環(huán)境噪聲監(jiān)測器(軟件部分)

1、南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 系（院） XXXXXXXXXXXXXXX 專業(yè)題 目 環(huán)境噪聲監(jiān)測器（軟件部分） 學(xué) 生 姓 名 XXXXX 班 級 XXXXXXX 學(xué) 號 XXXXXXXX 指 導(dǎo) 教 師 XXXXX 日 期 2013 年 04 月 15 日南 昌 工 程 學(xué) 院 教 務(wù) 處 訂 制1環(huán)境噪聲檢測器（軟件部分）The Environmental noise detector (software)總計 畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 頁 表 格 3 個插 圖 14 幅1摘 要本文詳細(xì)介紹了噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理和系統(tǒng)組成，包括：

2、噪聲信號的轉(zhuǎn)換、放大、V/F轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集和顯示系統(tǒng)的設(shè)計。外界噪聲信號通過傳聲器轉(zhuǎn)換成音頻信號，電信號經(jīng)過放大和V/ F 變換輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)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(jìn)行噪聲的實時監(jiān)測等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：傳聲器；運(yùn)算放大器；V/F轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)；LEDAbstractIn the paper, the measurement principle and the system constitution are introduced in detail, including: the noise signal c

3、onverting system, signal magnifying system, V/F converting system, data collection and indication system. This paper introduces the ways to convert the real-time monitoring of the noise into acoustic frequency electrical signal by using microphone, operational amplifier and V/ F converter, which wil

4、l act as Single Chip Micoyos input signal. Then the SCM will change it into a noise DB value, which will be displayed on LED. This system is simple 0and has high precision, so it is always used in monitoring the urban noise real-time.Key words：microphone;operational amplifier; V/ F converter；Single

5、Chip Micoyo; LED目 錄摘 要IAbstractII目 錄III第一章 緒論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 噪聲對聽力的損傷31.4.2 噪聲對健康的影響41.4.3 噪聲對正常生活和工作的干擾41.4.4 特強(qiáng)噪聲能損害儀器設(shè)備和建筑物51.5 噪聲的評價51.5.1 響度級和響度51.5.2 聲級6第二章 功能概述和總體方案設(shè)計82.1 功能概述82.1.1 噪聲測量原理82.2 系統(tǒng)設(shè)計方案82.2.1 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)任務(wù)分析8第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計分析93.1 基于單片機(jī)環(huán)境噪音測量基本構(gòu)成及原理93.2

6、系統(tǒng)硬件總電路組成10第四章 軟件設(shè)計114.1 頻率與聲壓級檢測算法114.2 程序流程圖114.3 設(shè)計程序如下124.4 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案174.5 系統(tǒng)內(nèi)部RAM的分配184.6 中斷服務(wù)程序的設(shè)計184.6.1 T0中斷子程序的設(shè)計194.6.2 T1中斷子程序的設(shè)計204.7 查表子程序224.8 顯示子程序234.9 指示范圍子程序24第五章 調(diào)試255.1 調(diào)試設(shè)備255.2 調(diào)試步驟255.3 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題26結(jié) 論27參考文獻(xiàn)28致 謝29附錄 噪聲監(jiān)測儀硬件系統(tǒng)原理圖30III第一章 緒論1.1 噪音測量儀的選題背景噪聲即噪音，是一類引起人煩躁、或音量過

7、強(qiáng)而危害人體健康的聲音。 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(hù)的角度看，凡是影響人們正常學(xué)習(xí)，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(jī)器的轟鳴聲，各種交通工具的馬達(dá)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(guān)，與人們的生活狀態(tài)有關(guān)，因而它具有與其他公害不同的特點(diǎn)。噪音污染主要來源于交通運(yùn)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(zhì)量，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)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)，已有大型環(huán)境

