基于單片機的環(huán)境噪聲檢測儀畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　基于單片機的環(huán)境噪聲檢測儀的設(shè)計</p><p>　　所 在 學 院 機械與工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造與自動化

2、 </p><p>　　年 級 </p><p>　　學生姓名、學號 </p><p>　　指導教師姓名、職稱 </p>

3、<p>　　完 成 日 期 二〇一二年五月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會發(fā)展水平的提高，噪聲的危害日益突現(xiàn)，對環(huán)境噪聲的實時檢測越來越得到人們的重視。環(huán)境噪聲監(jiān)測，是人類提高生活質(zhì)量，加強環(huán)境保護的一個重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　本文詳細

4、介紹了噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理和系統(tǒng)組成，包括：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。外界噪聲信號經(jīng)過傳聲器變換成音頻信號，電信號通過放大和V/ F 變換輸入到單片機進行處理，并轉(zhuǎn)換成相應的噪聲分貝值通過LED 顯示，從而實現(xiàn)噪聲的實時監(jiān)測。</p><p>　　該系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單，精確度高，適用于實際進行噪聲的實時監(jiān)測等特點。</p><p>　　關(guān)鍵詞：運算放大器，

5、噪聲，單片機，LED</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the improvement of social development, harm of noise more emergent, real-time detection of environmental noise and get people's

6、attention. Environmental noise monitoring, which is improving the quality of life, strengthen environmental protection an important part .</p><p>　　In the paper, the measurement principle and the system cons

7、titution are introduced in detail, including: the noise signal converting system, signal magnifying system, V/F converting system, data collection and indication system. This paper introduces the ways to convert the real

8、-time monitoring of the noise into acoustic frequency electrical signal by using microphone, operational amplifier and V/ F converter, which will act as Single Chip Micoyo’s input signal. Then the SCM will change it into

9、 </p><p>　　This system is simple 0and has high precision, so it is always used in monitoring the urban noise real-time.</p><p>　　Key words：operational amplifier，noise，Single Chip Micoyo， LED<

10、/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1引言1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.1.1 噪聲污染的危害1</p><p>　　1.1.2 噪聲污染的現(xiàn)狀2</p><p>　　1

11、.1.3 噪聲簡介2</p><p>　　1.2 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 主要任務及意義4</p><p>　　1.3.1 設(shè)計任務4</p><p>　　1.3.2 課題的意義5</p><p>　　1.3.3 論文內(nèi)容安排5</p><p>　　2

12、噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計6</p><p>　　2.1 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)分析6</p><p>　　2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計6</p><p>　　2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計8</p><p>　　3 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計10</p><p>　　3.1 傳聲器10</p><p>　　3.2 信

13、號放大器11</p><p>　　3.3 交直流轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計13</p><p>　　3.3.1 真有效值13</p><p>　　3.3.2 AD536 芯片14</p><p>　　3.4 單片機系統(tǒng)的設(shè)計15</p><p>　　3.4.1 單片機的選擇15</p><p>

14、;　　3.4.2 89C52的簡介15</p><p>　　3.5 顯示及指示電路的設(shè)計17</p><p>　　3.5.1 顯示電路的設(shè)計17</p><p>　　3.5.2 指示電路的設(shè)計18</p><p>　　4 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計19</p><p>　　4.1 程序系統(tǒng)框圖19</p&

15、gt;<p>　　4.2 系統(tǒng)內(nèi)部RAM的分配21</p><p>　　4.3 中斷服務程序的設(shè)計21</p><p>　　4.3.1 T0中斷子程序的設(shè)計22</p><p>　　4.3.2 T1中斷子程序的設(shè)計23</p><p>　　4.4 查表子程序25</p><p>　　4.5 顯示

16、子程序26</p><p>　　4.6 指示子程序27</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試與分析29</p><p>　　5.1 調(diào)試步驟29</p><p>　　5.2 硬件調(diào)試29</p><p>　　5.3 軟件調(diào)試30</p><p>　　5.4 噪聲監(jiān)測器的系統(tǒng)調(diào)試31&l

17、t;/p><p>　　5.5 調(diào)試故障及原因分析32</p><p>　　5.6 測試結(jié)果分析32</p><p><b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致 謝36</b>&l

18、t;/p><p>　　附錄Ⅰ 噪聲監(jiān)測儀硬件系統(tǒng)原理圖37</p><p>　　附錄Ⅱ 噪聲監(jiān)測儀軟件程序38</p><p>　　附錄Ⅲ 噪聲監(jiān)測儀元器件清單47</p><p><b>　　1 引言</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b><

19、/p><p>　　1.1.1 噪聲污染的危害</p><p>　　噪聲是指一類引起人煩躁、或音量過強而危害人體健康的聲音。 從物理學角度來說，噪聲是指是發(fā)聲體做無規(guī)則振動時所發(fā)出的聲音。噪聲與人們的主觀意愿和生活狀態(tài)有關(guān)，有時是一種主觀的感受。所以，只從物理學角度判斷一個聲音是不是屬于噪聲是不完善的，它還包括起著關(guān)鍵性的作用的主觀上的因素。從生理和心理等角度來說，凡是人們所不需要的一切聲音，

20、都可稱之為噪聲。當噪聲對周圍人或環(huán)境造成不良影響時，就會形成噪聲污染。工業(yè)革命以來，各種機械設(shè)備的創(chuàng)造和使用，給人類帶來了進步，但同時也產(chǎn)生了越來越多的噪聲污染。目前，噪聲已成為污染人類社會環(huán)境的一大公害，嚴重危害到了人們的身心健康，被人稱為“致人死命的慢性毒藥”。噪聲對人體的危害具體可歸為以下幾方那個面： </p><p>　?。?）對視覺和聽覺會造成一的影響。噪聲對聽覺造成損傷時，那時噪音強度超過100分貝。

