（毕业设计）传声器灵敏度测量.doc

青岛科技大学本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题产生背景传声器俗称话筒，通常也叫麦克风（Microphon），是一种将声信号转变为电信号的换能器。传声器是一种广泛被应用于广播，录音，扩声系统等领域的电声换能器件，因此，了解一些有关传声器知识对我们尤其重要。我国的专业传声器行业目前还没有拿的出来真正意义上的自主品牌，发展缓慢，大多数企业还是在走投市场所好的模糊战略。在传声器发展的过程中，涌现出了一些优秀的专业扬声器厂家，比如美国的EV公司，美国的Meyer Sound，芬兰GENELEC的监听扬声器，日本雅马的监听扬声器。我们应该努力缩短与国外的差距，努力提高自身技术。传声器的灵敏度是传声器电声性能的主要参数。本文就传声器灵敏度测量进行了一些研究。 1.2有关传声器的基础知识传声器的功能是把声音转化成电信号。它是广播电视系统中的“门户”之一，因此它的质量关系到整个广播电视系统中声音的传播质量。同时，它也是广播电视新闻工作者最常用的工具。它的作用就像文字工作者手中的笔一样重要，因此，一定要掌握好它的使用方法。1.2.1传声器概述传声器是一种声电转换器材，有时也被称为“麦克风”、“话筒”、“微音器”等。它所完成的工作称为“拾音”。它和“录音”、“调音”、“放音”一起，构成广播系统中四个主要工作类型。它的使用范围很广，大规模的音乐会拾音到记者的个人采访；从广播系统到电视系统，都离不开传声器。和扬声器一样，它也是一个信号载体的转换环节，因此它的质量水平也是广播系统中的瓶颈。为了工作的需要，满足不同的拾音条件，传声器的种类很多，具体应具场合和要求进行合理选择。 要求工作可靠的，因选用动圈式传声器。有的传声器抗震动能力特别差，如带式传声器。 要求音质清脆的，应选用电容式传声器，其高频性能好，适应录制音乐类节目，但对语音频段反应不佳，这类场合不选用。 有些传声器要求特殊电源供应（48V直流），有些传声器则接上电缆线就可使用； 有的传声器抗噪声环境能力强（强制向），有的传声器体积小（卡片式、领夹式、纽扣式）、有的传声器可以无线传输声音等。 传声器还有指向性、灵敏度、最大可承受声压等不同的技术指标，这要求使用者掌握原理，并进一步去认识每一种传声器的特点和使用范围，以便在具体工作时选用。1.2.2传声器分类与工作原理传声器有各种不同的分类方法，常见的有按换能原理分类、按指向性分类 、按振动系统与输出电压的关系分类等。一.按换能原理分类如果按换能原理来分传声器可分为电动式、静电式、电磁式、压电式、碳粒式等。但使用最为广泛的是 电动式和静电式两种 ,。其他如电磁式、压电式、碳粒式等都只是在某些专用产品中使用例如碳粒式传声器原先主要在电话机中充当送话器。1. 电动式传声器如果把一导体置于磁场中, 在声波的推动下使其振动这时在导体两端便会产生感应电动势，利用这一原理制造的传声器称为电动式传声器。如果导体是一线圈, 则称为动圈式传声器。如果导体为一金属带箔则称为带式传声器。动圈式传声器是一种使用最为广泛的传声器。一般都有如图1-1所示的结构, 图1-2是一种动圈式传声器的外观。从图1-1所示的结构图中可以看到在磁空隙中按放的线圈是用铜线也有用铝线 绕制成的, 在磁空隙中安放的线圈使用铜线绕制（也有用铝线）的。振膜材料绝大多数采用各种高分子材料 ，早期也用铝制，如聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯等。动圈式传声器的频率响度、灵敏度、指向性等性能指标与振动系统的质量、磁间隙的磁通密度和系统的结构、阻尼情况有关。一般情况下传声器的低频响应与振动系统的谐振频率有关。谐振频率越低，低频响应越好。当然过低的谐振频率必然使材料的厚度不足10微米, 在高频时产生谷点.。为避免上述情况的产生，有时传声器在振膜圆顶部分和折环连接处再覆合一层材料以增加圆顶部分的刚性，避免产生高频谷点。如美国SHURE SM-58和飞乐III-12型传声器都采用这种工艺。