8、噪聲顯示器豎立街頭。但目前國內(nèi)的便攜式噪聲測試儀，多為價格昂貴的進(jìn)口專用設(shè)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(jī)為核心，采用V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)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(biāo)后能滿足一般民用需要，可廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、機(jī)關(guān)學(xué)校等需要對環(huán)境噪聲進(jìn)行測量和控制的場合。1.2 噪音噪聲是一種聲音，聲音是由物體的機(jī)械振動而產(chǎn)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(zhì)（空氣、固體或液體）進(jìn)行傳播，形成聲波當(dāng)聲波到達(dá)人耳，人們就聽到聲音，聲波在傳播過程中可能會產(chǎn)生反射、繞射、折射和干

9、涉。聲音有強(qiáng)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(shù)的平方根，又稱均方根值（RMS），它直接與聲波的能量有關(guān)，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為2×10-5 Pa，而噴氣式飛機(jī)附近的聲壓可達(dá)數(shù)百帕，兩者相差數(shù)百萬倍；同時考慮人耳對聲音強(qiáng)弱反應(yīng)的（對數(shù)）特性，用對數(shù)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

10、用對數(shù)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(nèi)振動的次數(shù)。頻率的倒數(shù)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(shù)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1

11、000Hz的純音。如果波形是不規(guī)則的，或隨機(jī)的，則稱為噪聲。如果噪聲的幅值對時間的分布滿足正態(tài)（高斯）分布曲線，則稱為“無規(guī)噪聲”。1.3 噪聲的分類 按照聲源的不同，噪聲可以分為機(jī)械噪聲、空氣動力性噪聲和電磁性噪聲。機(jī)械噪聲主要是由于固體振動而產(chǎn)生的，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于機(jī)械撞擊、磨擦、交變的機(jī)械應(yīng)力以及運(yùn)轉(zhuǎn)中因動力不平均等原因，使機(jī)械的金屬板、齒輪、軸承等發(fā)生振動，從而輻射機(jī)械噪聲，如機(jī)床、織布機(jī)、球磨機(jī)等產(chǎn)生的噪聲。當(dāng)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(yùn)動時，由于粘滯作用引起了氣體擾動，就產(chǎn)生空氣動力性噪聲，如各類風(fēng)機(jī)進(jìn)排氣噪聲、噴氣式飛機(jī)的轟聲、內(nèi)燃機(jī)排氣、儲氣罐排氣

12、所產(chǎn)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(fā)生的噪聲，如變壓器產(chǎn)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(qiáng)度隨時間變化不顯著，稱為穩(wěn)定噪聲（見圖1.1a），如電機(jī)織布機(jī)的噪聲。噪聲的強(qiáng)度隨時間有規(guī)律地起伏，周期性地時大時小的出現(xiàn)，稱為周期性變化噪聲（見圖1.1b），如蒸汽機(jī)車的噪聲。噪聲隨時間起伏變化無一定的規(guī)律，稱為無規(guī)噪聲（圖1.1c），圖1.1噪聲隨時間變化圖如街道交通噪聲。如果噪聲突然爆發(fā)又很快消失，持續(xù)時間不超過1s，并且兩個連續(xù)爆發(fā)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

13、聲等。城市環(huán)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(yè)噪聲、建筑施工噪聲和社會生活噪聲。由于城市中機(jī)動車輛的日益增多和超聲速飛機(jī)的大量使用，運(yùn)輸工具（如汽車、拖拉機(jī)、火車、飛機(jī)等）產(chǎn)生的噪聲成了城市環(huán)境噪聲的主要污染源之一。工業(yè)噪不僅直接對生產(chǎn)工人帶來危害，而且影響附近居民。工業(yè)噪聲中，紡織廠的噪聲90106dB，機(jī)械工業(yè)在80120dB，大型球磨機(jī)、大型鼓風(fēng)機(jī)在130dB以上。工業(yè)噪聲是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(jī)、攪拌機(jī)、切割機(jī)等施工機(jī)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(chǎn)生令人

