电子测量技术 声级计的设计.doc
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1、班级:电子3071 姓名:张熙锋 学号:3072107110 课题:声级计的设计 电子测量技术课程设计报告课题:声级计的设计 班级 电子3071 学号 3072107110 学生姓名 张 熙 锋 专业 电子信息工程 系别 电子与电气工程学院 指导教师 电子测量课程设计指导小组 淮阴工学院 电子信息工程系2010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。1.2 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。
2、1.3 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。1.4 培养学生的创新能力。二、 设计要求:1、测量范围:20150dB;2、测量结果以3位数码显示;3、画出总体设计电路图;4、提交格式上符合要求,内容完整的设计报告;三、 设计内容3.1 总框架图3.1.1 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
3、,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)31.563125250500A声级校正量(dB)-39.4-
4、26.2-16.1-8.6-3.2倍频带中心频率(Hz)1k2k4k8k16kA声级校正量(dB)01.21.0-1.1-6.6 表13.1.2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
5、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。四、 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
6、,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。4.2 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 引脚排列可用下图表示。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
7、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。4.3 NE555构成的方波输出电路本设计中用NE555构成定时器输出100KHZ的方波,接入80C51单片机的P3.5引脚,通过T1中断去控制T0定时计数。图 4为NE555构成的100KHZ方波产生电路。图中,电路利用D2、D3单向导电特性将电容器C充、放电回路分开,可以通过选取不同的RA和RB的值来调节振荡器输出波形的占空比:q=RA/(RA+RB)。因而,振荡频率为:f=1.43/(RA+RB)C。 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
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