21、輕度耳鳴是輕度聽覺損傷表現(xiàn)，還有可能影響語言聽力，致使學習、工作、生活中感到聽覺不適。如果某一次收到強烈的噪音，會產(chǎn)生暫時性的兩耳全聾的同時，還會感到劇烈耳鳴、眩暈。頭痛、頭暈、多夢、記憶力減退，發(fā)生營養(yǎng)障礙性疾病，心律不齊等，都是噪聲對人體的危害。尤其對嬰幼兒、青少年和孕婦的不良影響更加嚴重。</p><p>　?。?）睡眠和工作的影響。人在睡覺時， 40－50 分貝較輕的噪聲也可以使人從熟睡狀態(tài)變到半熟睡狀態(tài)

22、。人要想得到充分的休息必須進入熟睡狀態(tài)，而這時的大腦活動緩慢而有規(guī)律。否則就不能很好的休息。從而影響到工作和學習，久而久之，人就會得神經(jīng)衰弱癥。 </p><p>　?。?）對人體的生理影響。加速心臟衰老和增加心肌梗塞發(fā)病率也是噪聲的危害。據(jù)統(tǒng)計，使血壓上升也與長期接觸噪聲有關(guān)，因為體內(nèi)腎上腺分泌增加。長期生活在平均 70 分貝噪聲中的人，能導致心肌梗塞發(fā)病率增加 30％左右。其中長期生活在火車道旁的居民就是如此

23、。調(diào)查1100名紡織工人，對高血壓的進行了研究，其發(fā)病率為 7.2％，如果接觸達 100 分貝的噪聲，其發(fā)病率達15.2％。噪聲還可引起如神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂、精神障礙、內(nèi)分泌紊亂。如果長期生活在高噪聲的環(huán)境里，人易導致頭暈、頭痛、多夢、全身乏力、記憶力減退以及恐懼、甚至精神錯亂。在日本曾經(jīng)有過自殺的案例，就是因為火車噪聲的刺激[1]。</p><p>　　1.1.2 噪聲污染的現(xiàn)狀</p><p

24、>　　隨著社會發(fā)展的工業(yè)化水平越來越高 ,噪聲污染日趨嚴重，已成為三大環(huán)境污染之一。在我國城市環(huán)境噪聲污染已經(jīng)成為干擾人們正常生活的主要環(huán)境問題之一。目前，社會生活噪聲、工業(yè)噪聲、交通噪聲、建筑施工噪聲構(gòu)成城市環(huán)境噪聲來源，分別占47%、8%-10%、30%、5%左右。近十年來，噪聲總體水平在我國重點城市道路交通居高不下，已有一半以上的城市交通干線兩側(cè)噪聲平均值超過 70dB(A)。道路交通噪聲污染每年的經(jīng)濟損失約216億，僅北京

25、市每年因道路交通噪聲污染導致的經(jīng)濟損失就達 15-20 億元。據(jù)調(diào)查，全國對噪聲污染的不滿程度逐年增加，并且一直是各類環(huán)境污染投訴的第一位。所以，為了給人們營造一個健康的居住環(huán)境，對噪聲的實時測試報警就顯得十分的重要。</p><p>　　1.1.3 噪聲簡介</p><p><b>　　1．噪聲概念</b></p><p>　　物理學定義：一

26、切不規(guī)則的或隨機的聲信號或電信號都可稱之為噪聲。</p><p>　　生理學定義：凡是妨礙人們正常休息、學習和工作的聲音，以及對人們要聽的聲音產(chǎn)生干擾的聲音。</p><p>　　從這個意義上來說，噪聲的來源很多。社會，生活，交通，工業(yè)，建筑，都有噪聲。</p><p>　　總體講，噪音是物體振動產(chǎn)生[2]。</p><p><b>

27、;　　2．噪聲對人的危害</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及人口密度的急劇增加，家庭設(shè)施的增多，環(huán)境噪聲逐漸增加，是污染人類社會環(huán)境的公害之一。有一種說法叫噪聲為“致人死命的慢性殺手”。因為噪聲對聽力、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)都會有不利影響，其中局部性、暫時性和多發(fā)性是噪聲的特點。以下幾方面體現(xiàn)了噪聲給人帶來生理上和心理上的危害：</p><p>　　

28、① 干擾休息、睡眠；使工作效率降低。</p><p>　?、?損傷聽覺、視覺器官：強的噪聲會引起耳部的不適，如耳鳴、耳痛、聽力損傷；噪聲對視力也有一定的損害。</p><p>　?、?對人體的生理影響：損害心血管；對女性生理機能的損害；噪聲還可以引起如神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂、精神障礙、內(nèi)分泌紊亂。</p><p><b>　　3．噪聲的利用</b>&

29、lt;/p><p>　　噪聲一向為人們所厭惡。但是，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，人們也能利用噪聲造福人類。雖然噪音是世界四大公害之一，但它還是有用處的。如利用噪聲除草、發(fā)電、制冷、除塵、克敵、診病等。</p><p>　　1.2 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　噪聲監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備已開始進入規(guī)范化、標準化、系列化和配套化階段。噪聲監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備的研究和開發(fā)已取得很

30、大進展但應看到仍有一些技術(shù)不夠成熟，需進一步研究的問題仍然很多。</p><p>　　聲級計一般包括傳聲器、放大器、衰減器、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示表頭和電源等組成。為使傳聲器與衰減器匹配，需傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)前置放大器變換阻抗來完成。噪聲聲級的數(shù)值檢測方法，首先是放大器將輸出信號加到計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對信號進行頻率計權(quán)(或外接濾波器)，然后經(jīng)衰減器及放大器將信號放大到一定的幅值，送到有效值檢波器進行檢波，最后在

31、指示表頭上給出。A、B、C 三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)組成聲級計中的頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A 網(wǎng)絡(luò)能使電信號的中、低頻段有較大的衰減，它是模擬人耳對等響曲線中40 方純音的響應，其曲線形狀與 340 方的等響曲線相反。而B網(wǎng)絡(luò)使電信號的低頻段有一定的衰減，它主要模擬人耳對70 方純音的響應。C 網(wǎng)絡(luò)的特點是接近平直的響應。聲級即聲級計經(jīng)過頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級，由于使用的計權(quán)網(wǎng)的區(qū)別，分別稱為 A 聲級、B 聲級和 C 聲級，單位記作 dB(A)、dB(B

