畢業(yè)設(shè)計(jì)-環(huán)境噪聲檢測儀

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)工業(yè)化水平的提高，噪聲的危害日益突現(xiàn)，對(duì)環(huán)境噪聲的實(shí)時(shí)檢測越來越得到人們的重視。但現(xiàn)在市面上專業(yè)的環(huán)境噪聲測試儀，價(jià)格普遍偏高，嚴(yán)重制約了噪聲測試儀的廣泛使用。因此，本人設(shè)計(jì)了一款廉價(jià)的、可滿足日常生活使用的噪聲測試系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中由駐極體話筒采集聲音信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大后傳給AD536A進(jìn)行有效值計(jì)算，再由TLC254

2、3進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，最后由LCD1602液晶顯示。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：噪聲；駐極體傳聲器；AD536A；W78E52B；LCD1602</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the increased level of indu

3、strialization of society，the noise hazards increasingly emerge and the real-time detection of environmental noise is now gaining more and more attention . But now the prices of professional environmental noise tester o

4、n the market are generally high, which seriously hampered the wide use of noise meter. Therefore, I designed a cheap noise test system which can meet the use of the daily. In this system, voice signal is collected by the

5、 electric microphone, the am</p><p>　　【Key words】：Noise；Single-chip microcomputer；AD536A；W78E52B；LCD1602</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>

6、<p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　第1章緒論5</b></p><p>　　1.1 課題背景5</p><p>　　1.1.1噪聲污染的危害5</p><p>　　1.1

7、.2噪聲污染的現(xiàn)狀6</p><p>　　1.1.3噪聲測試的工具及其原理7</p><p>　　1.2課題意義8</p><p>　　1.3本文的工作8</p><p>　　第2章環(huán)境噪聲測試儀的總體設(shè)計(jì)10</p><p>　　第3章環(huán)境噪聲測試儀的硬件設(shè)計(jì)12</p><

8、;p>　　3.1單片機(jī)系統(tǒng)12</p><p>　　3.1.1單片機(jī)的選型12</p><p>　　3.1.2 W78E52B的簡介12</p><p>　　3.2傳聲模塊的設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.1 駐極體傳聲器簡介15</p><p>　　3.2.2 傳聲器的應(yīng)用電路17<

9、/p><p>　　3.3放大電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.3.1 運(yùn)放芯片介紹19</p><p>　　3.3.2 放大電路分析21</p><p>　　3.4有效值轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.4.1 真有效值22</p><p>　　3.4.2 AD536芯

10、片23</p><p>　　3.4.3 AD536A芯片的應(yīng)用電路25</p><p>　　3.5A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.5.1 TLC2543芯片介紹27</p><p>　　3.5.2 TLC2543芯片的應(yīng)用電路31</p><p>　　3.6顯示電路的設(shè)計(jì)32</

11、p><p>　　3.6.1 LCD1602的簡介32</p><p>　　3.6.2 LCD1602的應(yīng)用電路36</p><p><b>　　3.7小結(jié)36</b></p><p>　　第4章環(huán)境噪聲測試儀的程序設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.1程序的總體設(shè)計(jì)39</p>

12、;<p>　　4.2A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)40</p><p>　　4.3報(bào)警程序的設(shè)計(jì)43</p><p>　　4.4LCD顯示程序的設(shè)計(jì)44</p><p>　　第5章調(diào)試及測試結(jié)果48</p><p>　　5.1 硬件調(diào)試48</p><p>　　5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試49</p

13、><p>　　5.3試驗(yàn)結(jié)果及其分析50</p><p>　　第6章總結(jié)和展望54</p><p><b>　　6.1總結(jié)54</b></p><p><b>　　6.2展望54</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)55</b><

14、;/p><p><b>　　附 錄57</b></p><p><b>　　致 謝65</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p><b>

15、;　　噪聲污染的危害</b></p><p>　　噪聲是指一類引起人煩躁、或音量過強(qiáng)而危害人體健康的聲音[1]。從物理學(xué)角度來說，噪聲是指是發(fā)聲體做無規(guī)則振動(dòng)時(shí)所發(fā)出的聲音[1]。</p><p>　　噪聲與人們的主觀意愿和生活狀態(tài)有關(guān)，有時(shí)是一種主觀的感受。因此，判斷一個(gè)聲音是否屬于噪聲，僅從物理學(xué)角度判斷是不夠的，主觀上的因素往往起著決定性的作用。例如，美妙的音樂對(duì)正在欣賞

16、音樂的人來說是樂音，但對(duì)于正在學(xué)習(xí)、休息或集中精力思考問題的人可能是一種噪聲。即使同一種聲音，當(dāng)人處于不同狀態(tài)、不同心情時(shí)，對(duì)聲音也會(huì)產(chǎn)生不同的主觀判斷，此時(shí)聲音可能成為噪聲或樂音[2]。從生理和心理等角度來說，凡是人們所不需要的一切聲音，都可稱之為噪聲。</p><p>　　當(dāng)噪聲對(duì)周圍人或環(huán)境造成不良影響時(shí)，就會(huì)形成噪聲污染。工業(yè)革命以來，各種機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)造和使用，給人類帶來了進(jìn)步，但同時(shí)也產(chǎn)生了越來越多的噪

17、聲污染。目前，噪聲已成為污染人類社會(huì)環(huán)境的一大公害，嚴(yán)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(duì)人體的危害具體可歸為以下幾方那個(gè)面：</p><p>　?。?）影響休息睡眠和工作。</p><p>　　研究發(fā)現(xiàn)，在睡覺時(shí)即使是40－50分貝較輕的噪聲也會(huì)將人從熟睡狀態(tài)變到半熟睡狀態(tài)。人只有在熟睡狀態(tài)時(shí)，大腦活動(dòng)緩慢而有規(guī)律，才能夠得到充分的休息。而人在半熟睡狀態(tài)時(shí)，大

18、腦仍處于緊張、活躍的階段，這就會(huì)使人得不到充分的休息。從而影響到工作和學(xué)習(xí)，久而久之，人就會(huì)得神經(jīng)衰弱癥，表現(xiàn)為失眠、耳鳴、疲勞[2]。而當(dāng)噪聲超過85分貝時(shí)，會(huì)使人感到心煩意亂，因而無法專心地工作，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致工作效率降低。</p><p>　?。?）損傷聽覺、視覺器官。</p><p>　　噪聲對(duì)聽力的損傷。據(jù)測定，超過115 分貝的噪聲會(huì)造成耳聾。據(jù)臨床醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)，若在80分貝以上噪音環(huán)

