【文章內容簡介】 應于從 到 2V 之間的任何有效值。此外，在 AD536A 的內部有輸入和輸出保護電路，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功能。AD536A 內部主要包括：一個絕對值電壓/電流（V/I）轉換器、一個平方器/除法器、 低通濾波器、精密電流鏡和一個輸出緩沖器（具有10V滿量程輸入范圍）[8]。 單片機系統(tǒng)的設計 單片機的選擇基于功能實現(xiàn)和程序設計的考慮，本次設計選用的單片機需要滿足以下幾個 條件：(1)可以反復燒錄程序，因為在程序調試設計過程中需要對程序不斷地進行修改；(2)有足夠的RAM，在噪聲測試中需要動態(tài)保存所測到的噪聲數(shù)據(jù)；(3)價格便宜，出于制造成本的考慮單片機的價格不能太高。單片機自從問世以來，它一直在工業(yè)檢測、控制的應用中起著重要作用。市場上常用的單片機有Intel公司的MCS51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS51由于單片機應用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強，價格低等優(yōu)點，很容易形成產品而倍受青睞。89C51單片機為EPROM型，在實際電路中可以與8051單片機或8751單片機直接互換，不但和8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器還是FLASH工藝。89S52是北京集成電路中心（BIDC）設計的，由美國的Atmel公司生產的八位單片機。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術制造并且與國際工業(yè)標準80C51單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89S52比較合適的[9]。 89S52的簡介單片機包含CPU、 RAM 、ROM、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等，還有數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 CPU（Central Processing Unit）：是整個單片機的核心部件，其處理器是 8 位數(shù)據(jù)寬度，能處理8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 主要負責控制、指揮 和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，能完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 RAM（Random Access Memory）：89S51 內部有 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 專用寄存器單元各128個。 程序存儲器 ROM（Read Only Memory）：89S51 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放 用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時/計數(shù)器：89S51 有兩個可編程定時/計數(shù)器并且都是16 位，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產生中斷，用于控制程序轉向。I/O口：89S51 共有4 組8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，作用是對外部數(shù)據(jù)的傳輸。中斷系統(tǒng)：89S51 具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機，89C52本身帶有的內存儲器是8K，可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦數(shù)達幾萬次以上， 89C52管腳圖如圖6所示[10]。圖6 89C52管腳圖下面簡單介紹89C52的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（3239）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口（1017）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（2128）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（18）： 準雙向通用I/O口；RST（9）：復位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。 顯示及指示電路的設計 顯示電路的設計本次設計采用LED共陰極4封裝型顯示器顯示。單片機應用系統(tǒng)常用的輸出器件是LED顯示器。