电子测量技术 声级计的设计bwue.docx

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1、电子测测量技术术课程程设计报报告课题：声声级计的的设计 班班级电子子30771学号号3077210071110 学学生姓名名张 熙 锋 专专业 电子子信息工工程 系系别 电电子与电电气工程程学院 指指导教师师电子测测量课程程设计指指导小组组 淮阴工工学院电子信息息工程系系20100年6月 一、 设设计目的的：1.1 培养学学生理论论联系实实际的正正确设计计思想，训训练综合合运用已已经学过过的理论论和生产产实际知知识去分分析和解解决工程程实际问问题的能能力。1.2 学习较较复杂的的电子系系统设计计的一般般方法，提提高基于于模拟、数数字电路路等知识识解决电电子信息息方面常常见实际际问题的的能力，由

2、由学生自自行设计计、自行行制作和和自行调调试。1.3 进行基基本技能能训练，如如基本仪仪器仪表表的使用用，常用用元器件件的识别别、测量量、熟练练运用的的能力，掌掌握设计计资料、手手册、标标准和规规范以及及使用仿仿真软件件、实验验设备进进行调试试和数据据处理等等。1.4 培养学学生的创创新能力力。二、 设设计要求求：1、测量量范围：201500dB；2、测量量结果以以3位数数码显示示；3、画出出总体设设计电路路图；4、提交交格式上上符合要要求，内内容完整整的设计计报告；三、 设设计内容容3.1 总框架架图3.1.1 声声压级的的测量机机理 人耳的的听阈一一般是220m Pa (微帕帕),痛痛阈一

3、般般是2000Paa（帕）,其间相相差1007倍,这这样宽广广的声压压范围很很不易测测量,而而且人耳耳对声压压的相对对变化的的分辨具具有非线线性特征征。因此此,声学学中常用用声压级级LP来反映映声压的的变化,将声压压p的声压压级表示示成LP=220lgg(p/p0) ddB (11)其中,基基准量pp0为200m PPa。当当p=p0时,Lp=0ddB,而而当p=2000 PPa时,LP=1440dBB。用声级计计可以测测量声压压级,采采用1kkHz纯纯音输入入0.22秒到00.255秒或00.5秒秒以上,即可得得到真实实声压级级或平均均声压级级。考虑虑到人耳耳对不同同频率的的响度感感觉,在在

4、噪声测测量中,常取440方（pphonn）等响响曲线的的反曲线线对声压压级进行行计权校校正,即即用A计计权网络络测得AA声级,写成ddB（AA）。表表1给出出倍频带带中心频频率与AA声级的的校正量量之间的的关系。表1 倍倍频带中中心频率率与A声声级校正正量的关关系倍频带中中心频率率（Hzz）31.5563125250500A声级校校正量（ddB）-39.4-26.2-16.1-8.66-3.22倍频带中中心频率率（Hzz）1k2k4k8k16kA声级校校正量（ddB）01.21.0-1.11-6.66 表13.1.2总体体设计思思路及方方法说明明环境噪声声经高灵灵敏度、无无指向性性驻极体体传声

5、器器转换成成电信号号。由运运放LMM3244构成三三级放大大电路,精心调调整相关关外围元元件参数数,可使使其幅频频特性与与A计权权曲线相相近。DD1、CC1、RR1组成成峰值检检波网络络,其输输出直流流电平反反映了噪噪声声压压的大小小。 由由LM3331构构成电压压/频率率转换电电路,输输出的频频率信号号变成TTTL电电平送给给单片机机的P33.4引引脚,作作为T00的计数数脉冲。 系统的的核心部部分是880C551单片片机,其其P3.5引脚脚接入由由NE5555构构成的定定时器输输出的1100kkHz方方波,通通过T11中断去去控制TT0定时时计数。从从T0端端输入的的计数脉脉冲频率率,即反

6、反映了所所测声压压的大小小。经软软件处理理后,噪噪声声压压级显示示值由PP1口输输出,经经CC445111译码再再驱动三三位LEED数码码管显示示,适当当控制译译码器使使能端,使三数数码管实实现动态态显示,降低功功耗。四、 单元电路路设计4.1 驻极体体传声器器驻极体传传声器有有两块金金属极板板，其中中一块表表面涂有有驻极体体薄膜（多多数为聚聚全氟乙乙丙烯）并并将其接接地，另另一极板板接在场场效应晶晶体管的的栅极上上，栅极极与源极极之间接接有一个个二极管管。当驻驻极体膜膜片本身身带有电电荷，表表面电荷荷地电量量为Q，板板极间地地电容量量为C，则则在极头头上产生生地电压压U=QQ/C，当当受到振