传声器的灵敏度与磁路气隙的磁通密度有关。磁通密度越高，灵敏度也越高。前几年传声器的磁体都采用铝镍钻材料。目前绝大多数磁体都采用铰铁硼稀土材料。由于钱铁硼磁体的磁能积大大高于铝镍钻磁体 , 因而磁体的几何尺寸大大减少。另外因磁体材料性能的关系磁间隙的宽度也比原来增加降低了制造时的操作难度。图1-1 结构图Figure 1-1 The chart图1-2 外观Figure 1-2 The Exterior早期的动圈式传声器大多为压强式传声器 ,其指向性极坐标图案为图一“O”形，所以也称无方向传声器或全向传声器。目前绝大多数动圈传声器都利用振膜后面的相移网络, 即所谓“第二声通道” 来获得心形指向特性和超心形指向特性如图1- 3所示。图1-3 心形指向特性和超心形指向特性Figure 1-3 The Properties of the Heart-shaped point and super-cardioid piont带式传声器是电动式传声器的另一种形式。它用很薄的铝箔制成一条带状代替振膜和音圈，故称为带式传声器。带子的厚度仅为12微米，宽度约为2毫米，长度在2030毫米之间。由于带子很薄很轻，振动系统的谐振频率很低，因此低频响应非常好，音色也十分柔和。由于带子很薄使用时要非常小心。过去带式传声器只在电影录音和播音室使用。目前 因各种原因,已经很少使用。带式传声器的铝带两边完全暴露在声场中,如图1-4所示。所以带式传声器是典型的压差式传声器也称双向传声器或“ 二 ” 字形指向性传声器。后来也有用带子的一半设计成封闭形式，使之成为压强式 而另一半仍为压差式 最后组合成具有单一指向性的传声器。 图1-4 带式传声器Figure1-4 Band Microphone2.静电式传声器静电式穿传声器有电容式和驻极体电容式两种，它们的工作原理基本相同, 都是通过负载电阻将振膜与金属背极间的电容量变化转换成电压变化来获得信号的。（1）电容式传声器电容式传声器最基本的结构如图1-5所示。 图1-5 电容式传声器Figure 1-5 Condenser Microphone从图中可见当在传声器振膜与背极之间加上直流电压后就构成了一个 电容器，传声器便可进行工作了。当声压作用于振膜时，它与金属背极间的距离，也即电容量就会发生变化。由于电容量发生变化，回路中就会出现充放电电流, 于是在输出端的负载电阻上就会产生变化的输出电压。由于电容传声器具有频率范围宽，灵敏度高和指向性好等特点, 因此在要求高质量拾音的场合都使用电容式传声器。广播录音用的电容传声器其振膜材料绝大多数都用聚醋薄膜，并在其表面蒸镀一层纯金。目前绝大多数高质量的电容式传声器都采用双振膜形式，利用振膜两边所加极化电压的不同, 可获得从“O”形直到超心形等多种形式的指向性。可根据使用要求任意改变指向性，非常方便。（2）驻极体电容传声器驻极体传声器的特点是采用带电荷的高分子材料，如聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醋等薄膜来制作振膜。用特殊的工艺, 使之永久带电, 这就相当于电容传声器的直流偏压，就使传声器的结构大大简化，有利于制成小型化的电容式传声器。图 6就是驻极体电容式传声器的一种结构。驻极体电容式传声器有两种结构形式即振膜式和背极式。振膜式驻极体传声器的振膜材料绝大多数采用聚偏氟乙烯薄膜，表面蒸镀钛或铝或其他金属，用特殊工艺使之永久带电, 与金属极板构成驻极体电容式传声器。背极式驻极体传声器是在金属极板表面涂驻极体材料并使之永久带电, 振膜采用声学性能比较理想的聚酯薄膜。由于背极式驻极体制造工艺比较复杂, 因此目前驻极体电容式传声器绝大多数都采用振膜式结构。驻极体传声器原理与电容式传声器基本一样，在性能上也有频率范围宽、灵敏度高等特点，而结构却比电容式简单, 且容易做到小型化, 所以在收录机、声控设备、会场扩音等许多方面得到广泛应用。驻极体电容式传声器的指向性也有无方向性和单指向性两种。无方向性传声器振膜后面的腔体是封闭式的, 而单指向性传声器振膜后面的腔体通过声孔与外界相通, 构成一个相移网络,如图1-6所示。 