【文章內(nèi)容簡介】 式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。在應(yīng)用電路，可以雙電源工作，也可單電源工作，其輸出電壓可以和各種邏輯電平匹配，內(nèi)部已經(jīng)進(jìn)行了頻率補(bǔ)償，且具有電源電壓寬，靜態(tài)功耗小，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。圖22 LM324運(yùn)算放大原理圖方案三、采用通用集成塊LM358進(jìn)行放大，根據(jù)集成運(yùn)放同向輸入比例運(yùn)算原理 。其中Rf為反饋電阻，R為反向接地端，改變R與Rf的阻即可以改變放大倍數(shù)。也可以采用多級放大，多級放大倍數(shù)算法Au=Au1Au2…Aun 圖23LM358運(yùn)算放大原理圖經(jīng)過長時間的電路調(diào)試我們確定了放大部分采用方案三，因?yàn)榉桨敢徊捎玫氖侨龢O管放大達(dá)不到20～20KHZ的頻率信號放大，而采用方案二雖然可以達(dá)到所需的頻率放大，但是所采用的放大是用雙電源供電，而單電源供電無法達(dá)到我們所需的要求，而雙電源供電所需的成本又高了，并且用雙電源供電還必須考慮到電源的紋波系數(shù)，如果紋波系數(shù)較大會把輸出的信號給掩蓋無法達(dá)到所需要求。而采用方案三不但可以達(dá)到20～20KHZ的頻率信號放大，而且電源供電時采用9V單電源供電，我們只要有一個9V蓄電池就可以解決了，而且采用LM358不但便宜而且所需的電路也比較簡單。 轉(zhuǎn)換器方案一、采用ADC0809是CMOS型8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（1），它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，三態(tài)輸出鎖存器當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器存取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。適用于分辨率較高而且轉(zhuǎn)換速度適中的場合。圖24 ADC0809的引腳圖方案二、采用單電源LM331V/F轉(zhuǎn)換，在整個測量電路中,電壓信號與脈沖信號即V /F的轉(zhuǎn)換對整個系統(tǒng)的性能起著重要作用,因此本系統(tǒng)采用了高性能的電壓頻率轉(zhuǎn)換集成電路LM331作為系統(tǒng)的核心,由LM331構(gòu)成的V /F轉(zhuǎn)換電路,將電壓信號( 0～5V)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的頻率信號( 0～10KHz) ,該頻率信號以TTL電平送入89S51單片機(jī)的P3. 5引腳,作為T1的計(jì)數(shù)脈沖。圖25 LM331單電源V/F變換圖方案三、采用雙電源供電LM331V/F轉(zhuǎn)換，LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性價比較高的精密電壓頻率轉(zhuǎn)換器,它采用新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路,在整個工作溫度范圍內(nèi)和4. 0V 電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態(tài)范圍寬,可達(dá)100dB。線性度好,最大非線性失真小于0. 01% ,工作頻率低到0. 1Hz時,仍有較好的線性。變換精度高,數(shù)字分辨率可達(dá)12位?？垢蓴_能力強(qiáng),外接電路簡單,只需幾個阻容元件就可構(gòu)成V /F變換電路,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。在該電路中,基于LM331的壓頻轉(zhuǎn)換關(guān)系為:fout = (RSVIN ) /(2. 09RL CtRt )電路中的RS 主要用于調(diào)節(jié)電路的轉(zhuǎn)換增益。Ct ,Rt , RL 的典型值分別為6. 8KΩ, 0. 01uF和100KΩ, RS 值由設(shè)計(jì)者自己決定,其可調(diào)電阻用于對基準(zhǔn)電流進(jìn)行調(diào)節(jié),以校正輸出頻率。由于RS、Rt、RL 和電容Ct 會直接影響fout的轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此,對這些元件的參數(shù)有一定的要求,設(shè)計(jì)時應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電容CL對轉(zhuǎn)換結(jié)果雖有應(yīng)選擇漏電流小的電容器。用電阻Ri 和Ci 組成低通濾波器,可減少輸入電壓中的干擾脈沖,提高轉(zhuǎn)換精度。圖26 LM331雙電源V/F變換圖最終我們確定了方案二為我們的轉(zhuǎn)換電路，方案一中采用的是ADC0809它的轉(zhuǎn)換速度沒有LM331的轉(zhuǎn)換速度快，而且轉(zhuǎn)換電路中用到了雙D觸發(fā)器進(jìn)行74LS74分頻，從而進(jìn)行電壓測量。而方案三采用的是正負(fù)12V雙電源進(jìn)行供電，前面我們說到標(biāo)準(zhǔn)電源的紋波系數(shù)比較大，會影響我們的信號，而且我們采用的放大器是單電源9V供電，如果我們采用的是方案三，那么我們又會多出個電源，所以我們才用的是方案二，不但解決了轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換效率、電源問題、是否影響信號。 