环境噪音测试仪的设计

课程设计课程名称测控电路课题名称环境噪音测试仪的设计专业测控技术与仪器班级1302学号201301200204姓名翟富祥指导老师黄峰、徐谦、余晓霏、李亚2016年6月20日等级:电气信息学院课程设计任务书课题名称环境噪音测试仪的设计姓名翟富祥专业测控技术班级1302学号04指导老师黄峰课程设计时间2016年6月20日-2016年6月26日（17周）教研室意见意见：审核人：一、任务及要求1）设计一个噪音测试仪，量程为0~100dB（也可以选择其它量程），分辨率10dB；2）采用LED数码管显示测量值，具有“保持（HOLD）”功能和“启动（START）”按键。设计要求：1）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对漂移（零漂、温漂）、重复性、线性度等参数进行测试、分析。5）如果采用单片机，必需绘制软件流程图；二、进度安排周一：集中布置课程设计任务和相关事宜，查资料确定系统总体方案。周二～周三：完成硬件电路设计周四～周五：设计报告撰写。周五进行答辩和设计结果检查。三、参考资料1.测控电路（第2版），张国雄，机械工业出版社.2006。2.模拟电子技术基础（第2版），童诗白，高等教育出版社.1988。3.传感器原理及应用（第2版），王化祥，天津大学出版社.1999。4.中国传感器网站）进行系统的方案设计；3）要绘制原理框图，绘制原理电路；4）要有必要的计算及元件选择说明；6）写出课程设计报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。7）答辩。目录第1章设计任务及要求·······································································11.1设计任务······················································································11.2设计要求·····················································································1第2章系统方案设计··········································································22.1设计思路·····················································································22.2整体程序框图···············································································2第3章系统硬件电路设计····································································33.1时钟复位电路··············································································33.2放大电路·····················································································33.3V/F转换电路················································································43.4数码管显示电路············································································5第4章系统软件设计·········································································74.1频率与声压级检测算法···································································74.2总程序流程图···············································································74.3查表子程序··················································································84.4显示子程序··················································································9第5章总结····················································································10参考文献·························································································11附录环境噪音测试仪电路图·······························································121第1章设计任务及要求1.1设计任务本课题要求设计一个环境噪音测试仪，具体要求：1）量程为0~100dB（也可以选择其它量程），分辨率10dB；2）采用LED数码管显示测量值，具有“保持（HOLD）”功能和“启动（START）”按键。1.2设计要求1）安装、调试电路，记录调零、定标的数据，并对漂移（零漂、温漂）、重复性、线性度等参数进行测试、分析。5）如果采用单片机，必需绘制软件流程图；6）写出课程设计报告。报告中应包括原理框图、参数曲线分析、操作方法、测控流程等，调试过程中遇到的问题，改进方法和总结体会。2）进行系统的方案设计；3）要绘制原理框图，绘制原理电路；4）要有必要的计算及元件选择说明；2第2章系统方案设计2.1设计思路根据课题要求，需要由数码管显示噪音测量值，具有“保持（HOLD）”功能和“启动（START）”按键。并通过按键进行复位。本设计采用AT89C51系列单片机作为控制芯片，并主要由时钟复位电路模块、数码管显示电路模块和声音放大电路模块和转换电路模块四部分组成。2.2整体程序框图图2.1整体程序框图3第3章系统硬件电路设计3.1时钟复位电路本设计采用的是按键上电复位电路。单片机89C51的复位电路由电阻，电容和复位开关组成，其复位端为第9脚。当按下复位开关后，第9脚的电压由原来的低电平变为高电平，使单片机实现复位操作。也就是当该端子上保持两个机器周期的高水平时，可对89C51单片机实现复位操作。时钟电路：时钟电路是由电容C4、C5和12MHz的晶振组成，接在单片机的第18和19脚(即XTAL1和XTAL2端)。因其采用的是振荡频率12MHz的晶振，所以其软件的一个机器周期为1us。电路如图3.1所示图3.1时钟复位电路3.2放大电路音频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。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。因此本课题选用LM386来组成音频功率放大电路。LM386的引脚图如图3.2所示。4图3.2LM386引脚图因为声音传声器输出的电压信号非常微弱，只有毫伏级，为了能更好的采集到信号数据，必须经过电压放大器来进行电压放大，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，如图3.2所示。图3.2放大电路3.3V/F转换电路本课题的V/F转换电路主要是用LM331构成的电压/频率的转换电路。LM331使用了新型温度补偿能隙基准电路，在规定工作温度范围内和4伏电源电压下都有较高精度。由LM331构成的电压/频率转换电路，输出的频率信号变成TTL电平送给单片机的P3.4引脚，作为T0的计数脉冲。该转换电路线性良好，抗干扰能力强，输出频率范围在10—100kHz以上，优于普通8位并行A/D转换器，有利于提高系统的测量范围。LM331的引脚图如图3.3所示。图3.3LM386引脚图5采用单电源LM331V/F转换，在整个测量电路中,电压信号与脉冲信号即V/F的转换对整个系统的工作起着重要作用,因此本课题采用了高性能的电压频率转换集成电路LM331作为系统的核心,由LM331构成的V/F转换电路,将电压信号(0～5V)转换成对应的频率信号(0～10KHz),该频率信号以TTL电平送入89C51单片机的P3.4引脚,作为T0的计数脉冲，如图3.4所示。图3.4V/F转换电路3.4数码管显示电路本设计中采用1602LCD（并行）显示器显示。LCD显示器是单片机应用系统常用的输出器件。第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。6第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。LCD的数据由单片机的P0～P7口输入，进入LCD后按一定的规律显示出来。LCD显示电路的具体电路如图3.5所示。图3.5数码管显示电路7第4章系统软件设计4.1频率与声压级检测算法由于在电路中已检测出频率信号，只要经CPU换算就可以得到频率的大小，计算公式为：f=n/t公式中的t为定时器定时时间，n为在t时间内计数器的计数值，f为计算后的频率。电路中的基准电压V1相当于0dB时的电压5uV，V声音转换的电压值，Lp是在此基础上进行换算与校准就可以得到相应的db数，计算公式为：Lp=20lg(V/V1)4.2总程序流程图本课题的总程序流程图如图4.1所示。其中子程序包括：查表子程序、显示子程序。图4.1总程序流程图84.3查表子程序因为进入单片机的脉冲信号与实际显示值之间有一定的对应关系，查表子程序的作用是通过软件编程查找显示所需要的值。程序流程图如图4.2所示。图4.2查表子程序94.4显示子程序由AT89C51单片机芯片将数据处理后的结果由显示子程序通过显示器显示。图4.3显示子程序10第5章总结为期一周的测控电路课程设计结束了，在这一周的时间里有烦恼、焦急，也有开心。这次课程设计，我们小组的课题是环境噪音测试仪的设计。在刚拿到课题的时候，我们都很迷惘，毕竟在上个学期的测控电路课程学习中没有扎实的掌握理论知识，而且经过这么久的时间，也已经忘得差不多了。然后就开始翻书网上查找资料，还有指导老师黄老师的指导，一步步的从方案的选取设计到硬件软件的设计，再到现在的报告的完成。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。在做课程设计之前，听平时的课觉得测控电路应该不会太难，可到真正做设计的时候就碰到了各种各样的问题，通过查阅大量相关资料，与小组同学交流讨论，并向老师请教等，慢慢的克服了遇到的各个困难。在这个过程中，我学到了许多东西，同学之间的互帮互助，