基于ADC0809的声音采集电路,程序和仿真

1、微机原理与单片机接口技术课程设计题目：基于51单片机的声音感应灯学院： 电气学院专业： 自动化班级： 12-05 班姓名： *学号： *摘要在今天，对51单片机的运用已经成为电器设备开发人员的基本功之一。同时，51单片机也是低端电器设备开发人员很喜欢用的一个芯片，因为它价格低廉、功能强大。本次的设计是用ADC0809采集声音信号，通过51单片机处理，来根据声音大小、远近来点亮64个LED灯中的一个。程序虽然简单，电路也不复杂，但是做出来的成品，会很有意思。关键字：51单片机；AD转换；声音采集；电子玩具；DIY正文元器件该电路的元器件组成：一片AT89C51，一片ADC0808，两片74HC5

2、73，64个LED灯，一块MIC咪头，一片LM358，电容、电阻、导线若干，装饰物若干。AT89C51AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是

3、它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。现在AT89S51/52已经取代了AT89C51/52。本次设计的仿真模型使用的是AT89C51。AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工

4、作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。管脚说明如下：VCC：供电电压。GND：接地。P0口P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编

5、程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL

6、门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口（备选功能）：P3.0 RXD（串行输入口），P3.1 TXD（串行输出口），P3.2 /INT0（外部中断0），P3.3 /INT1（外部中断1），P3.4 T0（计时器0外部输入），P3.5 T1（计时器1外部输入），P3.6 /WR（外部数据存储器写选通），P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）。P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机

7、器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/P

8、SEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不

9、接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。ADC0808ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。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。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。IN0IN7：8 条模拟量输入通道。ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模

10、拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条。ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A， B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输入。ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁

11、存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线，因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF（）、VREF（）为参考电压输入。注意：在Proteus中如果要使用51单片机的ALE口，还得有一步设置：双击单片机；在Advanced Properties选项的第一个下拉框中选中Simulate Program Fetches；在第二个下拉框中选中Yes；再点击右上方的OK键即完成设置！74HC7474HC74为单输入端的双D触发器。一个片子里封装着两个

12、相同的D触发器，每个触发器只有一个D端，它们都带有直接置0端RD和直接置1端SD，为低电平有效。CP上升沿触发。D触发器D触发器（data flip-flop或delay flip-flop。）该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和

13、清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时(SD的非为0，RD的非为1，即在两个控制端口分别从外部输入的电平值，原因是低电平有效),不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当SD=0且RD=1(SD的非为1，RD的非为0）时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下：1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5非=D非。2.当CP由0变1时触发器翻转。这时

14、G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D非，Q4=Q6非=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=Q3非=D。3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在1状态和阻止触发器变为0状态的作用,故该反馈线称为置1维持线,置0阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在0状态的作用，称

15、作置0维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置1的作用,称为置1阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。74HC57374HC573包含八路3态输出的非反转透明锁存器，是一种高性能硅栅CMOS器件。当锁存使能端LE为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出控制不影响锁存器的内部工作，即老数据可以保持，甚

16、至当输出被关闭时，新的数据也可以置入。这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器和工作寄存器。咪头咪头，是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是和喇叭正好相反的一个器件（电声），是声音设备的两个终端，咪头是输入，喇叭是输出。又名麦克风，话筒，传声器。由静电学可知，对于平行板电容器，有如下的关系式：C=S/4kd即电容的容量与介质的介电常数成正比，与两个极板的面积成正比，与两个极板之间的距离成反比。另外，当一个电容器充有Q量的电荷，那么电容器两个极板要形成一定的电压，有如下关系式：C=Q/V对于一个驻

17、极体咪头，内部存在一个由振膜，垫片和极板组成的电容器，因为膜片上充有电荷，并且是一个塑料膜，因此当膜片受到声压强的作用，膜片要产生振动，从而改变了膜片与极板之间的距离，从而改变了电容器两个极板之间的距离，产生了一个d的变化，因此由公式可知，必然要产生一个C的变化，由公式又知，由于C的变化，充电电荷又是固定不变的，因此必然产生一个V的变化。这样初步完成了一个由声信号到电信号的转换。由于这个信号非常微弱，内阻非常高，不能直接使用，因此还要进行阻抗变换和放大。FET场效应管是一个电压控制元件，漏极的输出电流受源极与栅极电压的控制。由于电容器的两个极是接到FET的S极和G极的，因此相当于FET的S极与

18、G极之间加了一个v的变化量，FET的漏极电流I就产生一个ID的变化量，因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个VD的变化量，这个电压的变化量就可以通过电容C0输出，这个电压的变化量是由声压引起的，因此整个咪头就完成了一个声电的转换过程。LM358LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。单片机程序#include<at89x51.h>#include

19、<math.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit le1=P30; /74HC573驱动定义sbit le2=P31;sbit st=P35; /AD0808数据控制总线定义sbit eoc=P36;sbit oe=P37;uchar ad_data,d,row,col;uchar code R=0X01,0X02,0X04,0X08,0X10,0X20,0X40,0X80; /行、列交叉，点亮一个小灯uchar code C=0XFE,0XFD,0XFB,0XF7,0XEF,0XDF,0XBF,0X7

20、F; void data_Pr(); /确定将被点亮的灯的行和列void delay(k); /延时1msvoid display_Re() /点亮对应的灯void main()ad_data=0; /采样值存储单元置零while(1)oe=1;ad_data=P0;oe=0;data_Pr();oe=1; /启动ADC0809st=0;st=1;st=0;while(!eoc) /等待转换结束display_Re(); /对应灯亮void Delay(int count) /延时程序int i,j;for(i=0;i<count;i+)for(j=0;j<120;j+);void data_Pr(void) /处理P0口采集到的数据 d=ad_data>>2;col=d/8; /对应坐标为（row，col）的小灯row=d%8;void display_Re() /点亮对应的灯le1=0; /行与列锁存le2=0;P2=Ccol; /传送列信号le2=1;le1=0;delay(1);P1=Rrow; /传送行信号le1=1;le2=0;delay(1);对应Proteus仿真另附部分元器件结构原理图其实，在仿真中是用可变电阻代替上