图1-6 驻极体电容式传声器Figure 1-6 Electret condenser microphone3.其他换能形式的传声器除了电动式和静电式两种主要换能形式 的传声器外，其他尚有电磁式传声器、压电传声器和碳粒传声器等。这些传声器各有特点 ，如电磁式传声器灵敏度高、可靠性好、体积小。压电传声器轻巧、防潮性能好，可在高潮湿条件下长期使用。碳粒传声器灵敏度高等等。由于上述传声器使用有限、专业性强，不是本文介绍的重点，不作详细介绍。二按指向性分类(1)全向传声器 如果一个传声器的振膜只对振膜正面声压变化起作用，而振膜后面的腔体是封闭的, 则该传声器称为压强式传声器。如果该传声器振膜的几何尺寸远小于声波波长，则该传声器的极坐标图形为“O”形，这种传声器称为无指向性传声器或全指向性传声器。实际上，在高频时, 传声器振膜的几何尺寸与声波波早期的波长是可以比拟的，所以在高频时, 这种传声器的指向性图案就不是规则的圆形了。早期的动圈式传声器和现在大多数驻极体电容式传声器都是全指向性传声器。(2)双指向性传声器如果传声器振膜两边都与外界声场直接相通，则其产生的输出信号电压与振膜前后的声压差成正比。这样的传声器称为压差式传声器。它的极坐标图形为一“”形，所以也称为双指向性传声器或“”字形指向性传声器。带式传声器即为典型的双指向性传声器。(3)单指向性传声器从原理上来说，一个灵敏度完全相同的无指向性传声器和一个双指向性传声器用电路组合在一起便可构成一个单指向性传声器。早期的单指向传声器就是采用上述原理制造的。采用这种方法生产的传声器结构非常复杂，传声器的体积也较大。特别是两个传声器之间的距离使传声器的指向性在高频时变成 了不规则的形状。目前动圈式传声器都是利用振膜后面第二声通道组成的相移网络来获得单指向性。而双振膜 电容式传声器则是利用双振膜中一面加电压而另一面不加电压的办法来获得心形指向性，驻极体电容式传声器也和动圈式传声器一样利用振膜后面的相移网络来获得单指向性。本文前面提到的带式传声器就是利用单指向性传声器的原理获得单指向性的典型。(4)超指向性传声器早期的超指向性传声器是利用多个无指向性传声器或单指向性传声器用电路网络合成的办法来获得超指向性的。其外形象乐器中的排箫,结构非常复杂，体积也很大。目前超指向性传声器都采用用声波干涉原理来获得超指向牲。一般的超指向性传声器都有一根很长的声管长（约0.5m 左右 ），在声管上间隔一定的距离打一个进声孔，有的还根据高低频率作用的不同, 打不同大小和不同距离的进声孔。在离振膜远的地方打的孔大, 作为低频声波的进声孔，在离振膜近的地方打的孔小，作为高频声波的进声孔。目前绝大多数的超指向性传声器在低频段（约200Hz 以下） 并未实现超指向性，只是利用振膜后面的相移网络来获得单指向性。如果在低频段也要实现超指向性，则它的声管长度就远不止0.5m，使用就不方便了。此外，按声学工作原理方式分类为压强式传声器、电压式传声器、压差式传声器、组合式传声器、线列式传声器和抛物线式传声器。 按输出阻抗分为低阻抗传声器和高阻抗传声器。 按用途分类为会议传声器、 演唱传声器和录音传声器、测量传声器。1.2.3传声器的技术特性1.、传声器的灵敏度灵敏度表示传声器的声一电转换效率, 当传声器的振膜受到声压的作用时, 在负载上所产生的电动势或电压的数值称为传声器的灵敏度。视负载情况不同, 分为开路（空载）灵敏度和带载灵敏度。(1)开路灵敏度在传声器的产品说明书上所标称的灵敏度, 若无特别说明即为开路灵敏度。开路灵敏度是指声频为1000Hz的声场中，在1bar恒定声压下，与声源正向 0度时所测量到的开路空载电压。大致相当于人按正常音量讲话时, 在正向距离1米处所测得的声压。我国采用国际标准，以微巴或帕为声压单位, 用毫伏作为电压单位 ，（1bar =0.1帕）则传声器开路灵敏度的单位可表示为mv /bar或mv /Pa。动圈式传声器的开路灵敏度为（M）=-0.150.4mv/bar即M=1.54 mv / Pa。