32、)和 dB(C)。在實際的測量中，A 計權(quán)聲級最能反應噪聲對人吵鬧的主觀感覺和人耳聽力損傷的影響，用戶最多用的是 A 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。此外，聲級計還可以外接濾波器和記錄儀，對噪聲進行頻譜分析。</p><p>　　根據(jù)聲級計在標準條件下測量1000Hz純音所表現(xiàn)出的精度，六十年代國際上把聲級計分為兩類，精密聲級計和通聲級計。我國也采用這種分法。70年代以來有些國家推行四類分法，即分為0型、1型、2型和3型。它們的精度分

33、別為±0.46、±0.76、±1.00和±1.5dB。依據(jù)聲級計所用電源的不同，聲級計還分為交流式聲級計和用干電池的電池式聲級計兩類。其中式聲級計也稱為便攜式聲級計，這種儀器體積小、重量輕、現(xiàn)場使用方便。其原理方框圖如圖1所示。其中1-傳聲器，2-前置放大器，3-輸入衰減器，4-輸入放大器，5-計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，6-輸出衰減器，7-輸出放大器，8-檢波器 9-表頭。</p><p>

34、;　　圖1 聲級計原理方框圖</p><p>　　為適應測量現(xiàn)場的需要，聲級計一般都備有三腳支架，以便視需要將聲級計固定在三腳支架上[3]。</p><p>　　1.3 主要任務及意義</p><p>　　1.3.1 設(shè)計任務</p><p>　　查閱相關(guān)資料，了解課題背景、環(huán)境噪聲的特點。學習、掌握聲壓計的測量機理、傳聲器測量基本原理。合

35、理選擇噪聲測量傳感器，掌握其測量原理及應用。學習單片機原理，熟悉單片機系統(tǒng)設(shè)計和軟件編程。進行整體方案設(shè)計，做出開題報告。完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計，包括傳聲器測量系統(tǒng)設(shè)計、單片機系統(tǒng)硬件設(shè)計。檢查后，焊接或在面包板上搭接電路。編寫程序，仿真調(diào)試。仿真調(diào)試通過后，固化程序，脫離開發(fā)系統(tǒng)運行。在實驗室進行環(huán)境模擬，測試系統(tǒng)，完成系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。</p><p>　　1.3.2 課題的意義</p><p>

36、;　　噪聲是指不需要的聲音。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，噪聲污染已成為主要公害之一?？刂圃肼?、保護環(huán)境已成為人們的共識。其中，噪聲測量是重要的一環(huán)，具有舉足輕重的地位。</p><p>　　及時、準確地掌握城市噪聲現(xiàn)狀，分析期變化趨勢和規(guī)律；了解各類噪聲尖的污染程度和范圍，為城市噪聲管理、治理和科學研究提供系統(tǒng)的噪聲檢測資料。</p><p>　　無論是利用噪聲還是防止噪聲，都必須確定其量值。在長

37、期的科學研究和工程實踐中已逐步形成了一門較完整的噪聲工程學科，可供進行理論計算和分析。但這些畢竟還是建立在近似的數(shù)學模型上，還必須用測量技術(shù)和試驗進行驗證。隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對很多儀器設(shè)備提出了低噪聲的要求，需要進行噪聲的分析與設(shè)計，并通過實驗來驗證，完善設(shè)計?？傊?，噪聲的測量不僅在噪聲研究領(lǐng)域里占有重要的地位，而且已經(jīng)廣泛應用于機械制造、建筑工程、地球物探、生物醫(yī)療等各個領(lǐng)域。</p><p>

38、　　1.3.3 論文內(nèi)容安排</p><p>　　本文按噪聲監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)造的不同部分分別進行了介紹。第1章緒論中簡要地介紹研究噪聲的危害以及一些基礎(chǔ)知識。第2章是噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計，主要包括硬件和軟件設(shè)計兩部分。第3章是噪聲監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計，本章主要介紹了傳聲器、功率放大器、交直流轉(zhuǎn)換電路、處理和顯示部分的設(shè)計。第4章是噪聲監(jiān)測的系統(tǒng)軟件設(shè)計，本章主要介紹單片機編程以及主程序設(shè)計，數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示等功能。

39、第5章是系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果分析，介紹了硬件調(diào)試、軟件調(diào)試及軟硬聯(lián)調(diào)的過程，并說明了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題和處理的方法。</p><p>　　2 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　2.1 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)分析</p><p>　　本次設(shè)計的任務是要完成基于單片機的環(huán)境噪聲監(jiān)測儀的系統(tǒng)設(shè)計，它主要是設(shè)計以單片機為核心、采用V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)的便攜式環(huán)境噪聲測量儀，實現(xiàn)環(huán)境噪

40、聲的實時測量和LED數(shù)字顯示，給出噪聲水平的相關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　本次設(shè)計的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、單片機系統(tǒng)的硬件電路以及LED顯示電路等。軟件部分主要是用單片機語言編程，實現(xiàn)對信號的采集、轉(zhuǎn)換及顯示。在符合軟硬件相適應的前提下，要先進行硬件電路的設(shè)計，再進行軟件編程，進行模塊化設(shè)計，并對各模塊進行調(diào)試，最后進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試和

41、故障的排除。</p><p>　　2.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　首先要對用戶需求進行分析，努力使設(shè)計要求滿足用戶需求。還要對產(chǎn)品的安全性、可靠性、成本等要素進行性價比分析以便于完成具體的硬件設(shè)計。</p><p>　　硬件實現(xiàn)及硬件調(diào)試過程是在可行性得到驗證通過后進行，剩下工作就是在器件選型過程當中，不但要考慮各式器件的供貨方式、器件的功耗以及器件之間可