14、煩惱的噪聲。在社會生活中，不當(dāng)?shù)厥褂檬找魴C(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)，在很多情況下也會成為一種對鄰居干擾的噪聲源。電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)等家用電器，如設(shè)計制造不合理，或使用不當(dāng)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(huán)境中，雙耳難受、頭痛、不舒服，過一段時間適應(yīng)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(fù)，這叫暫時性聽力損傷（聽閾偏移、聽覺疲勞），聽覺器官未受到器質(zhì)性損害。如果長期在高噪聲環(huán)境下工作，日積月累，內(nèi)耳器官會發(fā)生器質(zhì)性病變，聽覺疲勞不能恢復(fù)，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(guī)定在500、1000

15、、2000Hz三個倍頻程內(nèi)聽閾提高的平均值在25dB以上時，即認(rèn)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(qiáng)度、頻率以及作用時間的長短有關(guān)。強(qiáng)度越大，頻率越高，作用時間越長，噪聲性耳聾發(fā)病率就越高。工人在85dB（A）環(huán)境下工作15年，發(fā)病率為5%。90dB為14%。105dB則達(dá)50%以上。如達(dá)到120dB，即使短時間也會造成永久性聽力損傷。當(dāng)達(dá)到140dB時，聽覺器官會發(fā)生急性創(chuàng)傷，致使鼓膜破裂出血，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(jī)械傳導(dǎo)性耳聾，由外耳道阻塞、耳鼓或聽覺系統(tǒng)損壞或功能降低引起。二是神經(jīng)感覺性耳聾，由耳蝸中聽覺神經(jīng)功能衰

16、退引起，也可由傳導(dǎo)神經(jīng)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(xù)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(jīng)系統(tǒng)，引起頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、全身無力、為神經(jīng)官能癥。2引起消化不良，食欲不振、惡心嘔吐、導(dǎo)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(chǎn)率下降。5內(nèi)分泌功能影響，胎兒正常發(fā)育的影響，及胎兒聽覺器官影響。機(jī)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

17、眠。40dB（A）連續(xù)噪聲就會讓10%的人睡眠受到影響，70dB（A）影響50%。突發(fā)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(jī)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(dá)85dB，當(dāng)噪聲級與談話聲級相接近時，正常交談會受到干擾。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

18、應(yīng)遲鈍，影響工作效率，增高工作差錯率。工作時受噪聲干擾，使人們提高嗓門，增加勞累。1.4.4 特強(qiáng)噪聲能損害儀器設(shè)備和建筑物噪聲引起儀器設(shè)備振動，高噪聲超過135dB時，會使電子儀器發(fā)生故障；超過150dB時，元器件可能損壞。在特強(qiáng)噪聲作用下，會使材料或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞而斷裂聲疲勞現(xiàn)象。1.5 噪聲的評價1.5.1 響度級和響度聲壓和聲強(qiáng)都是客觀物理量，聲壓越高，聲音越強(qiáng)；聲壓越低，聲音越弱，但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(guān)，也和頻率有關(guān)。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(yīng)

19、，又考慮到聲音對人耳聽覺的生理效應(yīng)，把聲音的強(qiáng)度和頻率用一個量統(tǒng)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(qiáng)度（例如40dB）的聲音為基準(zhǔn)，用人耳試聽的辦法與其它頻率（例如100Hz）聲音進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)畫在坐標(biāo)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(shù)值來表示它們的響度級值，單位為方，這里就是4

20、0方。同樣以1000Hz其它聲壓級的聲音為基準(zhǔn)，進(jìn)行不同頻率的響度比較，可以得出其它的等響度曲線。經(jīng)過大量試驗得到的并由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）推薦為標(biāo)準(zhǔn)的等響度曲線圖：圖1.2 等響度曲線圖從圖中可以看出：（1）當(dāng)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(guān)很大，例如同樣40方響度級，對1000Hz聲音來說聲壓級是40dB，對100Hz聲音是50dB，對40Hz聲音是70dB，對20Hz聲音是90dB。（2）當(dāng)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(guān)系不大。（3）人耳對高頻聲音，特別是3000