它是由若干個發(fā)光二極管構成，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫點亮?？刂撇煌慕M合的二極管導通就能顯示出各種字符。它的結構和外型圖如圖7所示：圖7 共陰型數(shù)碼管結構和外型圖本次設計用4位8段LED動態(tài)顯示電路。段碼線和位選線分別占用一個8位I/O口和一個4位I/O口。因為各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出的段碼對各個顯示位來說是相同的。所以，在相同時刻，如果各位的位選線同時處于選通狀態(tài)，4位LED將會顯示相同的字符。而如果要各位LED能夠同時顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式。在同一時刻，4位LED中只有選通的那一位顯示出字符，而其他三位則是熄滅的。類似，在下一時刻，其它各位的位選線均處于關閉狀態(tài)，僅僅讓下一位的位選線處于選通狀態(tài)，在段碼線上輸出將要顯示字符的段碼，既同一時刻，只有選同位顯示出相應的字符，而其余各位是熄滅的。如此繼續(xù)下去，就可以滿足要求。這些字符在不同時刻出現(xiàn)，而在同一時刻，卻只有一位顯示，其余各位熄滅，而“多位同時亮”的假象是因為LED顯示器的余光和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，就可以造成[11]。 指示電路的設計本次設計主要是考慮到人耳對噪聲的主觀評價，對于不同分貝的聲音，人產生的感覺是不相同的，因此用三個發(fā)光二極管來指示聲壓級的范圍，指示電路的設計如圖8，、通過單片機編程來控制聲壓級的指示范圍。圖8 指示電路4 噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計智能儀器的研制開發(fā)是一個較為復雜的過程。為完成儀器的功能，實現(xiàn)儀器的指標，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，應遵循正確的設計原則、按照科學的研制步驟來開發(fā)智能儀器。儀器可靠性是最突出也是最重要的，應采取各種措施提高儀器的可靠性，從而保證儀器能長時間穩(wěn)定工作。軟件設計采用模塊化設計方法，不僅易于編程和調試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。在滿足性能指標的前提下，應盡可能采用簡單成熟的方案，意味著元器件少，開發(fā)、調試、生產方便，可靠性高?？傊?，設計的程序應該達到可讀性，可理解性，可維護性，有效性，可修改性。 程序系統(tǒng)框圖在單片機系統(tǒng)的程序的設計中，單片機就如同整個系統(tǒng)的交通樞紐，而程序就是組成交通樞紐的大道，各個部分的模塊化的程序就是整個系統(tǒng)的組成部份。軟件編寫的是否合理，語句運用的是否簡潔直接影響單片機的工作效率?，F(xiàn)就此次設計的軟件部分作簡要介紹，如圖41所示為軟件總體流程圖。其中子程序包括：中斷服務程序的設計、查表子程序、顯示子程序、指示子程序。由于要實現(xiàn)功能多，所以采用模塊化的設計，下面就其主要部分分別介紹。中斷服務程序主要完成的功能是：T0中斷子程序是將電壓/頻率轉換器產生的頻率信號轉入計數(shù)器的T0口，之后計數(shù)器開始計數(shù)，當計數(shù)到一定數(shù)目之后，計數(shù)器就會產生溢出中斷。查表子程序：將進入單片機的脈沖信號與實際要顯示值之間有一定的對應關系，經過軟件編程查表顯示所需要的值。顯示子程序：將數(shù)據(jù)處理的結果送到顯示器顯示。指示子程序：對顯示結果范圍的一個指示。噪聲監(jiān)測系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖9所示[12]。開始設置SP8155初始化定時、計數(shù)器T0、T1初始化開中斷讀計數(shù)器置表首地址取表中雙字節(jié)數(shù)xi(TH0)(TH1)i=i+1YN允許高位顯示送顯示值交換顯示位掃描結束嗎？NY根據(jù)顯示值點亮相應的指示燈關中斷圖9 單片機軟件系統(tǒng)方案框圖 系統(tǒng)內部RAM的分配在編寫程序之前，要對系統(tǒng)占用的RAM進行合理的安排和分區(qū)，這樣才有實用性，不容易在軟件上出錯。 系統(tǒng)RAM區(qū)分配表單元內容40H存放計數(shù)器高8位41H存放計數(shù)器低8位5CH聲壓級單位b5DH聲壓級單位d5EH聲壓級高位數(shù)值5FH聲壓級地位數(shù)值 中斷服務程序的設計噪聲監(jiān)測系統(tǒng)在工作過程中其主要的功能是由芯片中的定時器/計數(shù)器來完成的。單片機的定時器/計數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TH1構成，定時器/計數(shù)器T1由特殊功能寄存器THTL1構成。特殊功能寄存器TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器T0/T1的工作模式和工作方式。