单片机原理及接口技术环境噪声检测仪设计

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 单片机原理及接口技术单片机原理及接口技术 课程设计（论文）课程设计（论文） 题目：题目： 环境噪声检测仪设计环境噪声检测仪设计 院（系）：院（系）： 电气工程学院电气工程学院 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 1 1 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字） 起止时间：起止时间：2013-06-242013-06-24至至2013-07-122013-07-12 课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号10学生姓名专业班级 课

2、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 ac220v 供电，噪声测量范围 30130db(a)，分辨率 0.1db。 主要设计内容：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

3、 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 摘 要 噪声对人体健康有着严重的危害，因此减少噪声危害已成为当前一项重要的 任务。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。 本文详细介绍了噪声监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的设计。外界噪声信号通过传声器转 换成音频信号，电信号经

4、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。 关键词关键词：运算放大器；a/d转换器；单片机；led 目 录 第 1 章 绪论 .1 1.1 环境噪声检测仪概况 .1 1.1.1 噪声的概念 .1 1.1.2 噪声的来源及危害 .1 1.2 本文研究内容 .2 1.2.1 设计任务 .2 1.2.2 课题意义 .3 第 2 章 cpu 最小系统设计.3 2.1 环境监测仪总体设计方案 .3 2.2 cpu 的选择 .4 2.3 数据存储器扩展 .5 2.4 复

5、位电路设计 .6 2.5 时钟电路设计 .7 2.6 cpu 最小系统图 .8 第 3 章 噪声监测仪输入输出接口电路设计 .9 3.1 信号放大器 .9 3.2 噪声监测仪检测接口电路设计 .11 3.2.1 a/d 转换器选择.11 3.2.2 模拟量检测接口电路图 .13 3.3 噪声监测仪输出接口电路设计 .13 第 4 章 噪声传感器软件设计 .14 4.1 软件实现功能综述 .14 4.2 流程图设计 .14 4.2.1 主程序流程图设计 .14 4.2.2 模拟量检测流程图设计 .16 4.2.3 环境噪声监测仪流程图设计 .16 4.3 程序清单 .17 第 5 章 系统设计与

6、分析 .20 5.1 系统原理图 .20 5.2 系统原理综述 .20 5.3 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 1.1.1 噪声的概念 物理学定义：噪声是发生体做无规则时发出的声音。 生理学定义：凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听 的声音产生干扰的声音。 从这个意义上来说，噪声的来源很多。街道上的汽车声、安静的图书馆里的 说话声、建筑工地的机器声、以及邻居电视机过大的声音，都是噪声。 总体讲，噪音是物体振动产生。 1.1.2 噪声的来源及危害 噪声即噪音，是一类引起人烦躁、或音量过强而危

7、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，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，

8、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

9、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）

10、。 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。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

11、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 1.2.1 设计任务 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。审查后，焊接或在面包板上搭接电路。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。在实验室进行环境模拟，测试系统，完成系 统联调。 1.2.2 课题意义 噪

12、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。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、

13、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 cpu 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

14、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 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 a/d 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、

15、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 接外部晶体和微调电容的一端， xtal2 接外部晶体

16、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； p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 rxd/p3.0 10 txd/p3.1 11 intr0/p3.2 12 intr1/p3.3 13 timer 0/p3.4 14 timer 1/p3.5 15 wr/p3.6 16 rd/p3.7 17 xtal2 18 xtal1 19 ea 31 ale 30 psen 29 p0.0

17、(ad0) 39 p0.1(ad1) 38 p0.2(ad2) 37 p0.3(ad3) 36 p0.4(ad4) 35 p0.5(ad5) 34 p0.6(ad6) 33 p0.7(ad7) 32 p2.0(a8) 21 p2.1(a9) 22 p2.2(a10) 23 p2.3(a11) 24 p2.4(a12) 25 p2.5(a13) 26 p2.6(a14) 27 p2.7(a15) 28 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 89c5

18、1 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、6264 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rdwr 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psen 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 2