19、境中生活，造成耳聾者可達(dá)50％。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界上有7000多萬耳聾者，其中相當(dāng)部分是由噪聲所致。而噪聲對(duì)兒童身心健康的危害尤為嚴(yán)重。因?yàn)閮和l(fā)育尚未成熟，各組織器官十分嬌嫩和脆弱，不論是體內(nèi)的胎兒還是剛出世的孩子，他們的聽覺器官都有可能被噪聲損傷。專家研究已經(jīng)證明，家庭室內(nèi)噪音是造成兒童聾啞的主要原因，若在85分貝以上噪聲中生活，耳聾者可達(dá)5％[2]。</p><p>　　噪聲對(duì)視力的損害。試驗(yàn)表明：當(dāng)噪聲強(qiáng)度

20、達(dá)到90分貝時(shí)，人的視覺細(xì)胞敏感性下降，識(shí)別弱光反應(yīng)時(shí)間延長；噪聲達(dá)到95分貝時(shí)，有40％的人瞳孔放大，視模糊；而噪聲達(dá)到115 貝時(shí)，多數(shù)人的眼球?qū)饬炼鹊倪m應(yīng)都有不同程度的減弱。所以長時(shí)間處于噪聲環(huán)境中的人很容易發(fā)生眼疲勞、眼痛、眼花和視物流淚等狀況。同時(shí)，噪聲還會(huì)使色覺、視野發(fā)生異常。調(diào)查發(fā)現(xiàn)噪聲對(duì)紅、藍(lán)、白三色視野縮小80％[2]。</p><p>　　（3）對(duì)人體的生理影響</p><

21、;p>　　損害心血管。噪聲會(huì)加速心臟衰老，增加心肌梗塞發(fā)病率。醫(yī)學(xué)專家經(jīng)人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，長期接觸噪聲可使體內(nèi)腎上腺分泌增加，從而使血壓上升。在平均70分貝的噪聲中長期生活的人，可使其心肌梗塞發(fā)病率增加30％左右，特別是夜間噪音會(huì)使發(fā)病率更高。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，生活在高速公路旁的居民，心肌梗塞率增加了30％左右。調(diào)查1101名紡織女工，高血壓發(fā)病率為 7.2％，其中接觸強(qiáng)度達(dá)100 分貝噪聲者，高血壓發(fā)病率達(dá)15.2％[2]。</

22、p><p>　　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。高噪聲的工作環(huán)境，可使人出現(xiàn)頭暈、頭痛、失眠、多夢、全身乏力、記憶力減退以及恐懼、易怒、自卑甚至精神錯(cuò)亂。在日本，曾有過因?yàn)槭懿涣嘶疖囋肼暤拇碳ざ皴e(cuò)亂，最后自殺的例子[2]。</p><p><b>　　噪聲污染的現(xiàn)狀</b></p><p>　　隨著社會(huì)發(fā)展的工業(yè)化水平越來

23、越高 ,噪聲污染日趨嚴(yán)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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在影響城市環(huán)境的各種噪聲來源中，社會(huì)生活噪聲占47%，工業(yè)噪聲占8%-10%，建筑施工噪聲占5%左右，交通噪聲占30%。我國重點(diǎn)城市區(qū)域環(huán)境噪聲總體水平在56-58dB(A)，處于中等污染水平，約有2/3的城市人口生活在高噪聲的環(huán)境中[12]。我國重點(diǎn)城市道路交通噪聲總體水平近十年來居高不下，已有3/4以上的城市交

24、通干線兩側(cè)噪聲平均值超過70dB(A),低于70dB(A)城市比例不到20%。全國每年因道路交通噪聲污染導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失約合216人民億元，僅北京市每年因道路交通噪聲污染導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)15-20億元[3]。我國各類功能區(qū)噪聲超標(biāo)比較普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國反映噪聲污染的投訴占了環(huán)境污染投訴的比例逐年增加，而且一直高居各類環(huán)境污染投訴的第一位。因此為了人們營造一個(gè)健康的居住環(huán)境，對(duì)噪聲的實(shí)時(shí)測試報(bào)警就顯得十分的重要。</p>&

25、lt;p>　　噪聲測試的工具及其原理</p><p>　　60年代 ，根據(jù)聲級(jí)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)條件下測量1000Hz純音所表現(xiàn)的精度，國際上把聲級(jí)計(jì)分為兩大類即精密聲級(jí)計(jì)和普通聲級(jí)計(jì)。70年代以后，有些國家推出四類分法，即分為0型、1型、2型和3型。它們的精度分別為±0.4dB、±0.7dB、±1.0dB和±1.5dB。根據(jù)聲級(jí)計(jì)所用電源的不同，還可分為交流式和用干電池的直流

26、式聲級(jí)計(jì)兩類，直流式聲級(jí)計(jì)也可歸類為便攜式聲級(jí)計(jì)。便攜式具有體積小、質(zhì)量輕和現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點(diǎn)。目前市面上主要是以直流式聲級(jí)計(jì)為主。</p><p>　　聲級(jí)計(jì)一般是由傳聲器、放大器、衰減器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示表頭和電源等組成。由傳聲器將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配。放大器將輸出信號(hào)加到計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)(或外接濾波器)，然后再經(jīng)衰減器及放大器將信號(hào)放大到一定的幅值

27、，送到有效值檢波器進(jìn)行檢波，在指示表頭上給出噪聲聲級(jí)的數(shù)值[4]。</p><p>　　聲級(jí)計(jì)中的頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)等響曲線中40方純音的響應(yīng)，它的曲線形狀與340方的等響曲線相反，從而使電信號(hào)的中、低頻段有較大的衰減[4]。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)70方純音的響應(yīng)，它使電信號(hào)的低頻段有一定的衰減。C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)100方純音的響應(yīng)，在整個(gè)聲頻范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)[4]。聲級(jí)計(jì)

28、經(jīng)過頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級(jí)稱為聲級(jí)，根據(jù)所使用的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同，分別稱為A聲級(jí)、B聲級(jí)和C聲級(jí)，單位記作dB(A)、dB(B)和dB(C)。在實(shí)際的測量中，A計(jì)權(quán)聲級(jí)最能反應(yīng)噪聲對(duì)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(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　此外，聲級(jí)計(jì)還可以外接濾波器和記錄儀，對(duì)噪聲進(jìn)行頻譜分析。</p><p><b>　　課題意義</b>

29、;</p><p>　　目前，市面上專業(yè)的環(huán)境噪聲測試儀，性能穩(wěn)定 ，抗干擾能力強(qiáng)，測量的精度基本能滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，但它的價(jià)格普遍偏高。這樣的價(jià)格使現(xiàn)在市面上專業(yè)的噪聲檢測儀除衛(wèi)生、計(jì)量等環(huán)保專業(yè)部門擁有外， 無法作為民用推廣普及。因此，如果能設(shè)計(jì)出一款廉價(jià)的、精度滿足一般測量需要的噪聲檢測儀，一定能滿足現(xiàn)在市場的需求。</p><p>　　于是我想設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的性價(jià)比高環(huán)境噪聲測試