21、4000Hz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(guān)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 dB1.5.2 聲級聲壓級只反應(yīng)聲音強(qiáng)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個問題，但是用它們來反映人們對聲音的主觀感覺過于復(fù)雜，于是又提出了計權(quán)聲壓級的概念。計權(quán)聲壓級就是用一定頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測量得到的聲壓級，計權(quán)聲壓級簡稱聲級。在聲學(xué)測量儀器中，通常根據(jù)等響度曲線，設(shè)置一定的頻率計權(quán)

22、電網(wǎng)絡(luò)，使接收的聲音按不同程度進(jìn)行頻率濾波，以模擬人耳的響度感覺特性。當(dāng)然我們不可能做無窮多個電網(wǎng)絡(luò)來模擬無窮多根等響度曲線，一般設(shè)置A，B和C三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其中A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40方純音的響度，當(dāng)信號通過時，其低、中頻段（1000Hz以下）有較大的衰減。B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)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(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100方純音的響度，在整個頻率范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。利用具有一定頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)和時間計權(quán)的聲學(xué)測量儀器對聲音進(jìn)行聲壓級測量，所得到的讀數(shù)稱計權(quán)聲壓，簡稱聲級，單位為dB。29第二章 功能概述和總體方案設(shè)計2.1 功能概述1、能測量固定聲源的分貝值

23、，測量范圍達(dá)到4070dB。2、分辨率：0.5dB。3、頻率范圍：3008000Hz 。4、具有顯示噪聲分貝值的功能 。2.1.1 噪聲測量原理外部聲音信號傳播到傳聲器,并通過運(yùn)算放大器將輸入的微弱音頻信號轉(zhuǎn)換為一信號電平(電壓信號) ,此電壓信號則由V /F轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的具有一定頻率的脈沖信號,以便單片機(jī)接收。單片機(jī)根據(jù)輸入的脈沖信號進(jìn)行處理,并經(jīng)量綱轉(zhuǎn)換出所對應(yīng)的DB值,最后在單片機(jī)控制下由LED實時顯示出來。2.2 系統(tǒng)設(shè)計方案2.2.1 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)任務(wù)分析本設(shè)計的任務(wù)是要完成基于單片機(jī)的環(huán)境噪聲監(jiān)測儀的設(shè)計系統(tǒng)，它的主要是設(shè)計以單片機(jī)為核心、采用V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)的便攜式環(huán)境噪聲測量

24、儀，實現(xiàn)環(huán)境噪聲的實時測量和LED數(shù)字顯示，給出噪聲水平的大致指示?；诒敬稳蝿?wù)，該設(shè)計方案由硬件和軟件兩部分組成。噪聲測量儀的硬件電路系統(tǒng)，包括噪聲信號的轉(zhuǎn)換、放大、交直流轉(zhuǎn)換與電壓、頻率轉(zhuǎn)換電路以及單片機(jī)系統(tǒng)的硬件電路、LED顯示電路等。軟件部分主要是用單片機(jī)語言編程，實現(xiàn)對信號的采集、轉(zhuǎn)換及顯示。在遵循軟硬件相結(jié)合的原則下，先進(jìn)行硬件電路的計，再進(jìn)行軟件編程，進(jìn)行模塊化設(shè)計，并對各模塊進(jìn)行調(diào)試，最后進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試和故障的排除。第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計分析3.1 基于單片機(jī)環(huán)境噪音測量基本構(gòu)成及原理按照系統(tǒng)設(shè)計功能的要求，初步確定控制系統(tǒng)包括硬件和軟件系統(tǒng)兩部分。其中硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如

25、圖3.1所示。環(huán)境噪聲經(jīng)高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號。放大電路由運(yùn)放LM386構(gòu)成，精心調(diào)整相關(guān)外圍元件參數(shù)，可使其輸出幅頻特性滿足測量要求的電壓信號。通過V/F轉(zhuǎn)換器后，輸出頻率信號變?yōu)門TL電平送給單片機(jī)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(qū)動LED數(shù)碼管顯示噪聲傳聲器交直流轉(zhuǎn)換V/F轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)LED顯示圖3.1硬件結(jié)構(gòu)框圖傳聲器是將聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器，是噪聲測量系統(tǒng)中的一個主要環(huán)節(jié)。根據(jù)膜片感受聲壓的情況不同，傳聲器可分為三類：壓強(qiáng)式傳聲器，其膜片的一面感受聲壓；差壓式傳聲器，其膜片的兩面均感受聲壓，引起膜片振動的力取決于膜片兩面壓差的