42、能會產(chǎn)生的影響，還要對供貨周期及產(chǎn)品技術(shù)支持等因素進行關(guān)注。</p><p>　　硬件實現(xiàn)中包括原理圖設(shè)計和印制電路板設(shè)計。系統(tǒng)設(shè)計的圖形化表示，設(shè)計思路在軟件工具中的抽象實現(xiàn)組成原理圖，具體器件的實現(xiàn)方式是印制電路板設(shè)計，離實物只欠印制電路板的制作過程。為更好的保證信號完整性以及考慮電磁干擾和電磁兼容性，對布線工藝，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計知識需要掌握，。</p><p>　　遵循系統(tǒng)設(shè)計功能的要求

43、，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)框圖如圖2所示。環(huán)境噪聲經(jīng)由高靈敏度、無指向性駐極體傳聲器轉(zhuǎn)換成電信號。放大電路由運放LM386構(gòu)成，認真調(diào)整一些外圍元件參數(shù)，使輸出幅頻特性符合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電平送給單片機的P3.4引腳，經(jīng)軟件處理之后，噪聲聲壓級顯示值由P1口輸出，驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示。</p><p>　　圖2 噪聲監(jiān)測儀硬件結(jié)構(gòu)框圖&

44、lt;/p><p>　　傳聲器是將聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，是噪聲測量系統(tǒng)中的一個主要環(huán)節(jié)。按傳聲器的指向特性分類，分無指向性、雙指向性和單指向性（包括心形和鉗形指向性）3大類；按換能方式分類，分電動式、電容式和壓電式等；按傳聲方式分類，分有線傳聲器和無線傳聲器兩類；按聲波接收的原理分類，分聲壓式和壓差式。</p><p>　　功率放大器簡稱功放，可以說是各類音響器材中最大的一個家族

45、了，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。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，使其信號的功率滿足設(shè)計要求。</p><p>　　此方案中的V/F轉(zhuǎn)換電路主要是由LM331組成的電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路。LM331采用了新型溫度補償能隙基準電路，在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)和4伏電源電壓下都有很高精度。LM331可得到只有價格較高的V/F轉(zhuǎn)換器才

46、有的高水平精度。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電平送給單片機的P3.4引腳，作為T0的計數(shù)脈沖。此轉(zhuǎn)換電路線性良好，抗干擾能力強，輸出頻率范圍在10—100kHz以上，比普通8位并行A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)越，有助于提高系統(tǒng)的測量范圍。</p><p>　　89C52單片機是本次設(shè)計的核心部分。LM331直接與單片機定時/計數(shù)器連接，這種方式方便易行。</p><p>

47、;　　LED顯示器是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。普通的LED顯示器為8段，每一段對應一個發(fā)光二極管。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。LED顯示器分為靜態(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[4]。</p><p>　　2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　環(huán)境噪聲測量系統(tǒng)的軟件是采

48、用模塊化的設(shè)計，由主程序、中斷服務程序、查表子程序和顯示子程序四部分組成。其流程圖如圖3所示。在圖中xi表示讀取的計數(shù)值，其中i從0開始。</p><p>　　主程序在完成定時/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)的初始化，并循環(huán)調(diào)用查表和顯示子程序時處于循環(huán)工作狀態(tài)。需要指出的是，查表程序程序?qū)崿F(xiàn)了計數(shù)值向聲壓級的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，不僅要在硬件上采取相應的措施，在軟

49、件上也需要采用冗余設(shè)計法即重復重要的指令，未用空間設(shè)置操作指令，以防止程序跳飛而死機[5]。</p><p>　　圖3 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的軟件流程圖</p><p>　　3 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　聲學測距系統(tǒng)硬件電路主要由七個部分組成：傳聲器、音頻放大器、交直流轉(zhuǎn)換、V/F轉(zhuǎn)換電路、單片機采集處理和LED顯示以及測量范圍的指示電路。硬件是整個系統(tǒng)

50、運作的基石，良好的硬件設(shè)計是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。硬件設(shè)計同時思考軟件設(shè)計上的方便，使各部分電路有機結(jié)合，確保各模塊功能的實現(xiàn)。</p><p><b>　　3.1 傳聲器</b></p><p>　　傳聲器（Microphone）又稱話筒，俗稱“麥克風”。傳聲器是將聲波轉(zhuǎn)換為相應電信號的能量儀器設(shè)備，其原理就是用變換器將由聲壓引起振動膜的振動變成電參數(shù)的變化。傳聲

51、器包括聲波接收器和力-電換能器兩個部分。由聲音造成的空氣壓力使傳感器的振動膜振動，從而經(jīng)變換器將此機械運動轉(zhuǎn)換成電參量的變化，是噪聲測量系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。</p><p>　　在噪聲檢測系統(tǒng)中，傳聲器起著十分重要的作用。雖然傳統(tǒng)設(shè)計中采用的電容傳聲器具有頻率范圍寬，頻率響應平直，靈敏度變化小，長期使用穩(wěn)定性好等優(yōu)點。但是它具有內(nèi)阻高，需要用阻抗變換器與后面的衰減器和放大器匹配，需要加極化電壓等缺點。而采用駐極

52、體傳聲器不再需要提供極化電壓，即可以在聲級測量儀器上省去直流變換器， 又對簡化電源和電路的設(shè)計有重要作用。而想降低聲級測量儀器的本底噪聲，更需要電源和電路設(shè)計的簡化。</p><p>　　根據(jù)換能原理，傳聲器可分為: 動圈式傳聲器 、電容式傳聲器、駐極體式傳聲器、電壓式傳聲器、帶式傳聲器等。本次設(shè)計需要體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低等特點，而駐極體傳聲器兼?zhèn)溥@些優(yōu)點，因此次設(shè)計中采用了駐極體傳聲器。 它由一

53、片單面涂有駐極體薄膜的金屬層和一片上面有若干小孔的金屬電極（即背電極）組成。金屬層與背電極相對，中間有一個極小的空氣隙，這樣就形成了一個以空氣隙和駐極體作為絕緣介質(zhì)，以金屬層和背電極作為兩個電極的平板電容器。駐極體薄膜上生產(chǎn)時注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個電荷是不變的。由于駐極體上的電荷數(shù) Q 始終保持恒定，根據(jù)電荷的公式：Q＝C×U，反之 U＝Q/C，因此當 C 變化時一定會引起電容器兩端電壓 U 的改變