30、儀，以滿足廣大消費(fèi)者的需求。設(shè)計(jì)出的噪聲測試儀應(yīng)具有報(bào)警功能，可以利用單片機(jī)完成對(duì)公共場所噪聲的自動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警管理 ,它的報(bào)警限界可靈活地調(diào)整，適用于各種場合的噪聲報(bào)警。這樣自動(dòng)提醒人們注意控制個(gè)人發(fā)出的聲量 ,自覺保持安靜的環(huán)境，避免了環(huán)境管理中不必要的人際之間的尷尬與矛盾。</p><p>　　傳統(tǒng)的聲級(jí)計(jì)由傳聲器、前置放大器、量程控制器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、檢波器、指示器等部分組成?？紤]到測量精度和

31、生產(chǎn)成本，可以將傳統(tǒng)的聲級(jí)計(jì)精簡為四個(gè)主要部分即傳聲器、放大器、分貝輸出、單片機(jī)系統(tǒng)。它工作過程是：噪聲經(jīng)傳聲器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過高精度低噪聲的放大器進(jìn)行放大，經(jīng)放大后的電信號(hào)進(jìn)行分貝處理和A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通過單片機(jī)系統(tǒng)儲(chǔ)存并輸出在LCD液晶屏上，這樣就完成了噪聲的測試。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以降低生產(chǎn)成本而且可以保證噪聲的檢測精度。相信它一定能滿足民用的需求，在市場上會(huì)有廣闊的發(fā)展空間。</p><p&g

32、t;<b>　　本文的工作</b></p><p>　　本論文共分六個(gè)章節(jié)。每個(gè)章節(jié)的主要內(nèi)容如下：</p><p>　　第一章 緒論部分簡單的概述了噪聲測試技術(shù)。主要介紹了噪聲污染的危害、噪聲污染的、噪聲測試的工具及其原理。</p><p>　　第二章介紹系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。</p><p>　　第三章介紹各個(gè)單元電路的設(shè)

33、計(jì)，包括單片機(jī)系統(tǒng)、傳聲模塊、放大模塊、有效值轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊。</p><p>　　第四章介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，包括A/D轉(zhuǎn)換程序、報(bào)警程序、LCD顯示程序。</p><p>　　第五章介紹系統(tǒng)的調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p>　　第六章是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)和展望。</p><p>　　環(huán)境噪聲測試儀的總體設(shè)計(jì)</p>

34、<p>　　系統(tǒng)的整個(gè)電路是以W78E52B單片機(jī)為核心，控制驅(qū)動(dòng)各個(gè)功能模塊。系統(tǒng)首先通過按鍵設(shè)置一個(gè)上限值，然后駐極體傳聲器采集聲音信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和分貝處理后，送到TLC2543上進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，數(shù)字信號(hào)經(jīng)P1.5口傳給單片機(jī)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后將數(shù)據(jù)在LCD1602上顯示出來，如果測得的數(shù)據(jù)大于上限值，蜂鳴器就報(bào)警。</p><p>　　該系統(tǒng)可以分為傳聲器模塊、有效值轉(zhuǎn)化

35、模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、放大模塊、單片機(jī)模塊、顯示模塊、鍵盤模塊這幾個(gè)模塊。各個(gè)模塊完成各自的工作，最后本系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。</p><p><b>　　圖2.1整體框圖</b></p><p>　　首先，在噪聲檢測系統(tǒng)中，傳聲器起著十分重要的作用，本次設(shè)計(jì)中采用了駐極體傳聲器。雖然傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的電容傳聲器具有頻率范圍寬，頻率響應(yīng)平直 ，靈敏度變化小，長

36、期使用穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。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，需要要加極化電壓等缺點(diǎn)。而采用駐極體傳聲器不再需要提供極化電壓，不僅可以在聲級(jí)測量儀器上省去直流變換器， 而且可以簡化其電源和電路的設(shè)計(jì)。而電源和電路設(shè)計(jì)的簡化，有利于降低聲級(jí)測量儀器的本底噪聲，可以提高傳感器系統(tǒng)的信噪比，從而提高了聲級(jí)測量儀器的測量精度，使儀器的性能進(jìn)一步得到改善。此外駐極體傳聲器比較廉價(jià)，可以降低儀器的生產(chǎn)成本。</p>

37、<p>　　其次，本系統(tǒng)中采用帶 dB 輸出的有效值變換芯片AD536A和高精度的A/D 轉(zhuǎn)換芯片TLC2543對(duì)信號(hào)進(jìn)行了有效值處理和A/D轉(zhuǎn)換，可以取代傳統(tǒng)聲級(jí)計(jì)中程控制器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)這三部分。因?yàn)閭鹘y(tǒng)聲級(jí)計(jì)的頻率計(jì)權(quán)通常分為A、B、C三種計(jì)權(quán)。在實(shí)際的測量中，A計(jì)權(quán)聲級(jí)最能反應(yīng)噪聲對(duì)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(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)?？紤]到本設(shè)計(jì)用于民用，因此本系統(tǒng)中只采用了A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，只

38、需在放大電路加入A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)功能的濾波電路，就可替代傳統(tǒng)聲級(jí)計(jì)中量程控制器、頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)這三部分。而采用帶dB輸出的有效值變換芯片AD536A可實(shí)現(xiàn)檢波器的功能。有效值變換芯片AD536A 的性能十分優(yōu)良 ，可以直接計(jì)算輸入的任何復(fù)雜波形的真有效值，對(duì)于正弦波信號(hào)，其峰值與有效值之間存在倍數(shù)的關(guān)系，只要測得了信號(hào)的有效值，信號(hào)的峰－峰值也就相應(yīng)得到了。這樣不僅克服了一般的檢波網(wǎng)絡(luò)的電路不穩(wěn)定的缺點(diǎn),同時(shí)也提高了儀器的測量精度

39、。而采用12 位開關(guān)電容逐次逼近式的A/D 轉(zhuǎn)換芯片TLC2543,完全滿足測量的精度。</p><p>　　最后，本系統(tǒng)的核心采用了W78E52單片機(jī)，W78E52是一款帶48K 字節(jié)的Flash EPROM的寬頻率范圍、低功耗的8 位微處理器。它具有性能穩(wěn)定 、價(jià)格低 、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。它在系統(tǒng)中能很好的完成接受 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 、分析噪聲大小、控制液晶顯示和蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)這三部分工作。TLC2543單片機(jī)