26、大小；壓強(qiáng)和壓差組合式傳聲器。在噪聲測量中常用的壓強(qiáng)式傳聲器。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處理器發(fā)送過來的信號功率放大，使其信號的功率達(dá)到設(shè)計要求。此方案中的V/F轉(zhuǎn)換電路主要是由LM331構(gòu)成的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路。LM331使用了新型溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)和4伏電源電壓下都有較高精度。LM331可得到只有價格高的V/F轉(zhuǎn)換器才有的高水平精度溫度。由LM331構(gòu)成的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路，輸出的頻率信號變成TTL電平送給單片機(jī)的P3.4引腳，作為T0的計數(shù)脈沖。該轉(zhuǎn)換電路線性良好，抗干擾能力強(qiáng)，輸出頻率范圍在10100kHz以上，

27、優(yōu)于普通8位并行A/D轉(zhuǎn)換器，有利于提高系統(tǒng)的測量范圍。89C52單片機(jī)是本設(shè)計的核心部分。LM331直接與單片機(jī)定時/計數(shù)器連接，這種方式簡單。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的，常用的LED顯示器為8段，每一段對應(yīng)一個發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。此設(shè)計中用的是動態(tài)顯示方式。3.2 系統(tǒng)硬件總電路組成實現(xiàn)本設(shè)計要求的具體功能，可以選用89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)， 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示模塊。此系統(tǒng)硬件電路主要由七個部分組成：傳聲器、音頻放大器、交

28、直流轉(zhuǎn)換、V/F轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)采集處理和LED顯示電路。噪聲源系統(tǒng)（揚(yáng)聲器）發(fā)射非單一頻率的寬頻噪聲音頻信號；由傳聲器等構(gòu)成的接收系統(tǒng)接受該噪聲音頻信號并進(jìn)行轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過由單片機(jī)等構(gòu)成的處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)理，最后輸入到計算機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。第四章 軟件設(shè)計4.1 頻率與聲壓級檢測算法由于在電路中已經(jīng)檢出頻率信號，只要經(jīng)CPU換算即可得到頻率的大小，計算公式如下： f=n/t 電路中的基準(zhǔn)電壓v0=5uV相當(dāng)與0dB(已經(jīng)校準(zhǔn))，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行換算與校準(zhǔn)即可得到相應(yīng)的dB數(shù)，計算公式如下： Lp=20lg(v/v0) 4.2 程序流程圖開始定時、計數(shù)初始化開始測量（ff）Sta

29、rt=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(jié)束 圖4.1程序流程圖中斷開始定時器重新賦值（TH0<1）&&(TL0<100)count+Start=1中斷停止count+中斷返回 圖4.2中斷流程圖4.3 設(shè)計程序如下#include<reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned

30、 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;ulong count_f(ulong f);/*函數(shù)名：Init()參數(shù)：無返回值：無功能：初始化定時/計數(shù)器0為計數(shù)模式1，定時/計數(shù)器1為定時器 模式1。定時時間為50ms，開啟定

31、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(shù) T1定時EA=1;/ 開總中斷TH0=0;/TL0=0;TR0=1;/開計數(shù)器T0TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;ET1=1;/ T1中斷允許TR1=1;/開定時器T1/*函數(shù)名：delay(unsigned char t)參數(shù)：短延時時間長度返回值：無功能：實現(xiàn)數(shù)碼管顯示時的短延時。*/void delay(uchar t)/短延時for(;t>0;t-);void main()ulong db=0;Init();while(1)db = count_f(ff);

