔即兩個機器周期〕以上的高電平。復位過程：復位端經過電阻與VCC電源接通而實現的，RES引腳是復位信號的輸入端，復位信號時高電平有效。89C51單片機內部復位構造如圖2.4所示。外部復位電路接RESET引腳，RESET通過內部一個施密特觸發器與內部復位電路相連，施密特觸發器用來整形，它的輸出在每個機器周期的S5P2由內部復位電路采樣一次。復位電路圖如圖2.5所示。復位電路RESET復位電路VCCVD1VD2施密特觸發器片內RAM片內RAMVSS圖2.4內部復位電路邏輯圖圖2.5復位電路圖時鐘電路設計時鐘電路保證了同步工作方式的實現，電路必須在唯一的時鐘信號控制下嚴格工作。時鐘電路用于產生單片機工作所需的時鐘信號。時鐘信號可以由兩種方式產生：內部時鐘方式和外部時鐘方式。本文采用的是外部時鐘方式，如圖2.6所示。時鐘電路是由一個晶體振蕩器12MHZ和33pF的電容組成，是它產生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執行中各信號之間的相互關系。振蕩電路的振蕩脈沖是經二分頻后，再經三分頻產生ALE信號，再二分頻的根基上六分頻得到機器周期信號，單片機芯片內部有一個高增益反相放大器，其輸入引腳為XTAL1，輸出引腳XTAL2，在芯片內部通過兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調電容，形成反響電路。圖2.6外部時鐘方式電路CPU最小系統圖根據前面講的根本器件和和簡單電路圖，形成完整的CPU最小系統圖，如圖2.7所示。圖2.7CPU最小系統圖第3章噪聲檢測儀輸入輸出接口電路設計3.1噪聲傳感器的選擇噪聲傳感器的作用相當于一個話筒〔麥克風〕。它用來承受聲波，顯示聲音的振動圖像。但不能對噪聲的強度進展測量。噪聲傳感器如圖3.1所示。聲音傳感器能顯示聲音強度大小，也能研究聲音的波形：檔位1〔測量聲強〕：45~120dB；檔位2〔測量波形〕：0~5V〔測量頻率范圍100Hz~4000Hz〕；分辨率：1Hz；精度：±1%。產品的特點有：A.該傳感器無需再次進展校準，軟件自動調零。B.采樣頻率要取10000次/秒或更大些，否則不能真實、準確地反映聲振動的圖像。C.圖像的縱坐標表示的是與聲振動對應的電壓數值。D.接入控制系統的可以采用4~20mA的輸出型傳感器，如四川瞭望的ZS系列。E.本錢上有限制的情況下可以采用正負信號輸出的，如：TZ-2KA等。圖3.1聲音傳感器3.2噪聲檢測儀檢測接口電路設計A/D轉換器選擇本文采用的是AD536轉換器，AD536是美國AD公司推出的真有效值轉直流值〔RMS-DC〕的單片集成電路，如圖3.2所示，它能計算復雜輸入信號的有效值并給出一個與之等效的直流輸出電平。它內部含有峰值因數補償電路，在峰值因數到達7時轉換誤差僅為1%。AD536A的頻帶很寬，當信號電壓大于100mV時，這個電路的帶寬使測量能力到達300KHz僅有3dB的誤差，利用外部提供的參考電壓，用戶能方便設置0dB電平，使其可以對應于從0.1V到2V之間的任何有效值。此外，在AD536A的內部有輸入和輸出保護電路，輸入電路能承受高于電源電壓的過載電壓，輸出電路其有短路保護功能。AD536A內部主要包括：一個絕對值電壓/電流〔V/I〕轉換器、一個平方器/除法器、低通濾波器、精細電流鏡和一個輸出緩沖器〔其有10V滿量程輸入范圍〕。圖3.2AD536引腳圖模擬量檢測接口電路圖圖3.3模擬量檢測接口電路圖噪聲檢測儀輸出接口電路設計圖3.4噪聲檢測儀輸出接口電路噪聲傳感器軟件設計軟件實現功能綜述學習和使用單片機的一個重要環節就是理解和熟練的掌握它的軟件設計，環境噪聲檢測儀的軟件功能的實現，要先設計主流程圖和模擬量檢測流程圖，然后了解流程清單，根據流程清單寫程序。該程序設計有兩局部構成：一是算法，或者說程序的流程圖；二是工作安排，即設計完流程圖然后進展具體程序的編寫。指令是規定計算機進展某種操作的指令系統。