19、k8 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，

20、ale 和引脚输psen 出高电平。 简单的复位电路有上电复位电路和手动复位电路两种，不管是哪一种复位电 路都要保证在 reset 引脚上提供 10ms 以上稳定的高电平。本次设计选择按键电 平复位，如图 2.4 是按键式复位电路，它可以通过按键实现复位，按下键后，通 过和形成回路，使 reset 端产生高电平。按键的时间决定了复位时间。5r1c 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q 6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 0d 18 0q 19 g 36 oe 37 74ls373 rd 17 wr 16 p2.0 2

21、1 p2.1 22 p2.2 23 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 ale 30 xtal 2 31 vss 35 xtal 1 32 rst 34 vcc 33 89c51 i/o0 38 i/o1 39 i/o2 40 i/o3 41 i/o4 42 i/o5 43 i/o6 44 i/o7 45 a0 3 a1 4 a2 5 a3 6 a4 7 a5 8 a6 9 a7 10 a8 11 a9 12 a10 13 oe 14 we 15 6116 r eset r 5 200 r 6 10k

22、+ 5v v ss c 1 22uf r eset 图 2.4 复位电路 2.5 时钟电路设计 时钟电路应用于产生但纷纷偏激工作所需的时钟信号。诗中信号可以由两种 方式产生：内部时钟方式和外部时钟方式，本次设计采用外部时钟方式如图 2.5： c1 30pf c2 30pf y1 11.0592 xtal1 xtal2 图 2.5 晶振电路 外部时钟方式采用外部振荡器，外部振荡脉冲信号由 89c51 的 xtal1 端接入 后直接送至内部时钟发生器，输入端 xtal2 应悬浮，由于 xtal1 端的逻辑电平不 是 ttl 的，故建议外接一个上拉电阻。 一般要求，外接的脉冲信号应当是高、低电平的持

23、续时间大于 20ms，且频率 低于 24mhz 的方波。这种方式适合于多块芯片同时工作，便于同步。 2.6 cpu 最小系统图 图 2.6 cpu 最小系统图 c? cap s? sw-pbr? res2 r? res2 30pf 30pf y1 11.0592 1d 3 1q 2 2d 4 2q 5 3d 7 3q 6 4d 8 4q 9 5d 13 5q 12 6d 14 6q 15 7d 17 7q 16 0d 18 0q 19 g 36 oe 37 74ls373 rd 17 wr 16 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p

24、0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 ale 30 xtal2 31 vss 35 xtal1 32 rst 34 vcc 33 89c51 i/o0 38 i/o1 39 i/o2 40 i/o3 41 i/o4 42 i/o5 43 i/o6 44 i/o7 45 a0 3 a1 4 a2 5 a3 6 a4 7 a5 8 a6 9 a7 10 a8 11 a9 12 a10 13 oe 14 we 15 6116 第 3 章 噪声监测仪输入输出接口电路设计 3.1 信号放大器 lm386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消

25、费 类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20 倍。但在 1 脚和 8 脚之间增加 一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参 考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在 6v 电源电压下，它的静态功 耗仅为 24mw,使得 lm386 特别适用于电池供电的场合。 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。对 该部分电路的要求是输出功率大。在电路设计过程中进行对比，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

26、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。 因此选用 lm386 来组成音频功率放大电路。lm386 被广泛地应用在录音机和收音 机音频放大、室內对讲机、红外线、超声波、小型马达驱动器等电路中。 lm386 的引脚图如图 3.1 所示。 图 3.1 lm386 引脚图 20 倍的音频放大器如图 3.2 所示。由于传声器输出的电信号比较弱，只有毫 伏级，为了使数据采集卡能很好的采集到相应数据，必须经过电压放大器进行电 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。 图 3.2 20 倍的音频放大器 3.2 噪声监

27、测仪检测接口电路设计 3.2.1 a/d 转换器选择 a/d 转换接口是数据采集系统前向通道中的一个重要环节。数据采集是在模 拟信号源中采集信号，并将其转换为数字信号送入计算机的过程。因此，完成数 据采集应具备下述基本部件：模拟多路转换开关和信号调节电路，采样/保持放 大器，模拟/数字（a/d）转换器，通道控制电路。 图 3.3 是由 ad536 构成真有效值 trms/dc 转换电路，ad536 内含有源整流器 （绝对值电路） ，平方/除法电路，镜像电流源及缓冲放大器。图中的 r2 和 r3 为 偏置电阻，两电阻的公共连接端接到 ad536 的 com，由于 ad536 的 com 内部为

