市区噪声DB显示器设计

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机及接口技术单片机及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：市区噪声市区噪声dB显示器的设计显示器的设计院（系）：院（系）： 电子与信息工程学院电子与信息工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： 教师职称：教师职称： 起止时间：起止时间：2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：通信工程教研室学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目市区噪声

2、dB 显示器的设计课程设计（论文）任务1 传感器选择2 报警控制电路设计3 按键及显示4CPU 最小系统设计5 软件流程图及程序设计本科生课程设计（论文）III指导教师评语及成绩平时成绩（20%）： 论文成绩（50%）： 指导教师签字： 答辩成绩（30%）： 总成绩： 学生签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量50% 答辩30% 以百分制计算本科生课程设计（论文）IV目 录第 1 章 设计方案论证 .11.1 设计的应用意义 .11.2 设计方案选择 .11.3 总体设计方案框图及分析 .2第 2 章 硬件电路设计 .32.1 声音传感器的选择 .32.2 音频功率放大器设计 .42

3、.3 A/D 转换器设计 .52.4 LED 显示设计 .62.5 报警电路设计 .6第 3 章 CPU 最小系统.73.1 CPU 的选择 .73.2 复位电路设计 .83.3 时钟电路设计 .83.4 CPU 最小系统图 .9第 4 章 软件设计 .104.1 软件实现功能综述 .104.2 软件流程图设计 .104.3 程序清单 .12第 5 章 软件仿真 .14第 6 章 课程设计总结 .15参考文献 .16附录 I 总体电路图.17附录 II 元器件清单.18本科生课程设计（论文）1第 1 章 设计方案论证1.1 设计的应用意义随着社会发展水平的提高，噪声的危害日益突现，对环境噪声的

4、实时检测越来越得到人们的重视。环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。噪声即噪音，是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。 噪声通常是指那些难听的，令人厌烦的声音。噪音的波形是杂乱无章的。从环境保护的角度看，凡是影响人们正常学习，工作和休息的声音凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等，均称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。噪音污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、高音喇叭

5、、早市和人的大声说话等。 噪声显示器，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节，在各大城市的繁华街区和居民区，已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪，多为价格昂贵的进口专用设备，除卫生、计量等环保专业部门拥有外，无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以 89C51 单片机为核心，采用A/D 转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好，经校验定标后能满足一般民用需要，可广泛应用于工矿企业、机关学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。1.2 设计方案选择采用膜片式声音传感器对噪声进行接收，采用 LM386 音频功率放大器对信号进行放大，

6、采用 ADC0809 转换器把模拟信号转换成数字信号，通过单片机89C51 处理，然后通过 LED 显示。该系统具有实现简单，精确度高，可用于实际进行噪声的实时监测等特点。本科生课程设计（论文）21.3 总体设计方案框图及分析噪声传声器单片机A/D 转换电路放大电路LED 显示图 1.1 总体框图如图 1.1 所示，系统的组成包括：噪声信号的转换、放大、A/D 转换、数据采集和显示系统设计。外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，电信号经过放大和 A/D 变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的噪声分贝值通过 LED 显示，从而实现噪声的实时监测。本科生课程设计（论文）3第 2 章 硬件电路设计

7、2.1 声音传感器的选择传声器（Microphone）又称话筒，俗称“麦克风” 。传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。传声器包括声波接收器和力-电换能器两个部分。根据膜片感受声压的情况不同，传声器可分为三类：声强式传声器，其膜片的一面感受声压；差压式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面差压的大小；压强和差压组合式传声器。在噪声测量中常用的是压强式传声器。若按照膜片振动转换成电能的方式来分，传声器可分为：电容式传声器，它利用电场耦合的方式将膜片的振动转换成电量；压电式传声器，通过声压使晶体产生电荷；动圈式传声器，利用磁场耦合的方式将膜片的振动转换成电量。通信设备常用

8、到的传声器类型一般是晶体式传声器。晶体式传声器又称压电式传声器，它是利用晶体的压电效应制成的，化工材料酒石酸钾钠和钛酸钡晶体都有较强的压电效应。当晶体的两面受到压力时，在两面间出现正负电荷，产生某一方向的电动势：当受到相反方向的应力时，晶体两面则产生与受压力相反的电荷和电动势。当晶体受到交变声波的作用时，便产生音频电动势。晶体式传声器按结构的不同可分为膜片式和声电池式两种。膜片式传声器价格低廉、输出电压高，使用方便，考虑元器件的性价比和应用功能选用的是膜片式晶体传声器。膜片式传声器实物外形如图 2.1 所示。图 2.1 膜片式传声器实物外形图本科生课程设计（论文）42.2 音频功率放大器设计由