40、為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　環(huán)境噪聲測試儀的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的基石，良好的硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。本章主要是介紹整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)功能模塊的電路設(shè)計(jì)，分析描述電路設(shè)計(jì)中芯片的選型、設(shè)計(jì)的合理性，硬件設(shè)計(jì)同時(shí)思考軟件設(shè)計(jì)上的方便，使各部分電路有機(jī)結(jié)合，確保各模塊功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>&

41、lt;b>　　單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　3.1.1單片機(jī)的選型</p><p>　　基于功能實(shí)現(xiàn)和程序設(shè)計(jì)的考慮，本次設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)需要滿足以下幾個(gè)條件：(1)可以反復(fù)燒錄程序，因?yàn)樵诔绦蛘{(diào)試設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)程序不斷地進(jìn)行修改；(2)有足夠的RAM，在噪聲測試中需要?jiǎng)討B(tài)保存所測到的噪聲數(shù)據(jù)；(3)價(jià)格便宜，出于制造成本的考慮單片機(jī)的價(jià)格不能太高。</

42、p><p>　　W78E52B完全符合以上所有條件。首先，它的價(jià)格便宜，價(jià)格在5元到15元之間；其次，W78E52B包含8K 字節(jié)的Flash EPROM；256 字節(jié)的RAM，已滿足數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；最后，W78E52B的Flash EPROM 允許電編程和電讀寫，方便程序的燒錄，而且不易燒壞。</p><p>　　3.1.2 W78E52B的簡介</p><p>　　W7

43、8E52B是寬頻率范圍、低功耗的8位微控制器。它主要包含：8K字節(jié)的Flash EPROM、256字節(jié)的RAM、4個(gè)8位雙向、可位尋址的I/O 口、一個(gè)附加的4位I/O口P4、3個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和一個(gè)硬件看門狗定時(shí)器及一個(gè)串行口。而這些外圍設(shè)備都由有7個(gè)中斷源和2 級(jí)中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。它的指令集同標(biāo)準(zhǔn)8051 指令集完全兼容。為了方便用戶進(jìn)行編程和驗(yàn)證，W78E52B 內(nèi)含的Flash EPROM ，允許電編程和電讀寫。&l

44、t;/p><p>　　W78E52B 的體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外圍有多個(gè)寄存器的核心控制器，5個(gè)通用I/O 口，256字節(jié)的RAM，3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)串行口。處理器支持111 條不同的操作碼，并可訪問64k 的程序地址空間和64k的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖3.1所示： </p><p>　　圖3.1 W78E52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　W78E52B有2種

45、節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式，2種模式均可由軟件來控制選擇?？臻e模式下，處理器時(shí)鐘被關(guān)閉，但外設(shè)仍繼續(xù)工作。在掉電模式下晶體振蕩器停止工作，以將功耗降至最低。外部時(shí)鐘可以在任何時(shí)間及狀態(tài)下被關(guān)閉，而不影響處理器運(yùn)行。</p><p><b>　　它具有以下特性：</b></p><p>　　? 全靜態(tài)設(shè)計(jì)的CMOS 8 位微處理器 </p>&

46、lt;p>　　? 寬電壓范圍：4.5V - 5.5V</p><p>　　? 256 字節(jié)片內(nèi)暫存RAM </p><p>　　? 8K 字節(jié)片內(nèi)Flash EPROM </p><p>　　? 64KB 程序存儲(chǔ)器地址空間 </p><p>　　? 64KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間 <

47、;/p><p>　　? 4個(gè)8 位雙向I/O 口 </p><p>　　? 2個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 </p><p>　　? 一個(gè)全雙工串行口（UART） </p><p>　　? 看門狗定時(shí)器 </p><p>　　? 7個(gè)中斷源，2 級(jí)中斷能力 </p>

48、<p>　　? 降低EMI 模式 </p><p>　　? 內(nèi)建電源管理 </p><p>　　? 代碼保護(hù)機(jī)制</p><p>　　W78E52B的管腳配置如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 W78E52的管腳配置</p><p><b>　　傳聲模塊的

49、設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 駐極體傳聲器簡介</p><p>　　傳聲器是一種將聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電信號(hào)的傳感器，其原理就是用變換器將由聲壓引起振動(dòng)膜的振動(dòng)變成電參數(shù)的變化。按照換能原理的不同，常用的傳聲器可分為: 動(dòng)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。而駐極體傳聲器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，因此次設(shè)計(jì)

50、中我采用了駐極體傳聲器。</p><p>　　駐極體傳聲器的基本結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，由一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(duì)，中間有一個(gè)極小的空氣隙，這樣就形成了一個(gè)以空氣隙和駐極體作為絕緣介質(zhì)，以背電極和金屬層作為兩個(gè)電極的平板電容器。 </p><p>　　圖3.2駐極體傳聲器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>

51、　　駐極體薄膜上生產(chǎn)時(shí)注入了一定的永久電荷(Q)，由于沒有放電回路，這個(gè)電荷量是不變的。當(dāng)聲波引起駐極體薄膜振動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)，改變了電容兩極版之間的距離，從而引起電容的容量C發(fā)生變化。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，所以當(dāng)C變化時(shí)必然引起電容器兩端電壓U的變化，從而輸出了電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了聲音與電流之間的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　而實(shí)際的駐極體傳聲器的內(nèi)部電

52、路更加雜一些。如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3駐極體傳聲器的內(nèi)部電路</p><p>　　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(gè)專用的場效應(yīng)管和一個(gè)二極管復(fù)合組成阻抗變換器。如圖3.4所示：</p><p

53、>　　圖3.4駐極體傳聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　場效應(yīng)管具有輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低的特點(diǎn)。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。電容器的兩個(gè)電極接在場效應(yīng)晶體管的柵極G和源極S之間，這樣電容兩端電壓就是柵極G和源極S的偏置電壓。當(dāng)變化時(shí)，引起場效應(yīng)管的源極S和漏極D 之間的的電流變化，實(shí)現(xiàn)了阻抗變換。 一般話筒經(jīng)變換后輸出阻抗小于2千歐姆。而在這內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管，

54、主要目的是在場效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。</p><p>　　3.2.2 傳聲器的應(yīng)用電路</p><p>　　通常駐極體傳聲器有四種連接方式，如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 駐極體傳聲器的四種連接方式</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，圖中電阻R是場效應(yīng)管的負(fù)載電阻，它的