特殊功能寄存器TCON用于控制TO、T1的啟動和停止數(shù)，同時包含了T0、T1的狀態(tài)。TMOD、TCON這兩個寄存器的內容由軟件設置。單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清0。在此系統(tǒng)中，T0作為計數(shù)器，T1作為定時器，中斷服務程序流程圖如圖10所示[13]。中斷入口關T0、T1讀計數(shù)器重新初始化T0、T1開T0、T1中斷返回圖10 中斷服務程序流程圖 T0中斷子程序的設計計數(shù)功能是對外來脈沖進行計數(shù)。芯片有T0()和T1()兩個輸入引腳，分別是這兩個計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入端。當輸入的信號發(fā)生由1至0的負跳變時，計數(shù)器上的值就會增加1。在所有機器周期的S5P2期間，其采樣來自于外部輸入引腳。例如如果在第一個機器周期采樣的值是1，在下一個機器周期采樣的值是0，則在再下一個機器周期S3P1的期間，計數(shù)器的值加1。由于去確認一次負跳變要花兩個機器周期（24個振蕩周期），所以外部輸入的計數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24。由于本設計采用T0計數(shù)器，當定時時間到時產生中斷，所以需要編寫中斷子程序。本設計把T0作為計數(shù)器，用方式1計數(shù)，當定時1秒之后，就會產生中斷，而計數(shù)器T0的溢出中斷TF0作為外部中斷請求的標志，于是，CPU暫時終止當前的工作，轉去執(zhí)行中斷服務程序，這時除了硬件會自動把斷點地址（16位程序計數(shù)器PC的值）壓入堆棧之外，還要保護有關工作寄存器、累加器、標志位等信息，在完成中斷服務程序后，恢復有關的工作寄存器、累加器、標志位內容，最后執(zhí)行中斷返回指令，從堆棧中自動彈出斷點地址到PC，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序，如圖11所示為中斷子程序流程圖[14]。關中斷現(xiàn)場保護開中斷中斷處理中斷返回現(xiàn)場恢復圖11 T0中斷服務程序流程圖 T1中斷子程序的設計通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)定時功能，但此時的計數(shù)脈沖是單片機內部的，既每個機器周期計數(shù)器加1。因為12個振蕩脈沖周期才為一個機器周期，所以振蕩頻率為計數(shù)頻率的12倍。但若單片機是采用6MHz晶體。這樣就可以根據(jù)定時時間的要求計算出計數(shù)器的初值。因此本設計中T1的初值為，即X=15536=3CB0H，因此TH1=3CH，TL1=B0H。定時功能：用T1做定時1秒，每滿1秒，就會讀計數(shù)器的內容。具體的T1中斷子程序軟件流程圖見圖12[15]。中斷次數(shù)計數(shù)器R01=0？中斷服務子程序T1保護現(xiàn)場關定時閘門讀計數(shù)結果存入RAM開中斷屏蔽開閘門重新置計數(shù)器初值和R0初值結果送結果單元并加累加器內容恢復現(xiàn)場返回開閘門開屏蔽YN圖12 T1中斷服務程序 查表子程序在聲學中常使用聲壓級LP來反映聲壓的變化，將聲壓P聲壓級表示成 公式5其中，基準量p0為20m Pa。當p=p0時，Lp=0dB，而當p=200 Pa時，LP=140dB。需要指出的是，查表程序實現(xiàn)了計數(shù)值向聲壓級的轉換。由式（）%，聲壓級增加1dB，%，聲壓級增加1dB。在E2PROM中定義一張表格，每四個字節(jié)為一組數(shù)據(jù)，其中前兩個字節(jié)為計數(shù)值，后兩個字節(jié)為壓縮BCD碼表示的聲壓級值。由于設計要求聲壓級的測量范圍為40~96db,所以給表格設定了上下限。下面給出定義該表格的偽指令格式。TAB:DB 1BH,0AH,0BH,0BHDB 18H,9DH,09H,06H；表格上限...DB 05H,83H,08H,03HDB 05H,00H,08H,03HDB 04H,0EAH,08H,02HDB 04H,61H,08H,01HDB 04H,00H,08H,01HDB 03H,0E7H,08H,00H…DB 00H,0BH,04H,01HDB 00H,0AH,04H,00H；表格下限DB 00H,00H,0AH,0AH 查表子程序流程圖如圖13所示。查表子程序入口取表中雙字節(jié)數(shù)xixi(TH0)(TL0)置表首地址i=i+1數(shù)值顯示返回NY圖13 查表子程序流程圖 顯示子程序按照一般城市內噪聲等級、測量方法和標準，顯示只需四位就可以滿足要求，顯示格式為： d b。數(shù)據(jù)處理完之后，顯示子程序就開始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。本設計的顯緩單元是5CH5FH，用兩個四位LED顯示，首先把要顯示的數(shù)據(jù)存入顯緩單元，然后取段碼，再把段碼送到指定的位上，用R5進行位的選擇，顯示程序流程圖如圖14所示。顯示子程序入口置表掃描次數(shù)允許高位顯示送