【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)于從 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(guò)載電壓，輸出電路具有短路保護(hù)功能。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(mǎn)量程輸入范圍）[8]。 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇基于功能實(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(mǎn)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(guò)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(cè)試中需要?jiǎng)討B(tài)保存所測(cè)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。單片機(jī)自從問(wèn)世以來(lái)，它一直在工業(yè)檢測(cè)、控制的應(yīng)用中起著重要作用。市場(chǎng)上常用的單片機(jī)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，很容易形成產(chǎn)品而倍受青睞。89C51單片機(jī)為EPROM型，在實(shí)際電路中可以與8051單片機(jī)或8751單片機(jī)直接互換，不但和8051單片機(jī)指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器還是FLASH工藝。89S52是北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計(jì)的，由美國(guó)的Atmel公司生產(chǎn)的八位單片機(jī)。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(jī)。該器件是用高密度、非易丟失存儲(chǔ)技術(shù)制造并且與國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。從使用方便與簡(jiǎn)化電路以及其性?xún)r(jià)比等角度來(lái)考慮，89S52比較合適的[9]。 89S52的簡(jiǎn)介單片機(jī)包含CPU、 RAM 、ROM、定時(shí)/計(jì)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(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。 CPU（Central Processing Unit）：是整個(gè)單片機(jī)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(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 主要負(fù)責(zé)控制、指揮 和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，能完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 RAM（Random Access Memory）：89S51 內(nèi)部有 8 位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 專(zhuān)用寄存器單元各128個(gè)。 程序存儲(chǔ)器 ROM（Read Only Memory）：89S51 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放 用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器：89S51 有兩個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器并且都是16 位，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷，用于控制程序轉(zhuǎn)向。I/O口：89S51 共有4 組8 位 I/O 口(P0、 PP2 或 P3)，作用是對(duì)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(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機(jī)，89C52本身帶有的內(nèi)存儲(chǔ)器是8K，可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦數(shù)達(dá)幾萬(wàn)次以上， 89C52管腳圖如圖6所示[10]。圖6 89C52管腳圖下面簡(jiǎn)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(xiàn)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(xiàn)，也可作普通I/O口；P1口（18）： 準(zhǔn)雙向通用I/O口；RST（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號(hào)輸出端；PSEN：內(nèi)外程序存儲(chǔ)器選擇線(xiàn)；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。 顯示及指示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用LED共陰極4封裝型顯示器顯示。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的輸出器件是LED顯示器。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆畫(huà)點(diǎn)亮?？刂撇煌慕M合的二極管導(dǎo)通就能顯示出各種字符。它的結(jié)構(gòu)和外型圖如圖7所示：圖7 共陰型數(shù)碼管結(jié)構(gòu)和外型圖本次設(shè)計(jì)用4位8段LED動(dòng)態(tài)顯示電路。段碼線(xiàn)和位選線(xiàn)分別占用一個(gè)8位I/O口和一個(gè)4位I/O口。因?yàn)楦魑坏亩未a線(xiàn)并聯(lián)，8位I/O口輸出的段碼對(duì)各個(gè)顯示位來(lái)說(shuō)是相同的。所以，在相同時(shí)刻，如果各位的位選線(xiàn)同時(shí)處于選通狀態(tài)，4位LED將會(huì)顯示相同的字符。