9、声音传感器所转换的信号过小，需要进行功率放大LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20 倍。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6V 电源电压下，它的静态功耗仅为 24mW,使得 LM386 特别适用于电池供电的场合。功率放大器的作用相当于扬声器的音量调节器。音频功率放大电路的作用主要是将信号处理器发送过来的信号功率放大，使其信号的功率达到设计要求。对该部分电路的要求是输出功率大。在电路设计过程中进行对比

10、，通过比较发现LM386 集成电路使用简单，基本没有外围器件，而且它还有体积小、电源范围宽、外接元件少、电压增益可调整、频率响应好、输出功率大、总谐波失真小等优点。因此选用 LM386 来组成音频功率放大电路。LM386 的引脚图如图 2.2 所示。图 2.2 LM386 引脚图20 倍的音频放大器如图 2.3 所示。由于传声器输出的电信号比较弱，只有毫伏级，为了使数据采集卡能很好的采集到相应数据，必须经过电压放大器进行电压放大，采用 LM386 芯片电压增益 200 倍的接法，即在 1 和 8 引脚间接 10uF 的电容。图 2.3 20 倍的音频放大器本科生课程设计（论文）52.3 A/D

11、 转换器设计A/D 转换接口是数据采集系统前向通道中的一个重要环节。数据采集是在模拟信号源中采集信号，并将其转换为数字信号送入计算机的过程。因此，完成数据采集应具备下述基本部件：模拟多路转换开关和信号调节电路，采样/保持放大器，模拟/数字（A/D）转换器，通道控制电路。ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道，8 位逐次逼近式 A/D 模数转换器。其内部有一个 8 通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D 转换。目前仅在单片机初学应用设计中较为常见。ADC0809 的主要特性：8 路输入通道，8 位 A/D 转换

12、器，即分辨率为 8 位；具有转换起停控制端；转换时间为 100s(时钟为 640KHz 时)，130s（时钟为500KHz 时） ；单个+5V 电源供电；模拟输入电压范围 0+5V，不需零点和满刻度校准；工作温度范围为-40+85 摄氏度；低功耗，约 15mW。如图 2.4 为 ADC0809 转换电路图：图 2.4 ADC0809 转换电路本科生课程设计（论文）62.4 LED 显示设计LED 显示如图 2.5 所示，采用 4 位数码管后三位来显示噪声，范围 30dB-130dB。图 2.5 LED 显示电路2.5 报警电路设计报警电路如图 2.6 所示，当噪声达到 100dB 以上时，报警

13、灯亮。图 2.6 报警电路本科生课程设计（论文）7第 3 章 CPU 最小系统3.1 CPU 的选择CPU 是单片机的核心部分，它的作用是读入和分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。89C51 每部有一个 8 位的 CPU，它是由运算器和控制器组成的。运算器主要包括算术和逻辑运算部件 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暂存器 YMP1、TMP2、程序状态字寄存器 PSW、布尔处理器及十进制调整电路等。控制器主要包括时钟发生器、定时控制逻辑、指令寄存器、指令译码器、程序计数器 PC、程序地址寄存器、数据指针寄存器 DPTR 和堆栈指针 SP 等。本次设计采用 89C

14、51 单片机，89C51 单片机有 5 中封装形式,本设计采用 40脚 DIP 的封装，其中 2 条主电源引脚，2 条外接晶振体引脚，4 条控制或与其他电源复用的引脚，32 条 I/O 引脚。89C51 的引脚图如图 3.1：其中 VSS 为接地端，VCC 接+5V 电源；XTAL1 接外部晶体和微调电容的一端，XTAL2 接外部晶体和微调电容的另一端；RST 是复位信号的输入端，高电平有效；ALE 引脚是地址锁存允许信号；VPP 是内、外 ROM 的选择端；P0、P1、P2、P3 口为输入/输出引脚； 图 3.1 89C51 引脚图本科生课程设计（论文）83.2 复位电路设计单片机的复位都是

15、靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 RESET 引脚上出现 24 个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机就能实现复位。为了保证系统可以可靠复位，在设计复位电路时，一般使 RESET 引脚保持10ms 以上的高电平，单片机便可以可靠地复位。当 RESET 从高电平变为低电平以后，单片机从 0000H 地址开始执行程序。在复位有效期间，ALE 和引脚PSEN输出高电平。简单的复位电路有上电复位电路和手动复位电路两种，不管是哪一种复位电路都要保证在 RESET 引脚上提供 10ms 以上稳定的高电平。本次设计选择按键电平复位，如图 3.2 是按键式复位电路，它可以通过按键实现复位，

16、按下键后，通过和形成回路，使 RESET 端产生高电平。按键的时间决定了复位时间。1R2R图 3.2 复位电路3.3 时钟电路设计时钟电路应用于产生但纷纷偏激工作所需的时钟信号。诗中信号可以由两种方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式，本次设计采用外部时钟方式如图3.3：本科生课程设计（论文）9图 3.3 晶振电路外部时钟方式采用外部振荡器，外部振荡脉冲信号由 89C51 的 XTAL1 端接入后直接送至内部时钟发生器，输入端 XTAL2 应悬浮，由于 XTAL1 端的逻辑电平不是 TTL 的，故建议外接一个上拉电阻。3.4 CPU 最小系统图图 3.4 CPU 最小系统本科生课程设计（论文）1

