脉冲声信号发生器的研制毕业论文

 2021-04-15 12:04

摘 要

采用单片机产生声脉冲信号的声脉冲法是近现代现场声学测试的一个有效而简单的方法之一。声脉冲信号频带宽,持续时间短的特点使测试过程更加省时省力。并且声脉冲法能够很好的避免因为侧向传声所造成的误差。本设计根据要求脉冲信号发生器要产生波形可控制的,持续时间可以调节的以及重复性好的声脉冲信号。因此本设计将以AT89C52单片机和DAC0832数/模转换芯片为主要原件设计一种结构简单,成本低,使用方便,能满足现场测声技术所需要的声脉冲信号发生器。

关键词:AT89C52,DAC0832,声脉冲

ABSTRACT

Acoustic pulse signal generated by using SCM is one of the effective and easy way in acoustic test site.The frequency band of acoustic pulse signal is wide.And its duration is short.So these characteristics make the testing process easily and effort.The sound pulse method can avoid errors caused by lateral sound transmission.How to generate the waveform-controlled,adjustable and reproducibility acoustic pulse signal is a problem to be solved.Therefore this design will use the AT89C52(microcontroller) and DAC0832(analog/digital chips) as the main original to design a simple structure,low cost and easy to use method to meet the needs of acoustic pulse testing techniques.

Key words:Acoustic pulse,AT89C52,DAC0832

目 录

第一章 绪 论 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2声学测量技术的发展史 1

1.3研究的范围及解决的主要问题 3

第二章 系统组成及主要设计元件的介绍 4

2.1声脉冲源的系统组成 4

2.2单片机的发展及简要介绍 4

2.2.1AT89C52单片机的简介 5

2.2.2 AT89C52单片机的工作原理 5

2.2.3AT89C52单片机的管脚说明 5

2.3DAC0832数/模转换器的简介 7

2.3.1DAC0832的主要参数 8

2.3.2DAC0832的结构 8

2.3.3DAC0832的工作方式 9

第三章 声脉冲信号发生器的设计 11

3.1硬件电路设计 11

3.2软件电路设计 13

第四章 电路的仿真 18

4.1proteus软件的应用介绍 18

4.1.1Proteus软件工作界面 18

4.2本设计的电路仿真 19

结 论 25

致 谢 26

参考文献 27

附录Ⅰ仿真程序 28

附录II系统总图 40

附录III PCB图 41

第一章 绪 论

1.1研究的目的及意义

近代的现场声学测试技术的主要技术是声脉冲法。由于声脉冲信号持续时间短,在测试过程中便于将直达声与各种反射声分离出来;并且声音脉冲信号频带宽,测试可以得到的所有频带信息,使测试过程省时省力。特别是在隔声测试领域,声脉冲的方法可以避免由横向声引起的误差。

传统的声脉冲的产生方法,如电火花,炮和枪等,不容易产生出重复性好、可控制性好的声脉冲信号用来满足声脉冲法测试的要求。由于计算机和电子技术的快速发展,目前广泛选用电声系统来产生声脉冲信号,它的主要原理是:通过计算机输出电脉冲信号,然后经过D/A转换器进行数据转换,继而到功率放大器进行放大,然后使扬声器发出声音,产生出各种不同种类的波形的声脉冲信号。它的设计是灵活的,声脉冲信号理论可以重复,但硬件投资大,在现场测声中不容易使用。如果选用单片机,基本原则是相同的,不仅能满足要求,并且其体积小,成本低的优点,易于使用。

在环境、室内声学以及噪声与振动控制等领域内,获得第一手声学材料的基本方法之一是采用声频测量技术。信号调理器、信号采集器、传感器以及显示系统构成了一个完备的声学测量系统。随着微机技术的不断进步,测量系统变得更加数字化、自动化与实时化,通过采集各种信息然后快速地提取其中的声学参数,用来满足各类声学工程的实际需要。

1.2声学测量技术的发展史

20年来,与传统声频测量技术相比较,在测量原理方法上有很多突破性的进展,重要方面阐述如下:

