【文章內(nèi)容簡介】 意義的。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 5 2 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng) 總體方案描述 本系統(tǒng)由 方波信號發(fā)生器產(chǎn)生方波信號 并分成兩路信號。一路輸送入 功率放大器 進行放大； 一路 輸 送 入 單片機最小系統(tǒng)， 經(jīng) 單片機的 內(nèi)置計數(shù)器 頻率計數(shù)，把頻率的大小數(shù)值通過 12864 液晶顯示器顯示出來， 同時把頻率的數(shù)值 輸 送至上位機， 由上位機的 存儲 操作把相應數(shù)據(jù)保存 到數(shù)據(jù)庫中。 系統(tǒng)總體設計流程圖如 圖 21。 方 波 信 號 發(fā) 生 器功 率 放 大 器單 片 機 最 小 系 統(tǒng)揚 聲 器P C 上 位 機1 2 8 6 4 液 晶 顯 示 圖 21 系統(tǒng) 總體設計 流程圖 系統(tǒng) 設計原則 與要求 功放：電源 +5V, 輸出功率為 （ 8? 負載），電壓增益 20dB，頻率特性 為20Hz~20kHz，失真率 1%以下。 信號發(fā)生器：頻率特性 20Hz~20kHz 范圍內(nèi)。 功放部分由 分立原件搭建 完成 ， 同 IC 相 比 較 ， 分立的可以 微 調(diào)聲 頻 ， 調(diào)整每一個環(huán)節(jié) ， 力求 調(diào)出的頻率范圍更精細 。 最重要的是分立件的聲音可以做到比 IC的 更加 柔和 ， 沒有 IC那般的晶體管聲 。 分立件每個元件可以通過大的電流 ， 不 像 芯片上 在 幾微米的地 方通過不算小的電流 ,就會 造成令人煩躁的晶體管聲 。 信號發(fā)生部分使用 CD4046 壓頻振蕩器芯片產(chǎn)生。 單片機部分使用 80C52 即可滿足要求。 顯示部分使用帶字庫的液晶 12864 進行顯示。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 6 系統(tǒng)總體方案的確定 本系統(tǒng)的設計方案可有多種選擇 ： 方案一、信號發(fā)生器部分采用 555 定時器的多諧振蕩電路也能產(chǎn)生方波信號；功放部分可以采用 LM358 功放 IC；液晶采用 1602 液晶進行顯示。 方案二、信號發(fā)生器部分采用 LM331 壓頻轉(zhuǎn)換 IC產(chǎn)生方波信號；功放部分可以采用 LM358 功放 IC；液晶采用 1602 液晶進 行顯示。 方案三、信號發(fā)生器部分采用 CD4046 壓頻轉(zhuǎn)換 IC產(chǎn)生方波信號；功放部分采用分立原件搭建電路；液晶采用 12864 液晶進行顯示。 方案一中用 555 定時器產(chǎn)生方波對于本設計的要求達不到，也就是說不能產(chǎn)生達到20Hz 到 20KHz 的頻率范圍變化的方波，而方案二中使用 LM331 的話可以產(chǎn)生滿足要求的方波信號，但是由于 LM331 電路搭建比較麻煩，相比 CD4046 來說， CD4046 電路比較簡單，很容易產(chǎn)生 20Hz 到 20KHz 的方波，所以信號發(fā)生器部分選用 CD4046 作為方波發(fā)生器。 方案二與方案一中顯示部分都選 用了 1602 液晶， 1602 液晶價錢便宜，但是它只能顯示數(shù)字與字母，對于一個智能系統(tǒng)來說，如果不能顯示漢字，則不能體現(xiàn)出智能系統(tǒng)的界面友好性，因此，在此選用了帶字庫的液晶 12864，這款液晶不僅可以顯示字母與數(shù)字，而且可以顯示漢字，系統(tǒng)完成后，界面好看。 方案三與前兩個方案還有一處不同在于功放部分采用的是分立原件搭建， 同 IC 比 ，分立的可以細細的調(diào)聲 ， 調(diào)整每一個環(huán)節(jié) ， 力求出好聲 。 最重要的是分立件的聲音可以做到比 IC 的柔和 ， 沒有 IC那般的晶體管聲 。 分立件每個元件可以通過大的電流 ， 不 會像 在芯片上 幾微米的地方通過不算 小的電流 ,就會產(chǎn)生 令人煩躁的晶體管聲 。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 7 3 系統(tǒng)硬件電路設計 功放電路設計 功率放大器 電路設計要求 輸出功率 為 ，電壓 為 +5V，電壓增益 達到 20dB，頻率特性范圍在 20Hz~20kHz 之間 ，失真率 達到 1%以下。 本系統(tǒng)設計出的功率放大器的電路如圖 31。 