32、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(shù)名：display(unsigned long cp)參數(shù)：unsigned long cp返回值：無功能：將參數(shù)cp顯示在數(shù)碼管上，并顯示單位"db"。*/void display(ulong cp)static uchar num=0;P2=0xff;switch(num)case 0:

33、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() interrupt 3if(TH0<1) && (TL0<10)TH1=0x4c;/50msTL1=0x00;count+;elsecount+;TR0=0;TR

34、1=0;start=1;/*函數(shù)名：count_f(unsigned long f)參數(shù)：unsigned long f返回值：當(dāng)前環(huán)境的噪音值，單位為"dB".功能：將頻率信號轉(zhuǎn)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)&&(f<=100)ans = 533- f / 3;else if(f>100)&&(f<=500)ans = 503 - 11 *

35、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;4.4 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計方案在單片機(jī)系統(tǒng)的程序的設(shè)計開發(fā)中，單片機(jī)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(yùn)用的是否簡潔直

36、接關(guān)系單片機(jī)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(yùn)行，使單片機(jī)工作效率大大的提高。下面就對本次畢業(yè)設(shè)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(wù)程序的設(shè)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(shè)計，下面就其主要部分分別分析。中斷服務(wù)程序主要實現(xiàn)的功能是：T0中斷子程序是將電壓/頻率轉(zhuǎn)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(dāng)計數(shù)到一定數(shù)目后，計數(shù)器就產(chǎn)生溢出中斷。查表子程序?qū)⑦M(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號與實際要顯示值之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)

37、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(jié)果送顯示器顯示。指示子程序是對顯示結(jié)果范圍的一個指示。4.5 系統(tǒng)內(nèi)部RAM的分配編寫程序之前，必須對系統(tǒng)占用的RAM進(jìn)行合理的分區(qū)和安排，這樣才有條理，不易在軟件上出錯。內(nèi)部RAM分配情況如表4.3所示。單元內(nèi)容40H存放計數(shù)器高8位41H存放計數(shù)器低8位5CH聲壓級單位b5DH聲壓級單位d5EH聲壓級高位數(shù)值5FH聲壓級地位數(shù)值表4.3 系統(tǒng)RAM區(qū)分配表4.6 中斷服務(wù)程序的設(shè)計噪聲監(jiān)測系統(tǒng)在工作過程中其主要的功能是由芯片中的定時器/計數(shù)器來實現(xiàn)的。單片機(jī)的定時器/計數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TH1構(gòu)成，定時器/計數(shù)器T1由特

38、殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器T0/T1的工作模式和工作方式。特殊功能寄存器TCON用于控制TO、T1的啟動和停止數(shù)，同時包含了T0、T1的狀態(tài)。TMOD、TCON這兩個寄存器的內(nèi)容由軟件設(shè)置。單片機(jī)復(fù)位時，兩個寄存器的所有位都被清0。在此系統(tǒng)中，T0作為計數(shù)器，T1作為定時器，中斷服務(wù)程序流程圖如圖4.4所示。 中斷入口關(guān)T0、T1讀計數(shù)器重新初始化T0、T1開T0、T1中斷返回圖4.4 中斷服務(wù)程序流程圖4.6.1 T0中斷子程序的設(shè)計計數(shù)功能是對外來脈沖進(jìn)行計數(shù)。芯片有T0(P3.4)和T1(P3.5)兩個輸入引腳，分別是這兩個計數(shù)器的計數(shù)脈

39、沖輸入端。當(dāng)輸入信號產(chǎn)生由1至0的負(fù)跳變時，計數(shù)器的值增1。每個機(jī)器周期的S5P2期間，對外部輸入引腳進(jìn)行采樣。如在第一個機(jī)器周期中采得的值為1，而在下一個機(jī)器周期中采得的值為0，則在緊跟著的再下一個機(jī)器周期S3P1的期間，計數(shù)器加1。由于去確認(rèn)一次負(fù)跳變要花兩個機(jī)器周期，即24個振蕩周期，因此外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24。由于本設(shè)計采用T0計數(shù)器，當(dāng)定時時間到時產(chǎn)生中斷，故需要編寫中斷子程序。本設(shè)計把T0作為計數(shù)器，采用方式1計數(shù)，當(dāng)定時1秒后，即產(chǎn)生中斷，而計數(shù)器T0的溢出中斷TF0作為外部中斷請求的標(biāo)志，于是，CPU暫時終止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，這時除了