电容式传声器由于内置放大器,其灵敏度要高10倍左右。(2)有载灵敏度有载灵敏度也称带载灵敏度, 是指在单位声压作用下，传声器的输出端额定负载上的输入功率。单位是毫瓦/微巴或毫瓦/帕。(3)灵敏度的分贝表示法传声器在某些使用场合用分贝值来表示, 它是指传声器的开路灵敏度（M）与参考灵敏度（Mr）之比的对数值。传声器的灵敏度（E）=20lgM/Mr（dB）。通常以1伏/bar或1伏/帕作为传声器开路输出的参考电平，定位0dB.即参考灵敏度Mr=1v/bar或1v/ Pa，相当于0dB。通常动圈式传声器的灵敏度为-56dB 左右, 电容传声器的灵敏度可达-40dB左右。分贝值使用负值，分贝值数值越小, 灵敏度越高。专业用传声器需有较高的灵敏度。灵敏度越高, 传声器拾音能力越强，不但能无遗漏地拾取声音中的各微弱谐波分量信号, 使输出信号的音质真实自然, 而且灵敏度高的传声器向调音台或录音机输送的信号质量也越好，声音清晰度越高。用于卡拉演唱的动圈式传声器, 在与声源的距离很近处使用, 灵敏度在-60dB己完全能满足要求。2.传声器的频率响应 传声器的频率响应指传声器灵敏度依从频率的关系,简称频响。灵敏度与频率之间的关系曲线叫频响曲线,在给定的频率范围内,频响的不均匀度以dB来度量。人耳的特性决定，只有当声频大约在20Hz20KHz范围内的声波, 才能引起人耳的鼓膜振动而听到声音。所以将声频大约为20Hz范围内的声波叫做可听声，低于20Hz的声波叫做次声波 高于20KHz 的声波叫做超声波。一般要求传声器在30Hz16KHz频率范围内的不均匀度越小越好，作为高保真传声器频响的最低性能要求为50Hz12.5KHz。而卡拉ok演唱用传声器频响在80Hz13Hz。扩声用传声器频响在70Hz15KHz就足已满足要求了。频响特性是评价传声器音质的最重要的标准,如果频响曲线从低端到高端都很平坦，则说明它能真实地再现原声。而事实上即使是最高级的传声器也存在高频提升低频下降的情况。因此，在一定频带宽度内频响的不均匀度越小,其有效频率范围就越宽。为获得良好的音质, 要求传声器的频响应具有宽而平直的特性。3.传声器的指向性传声器的指向性是传声器的灵敏度随声波入射方向变化的特性, 又称为方向性。不同的声波入射角所得入射角频率曲线, 就是传声器的指向频响。通常以传声器与声源同声轴0度（正向）、90度（侧向）和180度（背向）这三种角度来测定其频响, 从中确定其频率特性, 正背相差越大，指向性就越强。许多专业传声器可具备几种方向性，由转换开关控制。4.传声器的输出阻抗传声器的输出阻抗指传声器的交流内阻，又称源阻抗。通常的测定方法是在声频为1000Hz，声压为1Pa的声场中，调节接在传声器输出端的可变电阻的阻值, 使传声器的输出电压值为不接可变电阻时开路输出电压值的1/2。此时电阻的阻值即为传声器的输出阻抗。常用传声器的输出阻抗有低阻抗（200欧姆、600欧姆），高阻抗（10千欧姆、20千欧姆）以及1.5千欧姆几种规格。有的传声器设有阻抗变换装置。5.传声器的等效噪声级传声器的等效噪声级也称固有噪声。在理想情况下，当传声器的输出电压也应等于零。事实 此时由于传声器的内部或外部导线中分子的热运动, 周围空气气流的微弱变化, 使传声器在无声压作用于振膜时仍有一定的电压输出, 这个电压称为传声器的固有噪声或固有噪声电压。通常用等效噪声声压级来衡量传声器固有噪声的大小。等效噪声声压级指传声器输出的固有噪声电压值与传声器受外界声压作用时所产生的电压相等时, 该外界声波的声压级它决定了所能拾取声音的最低声级。传声器的等效噪声级与灵敏度有关, 在固有噪声相同时, 传声器灵敏度越高, 等效噪声级越小 ，通常高保真传声器的等效噪声级26dB。6.传声器的最大声压级传声器的最大声压级指传声器不产生非线性失真的前提下，传声器能承受的最大声压。通常专业传声器输出产生非线性谐波失真达到 0.5%1% 时的声压级作为最大声压，它是衡量传声器性能优劣的一项重要指标。7.传声器的动态范围传声器所能拾取声音的大小, 上限受到线性失真最大声压级限制, 下限受到等效噪声级限制,因此,传声器的动态范围是最大声压级与等效噪声级之间所限制的声压变化范围。