28、cmos 电路，阻抗较高，流经 com 端的电流仅为数 ua。c1 为输入隔直电容，cav 为平均电容，它与内部的电阻 r（25k）构成低通滤波器，以获得平均值电压， 有效值电压通过 ad536 的第 6 脚输出。 由于电路采用了隔直电容，所以这样的电路仅适合于测量交流电，不能测量 直流或变化缓慢的电压。ad536 的满量程电压为 7v，如果使用的 ad 转换器输入 电压范围不匹配，应设一个电压转换电路。 21 31 vin +vs vs cav com bufout rl bufin iout cav 1 vin c1 1 r1 1k10k output +5v r2 20k r3 10k

29、图 3.3 ad536 构成真有效值电压表 ad536 ad536 所谓真有效值即为“真正有效值”之意，英文缩写为“trms” ，有的文 献也称为真普通数字直流电压表自然只能测量直流电压，欲需测量交流电压必须 增加 ac/dc 转换电路，一般的交流电压表为降低成本和简化电路，均使用简易的 平均值响应交流/直流转换器。常用的平均值响应 ac/dc 转换器是运算放大器和 二极管组成的半波（或全波）线性整流电路，这种电路具有线性度好、准确度高、 电路简单、成本低廉等优点。但是这种电路是按照正弦波平均值与有效值的关系 (vrms=1.111vp)来定义的，因此这类电表只能测量正弦波电压。 平均值 ac

30、/dc 转换的电压表只能测量无失真的正弦波电压，对于正弦波失真 的交流电压，这类电表测量就会引起误差，更不能测量方波、矩形波、三角波、 锯齿波、梯形波、阶梯波等非正弦波，利用真有效值数字仪表可准确测量各种波 形的有效值，满足现代电子测量之需要。交流电压的有效值的表达式的定义如下： t rms dttu t v 0 2 )( 1 (3- 1) 近似公式： 2 uvrms (3- 2) 我们对式（3.1）进行变换，两边平方，并令 t veu audttu t 0 222 )( 1 (3- 3) 就得到真有效值电压的另一种表达式 rms ve rms ve rms rms v u a v ua v

31、u v 222 / (3- 4) 从（3-4）式即得，对输入电压依次进行“取绝对值平方/除法取平均值” 运算，也能得到交流电压的有效值，而且这公式更有使用价值。举例说明：假如 要测量的电压变化范围是 0.1v10v，平方后 u2=10mv100v，这就要求平方 器具有相当大的动态范围是（10000：1），这样的平方电路误差就可能超过 1mv，要平方器能输出 100v 的电压，技术上是难以实现的。如果使用式（3-4） 的既便于设计电路，也能保证了准确度。目前大多数的集成单片真有效值/直流转 换器均采用式（3-4）的原理而设计。真有效值仪表的的核心器件是 trms/dc 转 换器。现在市场上这类单

32、片的集成芯片很多，真有效值仪表普遍使用了这类集成 电路。单片集成电路具有集成度高、功能完善，外围元件少，电路连接简单、电 性能指标容易保证等诸多优点，这类芯片能准确、实时测量各种电压波形的有效 值，无须考虑波形参数和失真，这些性能是平均值仪表无法比拟的。可见，通过 测量信号的有效值即可知信号的峰值信息，从而可知振动的峰值。且输出的直流 信号便于单片机进行数据采集和数据处理。在此系统中采用有效值检测电路 ad536 测量信号的有效值，经过一系列的数据处理可得振动的振幅。 3.2.2 模拟量检测接口电路图 sck 34 data 36 vcc 37 gnd 38 j? p1.0 1 p1.1 2

33、p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst 9 p3.0 10 p3.1 11 p3.2 12 p3.3 13 p3.4 14 p3.5 15 p3.6 16 p3.7 17 xtal1 18 xtal2 19 gnd 20 89c51 r1 1k vcc c11 0.1uf c2 0.1uf s1 sw-pb r3 3k r2 1k vcc y1 12mhz c9 30pf c10 30pf 0.1uf10uf vcc 1 2 con2 vcc gnd 图 3.4 模拟量检测接口电路图 3.3 噪声监测仪输出接口电路设计 p0口 p1.0 p1

