电子测量技术声级计的设计方案.docVIP

《》课程设计报告 课题： 班级 学号 学生姓名 专业 电子信息工程 系别 电子与电气工程学院 指导教师 课程设计指导小组 淮阴工学院 电子信息工程系 20年6月 一、 设计目的： 1.1 培养学生理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 培养学生的创新能力。 .1 总框架图 1 声压级的测量机理 ??? 人耳的听阈一般是20m Pa (微帕),痛阈一般是200Pa（帕）,其间相差107倍,这样宽广的声压范围很不易测量,而且人耳对声压的相对变化的分辨具有非线性特征。因此,声学中常用声压级LP来反映声压的变化,将声压p的声压级表示成 LP=20lg(p/p0) dB?? (1) 其中,基准量p0为20m Pa。当p=p0时,Lp=0dB,而当p=200 Pa时,LP=140dB。 用声级计可以测量声压级,采用1kHz纯音输入0.2秒到0.25秒或0.5秒以上,即可得到真实声压级或平均声压级。考虑到人耳对不同频率的响度感觉,在噪声测量中,常取40方（phon）等响曲线的反曲线对声压级进行计权校正,即用A计权网络测得A声级,写成dB（A）。表1给出倍频带中心频率与A声级的校正量之间的关系。表1 倍频带中心频率与A声级校正量的关系倍频带中心频率（Hz） 31.5 63 125 250 500 A声级校正量（dB） 39.4 -26.2 -16.1 -8.6 -3.2 倍频带中心频率（Hz） 1k 2k 4k 8k 16k A声级校正量（dB） 0 1.2 1.0 -1.1 6.6 表1 3.1.2总体设计思路及方法说明 环境噪声经高灵敏度、无指向性驻极体传声器转换成电信号。由运放LM324构成三级放大电路,精心调整相关外围元件参数,可使其幅频特性与A计权曲线相近。D1、C1、R1组成峰值检波网络,其输出直流电平反映了噪声声压的大小。 由LM331构成电压/频率转换电路,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。 系统的核心部分是80C51单片机,其P3.5引脚接入由NE555构成的定时器输出的100kHz方波,通过T1中断去控制T0定时计数。从T0端输入的计数脉冲频率,即反映了所测声压的大小。经软件处理后,噪声声压级显示值由P1口输出,经CC4511译码再驱动三位LED数码管显示,适当控制译码器使能端,使三数码管实现动态显示,降低功耗。 单元电路设计 4.1 驻极体传声器 驻极体传声器有两块金属极板，其中一块表面涂有驻极体薄膜（多数为聚全氟乙丙烯）并将其接地，另一极板接在场效应晶体管的栅极上，栅极与源极之间接有一个二极管。当驻极体膜片本身带有电荷，表面电荷地电量为Q，板极间地电容量为C，则在极头上产生地电压U=Q/C，当受到振动或受到气流地摩擦时，由于振动使两极板间的距离改变，即电容C改变，而电量Q不变，就会引起电压的变化，电压变化的大小，反映了外界声压的强弱，这种电压变化频率反映了外界声音的频率，这就是驻极体传声器地工作原理。 由于这种传声器也是电容式结构，信号内阻很大，为了将声音产生的电压信号引出来并加以放大，其输出端也必须使用场效应晶体管。集成四运放LM324 　　LM324是四运放集成电路,它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器, 除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器LM324的 引脚排列可用表示 本设计中用LM324作相交流放大器。同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路,通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4,电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。 图4 NE555构成的方波输出电路 4.4 LM331 频率电压转换器 图5是由LM331 组成的电压频率变换电路，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10～10000Hz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