7、振动或受受到气流流地摩擦擦时，由由于振动动使两极极板间的的距离改改变，即即电容CC改变，而而电量QQ不变，就就会引起起电压的的变化，电电压变化化的大小小，反映映了外界界声压的的强弱，这这种电压压变化频频率反映映了外界界声音的的频率，这这就是驻驻极体传传声器地地工作原原理。 由于这种种传声器器也是电电容式结结构，信信号内阻阻很大，为为了将声声音产生生的电压压信号引引出来并并加以放放大，其其输出端端也必须须使用场场效应晶晶体管。4.2集集成四运运放LMM3244LM3224是四四运放集集成电路路,它的的内部包包含四组组形式完完全相同同的运算算放大器器, 除除电源共共用外,四组运运放相互互独立。每每

8、一组运运算放大大器，LM3324的的 引脚脚排列可可用下图图表示。本设计中中用LMM3244作相交交流放大大器。同同相交流流放大器器的特点点是输入入阻抗高高。其中中的R11、R22组成11/2VV+分压压电路,通过RR3对运运放进行行偏置。电电路的电电压放大大倍数AAv也仅仅由外接接电阻决决定：AAv=11+Rff/R44,电路路输入电电阻为RR3。RR4的阻阻值范围围为几千千欧姆到到几十千千欧姆。4.3NNE5555构成成的方波波输出电电路本设计中中用NEE5555构成定定时器输输出1000KHHZ的方方波，接接入800C511单片机机的P33.5引引脚，通通过T11中断去去控制TT0定时时

9、计数。图图 4为NEE5555构成的的1000KHZZ方波产产生电路路。图中中，电路路利用DD2、DD3单向向导电特特性将电电容器CC充、放放电回路路分开，可可以通过过选取不不同的RRA和RRB的值值来调节节振荡器器输出波波形的占占空比：q=RRA/(RA+RB)。因而而，振荡荡频率为为：f=1.443/(RA+RB)C。 图44 NNE5555构成成的方波波输出电电路4.4LLM3331频率率电压转转换器图5是由由LM3331 组成的的电压频频率变换换电路，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1010000

10、Hz以上,其变化比达103,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。LM3331 内内部由输输入比较较器、定定时比较较器、RRS 触发发器、输输出驱动动、复零零晶体管管、能隙隙基准电电路和电电流开关关等部分分组成。输输出驱动动管采用用集电极极开路形形式，因因而可以以通过选选择逻辑辑电流和和外接电电阻，灵灵活改变变输出脉脉冲的逻逻辑电平平，以适适配TTTL、DTLL 和CMOOS 等等不同的的逻辑电电路。当当输入端端Vi输输入一正正电压时时，输入入比较器器输出高高电平，使使RS 触发发器置位位，输出出高电平平，输出出驱动管管导通，输输出端ff0 为为逻辑低低电平，同同时电源源Vc

11、cc 也通通过电阻阻R2 对电容容C2 充电。当当电容CC2 两两端充电电电压大大于Vccc 的的2/33时，定定时比较较器输出出一高电电平，使使RS 触发发器复位位，输出出低电平平，输出出驱动管管截止，输输出端ff0 为为逻辑高高电平，同同时，复复零晶体体管导通通，电容容C2 通过复复零晶体体管迅速速放电；电子开开关使电电容C33 对电电阻R33 放电电。当电电容C33 放电电，电压压等于输输入电压压Vi 时，输输入比较较器再次次输出高高电平，使使RS 触发发器置位位，如此此反复循循环，构构成自激激振荡。输输出脉冲冲频率ff0 与与输入电电压Vii 成正正比，从从而实现现了电压压频率率变换。

12、其其输入电电压和输输出频率率的关系系为：fo=(VinnR4)/(22.099R3R2C2)由式知电电阻R22、R3、R4、和和C2 直接影影响转换换结果ff0，因因此对元元件的精精度要有一定定的要求求，可根根据转换换精度适适当选择择。电阻阻R1 和电容容C1 组成低低通滤波波器，可可减少输输入电压压中的干干扰脉冲冲，有利利于提高高转换精精度。4.5用用80CC51单单片机设设计软件件部分 环境噪噪声测量量系统的的软件采采用模块块化设计计,由主主程序、中中断服务务程序、查查表子程程序和显显示子程程序组成成。主程序处处于循环环工作状状态,主主要完成成定时/计数器器和中断断系统的的初始化化,并循循

13、环调用用查表和和显示子子程序。每每当T11对外接接1000kHzz时钟计计数达00.5秒秒后,申申请中断断,CPPU响应应中断后后即读取取TH00、TLL0两寄寄存器中中的计数数值,并并重新初初始化TT0、TT1,以以便检测测下一次次的数据据。各程程序模块块的流程程图如图图6所示示。得指出的的是,查查表程序序实现了了计数值值向声压压级的转转换。由由式（11）知声声压每增增加122.2%,声压压级增加加1dBB,因此此T0计计数值每每增加112.22%,声声压级增增加1ddB。在在E2PPROMM中定义义一张表表格,每每三个字字节为一一组数据据,其中中前两个个字节为为计数值值,后一一个字节节为压