而如果要各位LED能夠同時(shí)顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動(dòng)態(tài)顯示方式。在同一時(shí)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(lèi)似，在下一時(shí)刻，其它各位的位選線(xiàn)均處于關(guān)閉狀態(tài)，僅僅讓下一位的位選線(xiàn)處于選通狀態(tài)，在段碼線(xiàn)上輸出將要顯示字符的段碼，既同一時(shí)刻，只有選同位顯示出相應(yīng)的字符，而其余各位是熄滅的。如此繼續(xù)下去，就可以滿(mǎn)足要求。這些字符在不同時(shí)刻出現(xiàn)，而在同一時(shí)刻，卻只有一位顯示，其余各位熄滅，而“多位同時(shí)亮”的假象是因?yàn)長(zhǎng)ED顯示器的余光和人眼的“視覺(jué)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(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要是考慮到人耳對(duì)噪聲的主觀(guān)評(píng)價(jià)，對(duì)于不同分貝的聲音，人產(chǎn)生的感覺(jué)是不相同的，因此用三個(gè)發(fā)光二極管來(lái)指示聲壓級(jí)的范圍，指示電路的設(shè)計(jì)如圖8，、通過(guò)單片機(jī)編程來(lái)控制聲壓級(jí)的指示范圍。圖8 指示電路4 噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)智能儀器的研制開(kāi)發(fā)是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程。為完成儀器的功能，實(shí)現(xiàn)儀器的指標(biāo)，提高研制效率，并能取得一定的研制效益，應(yīng)遵循正確的設(shè)計(jì)原則、按照科學(xué)的研制步驟來(lái)開(kāi)發(fā)智能儀器。儀器可靠性是最突出也是最重要的，應(yīng)采取各種措施提高儀器的可靠性，從而保證儀器能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，不僅易于編程和調(diào)試，也可減小軟件故障率和提高軟件的可靠性。在滿(mǎn)足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡(jiǎn)單成熟的方案，意味著元器件少，開(kāi)發(fā)、調(diào)試、生產(chǎn)方便，可靠性高?？傊O(shè)計(jì)的程序應(yīng)該達(dá)到可讀性，可理解性，可維護(hù)性，有效性，可修改性。 程序系統(tǒng)框圖在單片機(jī)系統(tǒng)的程序的設(shè)計(jì)中，單片機(jī)就如同整個(gè)系統(tǒng)的交通樞紐，而程序就是組成交通樞紐的大道，各個(gè)部分的模塊化的程序就是整個(gè)系統(tǒng)的組成部份。軟件編寫(xiě)的是否合理，語(yǔ)句運(yùn)用的是否簡(jiǎn)潔直接影響單片機(jī)的工作效率。現(xiàn)就此次設(shè)計(jì)的軟件部分作簡(jiǎn)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(wù)程序的設(shè)計(jì)、查表子程序、顯示子程序、指示子程序。由于要實(shí)現(xiàn)功能多，所以采用模塊化的設(shè)計(jì)，下面就其主要部分分別介紹。中斷服務(wù)程序主要完成的功能是：T0中斷子程序是將電壓/頻率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)入計(jì)數(shù)器的T0口，之后計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到一定數(shù)目之后，計(jì)數(shù)器就會(huì)產(chǎn)生溢出中斷。查表子程序：將進(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號(hào)與實(shí)際要顯示值之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過(guò)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(jié)果送到顯示器顯示。指示子程序：對(duì)顯示結(jié)果范圍的一個(gè)指示。噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖9所示[12]。開(kāi)始設(shè)置SP8155初始化定時(shí)、計(jì)數(shù)器T0、T1初始化開(kāi)中斷讀計(jì)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(jié)束嗎？NY根據(jù)顯示值點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈關(guān)中斷圖9 單片機(jī)軟件系統(tǒng)方案框圖 系統(tǒng)內(nèi)部RAM的分配在編寫(xiě)程序之前，要對(duì)系統(tǒng)占用的RAM進(jìn)行合理的安排和分區(qū)，這樣才有實(shí)用性，不容易在軟件上出錯(cuò)。 系統(tǒng)RAM區(qū)分配表單元內(nèi)容40H存放計(jì)數(shù)器高8位41H存放計(jì)數(shù)器低8位5CH聲壓級(jí)單位b5DH聲壓級(jí)單位d5EH聲壓級(jí)高位數(shù)值5FH聲壓級(jí)地位數(shù)值 中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工作過(guò)程中其主要的功能是由芯片中的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來(lái)完成的。單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0由特殊功能寄存器TH0、TH1構(gòu)成，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1由特殊功能寄存器THTL1構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD用于選擇定時(shí)器/計(jì)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(dòng)和停止數(shù)，同時(shí)包含了T0、T1的狀態(tài)。TMOD、TCON這兩個(gè)寄存器的內(nèi)容由軟件設(shè)置。