  1. 声强测量技术。声强测量能直接反映的声音能量传输的方向和强度, 这样有利于在噪声源辐射声功率的测量。在噪声源的四周选取一个设想的封闭曲面作为测量所需要的一个面, 然后在测量面上选取几个测量点, 从而让测量系统传感器的轴向与测量面之间相互垂直, 将每个测点上的声强测量值加权求和, 在表面的测量总的声音的结果取决于内部噪声源的辐射功率,无论噪声源和外表面的测量。相反,在传统的测量方法,通过测量各测点的声压级的面积加权和表面声功率级测定,严重干扰周围的噪声上界。所以采用声强测量技术可以确定噪声源辐射声功率而且可以很好地检测到噪声源详尽的散布情形。另外, 在吸声、隔声测量领域中, 建议采取声强测量技术。在混响声场, 也可以采取声强测量技术来获取声场分散度方面的相关信息。
  2. 传递函数法测量技术。传递函数法要求采用两个严格配对的传感器,这对于推广应用该项技术会受到一定的限制。通常采取的一种辅助措施是:在一个完整的测量过程中,交换两个传感器位置后重复测量一次,把两个传感器失配引起的系统误差予以修正。另一种可行的辅助措施是:保持两个传感器位置固定不变,先以标准试件(例如刚性反射板)进行标定,把有关传感器失配所需的校正信息,储存在测量分析系统中,在实际测量过程中调用以便修正相应的系统误差。近年来,在驻波管中以单个传感器进行测量的技术也有良好的进展。

(3)膺噪声测量技术。膺噪声信号的产生,早期一般由特殊设计的硬件或软件实现。实际测量时,由微机CPU控制逐个产生膺噪声信号序列,通过D/A板激发电声系统辐射声信号,在接受到信号后通过A/D转换器转换成数字信号后输入微机分析系统进行分析。这 样,声信号的发射与接收由微机CPU统一指挥,可以保证同步协调,其缺点是D/A板与A/D板需轮流进行工作,势必使采样速率降低。近年来,微机的硬盘及内存容量成倍地扩张,预先把膺噪声信号序列作为数据文件贮存在微机中,需要时随时调用,这也是切实可行的。由于目前微机上现成配备的声卡,实质上就是D/A板与A/D板的组合,膺噪声信号预先准备好,就有可能使D/A板与A/D板同时进行工作,避免了轮流工作降低采样速率的缺点。

  1. 调频测量技术。如今,频率测量技术分析被广泛用于室内声场。在一次实验过程中,发射的声信号频率会跟着时间的变化由低到高逐渐变化,因为不同频率的声波是没有关心的,所以膺噪声信号与调频信号的自相关函数是一样的,都是D函数。此外,由微机控制的调频信号也可以提高信噪比的叠加技术。由此可知,调频测量技术与膺噪声技术相比较,总体水平是大致相当的。然而,准纯音信号调频信号在时间域的频率变化缓慢,而随机波动较小,电声系统暂态性能的要求是宽松的,在这方面有一定的优越性。
  2. 声脉冲测量技术。近20年来,随着计算机技术的升级,在声音的音频频率范围内的脉冲测量技术已经取得了很大的进步。在产生声脉冲方面,针对性地设计出满足实际需求的信号是一个很大的进步,在时域上能够保持脉冲信号的特性,在频域上能够使信号能量集中的给定的范围之内。在声脉冲信号的分析,主要的进步在于一些时间域和频率域特性的时频分析技术的发展,如韦格纳变换和小波分析。另外,采用数据分析处理技术,可以依据采集到的声脉冲信号的数据,将等待测试的声学信息分离并且提取出来。
  3. 相控阵测量技术。相控阵目前是一个发展很好的先进技术特别是在水声、超声领域内,在测量设备和理论分析已在音频范围内充分发展,据最近的报道,在复杂的噪声源识别研究和相控阵技术的位置,取得了一定的进展。在未来的普及和推广等多道测量技术和神经网络测量和分析技术,相控阵技术有望在故障监测和交通噪声检测领域中起到良好的促进作用。

1.3研究的范围及解决的主要问题

本课题研究的是声学材料声学参数的现场测试技术。经过时代与技术的不断发展与进步,现场声学测试在测量原理方法上有了很多突破性的进展,具体表现如下:声强测量技术、传递函数的测量技术、膺噪声测量罚、频率测量技术、脉冲声测量技术和相控阵测量技术。

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