显然, 最大声压级越高，等效噪声级越低, 等效噪声级越低, 传声器的动态范围越大，越能适应拾取音量变化范围大的声音的需要。专业性高级传声器的动态范围一般在110dB 左右。2 传声器灵敏度测量系统的理论分析2.1测量条件为保证传声器电声参数在不同地点进行测量及在不同场所使用所得到的结果和效果一致，如实反映传声器的客观质量，为使用者提供准确可靠的电声技术参数，为传声器的技术改进提供确实可靠的依据。所以对传声器技术参数的测量所需要的环境条件必须作出统一的规定和要求。1.空间的要求测量传声器电声技术参数时，有许多项目是在平面波自由声场条条件下进行的，如灵敏度、频率响应、指向特性等。传声器实际测量的声场与平面波自由声场有一定的差别，实际声场波阵面是球面。所以，如果传声器的测试点离声源比较远，在远声场情况下波阵面是一个大球面，传声器受声面上各点的声压变化很小，就可近似看成是平面波。因此，满足远场条件的声场，可近似看作为平面波自由场。传声器电声技术参数的测量一般选在特定厅(消声室)内进行，测试点的空间(消声室的空间)应满足P 1/ r，其误差不超过10。 P(Pa)为点声源所辐射的声压； r(m)为声源到传声器测试点的距离。2.声场的要求传声器测试点的声场应满足rd2 /；r d。d(m) 为声源的有效直径；(m) 为声源的波长；r(m)为声源到传声器测试点的距离。3. 声源的要求测试传声器用的声源，应选用直接辐射式电动式扬声器作为声源，应达到以下要求。(1) 声源的有效直径d 应满足r d2/；r d。(2) 声源的频率范围应大于被测传声器的频率范围，其恒定声压应保持在1dB 内。(3) 声源的灵敏度应保证经声压缩后，在距离1 m处的恒定声压达到0.2 Pa(80 dB SPL) 或更大。(4) 声源的非线性失真，经声压缩后，传声器测试点的声场在被测传声器的频率范围内变化应不大于5 %。4. 测试点的选择(1) 对一般的动圈式或电容式传声器，传声器的测试点(声入口处或传声器的受声面)应选在振膜表面的中心点。(2) 对特殊用途或结构的传声器，应取管口的几何中心为测试点。5.传声器的参考轴通过传声器测试点并垂直于受声面的直线即为传声器的参考轴。如果结构复杂无法确定时，可取最大响应的方向为传声器的参考轴。6.声源与传声器测试点的距离声源与传声器测试点的距离是从声源的参考点到传声器的测试点为止，应满足远声场条件。如口径为165 mm 的扬声器作声源，传声器与声源的距离为1 m、上限频率为 20 kHz 时，仍能满足远声场条件。2.2测量方法传声器的灵敏度用于衡量传声器把声信号转化为电信号的能力。传声器在自由声场中，在规定的频率(1000 Hz)或频段内，向传声器施加一个声压(声波入射方向与传声器参考轴平行 ) 为1bar 的平面波声频信号时，传声器的开路输出电压即为传声器自由场灵敏度。（1）比较法在自由声场中，将被测传声器和测量传声器同时放在声源前方距声源参考轴的两个对称的邻近点上，正对声源，参考轴与声源的参考轴平行。因邻近的两个传声器在声场中所产生的声波的散射作用，会对另一支传声器所在的位置的声压产生影响，应适当调整两传声器的对称距离，使互相影响小于1 dB。一般选择两者间距在10 cm 左右，太近影响大，太远则声源在其同一平面上所产生的声压不均匀度会增大，使两传声器所在位置的声压误差变大。声源与两传声器的距离一般取1 m，对特殊需要可取大于1m。测量时，按校准过的已知的测量传声器的灵敏度，把1 000 Hz，0.2 Pa 的声压作用于测量传声器的受声面上，并保持恒定声场 ( 对于灵敏度较低的被测传声器或信噪比较低的环境，声压可加到0.4 Pa)不变。这时读取被测传声器的开路输出电压U，除以恒定声场值 (Pa)，即为被测传声器的自由场灵敏度M。M= U/0.2 Pa (V/Pa)。若以相对1 V时的dB值来表示其灵敏度，则(E）=20lgM/Mr（dB），式中Mr为参考灵敏度，取1 V/Pa，M为被测传声器的灵敏度 (V/Pa)。