单片机的噪声检测系统设计
摘 要本课题对当前大量噪声检测相关产品的普遍性能做了一个总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面，因此本文选用了AT89C51单片机来作为控制器芯片，结合了拾音传感器、高精度模数转换器等核心器件，设计了一款可以实现噪声检测、噪声级别显示等功能的噪声检测控制系统，在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款噪声检测控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
一、 引言 1
（一） 噪声检测系统的发展背景 1
（二） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） 拾音传感器模块介绍 4
（四） AD采样芯片简介 5
（五） LCD1602字符点阵介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 噪声检测系统的系统原理框图设计 7
（二） 51单片机最小系统 7
1. 时钟电路 7
2. 复位电路 8
（三） 拾音传感器电路设计 8
（四） AD采样芯片电路设计 9
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 噪声检测系统的软件工作流程设计 11
（二） AD转换工作流程设计 12
1. 启动指令 12
2. 通道选择指令 12
3. 读取指令 13
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 13
五、 实物制作与调试 15
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录三 PCB 22
附录二 元件列表 23
附录四 程序 24 引言
噪声检测系统的发展背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，噪声检测系统在人们的生活中以及随处可见了，通过对噪声分贝数的检测能够知道我们所处环境是否适宜，并能够为我们选择合适的工作环境或者生活环境提供良好的数据，不仅如此它通常还是一些重要仪器的重要组成部分。由于许多工业活动甚至生活起居都涉及到对噪声的检测（如路口的分贝仪、航天工业的分贝测试仪等），因此它和国民的生产生活息息相关，噪声检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和拾音传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能噪声检测系统。所谓“噪声检测系统”。在拾音传感器出现之前，噪声的计量几乎无法实现，人们的很多对于噪声计量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的噪声计来实现。由于拾音传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的噪声检测系统系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的噪声检测系统，可以看出要设计出一款性能卓越的噪声检测系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型噪声检测系统。
本文主要研究内容
在对噪声检测控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对噪声检测控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程，下列为本课题将要实现的指标和功能。
1、功能：
1）能够对周围环境的噪声进行快速检测；
2）检测结果以分贝数形式进行显示；
3）检测结果通过液晶屏进行显示；
2、指标：
1）通过高灵敏度全向咪头作为音频收集模块；
2）通过放大器对咪头输出的微弱电压信号进行放大；
3）通过高分辨率AD模块对放大器输出的电压信号进行采样；
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，这款单片机也是我们熟悉的常用单片机，在近五年中TI公司大肆对该系列单片机进行研发和推广，其中最高性能F5系单片机搭配外部的高稳定度晶振能够轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是AT89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。然而考虑到其成本，首先需要说的是其程序代码烧写方式，目前大多数430单片机全部采用JTAG接口进行代码下载和程序调试仿真，虽然这种接口能够实现仿真，但是采用这种接口必须要配合专用仿真器，该仿真器的价格较为昂贵，而51单片机只需要一个USB转串口的数据线即可实现代码的烧写，由此可见如果系统采用51单片机进行控制，那么成本将大为降低。
目录
一、 引言 1
（一） 噪声检测系统的发展背景 1
（二） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 4
（三） 拾音传感器模块介绍 4
（四） AD采样芯片简介 5
（五） LCD1602字符点阵介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 噪声检测系统的系统原理框图设计 7
（二） 51单片机最小系统 7
1. 时钟电路 7
2. 复位电路 8
（三） 拾音传感器电路设计 8
（四） AD采样芯片电路设计 9
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 噪声检测系统的软件工作流程设计 11
（二） AD转换工作流程设计 12
1. 启动指令 12
2. 通道选择指令 12
3. 读取指令 13
（三） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 13
五、 实物制作与调试 15
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录三 PCB 22
附录二 元件列表 23
附录四 程序 24 引言
噪声检测系统的发展背景
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
随着科学技术的不断发展以及人们对生活品质的不断追求，噪声检测系统在人们的生活中以及随处可见了，通过对噪声分贝数的检测能够知道我们所处环境是否适宜，并能够为我们选择合适的工作环境或者生活环境提供良好的数据，不仅如此它通常还是一些重要仪器的重要组成部分。由于许多工业活动甚至生活起居都涉及到对噪声的检测（如路口的分贝仪、航天工业的分贝测试仪等），因此它和国民的生产生活息息相关，噪声检测系统的性能高低将影响着各类工业活动。本文课题的提出就是以此为研究背景，提出通过性价比更高的控制器和拾音传感器的合理搭配，来设计一款能够实现更高性能指标的智能噪声检测系统。所谓“噪声检测系统”。在拾音传感器出现之前，噪声的计量几乎无法实现，人们的很多对于噪声计量的想法只能够停留在理论阶段或者只能依靠传统的噪声计来实现。由于拾音传感器这种传感器不仅需要硬件基础，更需要控制器输出驱动信号来读取测量值，因此实现一款基本功能的噪声检测系统系统是一个多门专业综合化的课题，它需要设计人员不仅具有硬件电路的设计基础，更要有程序代码开发的经验，不仅如此，还需要对经典物理理论充分掌握才能够设计出性能卓越的噪声检测系统，可以看出要设计出一款性能卓越的噪声检测系统并不是一件简单的事情，本文将以笔者大学期间所掌握的专业知识作为基础，经过多次的尝试、试验、改进和优化，最终实现了一款性价比非常高的智能型噪声检测系统。
本文主要研究内容
在对噪声检测控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对噪声检测控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程，下列为本课题将要实现的指标和功能。
1、功能：
1）能够对周围环境的噪声进行快速检测；
2）检测结果以分贝数形式进行显示；
3）检测结果通过液晶屏进行显示；
2、指标：
1）通过高灵敏度全向咪头作为音频收集模块；
2）通过放大器对咪头输出的微弱电压信号进行放大；
3）通过高分辨率AD模块对放大器输出的电压信号进行采样；
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机是ATMEL公司在上世纪九十年代左右推出的一款数据宽度为8的高性能单片机，无论在成本还是内部资源上，都能够在如今低端单片机市场中独占鳌头，这主要归功于其4Kb大小的内部FLASH搭配着128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。在成本方面，目前市面上AT89C51单片机的平均成本位3元/PCS，这非常适合我们的学生实验，不会给系统带来高昂的成本负担。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，这款单片机也是我们熟悉的常用单片机，在近五年中TI公司大肆对该系列单片机进行研发和推广，其中最高性能F5系单片机搭配外部的高稳定度晶振能够轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是AT89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。然而考虑到其成本，首先需要说的是其程序代码烧写方式，目前大多数430单片机全部采用JTAG接口进行代码下载和程序调试仿真，虽然这种接口能够实现仿真，但是采用这种接口必须要配合专用仿真器，该仿真器的价格较为昂贵，而51单片机只需要一个USB转串口的数据线即可实现代码的烧写，由此可见如果系统采用51单片机进行控制，那么成本将大为降低。
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