54、，從而輸出了電信號，實現(xiàn)了聲音與電流之間的轉(zhuǎn)換。而實際的駐極體傳聲器的內(nèi)部電路更加復雜一些。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十皮法。因而它的輸出阻抗值很高，約幾十兆歐以上。而這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的，因此在它與放大器之間必須連接阻抗變換器。通常用一個專用的場效應管和一個二極管復合組成阻抗變換器。</p><p>　　根據(jù)引出端不同，駐極體傳聲器可分為二端輸出式和三端輸出式兩種，二

55、端輸出方式類似晶體三極管的共發(fā)射極放大電路，是將場效應管接成漏極輸出電路。只需兩根引出線，接一個漏極電阻 R在漏極 D 與電源正極之間，信號由漏極輸出有一定的電壓增益，所以傳聲器的動態(tài)范圍比較小，但靈敏度比較高。三端輸出方式和晶體三極管的射極輸出電路類似，是將場效應管接成源極輸出方式，是有三根引線。漏極 D 接電源正極，源極 S 與地之間接電阻 R 來提供源極電壓，信號由源極經(jīng)電容 C 輸出。源極輸出的輸出阻抗小 2 千歐，電路比較穩(wěn)定

56、，動態(tài)范圍大，但輸出信號比漏極輸出小。但是無論采取何種接法，駐極體傳聲器必須滿足一定的偏置條件才能正常工作，即保證其內(nèi)置的場效應管一直處于放大狀態(tài)。 在本單元中采用的是二端輸出的駐極體傳聲器，采用負極接地、漏極 D 輸出的連接方式。漏極 D 端加約 9V 的電壓，使其內(nèi)部的場效應管處于放大狀態(tài)， 因為在 9V 電壓下該傳聲器的敏感度高。在 VCC =9V 的電壓驅(qū)動下 ,動態(tài)范圍可以達到 -2～+2V [6]。</p>&

57、lt;p><b>　　3.2 信號放大器</b></p><p>　　LM386是由美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，應用于低電壓消費類產(chǎn)品等。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，就可以把電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,促使LM386特別適用于電池供電的場合。</p&g

58、t;<p>　　功率放大器簡稱功放，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚聲器進行聲音的重放。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，使其信號的功率滿足設(shè)計要求。</p><p>　　在電路設(shè)計過程中進行比較，可以發(fā)現(xiàn)LM386集成電路使用簡單，有很少的外圍器件，而且它還有許多優(yōu)點，如體積小、電源范圍寬、外接元件少、電壓增益可調(diào)整、頻率響應

59、好、輸出功率大、總諧波失真小等。因此選用LM386來組成音頻功率放大電路。LM386 已經(jīng)被廣泛地應用在錄音機和收音機音頻放大、室內(nèi)對講機、紅外線、超聲波、小型馬達驅(qū)動器等電路中[7]。</p><p>　　LM386的引腳圖如圖4所示。</p><p>　　圖4 LM386引腳圖</p><p>　　其中LM386的內(nèi)部方塊圖如圖5所示。</p>

60、<p>　　圖5 LM386的內(nèi)部方塊圖</p><p>　　3.3 交直流轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計</p><p>　　3.3.1 真有效值</p><p>　　所謂真有效值即為“真正有效值”之意，英文縮寫為“TRMS”， 只有真有效值儀表才能給出正確的測量值，才能正確確定電纜、母線和斷路器的額定值。欲需測量交流電壓必須增加AC/DC轉(zhuǎn)換電路，一般的交流電壓表為

61、降低成本和簡化電路，均使用簡易的平均值響應交流/直流轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　真有效值儀表的的核心器件是TRMS/DC轉(zhuǎn)換器。目前此類單片的集成芯片很普遍，真有效值儀表普遍使用了這類集成電路。單片集成電路具有集成度高、功能完善、外圍元件少、電路連接簡單等優(yōu)點，此類芯片能準確、實時測量各種電壓波形的有效值，無須考慮波形參數(shù)和失真，這些性能是平均值儀表無法比擬的。</p><p>　　平均

62、值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換的電壓表只能用于測量無失真的正弦波電壓，對于正弦波失真的交流電壓，這類電表測量就會產(chǎn)生誤差，更不能準確測量方波、矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波，利用真有效值數(shù)字儀表可準確測量出各種波形的有效值，達到現(xiàn)代電子測量之要求。交流電壓的有效值的表達式的定義如下：</p><p><b>　　公式1近似公式：</b></p><p>　　公式2

63、 </p><p>　　我們對式（3.1）進行變化，兩邊平方，并令 </p><p>　　公式3就可以得到真有效值電壓的另一種表達式</p><p>　　公式4從公式4可知，對輸入電壓依次進行“取絕對值→平方/除法→取平均值”運算，也可以得到交流電壓的有效值，而且這公式更具有使用價值。舉例說明：假如要測量的電壓變化范圍是0.1V—10V，平

64、方后得U2=10mV—100V，這就需要具有相當大的動態(tài)范圍（10000：1）的平方器。這樣的平方電路誤差就有可能超過1mV，要平方器能輸出100V的電壓，技術(shù)上是不能實現(xiàn)的。如果使用式公式4既便于設(shè)計電路，又能保證了準確度。目前大多數(shù)的集成單片真有效值/直流轉(zhuǎn)換器均采用式公式4的原理而設(shè)計。通過測量信號的有效值（可知信號的峰值信息），從而可知振動的峰值。且輸出的直流信號便于單片機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。在此系統(tǒng)中采用有效值檢測電路AD

65、536測量信號的有效值，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理可得振動的振幅。</p><p>　　3.3.2 AD536 芯片</p><p>　　AD536A是美國 AD 公司推出的真有效值轉(zhuǎn)直流值（RMS-DC）的單片集成電路，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(nèi) 部含有峰值因數(shù)補償電路,在峰值因數(shù)達到 7 時轉(zhuǎn)換誤差僅為 1%。 AD536A 的頻帶 很寬, 當信號電