其中测量用的交流电压表的输入阻抗至少应大于被测传声器阻抗的30倍。(2) 替代法为消除比较法中由于两近邻传声器因声波散射带来的相互影响，可用替代法来进行测量。替代法也可对比较法的测量结果进行验证。先把经校准的已知灵敏度的测量传声器放在测试点上，进行测量并校准测量条件 (1 000 Hz，0.2 Pa)，然后把被测传声器放在测试点上，测出其开路输出电压，根据比较法中的公式就可计算出被测传声器的自由场灵敏度。3 使用芯片简介3.1 PIC16F877微处理器的核心特点使用高性能的RISC CPU核心；除了部分程序分支的指令需要2个指令周期外，所有的指令执行时间都只需要1个指令周期而已；操作时钟速度范围：DC到20MHz的时钟输入，相当于DC到最短200ns的指令周期；支持中断处理（14个中断源）；8层的硬件堆栈结构；有直接、间接、及相对寻址三种模式；具有上电复位功能POR；内置上电延时定时器PWRT与振荡器起振定时器OST；提供可编程代码保护功能；具有省电功能的休眠模式；多种振荡时钟形式的选择；采用低功率、高速的CMOS Flash/EEPROM技术；操作电源范围弹性大，由2.0v到5.5v；引脚可吸入或提供电流高达25mA；低功率消耗，在5v/4MHz下，低于2mA；在3v/32kHz下，约为20uA；在一般待命状态下，电流小于1uA。3.2 PIC16F877外围特点Timer0：为8位的定时器/计时器，其中包含了8位的预定标器，实际上就是一个预分频器；Timer1：为16位的定时器/计数器，也包含了预分频器，在休眠模式下也可使用外部的时钟来递增计数；Timer2：为8位的定时器/计数器，包括了8位的周期寄存器、预分频器与后分频器；2个集捕捉、比较、脉宽调制3项功能于一身的CCP模块；捕捉功能为16位，最大分辨率为12.5ns,比较功能也是16位，最大分辨率为200ns,PWM的最大分辨率为10位；10位多通道的模拟/数字转换器；提供了同步串行口，包括了SPI主控模式，与I2C功能的主控和从动模式；通用同步异步接收发送系统，包含9位地址的侦测；电源电压低侦测、电路掉电复位的功能。3.3 PIC16F877引脚图3-1 PIC16F877单片机引脚Figure 3-1 Pin Diagrams3.4 PIC16F877的A/D转换功能PIC16F877单片机的ADC模块内部如图2-4所示。其40脚封装芯片于28脚封装芯片的区别主要在于模拟口的数量不同，28脚封装芯片没有AN7-AN5模拟量输入通道以及相应的操作，其他各个部分的功能和组成关系一样。PIC单片机内部嵌入的ADC转换模块具有10位数字量精度，共有8个模拟量输入通道。与ADC模块相关的寄存器共有11个：ADC控制寄存器ADCON0：模拟输入信道和转换时钟频率的选择，A/D转换器的启停控制方式；ADC控制寄存器 ADCON1：控制相关引脚功能的选择，参考电压输入方式，或者通用数字RA和REI/O引脚设置；ADC结果高、低位寄存器ADRESH/ADRESL：组合形成10位转换数字量结果；中断控制寄存器INTCON：管理外围各类中断使能状况；图3-2 A/D转换器结构图Figure 3-2 Block Diagram第一外围中断使能寄存器PIEI：涉及A/D转换中断使能位；第一外围中断标志寄存器PIRI：涉及A/D转换中断标志位；方向寄存器TRISA、TRISE：定义8个模拟量输入的方向；数据寄存器PORTA、PORTE：8个模拟量输入通道。A/D 转换的主要步骤：（1）设置A/D 转换功能部件：对模拟引脚基准电压数字I/O（ADCONI）进行设置；选择A/D 输入通道（ADCONO ）; 选择A/D 转换时钟（ADCON0 的D7 和D6） ; 打开A/D 转换部件（ADCONO 的DO）。（2）如果需要A/D 中断功能，设置A/D 中断；对A/D 转换完成中断标志位ADIF 清零（ADIF = 0）；对A/D转换中断允许位ADIE 置l（ADIE = l）；对全局中断允许位GIE 置1 ；（3）等待A / D 采样完成所需要的时间TAD 。