40、硬件會自動把斷點(diǎn)地址（16位程序計數(shù)器PC的值）壓入堆棧之外，還得保護(hù)有關(guān)工作寄存器、累加器、標(biāo)志位等信息，在完成中斷服務(wù)程序后，恢復(fù)有關(guān)的工作寄存器、累加器、標(biāo)志位內(nèi)容，最后執(zhí)行中斷返回指令，從堆棧中自動彈出斷點(diǎn)地址到PC，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序，如圖4.5所示為中斷子程序流程圖。關(guān)中斷現(xiàn)場保護(hù)開中斷中斷處理中斷返回現(xiàn)場恢復(fù)圖4.5 T0中斷服務(wù)程序流程圖4.6.2 T1中斷子程序的設(shè)計所謂定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過這時的計數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，既每個機(jī)器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖。也就是每個機(jī)器周期計數(shù)器加一。由于一個機(jī)器周期等于12個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/1

41、2。如果單片機(jī)采用6MHz晶體，則計數(shù)頻率為0.5MHz。這樣就可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。因此本設(shè)計中T1的初值為，即X=15536=3CB0H，因此TH1=3CH，TL1=B0H。定時功能：用T1做定時1秒，每滿1秒，就讀計數(shù)器的內(nèi)容。具體的T1中斷子程序軟件流程圖見圖4.6。中斷次數(shù)計數(shù)器R0-1=0？中斷服務(wù)子程序T1保護(hù)現(xiàn)場關(guān)定時閘門讀計數(shù)結(jié)果存入RAM開中斷屏蔽開閘門重新置計數(shù)器初值和R0初值結(jié)果送結(jié)果單元并加累加器內(nèi)容恢復(fù)現(xiàn)場返回開閘門開屏蔽YN圖4.6 T1中斷服務(wù)程序4.7 查表子程序聲學(xué)中常用聲壓級LP來反映聲壓的變化，將聲壓P聲壓級表示成(4.1)其中，基準(zhǔn)

42、量p0為20m Pa。當(dāng)p=p0時，Lp=0dB，而當(dāng)p=200 Pa時，LP=140dB。值得指出的是，查表程序?qū)崿F(xiàn)了計數(shù)值向聲壓級的轉(zhuǎn)換。由式（4.1）知聲壓每增加12.2%，聲壓級增加1dB，因此T0計數(shù)值每增加12.2%，聲壓級增加1dB。在E2PROM中定義一張表格，每四個字節(jié)為一組數(shù)據(jù)，其中前兩個字節(jié)為計數(shù)值，后兩個字節(jié)為壓縮BCD碼表示的聲壓級值。調(diào)試時，參照精密聲級計，讀出某聲壓級所對應(yīng)的計數(shù)值，從而確定表格中兩參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)程序固化后，還可通過硬件電路對其進(jìn)行調(diào)整。由于設(shè)計要求聲壓級的測量范圍為4096db,所以給表格設(shè)定了上下限。下面給出定義該表格的偽指令格式。TAB:

43、DB 1BH,0AH,0BH,0BHDB 18H,9DH,09H,06H；表格上限.DB 05H,83H,08H,03HDB 05H,00H,08H,03HDB 04H,0EAH,08H,02HDB 04H,61H,08H,01HDB 04H,00H,08H,01HDB 03H,0E7H,08H,00HDB 00H,0BH,04H,01HDB 00H,0AH,04H,00H；表格下限D(zhuǎn)B 00H,00H,0AH,0AH 查表子程序流程圖如圖4.7所示。 查表子程序入口取表中雙字節(jié)數(shù)xixi>(TH0)(TL0)置表首地址i=i+1數(shù)值顯示返回NY圖4.7 查表子程序流程圖4.8 顯示子程