該功放電路整體的電路結(jié)構(gòu)是用共發(fā)射極放大電路對輸入信號進行電壓放大， 在共發(fā)射極電路集電極插入的偏置電路 作用下 產(chǎn)生射極跟隨器的偏置電壓， 并 用推挽發(fā)射極跟隨器進行電流放大。 圖 31 功率放大器 電路 信號發(fā)生器電路設計 本 系統(tǒng) 信號發(fā)生器 電路 使用 CD4046 芯片產(chǎn)生 0~20kHz 的方波信號。 CD4046 是通用的 CMOS 鎖相環(huán)集成電路，其特點是電源電壓范圍寬（ 3V－ 18V），輸入阻抗高 (約 100MΩ) ，動態(tài)功耗小，在中心頻率 f0 為 10kHz 下功耗僅為 600μW ，屬微功耗器件。 CD4046 鎖相的意義是相位同步的自動控制 ,功能是完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán) ,簡稱 PLL。它廣泛應用于廣播通信、Q29013Q49013Q38550Q180501000uFC2Cap Pol1R3Res21KR2Res Adj210KR8RPotR4Res21KR5Res2C3Cap Pol1620R6Res220R10Res220R11Res2470uFC5Cap Pol1240R1Res210KR9Res239KR7Res210uFC4Cap Pol11000uFC1Cap Pol1VCC12P1Header 212P2Header 2河北工程大學畢業(yè)設計論文 8 頻率合成、自動控制及時鐘同步 等技術(shù)領(lǐng)域。鎖相環(huán)主要由相位比較器（ PC）、壓控振蕩器（ VCO）。低通濾波器 由 三部分組成 ,如圖 32 所示。 圖 32 CD4046結(jié)構(gòu)原理圖 CD4046工作原理：輸入信號 Ui從 14腳輸入后，經(jīng)放大器 A1進行放大、整形后加到相位比較器Ⅰ、Ⅱ的輸入端，圖 3開關(guān) K撥至 2腳，則比較器Ⅰ將從 3腳輸入的比較信號 Uo與輸入信號 Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓 UΨ 則反映出兩者的相位差。 UΨ經(jīng) R R4及 C2濾波后得到一控制電壓 Ud加至壓控振蕩器 VCO的輸入端 9腳，調(diào)整 VCO的振蕩頻率 f2，使 f2迅速逼近信號頻率 f1。 VCO的輸出又經(jīng)除法器再進入相位比較器Ⅰ，繼續(xù)與 Ui進行相位比較，最后使得 f2＝ f1，兩者的相位差為一定值，實現(xiàn)了相位鎖定。若開關(guān) K撥至 13腳，則相位比較器Ⅱ工作，過程與上述相同，不再贅述。 如圖 33為可以產(chǎn)生最大 20kHz 的電路，用 +5V 供電，從 3端口輸出方波信號， 7 腳接振蕩電容， 1 12 腳接振蕩電阻，通過調(diào)節(jié) 9 腳的電位器可以調(diào)節(jié)輸出頻率從0~20kHz 變化。 圖 33 CD4046信號發(fā)生電路圖 河北工程大學畢業(yè)設計論文 9 顯示電路設計 由于液晶 12864 顯示直觀， 相比液晶 1602 不但可以顯示字符還可以顯示漢字，亮度高，功能更加齊全。故 本系統(tǒng)顯示電路 采用帶字庫的 12864 液晶進行顯示， 這樣可以不但可以 節(jié)省單片機所需要的內(nèi)存 ，也使得程序更加簡潔 。 它與單片機的連接圖 如圖 34所示： 圖 34 液晶 12864 與單片機的引腳連接圖 河北工程大學畢業(yè)設計論文 10 4 人耳聽力測試儀上位機軟件的實現(xiàn) 開發(fā)語言與開發(fā)環(huán)境簡介 C語言和 .NET Framework C是一種面向?qū)ο?的語言，與其他的編程語言相比，它更加的簡潔并且是類型安全的，它可以生成在 .NET Framwork 上運行的多種應用程序，包括 Windowns 客戶端應用程序、 XML Web Services、分布式組件、客戶端 /服務器應用程序、數(shù)據(jù)庫應用程序等。 作為一種面向?qū)ο蟮恼Z言， C支持面向?qū)ο蟮娜筇匦裕捶庋b、繼承和多態(tài)。 C由類構(gòu)成，也就是說，所有的變量和方法（包括 Main 方法）都封裝在類中。類只能直接從一個父類繼承（這與 C++不同），但是可以實現(xiàn)任意數(shù)量的接口。 C語法表現(xiàn)力強，只有不到 90個關(guān)鍵字。對于 C++和 Java 程序員來說。 C簡單易懂，因為它的語法與 C， C++和 Java 非常相似。因此了解 C++和 Java 的程序員就可以在很短的時間內(nèi)掌握 C，并開始使用 C編寫應用程序了。