34、.1 gndudd 89c 51 口口 1 2 3 4 +2.5+5.5 c 0.1u r 10k +5v a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp d s? d py_7-seg _d p a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp d s? d py_7-seg _d p a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp d s? d py_7-seg _d p 图 3.5 输出接口电路图 第 4 章 噪声传感

35、器软件设计 4.1 软件实现功能综述 研制一台智能仪器是一个复杂的过程，这一过程包括分析仪表的功能要求和 拟定总体设计方案，确定硬件结构和软件算法，研制逻辑电路和编制程序，以及 仪表的调试和性能的测试等等。软件的设计应遵循结构化设计原则，在总体概况 设计的基础上进行具体的详细设计，功能分解，模块划分，细化软件层次，优化 软件结构，以达到模块功能的独立性，执行的高效性。总之，设计的程序应该达 到可读性，可理解性，可维护性，有效性，可修改性。 4.2 流程图设计 4.2.1 主程序流程图设计 在单片机系统的程序的设计开发中，单片机就如同整个系统的交通中枢，而 程序就是组成交通中枢的条条大道，各个部

36、分的模块化的程序就是整个系统的组 成成份。软件编写的好坏，语句运用的是否简洁直接关系单片机的工作效率。在 各个模块化的程序中尽量用最少的语句作最多的事情，不让语句出现歧义，这样 就可以使整个程序可以在系统中更好的运行，使单片机工作效率大大的提高。下 面就对本次毕业设计的软件部分作些介绍，如图 4.1 所示为软件总体流程图。子 程序包括：中断服务程序的设计、查表子程序、显示子程序、指示子程序。由于 要实现很多功能，所以采用模块化设计，下面就其主要部分分别分析。 中断服务程序主要实现的功能是：t0 中断子程序是将电压/频率转换器产生 的频率信号接入计数器的 t0 口，然后计数器开始计数，当计数到一

37、定数目后， 计数器就产生溢出中断。 查表子程序将进入单片机的脉冲信号与实际要显示值之间有一定的对应关系， 经过软件编程查表显示所需要的值。 显示子程序是将数据处理的结果送显示器显示。 指示子程序是对显示结果范围的一个指示。 本噪声监测系统软件总体流程图如图 4.1 所示。 开始 设置 sp 定时/计数器 t0/t1 初始化 89c51 初始化 关中断 读计数器 置表首地址 取表中双字节数 xi(th0)(th1 ) 允许高位显示 送显示值 交换显示位 扫描结束吗？ 显示值亮指示灯 关中断 i=i+1 图 4.1 单片机软件系统方案框图 4.2.2 模拟量检测流程图设计 波长选择 初始化 ad

38、ad 转换 溢出？ 计算当前功率 绝对显示 db 处理 功率处理 显示结果 图4.2 模拟量检测流程图 a/d转换接口是数据采集系统前向通道中的一个重要环节数据采集是模拟信 号源中采集信号并将其转换为数字信号送入计算机的过程。 4.2.3 环境噪声监测仪流程图设计 环境噪声测量系统的软件采用模块化设计，由主程序、中断服务程序、查表 子程序和显示子程序组成。各程序模块的流程图如图 2.2 所示。在图中 xi 表示 读取的计数值，i 从 0 开始。 主程序处于循环工作状态，主要完成定时/计数器和中断系统的初始化，并 循环调用查表和显示子程序。值得指出的是，查表程序程序实现了计数值向声压 级的转换。

39、 为了提高系统的抗干扰能力，除了需要在硬件上采取相应的措施外，软件上 采用冗余设计法即重复重要的指令，未用空间设置操作指令，以防止程序跳飞而 死机。 查表子程序入口 取表中双字节数 xi xi(th0)(th1) 数值显示 返回 i=i+1 显示子程序入口 置扫描次数 允许高位显示 送显示值 延时 交换显示位 扫描结束吗 返回 图 4.3 查表子程序和显示子程序 4.3 程序清单 ml8155 equ 0df00h; dtimer0 equ 30h; dtimer1 equ 31h; org 0000h ljmp main org 1000h main:mov sp,#60h mov a,#0