17、0本科生课程设计（论文）11第 4 章 软件设计4.1 软件实现功能综述研制一台智能仪器是一个复杂的过程，这一过程包括分析仪表的功能要求和拟定总体设计方案，确定硬件结构和软件算法，研制逻辑电路和编制程序，以及仪表的调试和性能的测试等等。软件的设计应遵循结构化设计原则，在总体概况设计的基础上进行具体的详细设计，功能分解，模块划分，细化软件层次，优化软件结构，以达到模块功能的独立性，执行的高效性。总之，设计的程序应该达到可读性，可理解性，可维护性，有效性，可修改性。4.2 软件流程图设计在单片机系统的程序的设计开发中，单片机就如同整个系统的交通中枢，而程序就是组成交通中枢的条条大道，各个部分的模块

18、化的程序就是整个系统的组成成份。软件编写的好坏，语句运用的是否简洁直接关系单片机的工作效率。在各个模块化的程序中尽量用最少的语句作最多的事情，不让语句出现歧义，这样就可以使整个程序可以在系统中更好的运行，使单片机工作效率大大的提高。下面就对本次毕业设计的软件部分作些介绍，如图 4.1 所示为软件总体流程图。子程序包括：中断服务程序的设计、查表子程序、显示子程序、指示子程序。由于要实现很多功能，所以采用模块化设计，下面就其主要部分分别分析。中断服务程序主要实现的功能是：T0 中断子程序是将电压/频率转换器产生的频率信号接入计数器的 T0 口，然后计数器开始计数，当计数到一定数目后，计数器就产生溢

19、出中断。查表子程序将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对应关系，经过软件编程查表显示所需要的值。显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示。指示子程序是对显示结果范围的一个指示。本系统软件总体流程图如图 4.1 所示。本科生课程设计（论文）12图 4.1 单片机软件系统方案框图开始设置 SP定时/计数器 T0/T1 初始化89C51 初始化关中断读计数器置表首地址取表中双字节数xi(TH0)(TH1)允许高位显示送显示值交换显示位扫描结束吗？显示值亮指示灯关中断i=i+1本科生课程设计（论文）134.3 程序清单#include#define uchar unsigned char#

20、define uint unsigned intuchar buf;sbit LED=P17;sbit K1=P24;sbit K2=P25;sbit K3=P26;/各数字的数码管段码（共阴）Uchar code DSY_CODE=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x40;sbit CLK=P13;/时钟信号sbit ST=P12;/启动信号sbit EOC=P11;/转换结束信号sbit OE=P10;/输出使能/延时void DelayMS(uint ms)uchar i;while(ms-) fo

21、r(i=0;i250;i+);/显示转换结果void Display_Result(uchar dat)unsigned int temp;unsigned char a=0,b=0,c=0,d=0;temp=dat/2;if(temp100) LED=1; /如果噪声大于 100 分贝，则报警灯亮else LED=0;/*功能：按键扫描*/void keyscan()uchar ge,shi,bai,qian,time=0;ge=shi=bai=qian=0;P2=0 xff;if(K1=0|K2=0|K3=0)P2=0 xf0;/第 1 个数码管显示个位数P0=DSY_CODE10;Del

22、ayMS(5); /主程序void main()P2=0 xff;P0=0 xff;本科生课程设计（论文）15TMOD=0 x02;/T1 工作模式 2TH0=0 x14;TL0=0 x00;IE=0 x82;TR0=1;P1=0 x3f;/选择 ADC0809 的通道 3（0111） （P1.4P1.6）while(1)/ keyscan();ST=0;ST=1;ST=0;/启动 A/D 转换while(EOC=0);/等待转换完成OE=1;Display_Result(P3);OE=0;/T0 定时器中断给 ADC0808 提供时钟信号void Timer0_INT() interrupt

23、 1CLK=CLK;本科生课程设计（论文）14第 5 章 软件仿真Proteus 软件是英国 Lab Center Electronics 公司出版的 EDA 工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司） 。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。采用 Proteus 软件对系统进行仿真，LED 可显示噪声范围为 30dB130dB.当噪声大于 100dB 时，报警灯亮，如图 5.1 所示。图 5.1 软件仿真图本科生课程设计（论文）15第 6 章 课程设计总结本次课程设计的任务是设计一个市区噪声 dB 显示器。系统的组成包括：噪声信号的转换、放大、A/D 转换、数据采集和显示系统设计。通过这次课设让我更深一步的了解的 89C51 的实际用处，也