與 C++相比， C的語法簡化了許多復雜的特性，如指針訪問；而且還提供了很多強大的功能，如枚舉、委托等。同樣，與 Java 相比，它也具有許多 Java 所不具備的優(yōu)良特性。 C程序只能在 .NET Framwork 上運行。從 Windows 2021 開始， .NET Framwork 成為了 Windows 的一個必要組件。 .NET Framwork 具有兩個主要組件：公共語言運行時（ CLR）和 .NET Framwork 類庫。 公共語言運行時（ CLR）是 .NET Framwork 的基礎。它在執(zhí)行代碼時對代碼進行管理，還提供內(nèi)存管理、線程管理和遠程管理等核心服務。 .NET Framwork 的另一個主要組件就是類庫，它是一個綜合性的面向?qū)ο蟮目芍赜妙愋图稀?.NET Framwork 類庫包含一個由 4000 多個類組成的內(nèi)容龐大的函數(shù)方法庫，這些函數(shù)被組織為命名空間，以避免龐大類庫中的方法重名。 .NET Framwork 類庫提供開發(fā)中所需的幾乎全部功能，包括 基本數(shù)據(jù)類型、字符串操作、流輸入和輸出、 XML 文件操作、圖形操作、 Windows 窗體控件、多線程操作等。 Visual Studio 2021 簡介 一種編程開發(fā)語言能否被廣泛的使用，除了應具備廣泛的應用范圍之外，還應具有強大的開發(fā)工具的支持。憑借 C微軟公司推出的 Visual Studio 開發(fā)工具，迅速地從一種新型的編程語言成為目前最流行的開發(fā)語言之一。 VS2021 支持 C語言的 。它提供了方便的用戶界面設計器，高級代碼編輯工具、對類庫的操作、集成調(diào)試器在內(nèi)的許多開發(fā)工具，極大地提高了 編程人員的編程效率，縮短了應用程序的開發(fā)時間及減少了河北工程大學畢業(yè)設計論文 11 應用程序的開發(fā)成本。 之所以選擇 VS2021編程環(huán)境來編寫此軟件是因為與其它版本相比 VS2021版本增加有許多新特性與新功能。它將是經(jīng)典的一個版本，相當于當年的 版，而且它可以自定義開始頁。新功能還包括： (1)C 中的動態(tài)類型和動態(tài)編程； (2)多顯示器支持 ； (3)使用 VS2021 的特性支持 TDD； (4)支持 Office； (5)Quick Search 特性 ； (6)C++ 0x 新特性 ； (7)IDE 增強 ； (8)使用 Visual C++ 2021 創(chuàng)建 Ribbon 界面 ； (9)新增基于 .NET 平臺的語言 F； 根據(jù) 微軟 發(fā)布的一份官 方文 檔宣稱， VS2021 和 .NET Framework 將在下面五個方面有所創(chuàng)新： (1) 民主化的應用程序 生命周期 管理 ： 在一個組織中，應用程序生命周期管理 (ALM)將牽涉到多個角色。但是在傳統(tǒng)意義上，這一過程中的每個角色并不是完全平等的。Visual Studio Team System 2021 將堅持打造一個功能平等、共同分擔的平臺以用于組織內(nèi)的應用程序生命周期 管理過程 。 (2) 順應新的技術(shù) 潮流 ： 每年，業(yè) 界內(nèi) 的新技術(shù)和新趨勢層出不窮。通過 VS2021，微軟將為開發(fā)者提供合適的工具和 框架 ，以支持 軟件開發(fā) 中最新的架構(gòu)，開發(fā)和部署。 (3) 讓 開發(fā)商 驚喜 ： 從 Visual Studio 的第一個版本開始，微軟就將提高開發(fā)人員的 工作效率 和 靈活性 作為自己的目標。 VS2021 將繼續(xù)關(guān)注并且顯著地改進開發(fā)者最核心的開發(fā)體驗。 (4) 下一代平臺 浪潮 的 弄潮 兒 ： 微軟將繼續(xù) 投資于 市場領(lǐng)先的 操作系統(tǒng) ，工具軟件和服 務器平臺，為客戶創(chuàng)造更高的價值。使用 VS2021，將可以在新一代的應用平臺上，為你的客戶創(chuàng)造令人 驚奇 的解決方案?？绮块T的應用 客戶將在不同規(guī)模的組織內(nèi)創(chuàng)建應用，跨度從單個部門到整個企業(yè)。 VS2021 將確保在這么寬泛的范圍內(nèi)的應用開發(fā)都得到支持。 (5) 高效的開發(fā)環(huán)境 ： Microsoft Visual Studio 2021 采用拖曳式 便能完成軟件的開發(fā)。簡簡單單的操作便可以實現(xiàn)一個界面的生成。但拖曳的界面，也應當有相應的代碼來實現(xiàn)功能。 Microsoft Visual Studio 2021 支持 C、 C++ 、 VB。 可以快速實現(xiàn)相應的功能。 