計算機的主要功能是由指令系統來表達的，指令系統與機器周期是密切相關的，所以軟件的設計對于噪聲傳感器功能的實現具有極其重要的作用。流程圖設計主程序流程圖設計環境噪聲測量系統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4.1所示。主程序處于循環工作狀態,主要完成定時/計數器和中斷系統的初始化,并循環調用查表和顯示子程序。每當T1對外接100kHz時鐘計數達0.5秒后,申請中斷,CPU響應中斷后即讀取TH0、TL0兩存放器中的計數值,并重新初始化T0、T1,以便檢測下一次的數據。中斷服務程序主要實現的功能是：T0中斷子程序是將電壓/頻率轉換器產生的頻率信號接入計數器的T0口，然后計數器開場計數，當計數到一定數目后，計數器就產生溢出中斷。開場開場設置SP設置SP89C51初始化89C51初始化定時/計數器T0/T1初始化定時/計數器T0/T1初始化關中斷關中斷讀計數器讀計數器置表首地址置表首地址i=i+1取表中雙字節數i=i+1取表中雙字節數否否Xi>(TH0)(TH1)Xi>(TH0)(TH1)是是允許高位顯示允許高位顯示送顯示值送顯示值否是交換顯示位否是交換顯示位掃描完畢掃描完畢顯示值亮指示燈顯示值亮指示燈關中斷關中斷圖4.1程序模塊流程圖模擬量檢測流程圖設計A/D轉換接口是數據采集系統前向通道中的一個重要環節數據采集是模擬信號源中采集信號并將其轉換為數字信號送入計算機的過程。如圖4.2所示。初始化A/D初始化A/DA/D轉換A/D轉換溢出溢出計算分貝值計算分貝值否否計算當前功率計算當前功率絕對顯示絕對顯示功率處理dB處理功率處理dB處理是顯示結果是顯示結果圖4.2模擬檢測流程圖環境噪聲檢測儀流程圖設計環境噪聲檢測儀的軟件局部是采取的模塊式設計，有主程序、中斷服務程序、查表子程序和顯示子程序。個程序模塊的流程圖如圖4.3和圖4.4所示。顯示子程序入口查表子程序入口顯示子程序入口查表子程序入口i=i+1取表中雙字節數Xi置掃描次數i=i+1取表中雙字節數Xi置掃描次數允許高位顯示允許高位顯示否Xi>(TH0)(TH1)否Xi>(TH0)(TH1)送顯示值送顯示值是是數值顯示延時數值顯示延時交換顯示位交換顯示位否返回否返回掃描完畢掃描完畢是是返回返回圖4.3查表子程序圖4.4顯示子程序在圖中，Xi表示讀取的計數值，i從0開場。主程序的工作模式是循環的，完成定時/計數器和中斷系統的初始化是主程序的主要任務，它還循環調用查表和顯示子程序。查表程序完成了計數值向聲壓級的轉換。在硬件上采取相應的措施之外，軟件中還應采用冗余法，即重復重要的指令，這是為了能提高系統的抗干擾能力，沒有使用空間設置操作指令是因為要防止程序跳飛而死機。程序清單ML8155EQU0DF00H;DTIMER0EQU30H;DTIMER1EQU31H;ORG0000HLJMPMAINORG1000HMAIN:MOVSP,#60HMOVA,#00HMOVDPTR,#0DF02HMOVX@DPTR,ASETBP1.0SETBP1.1SETBP1.2CLRCMOVTMOD,#15HMOVTL0,#00HMOVTH0,#00HMOVR0,#00HQQ1:MOVTL1,#0B0HMOVTH1,#3CHSETBTR0SETBTR1QQ:JBCTF1,QQ3AJMPQQQQ3:INCR0CJNER0,#0AH,QQ1AJMPLOOPRETLOOP:CLRTR1MOV40H,TH0MOV41H,TL0MOVR0,#00HMOVR1,#00HMOVDPTR,#TABLAB:CLRAMOVCA,@A+DPTRMOVR2,AMOVA,40HXCHA,R2SUBBA,R2JZA1INCDPTRINCDPTRINCDPTRINCDPTRSJMPLABA1:CLRACLRCINCDPTRMOVCA,@A+DPTRMOVR3,AMOVA,41HXCHA,R3SUBBA,R3JCA2CLRAMOVCA,@A+DPTRMOVR3,AMOVA,41HXCHA,R3SUBBA,R3JZA2INCDPTRINCDPTRINCDPTRSJMPLABA2:CLRAINCDPTRMOVCA,@A+DPTRMOVR0,AMOV40H,R0CLRAINCDPTRMOVCA,@A+DPTRMOVR1,AMOV41H,R1LCALLPPLLJMPLL1RETLL1:MOVA,40HMOVDPTR,#BCD2MOVCA,@A+DPTRMOV5FH,AMOVA,41HMOVDPTR,#BCD2MOVCA,@A+DPTRMOV5EH,AMOV5DH,#5EHMOV5CH,#7CHLCALLINIT_8155LCALLWRITE_LED1WRITE_LED1:PUSHDPLPUSHDPHPUSHACCMOVR0,#5CHMOVR1,#00HMOVR3,#0F7HMOVA,R3AGAIN1:MOVDPTR,#0DF01HMOVX@DPTR,AMOVA,@R0MOVDPTR,#0DF02HMOVX@DPTR,ALCALLDELAY01LCALLDELAY01INCR0MOVA,R3JNBACC.0,OUT2RRAMOVR3,ALJMPAGAIN1OUT2:MOVR0,#5CHMOVR3,#0F7HMOVA,R3INCR1CJNER1,#3AH,AGAIN1LJMPMAINPOPACCPOPDPHPOPDPLRETINIT_8155:PUSHDPLPUSHDPHPUSHACCMOVDPTR,#ML8155MOVA,#03HMOVX@DPTR,APOPACCPOPDPHPOPDPLRETPPL:MOVR0,40HMOVA,R0SUBBA,#4JZB1MOVA,R0SUBBA,#5JZB1MOVA,R0SUBBA,#6JZB2MOVA,R0SUBBA,#7JZB2MOVA,R0SUBBA,#8JZB3MOVA,R0SUBBA,#9JZB3RETB1:CLRP1.0RETB2:CLRP1.1RETB3:CLRP1.2RETB4:RETDELAY:PUSHDTIMER1PUSHDTIMER0DELAY1:MOVDTIMER0,#125DELAY2:NOPNOP:DJNZDTIMER0,DELAY2DJNZDTIMER1,DELAY1POPDTIMER0POPDTIMER1RETDELAY01:NOPPUSHDTIMER1MOVDTIMER1,#02HLCALLDELAYPOPDTIMER1RET系統設計與分析系統原理圖圖5.1系統原理圖系統原理綜述該課題主要研究的是89C51單片機為核心的噪聲監測系統。通過聯調，實驗驗證了系統的可行性，能滿足設計要求，到達設計的指標，實現對噪聲信號的采集、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。本文使用的是單片機作為核心的控制元件，本噪聲監測器的特點是：功能強、性能可靠、電路簡單、本錢低，加上經過優化的程序，使其具有很高的智能化水平。但是該設計還是不夠完善，因為聲音信號本來就很不穩定，而且也不知道它的聲壓級是多少分貝，你要注意對它校驗。軟件調試結果本課題中采用晶體式傳聲器，其測量精度不是很高，再加上聲音信號不容易控制，而且很不穩定。再加上硬件電路中的一些系統誤差，所以測量結果不是十分準確。但是，當將被測量的聲音信號的音量變大時，LED的顯示值變大，反之則變小。而且此系統的測量范圍為30db-130db，完全符合設計要求，而且指示燈也能指示一定的聲壓級范圍。所以這次設計符合設計的要求，可以實現對噪聲信號的采集、處理及顯示，具有很好的功能，有一定的實踐意義，能滿足我們對環境噪聲監測的要求。課程設計總結本次課程設計讓我溫習了單片機的根本原理、功能以及構造，以及AD536的根本原理。學會了用軟件畫電路圖并進展仿真，通過硬件的制作提高了動手能力和分析問題的能力。軟件局部的編程，主要是通過看芯片的根本資料進展編程的，所以我意識到了當你需要某個東西時，一定要去了解它，弄清楚其工作原理、實現方案以及需要注意的地方