40、0h mov dptr,#0df02h movx dptr,a setb p1.0 setb p1.1 setb p1.2 clr c mov tmod,#15h mov tl0,#00h mov th0,#00h mov r0,#00h qq1: mov tl1,#0b0h mov th1,#3ch setb tr0 setb tr1 qq: jbc tf1,qq3 ajmp qq qq3: inc r0 cjne r0,#0ah,qq1 ajmp loop ret loop:clr tr1 mov 40h,th0 mov 41h,tl0 mov r0,#00h mov r1,#00h mo

41、v dptr,#tab lab:clr a movc a,a+dptr mov r2,a mov a,40h xch a,r2 subb a,r2 jz a1 inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr sjmp lab a1: clr a clr c inc dptr movc a,a+dptr mov r3,a mov a,41h xch a,r3 subb a,r3 jc a2 clr a movc a,a+dptr mov r3,a mov a,41h xch a,r3 subb a,r3 jz a2 inc dptr inc dptr inc dptr s

42、jmp lab a2: clr a inc dptr movc a,a+dptr mov r0,a mov 40h,r0 clr a inc dptr movc a,a+dptr mov r1,a mov 41h,r1 lcall ppl ljmp ll1 ret ll1:mov a,40h mov dptr,#bcd2 movc a,a+dptr mov 5fh,a mov a,41h mov dptr,#bcd2 movc a,a+dptr mov 5eh,a mov 5dh,#5eh mov 5ch,#7ch lcall init_8155 lcall write_led1 write_

43、led1: push dpl push dph push acc mov r0,#5ch mov r1,#00h mov r3,#0f7h mov a,r3 again1: mov dptr,#0df01h movx dptr,a mov a,r0 mov dptr,#0df02h movx dptr,a lcall delay01 lcall delay01 inc r0 mov a,r3 jnb acc.0,out2 rr a mov r3,a ljmp again1 out2: mov r0,#5ch mov r3,#0f7h mov a,r3 inc r1 cjne r1,#3ah,a

44、gain1 ljmp main pop acc pop dph pop dpl ret init_8155: push dpl push dph push acc mov dptr,#ml8155 mov a,#03h movx dptr,a pop acc pop dph pop dpl ret ppl:mov r0, 40h mov a, r0 subb a,#4 jz b1 mov a, r0 subb a, #5 jz b1 mov a, r0 subb a, #6 jz b2 mov a, r0 subb a, #7 jz b2 mov a, r0 subb a, #8 jz b3

45、mov a, r0 subb a,#9 jz b3 ret b1:clr p1.0 ret b2:clr p1.1 ret b3:clr p1.2 ret b4:ret delay:push dtimer1 push dtimer0 delay1:mov dtimer0,#125 delay2:nop nop djnz dtimer0,delay2 djnz dtimer1,delay1 pop dtimer0 pop dtimer1 ret delay01:nop push dtimer1 mov dtimer1,#02h lcall delay pop dtimer1 ret 第 5 章

46、系统设计与分析 5.1 系统原理图 图 5.1 系统原理图 5.2 系统原理综述 本文是开发一个以 89c51 单片机为核心的噪声监测系统。 通过联调，实验验证了系统的可行性，能满足设计要求，达到设计的指标， 实现对噪声信号的采集、处理功能，并用 led 显示出噪声的分贝值，采用指示灯 指示出声压级的大概范围。 这由于使用的是单片机作为核心的控制元件，本噪声监测器具有功能强、性 能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其具有很高的智能 123456 a b c d 654321 d c b a title numberrevisionsize b date:7-jul-2011

47、sheet of file:c:userslenovodesktopmydesign.ddb drawn by: ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10 1 p11 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u? 89c51 ds? dpy_7-seg_dp jp? header 8x2 a bf c g d e dpy ledgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g ds? dpy_7-seg a bf c g d e dpy ledgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g ds? dpy_7-seg a bf c g d e dpy ledgn 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g ds? dpy_7-seg r? res2 r? res2 r? res2 ls? spe