66、壓大于 100mV 時，這個電路的帶寬使測量能力達到 300KHZ 僅有3dB 的誤差。利用外部提供的參考電壓,用戶能方便設(shè)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(nèi)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，輸出電路具有短路保護功能。</p><p>　　AD536A 內(nèi)部主要包括：一個絕對值電壓/電流（V/I）轉(zhuǎn)換器、一個平方器/除

67、法器、 低通濾波器、精密電流鏡和一個輸出緩沖器（具有10V滿量程輸入范圍）[8]。</p><p>　　3.4 單片機系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.4.1 單片機的選擇</p><p>　　基于功能實現(xiàn)和程序設(shè)計的考慮，本次設(shè)計選用的單片機需要滿足以下幾個 條件：(1)可以反復燒錄程序，因為在程序調(diào)試設(shè)計過程中需要對程序不斷地進行修改；(2)有足夠的RAM，在

68、噪聲測試中需要動態(tài)保存所測到的噪聲數(shù)據(jù)；(3)價格便宜，出于制造成本的考慮單片機的價格不能太高。</p><p>　　單片機自從問世以來，它一直在工業(yè)檢測、控制的應用中起著重要作用。市場上常用的單片機有Intel公司的MCS-51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS-51由于單片機應用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強，價格低等優(yōu)點，很容易形成產(chǎn)品而倍受青睞。</p><p>

69、;　　89C51單片機為EPROM型，在實際電路中可以與8051單片機或8751單片機直接互換，不但和8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器還是FLASH工藝。</p><p>　　89S52是北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計的，由美國的Atmel公司生產(chǎn)的八位單片機。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造

70、并且與國際工業(yè)標準80C51單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89S52比較合適的[9]。</p><p><b>　　89S52的簡介</b></p><p>　　單片機包含CPU、 RAM 、ROM、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等，還有數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 CPU（Central Processi

71、ng Unit）：是整個單片機的核心部件，其處理器是 8 位數(shù)據(jù)寬度，能處理8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 主要負責控制、指揮 和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，能完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 RAM（Random Access Memory）：89S51 內(nèi)部有 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 專用寄存器單元各128個。 程序存儲器 ROM（Read Only Memory）：89S51 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放

72、用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時/計數(shù)器：89S51 有兩個可編程定時/計數(shù)器并且都是16 位，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷，用于控制程序轉(zhuǎn)向。I/O口：89S51 共有4 組8 位 I/O 口(P0、 P1、P2 或 P3)，作用是對外部數(shù)據(jù)的傳輸。中斷系統(tǒng)：89S51 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。</p><p>　　

73、本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機，89C52本身帶有的內(nèi)存儲器是8K，可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦數(shù)達幾萬次以上， 89C52管腳圖如圖6所示[10]。</p><p>　　下面簡單介紹89C52的主要管腳功能如下：</p><p>　　VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（32-39）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口

74、（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（21-28）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（1-8）： 準雙向通用I/O口；RST（9）：復位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。</p><p>　　3.5 顯示及指示電路的設(shè)計</p>

75、<p>　　3.5.1 顯示電路的設(shè)計</p><p>　　本次設(shè)計采用LED共陰極4封裝型顯示器顯示。單片機應用系統(tǒng)常用的輸出器件是LED顯示器。它是由若干個發(fā)光二極管構(gòu)成，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫點亮。控制不同的組合的二極管導通就能顯示出各種字符。它的結(jié)構(gòu)和外型圖如圖7所示：</p><p>　　圖7 共陰型數(shù)碼管結(jié)構(gòu)和外型圖</p><

76、;p>　　本次設(shè)計用4位8段LED動態(tài)顯示電路。段碼線和位選線分別占用一個8位I/O口和一個4位I/O口。因為各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出的段碼對各個顯示位來說是相同的。所以，在相同時刻，如果各位的位選線同時處于選通狀態(tài)，4位LED將會顯示相同的字符。而如果要各位LED能夠同時顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式。在同一時刻，4位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他三位則是熄滅的。類似，在下一時刻，其它各

77、位的位選線均處于關(guān)閉狀態(tài)，僅僅讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，既同一時刻，只有選同位顯示出相應的字符，而其余各位是熄滅的。如此繼續(xù)下去，就可以滿足要求。這些字符在不同時刻出現(xiàn)，而在同一時刻，卻只有一位顯示，其余各位熄滅，而“多位同時亮”的假象是因為LED顯示器的余光和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，就可以造成[11]。</p><p>　　3.5.2 指示電路的設(shè)計

78、</p><p>　　本次設(shè)計主要是考慮到人耳對噪聲的主觀評價，對于不同分貝的聲音，人產(chǎn)生的感覺是不相同的，因此用三個發(fā)光二極管來指示聲壓級的范圍，指示電路的設(shè)計如圖8，圖左邊的三個端口分別連接AT89c52的P1.0、P1.1和P1.2口，通過單片機編程來控制聲壓級的指示范圍。</p><p><b>　　圖8 指示電路</b></p><p&

79、gt;　　4 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　智能儀器的研制開發(fā)是一個較為復雜的過程。為完成儀器的功能，實現(xiàn)儀器的指標，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，應遵循正確的設(shè)計原則、按照科學的研制步驟來開發(fā)智能儀器。</p><p>　　儀器可靠性是最突出也是最重要的，應采取各種措施提高儀器的可靠性，從而保證儀器能長時間穩(wěn)定工作。軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，不僅易于編程和調(diào)試，也

80、可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。在滿足性能指標的前提下，應盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高。總之，設(shè)計的程序應該達到可讀性，可理解性，可維護性，有效性，可修改性。</p><p>　　4.1 程序系統(tǒng)框圖</p><p>　　在單片機系統(tǒng)的程序的設(shè)計中，單片機就如同整個系統(tǒng)的交通樞紐，而程序就是組成交通樞紐的大道，各個部分的模塊化的程序就是整個系