55、取值直接關(guān)系到話筒的直流偏置，對(duì)傳聲器的靈敏度等工作參數(shù)有較大的影響。</p><p>　　二端輸出方式是將場效應(yīng)管接成漏極輸出電路，類似晶體三極管的共發(fā)射極放大電路。只需兩根引出線，漏極D與電源正極之間接一個(gè)漏極電阻R，信號(hào)由漏極輸出有一定的電壓增益，因而傳聲器的靈敏度比較高，但動(dòng)態(tài)范圍比較小。</p><p>　　三端輸出方式是將場效應(yīng)管接成源極輸出方式，類似晶體三極管的射極輸出電路，

56、需要用三根引線。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(hào)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，動(dòng)態(tài)范圍大，但輸出信號(hào)比漏極輸出小。</p><p>　　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(yīng)管一直處于放大狀態(tài)。</p><p>　　在本單元中我采用的是二端輸出的駐極體傳聲器，采用負(fù)極接地、漏極D

57、</p><p>　　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(yīng)管處于放大狀態(tài)，因?yàn)樵?V電壓下該傳聲器的敏感度高。在 VCC =9V的電壓驅(qū)動(dòng)下 ,動(dòng)態(tài)范圍可以達(dá)到 -2～+2V 。傳聲模塊具體連接如圖3.6所示。</p><p>　　如圖3.6傳聲模塊電路圖</p><p>　　傳聲模塊主要由三端穩(wěn)壓調(diào)整78L09、駐極體傳聲器、二極管D1和若干電

58、容、電阻等元件組成。首先輸入12V三端穩(wěn)壓調(diào)整器78L09轉(zhuǎn)換9V電壓用于駐極體傳聲。此電路中的電容C1、C2、C3、C5、C6、C11和電阻R2、Q1組成電源濾波電路，用于濾去電源中的雜波。</p><p><b>　　放大電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.3.1 運(yùn)放芯片介紹</p><p>　　JRC4558 是低噪聲雙運(yùn)算放大

59、器集成電路，最適用于作有源濾波器，補(bǔ)償放大器，音頻前置放大器，均衡放大器以及在電子儀器、儀表中用作各種線路的放大器。該電路的主要有以下特點(diǎn)：（1）內(nèi)含相位補(bǔ)償回路；（2）噪聲低，Vni=2.5μV；（3）速度高，頻帶寬， =3MHz；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）。JRC4558的方框圖如圖3.7所示和引腳功能如表3.2所示： </p><p>　　圖3.7 JRC4

60、558的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　表3.2 JRC4558的引腳功能</p><p>　　LM358由雙獨(dú)立、高增益內(nèi)部頻率的單一功率供給到寬電壓范圍的補(bǔ)償運(yùn)算放大器。 該放大器主要有以下特點(diǎn)：（1）單增益內(nèi)頻補(bǔ)償；（2）大直流電壓增益：100dB ；（3）工作電壓范圍寬（3～32V）；（4）輸出電壓變率：(0～1.5V)（5）采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑

61、料封裝（SOP8）。LM358的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.7所示和引腳功能如表3.2所示： </p><p>　　圖3.8 LM358的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　表3.2 LM358的引腳功能</p><p>　　3.3.2 放大電路分析</p><p>　　本設(shè)計(jì)中運(yùn)算放大器主要采用了同相比例放大電路和同向負(fù)反饋電路:</p>&l

62、t;p>　　圖3.9 4558的電路圖</p><p>　　這是放大芯片4558 的連接電路圖，這個(gè)電路共有兩級(jí)放大，第一放大為同向比例放大，放大倍數(shù)為10-100倍，第二級(jí)放大為同向負(fù)反饋放大，R11是反饋電阻，主要起到保持波形的作用，不要讓波形有太多的失真。</p><p>　　圖3.10 LM358的電路圖</p><p>　　這是LM358放大芯片

63、的連接電路圖，這個(gè)電路中的兩級(jí)均采用同向比例放大，第一級(jí)的放大倍數(shù)是10倍，第二級(jí)為1倍，所以兩級(jí)放大倍數(shù)為的10倍，輸出電壓的范圍為0-3.8V。</p><p>　　有效值轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 真有效值</p><p>　　負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和取樣電阻上采集的電壓信號(hào)，如果直接送單片機(jī)A/D進(jìn)行處理，會(huì)增大系統(tǒng)誤差。為把系統(tǒng)誤差控制在題目要求的范

64、圍內(nèi)，我們在每一個(gè)信號(hào)的輸入和輸出級(jí)都進(jìn)行真有效值值的處理。</p><p>　　真有效值可以從兩個(gè)角度進(jìn)行定義：實(shí)用角度定義：一個(gè)交流信號(hào)的真有效值等于在同一負(fù)載上產(chǎn)生同等熱量所需的直流量。例如，1 V真有效值交流信號(hào)與1V直流信號(hào)在同一電阻上產(chǎn)生的熱量相同；數(shù)學(xué)角度定義：求信號(hào)的平方，取平均值，然后獲得其平方根[14]。公式如下：</p><p>　　這個(gè)公式包括計(jì)算信號(hào)的平方，取平均

65、值，然后獲得其平方根。而取平均值的時(shí)間必須足夠長，這樣才能在所需的最低工作頻率進(jìn)行濾波。</p><p>　　在進(jìn)行真有效值計(jì)算時(shí)還有一個(gè)很重要的參數(shù)需要介紹那就是波峰因數(shù)。波峰因數(shù)是波形的峰值與其真有效值值之比。在實(shí)際中，波峰因數(shù)非常有用，例如正弦波信號(hào)，只要知道其波峰因數(shù)，然后測得它的有效值，對(duì)應(yīng)正弦波的峰－峰值也就相應(yīng)得到了，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)該正弦波的檢波，而且克服了一般的檢波網(wǎng)絡(luò)的電路不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。不同的波

66、形，其波峰因數(shù)也不同，而平均值MAD和有效值RMS之間的關(guān)系是隨波形的不同而變化。具體表3.3如下所示[14]：</p><p>　　表3.3不同波形的MAD、 RMS和峰值因數(shù)</p><p>　　3.4.2 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(jì)算復(fù)雜輸入信號(hào)的有效值并給出一個(gè)與

67、之等效的直流輸出電平。它內(nèi)部含有峰值因數(shù)補(bǔ)償電路,在峰值因數(shù)達(dá)到7時(shí)轉(zhuǎn)換誤差僅為1%。AD536A的頻帶很寬, 當(dāng)信號(hào)電壓大于100mV時(shí)，這個(gè)電路的帶寬使測量能力達(dá)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(duì)應(yīng)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(hù)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(hù)功能。</p><