單片機(jī)本測量系統(tǒng)選用流行的89S51單片機(jī)。T1設(shè)為計(jì)數(shù)狀態(tài),用于對前向通道V /F輸入的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。T0設(shè)為定時狀態(tài),用于定時讀取T1計(jì)數(shù)值(定時時間為1秒,即單位時間) 。相應(yīng)的程序編制較為簡單,主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對輸入的脈沖信號進(jìn)行采集,并進(jìn)行頻率與DB 的量綱轉(zhuǎn)換,以及控制LED顯示相應(yīng)的DB值。 驅(qū)動模塊數(shù)碼管驅(qū)動常用的驅(qū)動電路由三極管（PNP）和芯片驅(qū)動（74LS164）兩種，本文采用的是8550型三級管驅(qū)動。圖27驅(qū)動模塊圖 LED顯示根據(jù)一般城市內(nèi)噪聲等級、測量方法和標(biāo)準(zhǔn),顯示只需四位即可滿足要求———顯示格式: DB。該電路采用動顯示方式,段選使用89S51內(nèi)部帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向口P1的8個管腳,用三極管做驅(qū)動器。位選使用具有能,帶內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向口P2的P210～P213,用一片7406做4路反相緩沖驅(qū)動器,由于7406是集電極開路,故需并接4只上拉電阻。LED選用四位紅光共陽極數(shù)碼管。圖28 LED顯示模塊圖第3章 總電路設(shè)計(jì)分析 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用AT89C51單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)， 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示模塊。 基于單片機(jī)環(huán)境噪音測量基本構(gòu)成及原理單片機(jī)放大噪音V/F轉(zhuǎn)換顯示模塊圖31環(huán)境噪聲基本構(gòu)成圖 89S51單片機(jī)簡介：89S51單片機(jī)包含中央處理器CPU（Central Processing Unit）、數(shù)據(jù)存儲器RAM（Random Access Memory）、程序存儲器ROM（Read Only Memory）、定時/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。中央處理器CPU（Central Processing Unit）：中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。數(shù)據(jù)存儲器RAM（Random Access Memory）：89S51內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 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(jì)數(shù)器：89S51有兩個16位的可編程定時/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。并行輸入輸出(I/O)口：89S51共有4組8位I/O口(P0、 PP2或P3)，用于對外部數(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(jì)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。圖32 AT89S51單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖33 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖復(fù)位電路：單片機(jī)89s51的復(fù)位電路由電阻，電容和復(fù)位開關(guān)FW組成，其復(fù)位端為第9腳。當(dāng)按下復(fù)位開關(guān)FW后，第9腳的電壓由原來的低電平變?yōu)楦唠娖?，使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。也就是當(dāng)該端子上保持兩個機(jī)器周期的高水平時，可對89s51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。圖34 上電復(fù)位電路時鐘電路：時鐘電路是由電容CC5和12MHz的晶振組成，接在單片機(jī)的第18和19腳(即XTAL1和XTAL2端)。因其采用的是振蕩頻率12MHz的晶振，所以其軟件的一個機(jī)器周期為1us。 芯片簡介 LM331LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片。LM331可用作精密的頻率電壓（F/V）轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器以及其他相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片。LM331的內(nèi)部電路組成如圖1所示。由輸入比較器、定時比較器、R－S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。LM331可采用雙電源或單電源供電，～40V之間，輸出可高達(dá)40V，而且可以防止Vcc短路。圖35 LM331邏輯框圖LM331內(nèi)部有（1）輸入比較電路、（2）定