81、統(tǒng)的組成部份。軟件編寫的是否合理，語句運用的是否簡潔直接影響單片機的工作效率?，F(xiàn)就此次設(shè)計的軟件部分作簡要介紹，如圖4-1所示為軟件總體流程圖。其中子程序包括：中斷服務程序的設(shè)計、查表子程序、顯示子程序、指示子程序。由于要實現(xiàn)功能多，所以采用模塊化的設(shè)計，下面就其主要部分分別介紹。</p><p>　　中斷服務程序主要完成的功能是：T0中斷子程序是將電壓/頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的頻率信號轉(zhuǎn)入計數(shù)器的T0口，之后計數(shù)器開始

82、計數(shù)，當計數(shù)到一定數(shù)目之后，計數(shù)器就會產(chǎn)生溢出中斷。</p><p>　　查表子程序：將進入單片機的脈沖信號與實際要顯示值之間有一定的對應關(guān)系，經(jīng)過軟件編程查表顯示所需要的值。</p><p>　　顯示子程序：將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送到顯示器顯示。</p><p>　　指示子程序：對顯示結(jié)果范圍的一個指示。</p><p>　　噪聲監(jiān)測系統(tǒng)軟件總體

83、流程圖如圖9所示[12]。</p><p>　　圖9 單片機軟件系統(tǒng)方案框圖</p><p>　　4.2 系統(tǒng)內(nèi)部RAM的分配</p><p>　　在編寫程序之前，要對系統(tǒng)占用的RAM進行合理的安排和分區(qū)，這樣才有實用性，不容易在軟件上出錯。內(nèi)部RAM分配情況如表4.1所示。</p><p>　　表4.1 系統(tǒng)RAM區(qū)分配表</p&

84、gt;<p>　　4.3 中斷服務程序的設(shè)計</p><p>　　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)器來完成的。單片機的定時器/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由特殊功能寄存器TH1、TL1構(gòu)成。</p><p>　　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

85、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。單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清0。</p><p>　　在此系統(tǒng)中，T0作為計數(shù)器，T1作為定時器，中斷服務程序流程圖如圖10所示[13]。</p><p>　　圖10 中斷服務程序流程圖</p><p>　　4.3.1 T0中斷子程序的設(shè)計</

86、p><p>　　計數(shù)功能是對外來脈沖進行計數(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)脈沖輸入端。當輸入的信號發(fā)生由1至0的負跳變時，計數(shù)器上的值就會增加1。在所有機器周期的S5P2期間，其采樣來自于外部輸入引腳。例如如果在第一個機器周期采樣的值是1，在下一個機器周期采樣的值是0，則在再下一個機器周期S3P1的期間，計數(shù)器的值加1。由于去確認一次負跳變要花兩個機器周期（24個振蕩

87、周期），所以外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24。</p><p>　　由于本設(shè)計采用T0計數(shù)器，當定時時間到時產(chǎn)生中斷，所以需要編寫中斷子程序。本設(shè)計把T0作為計數(shù)器，用方式1計數(shù)，當定時1秒之后，就會產(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志，于是，CPU暫時終止當前的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序，這時除了硬件會自動把斷點地址（16位程序計數(shù)器PC的值）壓入堆棧之外，還要保護有關(guān)

88、工作寄存器、累加器、標志位等信息，在完成中斷服務程序后，恢復有關(guān)的工作寄存器、累加器、標志位內(nèi)容，最后執(zhí)行中斷返回指令，從堆棧中自動彈出斷點地址到PC，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序，如圖11所示為中斷子程序流程圖[14]。</p><p>　　圖11 T0中斷服務程序流程圖</p><p>　　4.3.2 T1中斷子程序的設(shè)計</p><p>　　通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)定

89、時功能，但此時的計數(shù)脈沖是單片機內(nèi)部的，既每個機器周期計數(shù)器加1。因為12個振蕩脈沖周期才為一個機器周期，所以振蕩頻率為計數(shù)頻率的12倍。但若單片機是采用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。</p><p>　　定時功能：用T1做定時1秒，每滿1秒，就會讀計數(shù)器的內(nèi)容。具

90、體的T1中斷子程序軟件流程圖見圖12[15]。</p><p>　　圖12 T1中斷服務程序</p><p><b>　　4.4 查表子程序</b></p><p>　　在聲學中常使用聲壓級LP來反映聲壓的變化，將聲壓P聲壓級表示成</p><p><b>　　公式5</b></p>

91、<p>　　其中，基準量p0為20m Pa。當p=p0時，Lp=0dB，而當p=200 Pa時，LP=140dB。</p><p>　　需要指出的是，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

92、值。由于設(shè)計要求聲壓級的測量范圍為40~96db,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。</p><p>　　TAB:DB 1BH,0AH,0BH,0BH</p><p>　　DB 18H,9DH,09H,06H；表格上限</p><p><b>　　...</b></p><p>　　DB 05H,8

93、3H,08H,03H</p><p>　　DB 05H,00H,08H,03H</p><p>　　DB 04H,0EAH,08H,02H</p><p>　　DB 04H,61H,08H,01H</p><p>　　DB 04H,00H,08H,01H</p><p>　　DB 03H,0E7H,08H,00H<

94、;/p><p><b>　　…</b></p><p>　　DB 00H,0BH,04H,01H</p><p>　　DB 00H,0AH,04H,,00H；表格下限</p><p>　　DB 00H,00H,0AH,0AH </p><p>　　查表子程序流程圖如圖13所示。</p>

95、<p>　　圖13 查表子程序流程圖</p><p><b>　　4.5 顯示子程序</b></p><p>　　按照一般城市內(nèi)噪聲等級、測量方法和標準，顯示只需四位就可以滿足要求，顯示格式為：× × d b。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理完之后，顯示子程序就開始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進

96、制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。</p><p>　　本設(shè)計的顯緩單元是5CH-5FH，用兩個四位LED顯示，首先把要顯示的數(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進行位的選擇，顯示程序流程圖如圖14所示。</p><p>　　圖14 顯示子程序流程圖</p><p><b>　　4.6 指示子程序</b></p&