44、序根據(jù)一般城市內(nèi)噪聲等級、測量方法和標(biāo)準(zhǔn)，顯示只需四位即可滿足要求，顯示格式：× × d b。數(shù)據(jù)處理完后，顯示子程序開始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進(jìn)制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。本設(shè)計的顯緩單元為5CH-5FH，采用兩個四位LED顯示，先把要顯示的數(shù)據(jù)存入顯緩單元，然后取段碼，再把段碼送到指定的位上，用R5進(jìn)行位的選擇，顯示程序流程圖如圖4.8所示。 顯示子程序入口置表掃描次數(shù)允許高位顯示送顯示值延時交換顯示位掃描結(jié)束嗎?返回NY圖4.8 顯示子程序流程圖4.9 指示范圍子程序本噪聲監(jiān)測系統(tǒng)采用三個不同顏色的發(fā)光二極管（分別為黃、紅、綠色），指示

45、所測噪聲處于不同的聲壓級范圍。此指示程序的作用是：當(dāng)聲壓級為40-59db時，黃色燈點(diǎn)亮；當(dāng)聲壓級為60-79db時，紅色燈點(diǎn)亮；當(dāng)聲壓級為80-96db時，綠色燈點(diǎn)亮。具體的流程圖如圖4.9所示高位數(shù)據(jù)送累加器P1.0口置0，黃色燈亮開始返回A累加器的內(nèi)容等于4或5？A累加器的內(nèi)容等于6或7？A累加器的內(nèi)容等于8或9？P1.1口置0，紅色燈亮P1.2口置0，綠色燈亮圖4.9 指示子程序流程圖第五章 調(diào)試正確的調(diào)試系統(tǒng)才能使各模塊電路正常工作，實現(xiàn)高精度，高穩(wěn)定的顯示。5.1 調(diào)試設(shè)備示波器1臺用于檢測實際頻率數(shù)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(jī)開發(fā)板1塊電

46、源2個5v 9v圖6-1調(diào)試設(shè)備框圖5.2 調(diào)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(shù)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(fā)出聲音，則兩引腳連接正常；如果萬用表不響，則表示兩點(diǎn)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(jī)開發(fā)板上的89C52芯片內(nèi)。4. 連接好各硬件電路，觀察各端口是否定義正確，數(shù)碼管是否顯示正常。把程序下載到單片機(jī)內(nèi)，觀察是否正確運(yùn)行工作，以及測量的結(jié)果和實際是否

47、相符合5.3 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題1、在調(diào)試LM358雙電源供電運(yùn)算放大的過程中，無論怎么去調(diào)反饋電路，都無法實現(xiàn)波形輸出，后來無意中把電源輸出線接到示波器中出現(xiàn)規(guī)律的波形，后來在網(wǎng)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(dǎo)致LM358無法輸出所需的波形。2、在調(diào)試LM331的過程中輸出無法達(dá)到所需的脈沖波，在調(diào)試時我在輸入加入一個穩(wěn)定的直流電壓，理論來說我的輸出時一個穩(wěn)定的脈沖波形，但實際上輸出的是一個正弦波，這樣的話我就不能在后續(xù)電路中無法實現(xiàn)計數(shù)，所以我在后面加入一個比較器。結(jié) 論系統(tǒng)統(tǒng)采用89C52系列單片機(jī)為中心器件來設(shè)計噪音測量儀系統(tǒng)，實現(xiàn)了能實時監(jiān)控測量噪音的功能，系統(tǒng)設(shè)計簡便、實用性強(qiáng)、操作簡單。系統(tǒng)不足之處就是存在一些數(shù)據(jù)差異，可能是噪聲的采樣電路的線性有些不良，引起數(shù)據(jù)出現(xiàn)一些差異等。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)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(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。由于使用的是單片機(jī)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(qiáng)大，而且可以隨時的更新系統(tǒng)，進(jìn)行不同狀態(tài)的組合。但是在我們設(shè)計和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了