68、;p>　　AD536A的主要技術(shù)指標(biāo)如下:</p><p>　　電源電壓范圍：± 3－±18V </p><p>　　電源電流：1.2mA</p><p><b>　　輸入滿刻度值：7V</b></p><p><b>　　輸入阻抗：106Ω</b></p>

69、<p><b>　　輸出阻抗：25kΩ</b></p><p>　　測量輸出：≤0.2% </p><p>　　頻率穩(wěn)定：輸入大于100mV 為450KHZ，輸入大于 1V為2MHZ</p><p>　　分貝輸出：0-60dB</p><p>　　芯片AD536

70、A采用隱式真有效值計(jì)算法，即利用反饋在電路輸入處隱式或間接地進(jìn)行求平方根計(jì)算。AD536A內(nèi)部主要包括：一個(gè)絕對(duì)值電壓/電流（V/I）轉(zhuǎn)換器、一個(gè)平方器/除法器、低通濾波器、精密電流鏡和一個(gè)輸出緩沖器（具有10V滿量程輸入范圍）。</p><p>　　AD537A計(jì)算有效值主要包括以下四個(gè)步驟：一、求得絕對(duì)值(整流電路)；二、進(jìn)行平方計(jì)算；三、是平均計(jì)算，即除以反饋回來的輸出電流；四、經(jīng)濾波得出結(jié)果。具體工作過程

71、如下圖3.11所示：</p><p>　　圖3.11 AD537A中有效值的計(jì)算過程</p><p>　?。?） 首先，輸入電壓經(jīng)過絕對(duì)值電路(精密整流器)處理，變?yōu)閱螛O性的電壓輸出。此單極性電壓驅(qū)動(dòng)電流轉(zhuǎn)換器（運(yùn)算放大器）輸出電流，即整流過的輸入信號(hào)。</p><p>　?。?）電流驅(qū)動(dòng)平方器/除法器，它利用電流鏡的反饋，可以在一級(jí)電路上實(shí)現(xiàn)平方和平方根兩種功能。

72、利用對(duì)數(shù)-反對(duì)數(shù)電路，反饋電流被平方輸入電流所除,得到 。此信號(hào)就是AD536A的dB輸出，因?yàn)閐B就是信號(hào)的對(duì)數(shù)函數(shù)。</p><p>　?。?）上一級(jí)的輸出 通過一個(gè)內(nèi)部電阻和一個(gè)外部連接的濾波器電容組成的低通濾波器求平均值。</p><p>　　（4）經(jīng)過濾波的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電流鏡電路，輸出反饋電流和輸出電流2。</p><p>　?。?）為反饋電流的兩倍輸出電流2

73、利用器件內(nèi)部的25k電阻RL以得到器件的輸出電壓的真有效值。而引腳輸出為每伏真有效值輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)40μA電流。如果將RL引腳接地,則引腳將輸出為每伏真有效值輸入對(duì)應(yīng)1V直流電壓的信號(hào)。單位增益緩沖放大器BUFFER可以用來為或dB輸出功能提供低阻抗電壓輸出。 </p><p>　　3.4.3 AD536A芯片的應(yīng)用電路</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中我采用了AD536A典型的RMS連接方

74、式。如下圖所示： </p><p>　　圖3.12 AD536A典型的RMS連接方式</p><p>　　它的電路主要可分為以下四部分：絕對(duì)值電路(整流電路)、平方電路和平均電路、電流鏡電路和緩沖放大器電路。電路原理圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.13 AD536A的電路原理圖</p><p>　　下面具體介紹一下這四部分電路： &

75、lt;/p><p>　　絕對(duì)值電路(整流電路)：它主要由運(yùn)算放大器A1、A2和晶體管Q6的B-E結(jié)及電阻R3、R4、R5、R6組成。該電路是典型的求絕對(duì)值電路，主要作用是實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值的電壓與電流的轉(zhuǎn)換，即轉(zhuǎn)換為，。</p><p>　　(2) 平方電路和平均電路: 它主要由運(yùn)算放大器A3和晶體管Q1、Q2、Q3、Q4組成。I1流過晶體管Q1、Q2，I3流過Q3，分別作用于Q4的發(fā)射極和基極，從而

76、得到：。</p><p>　?。?）電流鏡電路：它主要由電鏡流、R1、組成。電流經(jīng)過低通濾波電R1和 </p><p>　　(外接電容)后又返回驅(qū)動(dòng)電流鏡產(chǎn)生。在這里我們可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)就是的反饋電流。當(dāng)時(shí)間常數(shù)R1·遠(yuǎn)大于待測信號(hào)的周期時(shí)，則就是的平均值。由有效值的定義和式：，可知實(shí)際上就是的有效值。</p><p>　?。?）緩沖放大器電路：它主要由R2和

77、運(yùn)算放大器A4組成。輸出電壓是由產(chǎn)生的，從電流鏡電路可知=2，即=。經(jīng)過電阻R2，轉(zhuǎn)換成輸出電壓：=R2×=R4×2= R4×=。</p><p>　　本單元中的時(shí)間常數(shù)R1·= ×25×s=0.025s。這個(gè)周期遠(yuǎn)大于噪聲的周期。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1

78、TLC2543芯片介紹</p><p>　　TLC2543是美國德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，TCL2543 具有精度高，速度快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡捷，能夠節(jié)省8051系列單片機(jī)的I/O資源，價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，所以在本設(shè)計(jì)中我采用TLC2543作為AD轉(zhuǎn)換芯片。</p><p>　　TCL2543芯片主

79、要有以下特點(diǎn)：　　　　　　　　圖3.14 TLC2543的引腳排列</p><p>　　1、12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　2、在工作溫度范圍內(nèi)10µs轉(zhuǎn)換時(shí)間。</p><p>　　3、 11個(gè)模擬輸入通道。</p><p>　　4、3路內(nèi)置自測試方式。</p><p>　　5、 采樣率為6

80、6kbps。</p><p>　　6、 線性誤差為+1LSB（max）。</p><p>　　7、有轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）輸出。</p><p>　　8、具有單、雙極性輸出。</p><p>　　9、 可編程的MSB或LSB前導(dǎo)。 </p><p>　　10、可編程的輸出數(shù)據(jù)長度。 </p&

81、gt;<p>　　TLC2543的引腳排列如圖3.14所示，引腳功能如表3.4所示： </p><p>　　表3.4 TLC2543的引腳功能</p><p>　　TLC2543工作過程中可分為兩個(gè)周期：I/O周期和實(shí)際轉(zhuǎn)換周期。</p><p><b>　　（1）I/O周期</b></p><p>　　I