97、gt;<p>　　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），指示所測噪聲處于不同的聲壓級范圍。此指示程序的作用是：當聲壓級為40-59db時，黃色燈點亮；當聲壓級為60-79db時，紅色燈點亮；當聲壓級為80-96db時，綠色燈點亮。具體的流程圖如圖15所示[16]。</p><p>　　圖15 指示子程序流程圖</p><p><b>　

98、　5 系統(tǒng)調(diào)試與分析</b></p><p>　　系統(tǒng)的硬件、軟件獨調(diào)和系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)最后的步驟也是系統(tǒng)特別重要的環(huán)節(jié)，任何系統(tǒng)在焊接完成后都要進行檢測和調(diào)試，成功之后才能說明這硬件是可靠的，之后才能進行軟件調(diào)試。因為這樣才能給下一步進行的軟件調(diào)試提供一個真確的環(huán)境，排除一些不必要的硬件錯誤的干擾。本章詳細的介紹了計價器的硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬聯(lián)調(diào)的過程，并對調(diào)試結(jié)果進行了介紹和分析。硬件調(diào)試和軟件

99、調(diào)試是不能分開的，只有將軟硬件結(jié)合起來才能算是完成了一個系統(tǒng)。</p><p><b>　　5.1 調(diào)試步驟</b></p><p>　　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。</p><p>　　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

100、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，則表示兩點之間沒有連上。</p><p>　　3. 使用 Keil uVision2 編寫程序，通過 acr_fighter 將程序下載到單片機開發(fā)板上的 AT89S51 芯片內(nèi)。</p><p>　　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內(nèi)，觀察是否正確運

101、行工作，以及測量的結(jié)果和實際是否相符合。</p><p><b>　　5.2 硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試是非常重要的，下面是在硬件調(diào)試過程中需要注意的問題。</p><p>　　1.調(diào)試好電源以保證系統(tǒng)的可靠供電；正確使用示波器、萬用表、信號發(fā)生器等工具，以提高工作效率；</p><p>　　2.要分

102、模塊調(diào)試，以便于摸清模塊間的問題，提高效率；</p><p>　　3.對于復雜的接口，只從硬件角度調(diào)試是不完善，要結(jié)合軟件進行調(diào)試，這樣會達到更佳的效果；</p><p>　　4.復位不可靠，會造成各單元未進入預期狀態(tài)出現(xiàn)問題；</p><p>　　5.焊接不良會引發(fā)的各種問題，如方向錯焊、虛焊、錯焊等；</p><p>　　6.通信故障，主

103、要是由時序不匹配引發(fā)的。如時鐘信號通過邏輯單元后產(chǎn)生時延，與讀／寫信號時序搭配不上導致讀／寫錯誤；</p><p>　　上述這些分析方法能給調(diào)試帶來有益幫助，要想使調(diào)試工作變得更加順利必須熟悉掌握正確的調(diào)試方法。除此之外具備較好的焊接技術(shù)，這樣對硬件調(diào)試會有事半功倍的效果。</p><p>　　當然，在實際的硬件調(diào)試時，還會碰到一些一時找不到原因的問題，這時要放松心態(tài)，增加自信，找出各種可

104、能的原因，過程是艱辛的，但這對于提高自己的分析解決問題的能力是很有幫助的[17]。</p><p><b>　　5.3 軟件調(diào)試</b></p><p>　　軟件的調(diào)試是利用偉福軟件，模塊化調(diào)試，通過觀察存儲單元數(shù)據(jù)的變化，查找并解決程序的語法和邏輯錯誤，具體的調(diào)試步驟如下：</p><p>　?。?）在單片機專用 WAVE（偉幅）軟件上編寫程

105、序。 </p><p>　?。?）在單片機專用 ISIS 軟件上繪制系統(tǒng)原理圖。 </p><p>　?。?）程序的首地址應使目標可以直接運行，即從 0000H 開始。在主程序的開始部分必須設(shè)置一個合適的棧底。程序放置的地址需連續(xù)且靠前，不要在中間留下大量的空間地址，以使目標機可以使用較少的硬件資源。 </p><p>　?。?）然后把自己編好的程序放在ISIS 軟

106、件原本繪制好的系統(tǒng)原理圖中來運行，看自己編制的程序能不能運行。如果還有錯就把程序改過直到在 ISIS上能達到自己要的效果。</p><p>　　在檢測完程序無誤的情況下，在Proteus環(huán)境下將單片機與顯示電路連接號，將程序裝入單片機，給單片機的T0口一個脈沖信號，運行整個系統(tǒng)，如下表2為軟件運行的結(jié)果[18]。</p><p>　　表2 在Proetus環(huán)境下軟件運行結(jié)果</p&

107、gt;<p>　　從表2中可以看出，測試結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求。</p><p>　　5.4 噪聲監(jiān)測器的系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試是利用偉福仿真器及其自帶軟件來實現(xiàn)一個模擬仿真系統(tǒng)。偉福調(diào)試軟件功能較強，包含許多功能，如單步、斷點、跟蹤、檢查和修改等。偉福仿真器的仿真頭代替89C52芯片，插在硬件電路板的原來插89C52芯片的插座上，就可以進行軟硬件調(diào)試了。本次設(shè)計的

108、聯(lián)調(diào)采用先分塊聯(lián)調(diào)，再總體聯(lián)調(diào)的方法。下面介紹本設(shè)計的軟硬件聯(lián)調(diào)的過程。</p><p>　　先用偉福仿真器調(diào)試顯示電路部分，調(diào)入預先編制好的顯示程序，檢查程序和硬件是否對應上。顯示電路顯示的數(shù)據(jù)和編程所要顯示的數(shù)據(jù)一致，顯示電路聯(lián)調(diào)成功。</p><p>　　當偉福仿真器的仿真頭代替89C52芯片，插在硬件電路板的原來插89C52芯片的插座上，時鐘芯片電路在軟件的啟動下開始工作，在偉福軟