14、缩缩BCDD码表示示的声压压级值。调调试时,参照精精密声级级计,读读出某声声压级所所对应的的计数值值,从而而确定表表格中两两参数的的对应关关系,当当程序固固化后,还可通通过硬件件电路对对其进行行调整。下下面给出出定义该该表格的的伪指令令格式。TAB：DB 1BHH,0AA0H,0BBBH, ;05H, 833H, 83HH,04H,0EAAH, 82HH,04H, 611H, 81HH,03H,0E77H, 80HH,03H, 7AAH, 79HH,03H, 199H, 78HH,02H,0C33H, 77HH,02H, 766H, 76HH,00H, 000H,00AAHH ; 其中,“0A

15、AAH”、“0BBBH”两个数数据经译译码后分分别显示示下限标标记“”和上限限标记“”,表示示超出测测量范围围。为了提高高系统的的抗干扰扰能力,除了在在硬件上上采取了了相应的的措施外外,软件件上采用用了冗余余设计法法即重复复重要的的指令,未用空空间设置置空操作作指令,以防止止程序跳跳飞而死死机。4.6CCC45511译译码驱动动电路4.6.1七段段译码驱驱动器本设计中中采用CCC45511 BCDD码（锁锁存/ 七段译译码/ 驱动器器）来驱驱动共阴阴数码管管。图77为CCC45111引脚脚排列。其其中，AA，B，CC，D是是四个输输入端和和a是七个个输出端端，它还还具有输输入BCCD码锁锁存、

16、灯灯测试和和熄灭显显示控制制功能，它它们分别别由锁存存端LEE、灯测测试端LLT、熄熄灭控制制端/BBI来控控制。 图7 CC445111引脚排排列图实验时只只要接通通+5VV电源和和将十进进制数的的BCDD码接到到译码器器的相应应输入端端即可显显示09的数数字。四四位数码码管可接接受四组组BCDD码输入入。CCC45111与数数码管的的连接如如图8所示。 图8 CC445111与数码码管的连连接此电路中中只使用用CC445111的译码码功能，故故将3、44脚接电电源，55、8脚脚接地，从从单片机机P0端端口输出出的电平平分别接接入CCC45111的AA、B、CC、D端端，经过过译码后后输出七

17、七位编码码。由CCC45511的的驱动和和输出的的数码点点亮对应应的段，显显示相应应的数值值。4.6.2七段段发光二二极管数数码管一个LEED数码码管可用用来显示示一位009十进制制数。LLED数数码管要要显示BBCD码码所表示示的十进进制数字字就需要要有一个个专门的的译码器器，该译译码器不不但要完完成译码码功能，还还要有相相当的驱驱动能力力。图9（aa）(bb)为共共阴管电电路和共共阴数码码管引出出脚功能能图。 图99（a）共共阴管电电路 图99（b）共共阴数码码管引脚脚五.设计计总结本次课程程设计，在在陈老师布布置课题题并讲解解了基本本原理后后，两个个星期以以来我查查阅了许许多有关关此设计

18、计的资料料，并通通过与同同学交流流经验和和自学，以及向老师请教等方式，最终基本完成了此次课程设计。通过这次电子课程设计，对以前所学的电子电路知识既是巩固又是发展，进一步理解并加深了对所学的电子技术的认识。学会了在实践中运用理论，用理论来指导实践，培养了理论联系实际的正确设计思想。通过对课题的设计，训练了运用所学的理论知识去思考问题并联系理论实际解决问题的能力，提高了逻辑思维的能力。同时通过此次设计，学会了较复杂的电子系统设计的一般方法，进一步掌握了分析与设计一般电子电路的方法，并增强了独立的思考问题和解决问题的能力。同时进行基本的技能训练，学会了基本仪器的使用及基本电子元器件的识别与测量，进一

19、步了解了一些重要的也是基本的电子元器件的内部工作原理，深刻领会了该元器件的工作方式和工作环境。总之，通过这次电子课程设计，培养了实际运用理论的能力，懂得理论联系实际去处理问题，也培养了吃苦耐劳的精神，为以后更好的的学习和工作打下了结实的基础，对于我们来说是一次难得的实践机遇，也是一个宝贵的精神财富。六.总图图七.参考考文献1 康华华光.电电子技术术基础数数字部分分.高等等教育出出版社.20006.112 梅丽丽风.单单片机原原理及接接口技术术.清华华大学出出版社220066.83.驻极极体传声声器 ：htttp:/baaikee.baaiduu.coom/vvieww/133258890.htmm4.LMM3311：htttp:/m/sooft/sofftdoown.aspp?sooftiid=2269775.LMM3244原理与与应用:httpp:/