82、/O周期由外部提供的I/OCLOCK定義，延續(xù)8、12或16個(gè)時(shí)鐘周期，決定于選定的輸出數(shù)據(jù)長度。當(dāng)進(jìn)入I/O周期后可同時(shí)進(jìn)行以下兩種操作。</p><p>　?、?在I/OCLOCK的前8個(gè)脈沖的上升沿，以MSB前導(dǎo)方式從DATAINPUT端輸入8位數(shù)據(jù)到輸入寄存器。其中前4位為模擬通道地址，控制14通道模擬多路器從11個(gè)模擬輸入和3個(gè)內(nèi)部自測電壓中，選通一路到采樣保持器，該電路從第4個(gè)I/OCLOCK脈沖的下

83、降沿開始，對(duì)所選信號(hào)進(jìn)行采樣，直到最后一個(gè)I/OCLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度（位數(shù)）有關(guān)，輸出數(shù)據(jù)長度由輸入數(shù)據(jù)的D3、D2選擇為8、12或16位。當(dāng)工作于12或16位時(shí)，在前8個(gè)時(shí)鐘脈沖之后，DATAINPUT無效。</p><p>　?、?在DATAOUT端串行輸出8、12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)保持為低時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿；若轉(zhuǎn)換由控制，則第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在的下降沿

84、。這個(gè)數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)位之后的每個(gè)后續(xù)位均由后續(xù)的I/OCLOCK脈沖下降沿輸出。</p><p><b>　　（2）轉(zhuǎn)換周期</b></p><p>　　在I/O周期的最后一個(gè)I/OCLOCK脈沖下降沿之后，EOC變低，采樣值保持不變，轉(zhuǎn)換周期開始，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣值進(jìn)行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，其工作由I/OCLOCK同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。轉(zhuǎn)換

85、結(jié)束后EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)I/O周期輸出。I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行，從而可以減小外部的數(shù)字噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響。</p><p>　　TLC2543的12個(gè)時(shí)鐘周期工作時(shí)序如圖3.14所示：</p><p>　　每次轉(zhuǎn)換都必須給TLC2543寫入命令字，控制字為從 DATA INPUT 端串行輸入 TLC2543芯片內(nèi)部的8位數(shù)據(jù), 它可以確定下一次轉(zhuǎn)換

86、用哪個(gè)通道，下次轉(zhuǎn)換結(jié)果用多少位輸出，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出是低位在前還是高位在前。</p><p>　　它命令字的格式可以用下面表表示</p><p>　　表3.5 TLC2543的命令字的格式</p><p>　　其中高4位D7D6D5D4用于選擇模擬量輸入通道，D3D2用于選擇輸出數(shù)據(jù)的位數(shù)，D1用于設(shè)定輸出數(shù)據(jù)的位輸出順序是高位在前還是低位在前，最低位D0用于選擇輸

87、出數(shù)據(jù)的極性。</p><p>　　D0位是設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是以單極性還是雙極性二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼表示。當(dāng)D0位為0時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制數(shù)形式表示；當(dāng)D0位為1時(shí)，則以二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼形式表示。 </p><p>　　D1位選擇輸出數(shù)據(jù)的傳送方式，即下一個(gè)I/O周期，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)以低位在前或高位在前的方式串行輸出。當(dāng)D1位為0時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果以高位在前的方式從DOUT腳輸出；當(dāng)D1

88、位為1時(shí)，則以低位在前的方式從DOUT腳輸出。</p><p>　　D2、D3用來選擇轉(zhuǎn)換的結(jié)果用多少位輸出 。D3D2為00時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為12位輸出；D3D2為01時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為8位輸出；D3D2為11時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果16位輸出。其實(shí)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換結(jié)果總長為12 位。當(dāng)選擇 8位數(shù)據(jù)長度傳送時(shí),內(nèi)部的4個(gè)LSB被截去以提供更快的單字節(jié)傳送.當(dāng)選擇12位數(shù)據(jù)長度傳送時(shí) 所有的數(shù)據(jù)位都被傳送。當(dāng)選擇16 位數(shù)據(jù)長度時(shí)4個(gè)L

89、SB填充位將被補(bǔ)充到內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)果中 。在 LSB導(dǎo)前方式下4個(gè)前導(dǎo)零被輸出，而在MSB導(dǎo)前方式下,最后四個(gè)輸出為零 。</p><p>　　高4位（D7～D4）設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)從11個(gè)模擬量輸入通道中選擇1個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換；或從3個(gè)內(nèi)部自測電壓中選擇一個(gè)，以對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行校準(zhǔn)；或者選擇軟件掉電方式。如表3.6所示： </p><p>　　表3.6模擬量通道選擇</p><p&

90、gt;　　3.5.2 TLC2543芯片的應(yīng)用電路</p><p>　　圖3.15 TLC2543的電路圖</p><p>　　本單元的TLC2543與單片機(jī)W78E52的連接方式如圖所示，TLC2543的I/O 時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入INPUT、片選信號(hào)CS由單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.7提供，轉(zhuǎn)換結(jié)果由P1.6口串行讀出。具體工作過程如下： </p><p>　　

91、上電后，片選從高電平變?yōu)榈碗娖剑_始一次I/0時(shí)鐘，此時(shí)EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的。</p><p>　　開始時(shí)，片選為高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻狀，EOC為高。使變低，I/OCLOCK、DATAINPUT使能，DATAOUT脫離高阻狀態(tài)。12個(gè)時(shí)鐘信號(hào)從I/O CLOCK端依次加入，隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從DATAINP

92、UT一位一位地在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿時(shí)被送入TLC2543(高位先送入)，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的A/D數(shù)據(jù)，即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)從DATAOUT一位一位地移出。TLC2543收到第4個(gè)時(shí)鐘信號(hào)后，通道號(hào)也已收到，此時(shí)TLC2543開始對(duì)選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第12個(gè)時(shí)鐘的下降沿。在第12個(gè)時(shí)鐘下降沿，EOC變低，開始對(duì)本次采樣的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間約需10μs，轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存放在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)工作周

93、期輸出。此后，可以進(jìn)行新的工作周期。</p><p>　　最后，由于目前使用的51系列單片機(jī)沒有SPI接口,為了能與TLC2543 接口 可以用軟件功能來實(shí)現(xiàn)SPI的功能 ,本設(shè)計(jì)中采用了延時(shí)進(jìn)行采集,故省去了EOC引腳的接口。</p><p><b>　　顯示電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.6.1 LCD1602的簡介</p

94、><p>　　本單元電路中我采用了字符型LCD。字符型型液晶是一種用5×7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等，最常用的為2行16個(gè)字，即1602液晶模塊。 </p><p>　　1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口，我采用的是16腳(帶背光)接口的LCD，各引腳功能如表3.7所示。</p>