河北工程大學畢業(yè)設計論文 12 人耳聽力測試儀 上位機軟件的實現(xiàn) 上位機軟件的編程實現(xiàn)過程 本節(jié)中將介紹在 VS2021 編程環(huán)境下，使用 C語言編程實現(xiàn)人耳聽力測試儀上位機軟件的過程，通過使用 .NET Framework 提供的類庫中的 SerialPort 類來實現(xiàn)上位機與下位機的通信。 現(xiàn)在大多數(shù)硬件設備均采用串口 技術(shù)與計算機相連，因此串口的 應用程序開發(fā)越來越普遍。本系統(tǒng) 使用 SerialPort 類實現(xiàn)串口通信要經(jīng)過的一般流程有通訊端口號的設置、波特率的設定，數(shù)據(jù)位的選擇、校驗位和停止位的選擇，再打開端口連接，發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉端口連接這些步驟。 在 .NET Framework 中提供了 SerialPort 類，該類主要是為了實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信等。該類 有許多 屬性 來表征其特性，主要屬性 如表 41所示。 表 41 SerialPort類的主要屬性 名 稱 說 明 BaseStream 獲取 SerialPort 對象的基礎 Stream 對象 BaudRate 獲取或設置串行波特率 BreakState 獲取或設置中斷信號狀態(tài) BytesToRead 獲取接收緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) BytesToWrite 獲取發(fā)送緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) DataBits 獲取或設置每個字節(jié)的標準數(shù)據(jù)位長度 DiscardNull 獲取或設置一個值，該值指示 Null 字節(jié)在端口和接收緩沖區(qū)之間傳輸時是否被忽略 DsrHolding 獲取數(shù)據(jù)設置就緒 (DSR) 信號的狀態(tài) DtrEnable 獲取或設置一個值， 該值在串行通信過程中啟用數(shù)據(jù)終端就緒 (DTR) 信號 Encoding 獲取或設置傳輸前后文本轉(zhuǎn)換的字節(jié)編碼 Handshake 獲取或設置串行端口數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈帐謪f(xié)議 IsOpen 獲取一個值，該值指示 SerialPort 對象的打開或關(guān)閉狀態(tài) NewLine 獲取或設置用于解釋 ReadLine和 WriteLine方法調(diào)用結(jié)束的值 Parity 獲取或設置奇偶校驗檢查協(xié)議 PortName 獲取或設置通信端口，包括但不限于所有可用的 COM 端口 ReadBufferSize 獲取或設置 SerialPort 輸入緩沖區(qū)的大小 ReadTimeout 獲取或設置讀取操作未完成時發(fā)生超時之前的毫秒數(shù) ReceivedBytesThreshold 獲取或設置 DataReceived 事件發(fā)生前內(nèi)部輸入緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù) RtsEnable 獲取或設置一個值，該值指示在串行通信中是否啟用請求發(fā) (RTS) 信號 StopBits 獲取或設置每個字節(jié)的標準停止位數(shù) 河北工程大學畢業(yè)設計論文 13 WriteBufferSize 獲取或設置串行端口輸出緩沖區(qū)的大小 WriteTimeout 獲取或設置寫入操作未完成時發(fā)生 超時之前的毫秒數(shù) SerialPort 類同樣也有很多的方法來實現(xiàn)它與其它硬件的通信，其 常用 方法如表 42所示。 表 42 SerialPort類的常用方法 方法名稱 說 明 Close 關(guān)閉端口連接，將 IsOpen屬性設置為 False，并釋放內(nèi)部 Stream對象 Open 打開一個新的串行端口連接 Read 從 SerialPort輸入緩沖區(qū)中讀取 ReadByte 從 SerialPort輸入緩沖區(qū)中同步讀取一個字節(jié) ReadChar 從 SerialPort輸入緩沖區(qū)中同步讀取一個字符 ReadLine 一直讀取到輸入緩沖區(qū)中指定 NewLine值 ReadTo 一直讀取到輸入緩沖區(qū)中