传感器与检测技术课程设计报告 - 图文(2)

1.2 声压级测量机理

人耳的听阈一般是20m Pa (微帕)，痛阈一般是200Pa（帕），其间相差107倍，这样宽广的声压范围很不易测量，而且人耳对声压的相对变化的分辨具有非线性特征。因此，声学中常用声压级LP来反映声压的变化，将声压P的声压级表示成

LP?20lg(P/P0)dB (1.13)

其中，基准量P0为20m Pa。当P= P0时，LP=0dB，而当P=200 Pa时，LP=140dB。

二、仪器整体方案设计

2.1噪声监测系统任务分析

本设计的任务是要完成基于单片机的环境噪声监测仪的设计系统，它的主要是设计以单片机为核心、采用A/D转换技术的便携式环境噪声测量仪，实现环境噪声的实时测量和LED数字显示，给出噪声水平的大致指示。

基于本次任务，该设计方案由硬件和软件两部分组成。噪声测量仪的硬件电路系统，包括噪声信号的转换、放大以及单片机系统的硬件电路、LED显示电路等。软件部分主要是用单片机语言编程，实现对信号的采集、转换及显示。在遵循软硬件相结合的原则下，先进行硬件电路的计，再进行软件编程，进行模块化设计，并对各模块进行调试，最后进行软硬件联合调试和故障的排除。

2.2整体设计方案

按照系统设计功能的要求，初步确定控制系统包括硬件和软件系统两部分。其中硬件系统结构框图如图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OP07C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A/D转换器后，输出电压信号变为电平送给单片机的P1引脚，经软件处理后，噪声声压级显示值由P0口输出，由LCD动态显示。

噪 声

传声器 放大器 A/D转 换 电 路 单片机 LCD显 示 6

图2-1 噪声监测仪硬件结构框图

传声器是将声波信号转换成电信号的传感器，是噪声测量系统中的一个主要环节。根据膜片感受声压的情况不同，传声器可分为三类：压强式传声器，其膜片的一面感受声压；差压式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面压差的大小；压强和压差组合式传声器。在噪声测量中常用的压强式传声器。

功率放大器的作用相当于扬声器的音量调节器。音频功率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。

此方案中的A/D转换电路主要是由TLC549构成的电压/频率转换电路。89C52单片机是本设计的核心部分。本设计用的是1602LCD显示屏来实现显示，这个电路的实现部分比较简单。

三、硬件电路具体设计

3.1 传声器

传声器（Microphone）又称话筒，俗称“麦克风”。传声器是将声波转换为相应电信号的传感器。传声器包括声波接收器和力-电换能器两个部分。由声音造成的空气压力使传感器的振动膜振动，进而经变换器将此机械运动转换成电参量的变化，是噪声测量系统中的一个主要环节。

根据膜片感受声压的情况不同，传声器可分为三类：声强式传声器，其膜片的一面感受声压；差压式传声器，其膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面差压的大小；压强和差压组合式传声器。在噪声测量中常用的是压强式传声器。

通信设备常用到的传声器类型一般是晶体式传声器。晶体式传声器又称压电式传声器，它是利用晶体的压电效应制成的，化工材料酒石酸钾钠和钛酸钡晶体都有较强的压电效应。当晶体的两面受到压力时，在两面间出现正负电荷，产生某一方向的电动势：当受到相反方向的应力时，晶体两面则产生与受压力相反的电荷和电动势。当晶体受到交变声波的作用时，便产生音频电动势。

晶体式传声器按结构的不同可分为膜片式和声电池式两种。膜片式传声器价格低廉、输出电压高，使用方便，考虑元器件的性价比和应用功能选用的是膜片式晶体传声器。

膜片式传声器实物外形如图3-1所示。

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图3-1 传声器实物外形图

3.2 信号放大器

经过讨论与分析后放大电路如图3-3所示

3.3 A/D转换电路的设计

TLC549是 TI公司生产的一种低价位、高性能的8位 A/D转换器，它以8位开关电容逐次逼近的方法实现 A/D转换，其转换速度小于 17us，最大转换速率为 40000HZ，4MHZ典型内部系统时钟，电源为 3V至 6V。它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。

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TLC549 引脚图及各引脚功能

REF+：正基准电压输入 2.5V≤REF+≤Vcc+0.1。

REF－：负基准电压输入端，-0.1V≤REF-≤2.5V。且要求：（REF+）－（REF-）≥1V。 VCC：系统电源3V≤Vcc≤6V。 GND：接地端。

CS：芯片选择输入端，要求输入高电平 VIN≥2V，输入低电平 VIN≤0.8V。

DATA OUT：转换结果数据串行输出端，与 TTL 电平兼容，输出时高位在前，低位在后。 ANALOGIN：模拟信号输入端，0≤ANALOGIN≤Vcc，当 ANALOGIN≥REF+电压时，转换结果为全“1”(0FFH)，ANALOGIN≤REF-电压时，转换结果为全“0”(00H)。

I/O CLOCK：外接输入/输出时钟输入端，同于同步芯片的输入输出操作，无需与芯片内部系统时钟同步。

3.4 单片机系统的设计

89C51单片机为EPROM型，在实际电路中可以直接互换8051单片机或8751单片机，不但和8051单片机指令，管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的。

STC89C52是由宏晶公司生产八位单片机。它是一种低功耗高性能的具有8K字节可电气烧录及可擦除的程序ROM的八位CMOS单片机。该器件是用高密度、非易丢失存储技术制造并且与国际工业标准80C51单片机指令系统和引脚完全兼容。

综上所述，从使用方便与简化电路以及其性价比等角度来考虑，89C52比较合适的。本系统采用CPU为89C52的单片机，89C52本身带有8K的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用的8031CPU外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容MCS-51系列单片机的所有功能。89C52管脚图如图3-6所示。下面介绍89C52的主要管脚功能如下：

VCC（40）：电源+5V；VSS（20）：接地；P0口（32-39）：双向I/O口，既可作低8位地址和8位数据总线使用，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作；P2口（21-28）：既可作高8位地址总线，也可作普通I/O口；P1口（1-8）： 准双向通用I/O口；RST（9）：复位信号输入端；ALE/PROG：地址锁存信号输出端；PSEN：内外程序存储器选择线；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶体振荡器。

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3.5显示电路的设计

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。

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3-8：

四．主程序

#include\噪声测量.h\#include

#include #include

sbit TLC549_CS = P1^0; //片选信号 sbit TLC549_DATAOUT = P1^1; //数据输入口 sbit TLC549_CLK = P1^2; //时钟信号

static unsigned int g_aAdValue[8];

void delay_us(unsigned char n) //延时子程序

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