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1、辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 环境噪声检测仪设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气11班 学 号： 111902011 学生姓名： 吴小强 指导教师： （签字）起止时间：2012-06-24至2012-07-06V本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号111902011学生姓名吴小强专业班级电气11课程设计（论文）题目环境噪声检测仪设计课程设计（论文）任务环境噪声检测仪的主要功能实时检测城市环境噪声，并利用3位大型数码管实时显示环境噪声大小，数码管每段正常工作电参数12V/50mA。控制器由AC2
2、20V供电，噪声测量范围30130dB(A)，分辨率0.1dB。主要设计内容：硬件电路设计：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 噪声传感器选择、放大电路及接口电路设计3. 显示电路设计软件设计：1.编程程序流程图2.程序清单编写进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第4天 CPU最小系统设计第5天 噪声传感器选择、放大电路及接口电路设计第6天显示电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量6
3、0% 答辩20% 以百分制计算摘 要随着现代工业、科技的发展，噪声已经变得随处可闻，噪声已经大大的影响了人们的日常生活，所以说对噪声的监测已经变得必不可少。本文详细介绍了噪声检测系统的测量原理和系统组成，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。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。 关键词： A/D转换器；单片机；运算放大器； LED显示目 录第1章 绪论11.1 环境噪声检测仪概况11.2 本
4、文研究内容2第2章 CPU最小系统设计32.1 环境监测仪总体设计方案32.2 CPU的选择32.3 数据存储器扩展42.4 复位电路设计52.5 时钟电路设计62.6 CPU最小系统图7第3章 噪声监测仪输入输出接口电路设计83.1 声音传感器的选择83.2 噪声监测仪检测接口电路设计103.2.1 A/D转换器选择103.2.2 模拟量检测接口电路图113.3 噪声监测仪输出接口电路设计113.4 人机对话接口电路设计12第4章 噪声传感器软件设计134.1 软件实现功能综述134.2 流程图设计134.2.1 主程序流程图设计134.2.2 模拟量检测流程图设计154.2.3 环境噪声监
5、测仪流程图设计154.3 程序清单16第5章 系统设计与分析205.1 系统原理图205.2 系统原理综述205.3 软件调试结果21第6章 课程设计总结22参考文献23第1章 绪论1.1 环境噪声检测仪概况噪声即噪音，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，
6、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、早市和人的大声说话等。 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，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89C52单片机为核心，采用V/F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
7、的场合。随着噪声污染的日趋严重，噪声监测技术的研究及设备的开发也得到迅速发展，世界发达国家的噪声监测设备的产值平均以10-15%的速度增加，我国在93年噪声振动监测设备产值已达到6.2亿元，“八五”期间用于噪声治理的工程费用达到9.2亿元，上述产值尚不包括配套的噪声振动监测设备，预计我国配套的噪声振动监测设备20亿左右。高速运输系统和工具等一些新出现的噪声源和计算机、数字处理、新材料等技术发展使噪声监测技术、设备的研究与发展面临挑战，又提供了机遇。噪声监测技术和设备已开始进入规范化、标准化、系列化和配套化阶段。噪声监测技术和设备的研究和开发已取得很大进展但应看到仍有一些技术不够成熟，需进一步研
8、究的问题仍然很多。声级计是一种能够把工业噪声、生活噪声和车辆噪声等，按人耳听觉特性近似地测定其噪声级的仪器。噪声级是指用声级计测得的并经过听感修正的声压级（dB）或响度级（方）。根据声级计在标准条件下测量1000Hz纯音所表现出的精度，六十年代国际上把声级计分为两类，一类叫精密声级计，一类叫普通声级计。我国也采用这种分法。70年代以来有些国家推行四类分法，即分为0型、1型、2型和3型。它们的精度分别为0.46、0.76、1.00和1.5dB。根据声级计所用电源的不同，还可将声级计分为交流式声级计和用干电池的电池式声级计两类。电池式声级计也称为便携式声级计，这种仪器体积小、重量轻、现场使用方便。
9、声级计一般由传声器、前置放大器器、衰减器、放大器、计权网络、检波器、指示表头和电源等组成，其原理方框图如图1.1所示。前置放大输入放大器输入衰减器输出衰减器输出放大器检波器表头传声器图1.1 声级计原理方框图1.2 本文研究内容噪声是日常生活中常见的物理现象。在大多数情况下，噪声是有害的。噪声在生理和心理上也会危害人类的健康，因而已被列入需要控制的危害之一。但噪声也有可以被利用的一面。无论是利用噪声还是防止噪声，都必须确定其量值。在长期的科学研究和工程实践中已逐步形成了一门较完整的噪声工程学科，可供进行理论计算和分析。但这些毕竟还是建立在简化和近似的数学模型上，还必须用试验和测量技术进行验证。
10、随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低噪声的要求，需要进行噪声的分析与设计，并通过实验来验证，改进设计。总之，噪声的测量不仅在噪声研究领域里占有重要的地位，而且已经广泛应用于机械制造、建筑工程、地球物探、生物医疗等各个领域。查阅资料，了解课题背景，了解环境噪声的特点。学习、掌握声压计的测量机理、传声器测量基本原理。合理选择噪声测量传感器，掌握其测量原理及应用。学习单片机原理，熟悉单片机系统设计和软件编程。进行整体方案设计，做出开题报告。进行系统硬件电路设计，包括传声器测量系统设计、单片机系统硬件设计。编写程序，仿真调试。仿真调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。第2章 CP
11、U最小系统设计2.1 环境监测仪总体设计方案环境监测仪系统结构框图如图2.1所示。环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。放大电路由运放LM386构成，精心调整相关外围元件参数，可使其输出幅频特性满足测量要求的电压信号。通过V/F转换器后，输出频率信号变为TTL电平送给单片机的P3.4引脚，经软件处理后，噪声声压级显示值由P1口输出，驱动LED数码管显示。噪声传声器单片机V/F 转换电路交直流转换LED 显示图2.1 噪声监测仪硬件结构图2.2 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
12、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和对战指针SP等。本次设计采用89C51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2.2：其中VSS为接地端，VCC接+5V电源；XTAL1接外部晶体和
13、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2.2 89C51引脚图2.3 数据存储器扩展89C51片内有128 B的RAM存储器，在实际应用当中仅靠这128 B的数据存储器时远远不够的。这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。89C51单片机最大可扩展64KB RAM。常用的数据存储器有静态数据存储器RAM和动态数据存储器，由于在实际应用中，需要扩展的容量不大，所以一般采用静态RAM,如SRAM 6116、62
14、64等。数据存储器空间地址同程序存储器一样，由P2口提供高8位地址，P0口提供低8位地址和8位双向数据线。数据存储器的读和写由和信号控制，而程序存储器由读选通信号控制，两者虽然共处同一地址空间，但由于控制信号不同，故不会发生总线冲突。本次设计主要扩展数据存储器，选择6116芯片，6116是2K8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功耗160mW，典型存取时间200ns，为24线双列直插式封装。其硬件扩展图如图2.3图2.3 硬件扩展图2.4 复位电路设计单片机的复位都是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和引脚输出高电平。