單片機(jī)復(fù)位時(shí)，兩個(gè)寄存器的所有位都被清0。在此系統(tǒng)中，T0作為計(jì)數(shù)器，T1作為定時(shí)器，中斷服務(wù)程序流程圖如圖10所示[13]。中斷入口關(guān)T0、T1讀計(jì)數(shù)器重新初始化T0、T1開(kāi)T0、T1中斷返回圖10 中斷服務(wù)程序流程圖 T0中斷子程序的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)功能是對(duì)外來(lái)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。芯片有T0()和T1()兩個(gè)輸入引腳，分別是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端。當(dāng)輸入的信號(hào)發(fā)生由1至0的負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器上的值就會(huì)增加1。在所有機(jī)器周期的S5P2期間，其采樣來(lái)自于外部輸入引腳。例如如果在第一個(gè)機(jī)器周期采樣的值是1，在下一個(gè)機(jī)器周期采樣的值是0，則在再下一個(gè)機(jī)器周期S3P1的期間，計(jì)數(shù)器的值加1。由于去確認(rèn)一次負(fù)跳變要花兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期），所以外部輸入的計(jì)數(shù)脈沖的最高頻率為振蕩器頻率的1/24。由于本設(shè)計(jì)采用T0計(jì)數(shù)器，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)產(chǎn)生中斷，所以需要編寫(xiě)中斷子程序。本設(shè)計(jì)把T0作為計(jì)數(shù)器，用方式1計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)1秒之后，就會(huì)產(chǎn)生中斷，而計(jì)數(shù)器T0的溢出中斷TF0作為外部中斷請(qǐng)求的標(biāo)志，于是，CPU暫時(shí)終止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，這時(shí)除了硬件會(huì)自動(dòng)把斷點(diǎn)地址（16位程序計(jì)數(shù)器PC的值）壓入堆棧之外，還要保護(hù)有關(guān)工作寄存器、累加器、標(biāo)志位等信息，在完成中斷服務(wù)程序后，恢復(fù)有關(guān)的工作寄存器、累加器、標(biāo)志位內(nèi)容，最后執(zhí)行中斷返回指令，從堆棧中自動(dòng)彈出斷點(diǎn)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(guān)中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)開(kāi)中斷中斷處理中斷返回現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)圖11 T0中斷服務(wù)程序流程圖 T1中斷子程序的設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，但此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖是單片機(jī)內(nèi)部的，既每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1。因?yàn)?2個(gè)振蕩脈沖周期才為一個(gè)機(jī)器周期，所以振蕩頻率為計(jì)數(shù)頻率的12倍。但若單片機(jī)是采用6MHz晶體。這樣就可以根據(jù)定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的初值。因此本設(shè)計(jì)中T1的初值為，即X=15536=3CB0H，因此TH1=3CH，TL1=B0H。定時(shí)功能：用T1做定時(shí)1秒，每滿(mǎn)1秒，就會(huì)讀計(jì)數(shù)器的內(nèi)容。具體的T1中斷子程序軟件流程圖見(jiàn)圖12[15]。中斷次數(shù)計(jì)數(shù)器R01=0？中斷服務(wù)子程序T1保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)定時(shí)閘門(mén)讀計(jì)數(shù)結(jié)果存入RAM開(kāi)中斷屏蔽開(kāi)閘門(mén)重新置計(jì)數(shù)器初值和R0初值結(jié)果送結(jié)果單元并加累加器內(nèi)容恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回開(kāi)閘門(mén)開(kāi)屏蔽YN圖12 T1中斷服務(wù)程序 查表子程序在聲學(xué)中常使用聲壓級(jí)LP來(lái)反映聲壓的變化，將聲壓P聲壓級(jí)表示成 公式5其中，基準(zhǔn)量p0為20m Pa。當(dāng)p=p0時(shí)，Lp=0dB，而當(dāng)p=200 Pa時(shí)，LP=140dB。需要指出的是，查表程序?qū)崿F(xiàn)了計(jì)數(shù)值向聲壓級(jí)的轉(zhuǎn)換。由式（）%，聲壓級(jí)增加1dB，%，聲壓級(jí)增加1dB。在E2PROM中定義一張表格，每四個(gè)字節(jié)為一組數(shù)據(jù)，其中前兩個(gè)字節(jié)為計(jì)數(shù)值，后兩個(gè)字節(jié)為壓縮BCD碼表示的聲壓級(jí)值。由于設(shè)計(jì)要求聲壓級(jí)的測(cè)量范圍為40~96db,所以給表格設(shè)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D(zhuǎn)B 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(nèi)噪聲等級(jí)、測(cè)量方法和標(biāo)準(zhǔn)，顯示只需四位就可以滿(mǎn)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(kāi)始工作，由于LED顯示為段碼的顯示，所以處理后的十進(jìn)制數(shù)要首先取段碼，然后送顯示單元。本設(shè)計(jì)的顯緩單元是5CH5FH，用兩個(gè)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(jìn)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