95、;<p>　　表3.7 LCD1602的引腳功能</p><p>　　VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高。對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，這時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號(hào)線，高電平1時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平0時(shí)進(jìn)行寫操作。E 為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模

96、塊執(zhí)行命令。D0～D8 為位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，具體如表3.8所示：</p><p>　　表3.8 LCD1602的11條控制指令</p><p>　　1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程完成的。</p><p>　　指令1：清顯示，指令碼01H,光標(biāo)復(fù)

97、位到地址00H位置。</p><p>　　指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。</p><p>　　指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。</p><p>　　指令4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)閉顯示 C：控制光標(biāo)的

98、開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。</p><p>　　指令5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。</p><p>　　指令6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線 N：低電平時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示 F: 低電平時(shí)顯示5*7的點(diǎn)陣字符，高電平時(shí)顯示5*10的點(diǎn)陣字符。&l

99、t;/p><p>　　指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令8：DDRAM地址設(shè)置。</p><p>　　指令9：讀取忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。</p><p><b>　　指令10：寫數(shù)據(jù)。</b></p>&l

100、t;p><b>　　指令11：讀數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，LCD1602的內(nèi)部顯示地址如表3.9所示。</p><p>　　表3.9 LCD1602的內(nèi)部顯示地址</p>

101、;<p>　　因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1，所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是內(nèi)部顯示地址和80H相加的值，即寫入顯示地址=內(nèi)部顯示地址+80H。</p><p>　　1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形。這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，如圖3.16所示，</p>

102、<p>　　圖3.16 LCD1602字符地址</p><p>　　3.6.2 LCD1602的應(yīng)用電路</p><p>　　LCD1602與單片機(jī)連接采用了經(jīng)典的連接方式，具體如圖所示LCD1602的D0～D8與單片機(jī)W78E52B的P0口相連，而RW、E、RS分別于P1.0、P1.1、P1.2相連。如圖3.17</p><p>　　圖3.17 LCD

103、連接電路圖</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的整體電路圖如附錄中圖A-2所示，整個(gè)電路圖具體可分為: 傳聲器模塊、放大電路1、分貝處理模塊、放大電路2、A/D換換模塊、LCD模塊、蜂鳴器模塊。</p><p>　　傳聲模塊主要由三端穩(wěn)壓調(diào)整78L09、駐極體傳聲器、二極管D1和若干電容、電阻等元件組成。首先輸

104、入12V三端穩(wěn)壓調(diào)整器78L09轉(zhuǎn)換9V電壓用于駐極體傳聲。此電路中的電容C1、C2、C3、C5、C6、C11和電阻R2、Q1組成電源濾波電路，用于濾去電源中的雜波。這里傳聲器采用負(fù)極接地、漏極D輸出的連接方式，這樣連接傳聲器靈敏度比較高，但動(dòng)態(tài)范圍比較小。二極管D1主要防止電源接反，起到保護(hù)電路的作用。</p><p>　　放大電路1主要低噪聲雙運(yùn)放芯片4558和若干電容、電阻等元件組成。傳聲模塊的輸出信號(hào)由芯

105、片的4558的3腳輸入經(jīng)過兩個(gè)運(yùn)放從1腳輸出。4558芯片共有兩級(jí)運(yùn)放，本單元電路中第一放大為同向比例放大，放大倍數(shù)為10-100倍，第二級(jí)放大為同向負(fù)反饋放大，R11是反饋電阻，主要起到保持波形的作用，不要讓波形有太多的失真。變阻器R6主要起到調(diào)節(jié)第一級(jí)放大倍數(shù)的作用。電容C9、C10與電阻R15、R16組成RC濾波電路，主要濾出信號(hào)中的雜波。</p><p>　　分貝處理模塊主要由真有效值/直流轉(zhuǎn)換器AD53

106、6A和 電容C111、C112、C113等組成。真有效值/直流轉(zhuǎn)換器AD536A采用經(jīng)典的連接方式，4558放大濾波后的信號(hào)由1腳輸入，經(jīng)過有效值運(yùn)算6腳輸出輸入信號(hào)的對(duì)數(shù)值的電壓值信號(hào)2。外接電容C111來設(shè)置平均時(shí)間常數(shù),這里的輸入時(shí)間是0.025s。電容C112、C113主要起到濾波的作用。</p><p>　　放大電路2主要由運(yùn)放芯片LM358、電容C201、C202、C205和若干電阻等元件組成。信號(hào)2

107、從運(yùn)放芯片LM358的3腳輸入，經(jīng)過兩級(jí)同向比例運(yùn)放電路放大10倍后從7腳輸出信號(hào)3。電容C201、C202、C205均濾波的作用。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路主要由12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543和電容C301組成。信號(hào)3 從TLC2543的1腳輸入，從TLC254317腳OUT輸出。TLC2543的TLC2543的I/O 時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入INPUT、片選信號(hào)CS分別與單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.7相

108、連接，上電后，片選從高電平變?yōu)榈碗娖?，開始一次I/0時(shí)鐘，此時(shí)EOC為高，入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的。開始時(shí)，片選為高，12個(gè)時(shí)鐘信號(hào)從I/O CLOCK端依次加入。隨著時(shí)鐘信號(hào)的加入，控制字從DATAINPUT一位一位地在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿時(shí)被送入TLC2543(高位先送入)，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的A/D數(shù)據(jù)從DATAOUT一位一位地移出。在第12個(gè)時(shí)鐘下降沿，EOC變低，開始對(duì)本次采樣的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)

109、間約需10μs，轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存放在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)工作周期輸出。此后，可以進(jìn)行新的工作周期。DATAOUT輸出的八位數(shù)據(jù)暫存在單片機(jī)的存儲(chǔ)單元中，等調(diào)用顯示程序時(shí)再將數(shù)據(jù)顯示在LCD1602上。</p><p>　　LCD模塊主要由LCD1602和可調(diào)電阻RR7組成等元件組成。LCD1602與單片機(jī)連接采用了經(jīng)典的連接方式，具體如上圖所示LCD1602的D0～D8與單片機(jī)W78E52B的P0口相

110、連，而RW、E、RS分別于P1.0、P1.1、P1.2相連?？烧{(diào)電阻RR7可以調(diào)節(jié)LCD的亮度。</p><p>　　蜂鳴器模塊由NPN三極管、電阻R401、R402和蜂鳴器組成。NPN三極管的基極通過電阻R401與單片機(jī)P2.7連接，三極管的基極接5V， 三極管的通過R402接蜂鳴器。當(dāng)P2.1為低電平時(shí)，蜂鳴器會(huì)響。</p><p>　　環(huán)境噪聲測試儀的程序設(shè)計(jì)</p>