（4）对GO / DONE 置1，启动A/D 转换。（5）等待A/D 转换完成，可以通过以下两种方法中的一种来判断：软件查询GO / DONE的状态是否为0；等待产生A /D转换完成中断。（6）读A / D 结果寄存器ADRES ，如果需要，对A/D 转换完成中断标志ADIF 正清零。（7）如果需要进行下一次A /D 转换，根据要求转步骤（1）或（2）。但从一次转换开始至少需要等待2TAD 的时间。当根据需要选用A / D 转换部件后，应先把模拟输入通道相应的F0方向控制位TRIS 置1，设置成输入状态才能工作。在A/D 转换开始之前，先要对被选中的A/D 通道进行采样，然后再进行A / D 转换。当A/D 转换完成后，其结果送入ADRES 寄存器中，同时硬件自动把GO/DONE（ADCONO的D2）清为零，并将A/D转换完成中断标志位ADIF( PIRI 的D6位）置l ，发出中断请求。4 传声器灵敏度测量的硬件系统设计 4.1函数发生电路设计如图8为函数发生电路设计，用文氏桥振荡电路分别产生5KHZ、1KHZ、70HZ的正弦波，继电器触点用来选择是否送出信号，各种信号混合之后，在进行功率放大，驱动喇叭发声。其中选用UA741作为高增益运算放大器，用于军事、工业和商业应用。以下是它的管脚， 图4-1 UA741的管脚Figure 4-1 The Pin of UA741 1和5为偏置(调零端)，2为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源 ，8空脚。它的特点为：(1)短路保护。(2)低失调电压调零能力。(3)大共模和差分电压范围。(4)无频率补偿要求。(5)低功耗。(6)闭锁自由运作。功率放大部分采用立体声音频放大器TEA2025B，它具有如下特点：(1)偶或桥式连接方式。(2)很少的外部元件。(3)电源电压可以降至三伏。(4)高通道分离。(5)非常低的开关噪声。(6)软限幅。(7)3V VCC 15V。 图4-2 函数发生电路Figue 4-2 Function Generator Circuit 为克服RC移相振荡器的缺点，常采用RC串并联电路作为选频反馈网络的正弦振荡电路，也称为文氏电桥振荡电路。图4-3为文氏桥振荡电路，其正 、负反馈网络可等效成图4-4 所示的文氏电桥。当电路稳定振荡时，理想运放必工作在线性区，则“虚断”和“虚短”成立 即有 U- =U ，这时文氏电桥必平衡,根据电桥平衡条件有: (4-1) 整理得， (4-2)由上式得， R A R C R C 图4-3 文氏桥振荡电路Figure 4-3Wien Bridge Oscillator 图4-4 等效的文氏电桥Figure 4-4 Equivalent of The Wien Bridge此频率即为振荡频率，在本次设计电路中，继电器触点K133和K134控制的是5KHZ信号输出，R=31.6K,C=1000PF.根据f0=1/2RC得到振荡频率为5KHZ.继电器触点K113和K114控制的是1KHZ信号输出,R=79.6KHZ,C=2000PF.根据f0=1/2RC得振荡频率为1KHZ.继电器触点K123和K124控制的是70HZ信号输出，R=227.1K,C=10000PF.根据f0=1/2RC得振荡频率为70HZ. 文氏电桥振荡器的优点是：不仅振荡较稳定，波形良好，而且振荡频率在较宽的范围内能方便地连续调节。功率放大部分采用TEA2025B，频率不变，把功率放大驱动喇叭发声。4.2滤波电路设计 图4-2为四运放滤波电路。声音通过麦克后通过表笔把信号引出来过滤。由于外界环境中各种干扰信号的存在会影响传声器灵敏度的测量，因此需要把干扰波滤掉。在电子技术中流过装置的电流常常既有交流成分，又有直流成分。如果只需要把交流成分输送到下一级装置，只要在两级电路之间接入一个电容器（称为隔直电容器）就可以了。如图2所示，电流通过电容器，只能是交流部分通过电容器到达后一级装置，直流电隔在前一级装置。因此在前端设置了隔直电容，滤掉由于传声器直流电压产生的直流信号。 图4-5 滤波电路 Figure 4-5 Filter Circuit 4.3衰减放大电路设计图4-3为衰减放大电路。经过滤波电路的信号可能还有一些未滤完全的小杂波，经过衰减电路后完全滤掉杂波，再放大得到的所需要的波。图4-6衰减放大电路Figure 4-6 Attenuation Amplifier Circuit 4.4数据采集电路图4-4是数据采集电路。经过衰减放大的信号经过单片机A/D转换成数字信号，然后显示。 图4-7数据采集电路Figure 4-7 Data Acquisition Circuit4.5显示电路设计如图4-5为显示电路设计。一共有12个数码管，三个显示5KHZ的灵敏度，三个显示1KHZ的灵敏度，三个显示70HZ的灵敏度，还有三个显示流过麦克的电流。 图4-8显示电路Figure 4-8 Display Circuit其中MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。MAX7221与SPI、 QSPI以及 MICROWIRE相兼容，同时它有限制回转电流的段驱动来减少EMI（电磁干扰）。一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。 每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219/MAX7221同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。 整个设备包含一个150A的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。下面对其作简单介绍。 （1）应用 ：条线图显示 仪表面板 工业控制 LED矩阵显示（2）管脚配置：图4-9 MAX7219的管脚 Figure 4-9 The Pin of MAX7219（3）功能特点 0MHz 连续串行口 独立的 LED 段控制 数字的译码与非译码选择 150A的低功耗关闭模式 亮度的数字和模拟控制 高电压中断显示 共阴极 LED 显示驱动 限制回转电流的段驱动来减少EMI（MAX7221） SPI, QSPI, MICROWIRE串行接口（MAX7221） 24脚的DIP和 SO封装（5）典型应用电路图4-10 MAX7219的典型应用电路 Figure 4-10 Typical Application Circuit of MAX7219（6） 管脚描述 表1 MAX7219的管脚描述Table 1 The Pin Ddescription of MAX7219管脚名称 功能1DIN串行数据输入端口。在时钟上升沿时数据被载入内部的16位寄存器。 2，3，5-8，10，11DIG0-DIG7八个数据驱动线路置显示器共阴极为低电平，关闭时7219此管脚输出高电平。4，9GND地线（4脚和9脚必须同时接地）12LOAD载入数据。连续数据的后16位在LOAD端的上升沿时被锁定。13CLK时钟序列输入端，最大速率为10HZ,在时钟的上升沿，数据移入内部移位寄存器。下降沿时，数据从DOUT端输出。14SEG A-SEG G,DP七段和小数点驱动，为显示器提供电流，当一个段驱动关闭时，此端低电平18SET通过一个电阻连接到VDD来提供段电流。19V+正极电压输入，+5V.24DOUT串行数据输出端口，从DIN输入的数据在16.5个时钟周期后在此端有效。当使用多个MAX7219时用此端方便扩展。4.6选择性控制电路 图4-3为选择性控制电路。不同型号的的传声器需要的电源和负载不同。LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1），Vo取决于R2与R1的比值，通过调节电位器来控制此比值，进而控制稳压电源的输出电压。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。其次是317稳压块都有一