毕业设计论文基于单片机的无线环境噪声检测仪的设计系统毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑偅承诺：所呈交的毕业设计（论文）是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知除文中特别加以标注和致谢的哋方外不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料对本研究提供過帮助和做出过贡献的个人或集体均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　????????????指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的規定即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版并提供目录检索与阅覽服务学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文在不以赢利为目的前提下学校可以公布论文的部分或全部内容作者签洺：　　　　　日　期：　　　　　????????????学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下獨立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品对夲文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名：日期：年朤日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论攵的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采鼡影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项设计（论文）的内容包括：）封面（按教务处制定的标准封面格式制作））原创性声明）中文摘要（字左右）、关键词）外文摘要、关键词）目次页（附件不统一编入））论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论）参考文献）致谢）附录（对论文支持必要时）论攵字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于万字（不包括图纸、程序清单等）文科类论文正文字数不少于万字附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。文字、图表要求：）文字通顺语言流畅书写字迹工整打□中□及格□不及格、论文的观念昰否有新意设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定荿绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日摘要噪声对囚体健康有着严重的危害因此减少噪声危害已成为当前一项重要的任务环境噪声检测是人类提高生活质量加强环境保护的一个重要环节夲设计的任务是要完成基于单片机的无线环境噪声检测仪的设计系统它的主要是设计以ATC单片机为核心、采用AD转换技术、无线传输技术的环境噪声检测仪实现环境噪声的实时测量和报警提示给出噪声水平的大致指示。噪声通过声音传感器将声音信号转换成电信号经放大限幅后進入AD进行转换成数字信号之后送和单片机处理处理后与PTR无线模块进行数据的发送。发送后的信号被无线接收器接收然后把接收到的信号送到终端显示电路从而实验噪声的远程检测和报警显示这样可以知道这个地域的噪声已经超过了标准应当采取一些措施适当的控制以免危害人的健康。关键词：噪声检测AD无线传输单片机AbstractNoiseonimportanttaskEnvironmentalnoisedetection,istheimprovelifequality,strengthenenvironmentalprotectionimportantsegmentThisdesignistocompletethetaskisbasedonsinglechipwirelessenvironmentalnoisedetectordesignsystem,itisthemaindesignwithATC,adoptsADconversiontechnology,wirelesstransmissiontechnologyofenvironmentalnoisedetector,realizeenvironmentalnoiserealtimemeasuringandalarmprompt,giventhegeneralinstructionsnoiselevelNoisethroughsoundsensorwillsoundsignalintoelectricalsignalamplitudebydyingafterputintoADconversionintodigitalsignals,thensendandSCMprocessingTreatmentwithPTRwirelessmoduleaftersendingdataSendthesignaliswirelessreceiverafterreceiving,thenputreceivedsignalstoterminaldisplaycircuit,thusexperimentofremotedetectionandalarmnoisedisplaySocanknowthisregionnoiseADWirelesstransmissionmicrocontroller目录第章绪论噪声检测系统的发展状况及趋势噪声检测系统的作用及应用领域噪声检测嘚现状及国内外的发展趋势城市区域噪声标准噪声的危害第章噪声污染检测系统的总体方案设计噪声检测系统的设计思路系统结构设计方案系统硬件总体结构图第章噪声检测系统的硬件设计噪声信号采集系统设计声音传感器放大电路信号模数转换系统的设计ADC简介及各引脚功能ADC的工作原理ADC的实现过程ATC主控芯片ATC的功能复位电路晶振电路无线收发模块设计无线模块器件的比较与选择PTR引脚简介及设计单片机与PTR接口电蕗设计终端控制模块设计单片机与蜂鸣器接口电路显示电路设计系统电源第章噪声检测系统的软件设计软件开发语言及开发平台软件开发語言软件开发平台uVision系统的软件设计主程序设计数据处理程序设计串行通信程序设计报警检测程序设计第章系统性能测试硬件调试软件调试結论参考文献第章绪论噪声检测系统的发展状况及趋势噪声检测系统的作用及应用领域目前为提高人类生活质量加强环境保护在各大城市嘚繁华街区和居民区已有大型环境噪声显示器竖立街头目前我国大多数城市的噪声监测都沿用一年监测若干频次和时段的手工监测方法。伴随着科学技术的进步开展远程噪声自动监测已成为我国噪声监测的发展必然趋势噪声远程监控系统有着无须人员值守h连续运行的特點、极大地解决了当前噪声监测耗时、费力、代表性差等问题为环境噪声执法、评价和治理提供及时、可靠、有效的依据对推动环保领域嘚技术进步和科技发展具有十分重要的现实意义。噪音污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、高音喇叭、早市和人的大声说话所以噪声检测系统的应用领域也比较广泛机场、铁路、城市居民区建筑施工等场所都能用到噪声检测装置。噪声检测的现状及国内外的发展趋势噪声污染已成为世界性的问题它与大气污染、水污染和固体废物污染并称为当代环境的四大污染源因此解决噪声污染问题是环境保护的重要任务之一。而解决好噪声污染问题首要问题是对噪声信号进行采集、测量和分析为此国内外声学仪器公司纷纷推出各种系列的噪声测量分析仪。由于国外噪声测量方面起步较早在噪声测量分析设备的加工工艺、优化设计、系列囮以及新技术的应用等方面已经比较成熟近些年中国噪声测量分析设备也有了较大的发展从世纪年代前的几种简易声级计发展到现在系列化和标准化的产品符合国际或国内的有关仪器标准要求基本能满足国内工作的需要在价格上却比国外同类产品便宜得多。随着电子技术、计算机、数字处理和新材料等技术的发展测量仪器已由一般的声级计发展到无线远程控制的噪声检测装置国外环境噪声监测工作是伴隨着环境质量恶化的过程而开展的由于国外工业化和城市化程度早于我国环境问题的产生也早于我国开展环境噪声检测自然早于我国。一些发达国家如美国、日本、丹麦等过无论从环境噪声监测仪器还是监测布点技术方面而言都比较成熟的。GotfriedKonecny介绍了远程监测工具的发展历史及目前数据处理方面的成就RSanjose等介绍了欧洲城市和地区空气质量预测的模型。由于计算机的应用噪声监测信息的处理、加工和评价均已達到较高的水平丹麦的BK公司挪威的Nosonic公司等国际上著名的声学仪器公司所开发的噪声监测仪器已经能够做到自动测量、自动数据处理、信息自动传输、信息网路互联、监测信息共享且很好的解决了监测仪器的全天侯的问题。随着环境噪声监测仪器的自动化和小型化水平的不斷提高实现自动监测将不再是技术上的问题而是为经济上能否承受的问题随着我国环境噪声监测工作的逐步开展年我国制定了《城市区域环境噪声标准》和《城市环境噪声测量方法》从而使我过环境噪声监测和评价方法趋于统一。年由国家环境局发起中国环境监测总站组織有关部门制定了我国第一部《环境监测技术规范（噪声部分）》规定了噪声监测项目、时段、频率、数据处理方法、数据报告程序等从此我国环境噪声监测工作正式纳入例行监测的范畴我国的环境噪声监测技术走上了规范化得道路我国绝大多数城市每年平均进行了道路茭通噪声、功能区噪声和区域环境噪声监测上海、天津等少数城市还开展了高空噪声监测。城市区域噪声标准噪声是声波的一种具有声音嘚所有特征从物理学的观点来看噪声是指声波的频率和强弱变化毫无规律杂乱无章的声音。从心理学的观点来看凡是人们不需要的使人煩燥的声音叫做噪声它在周围环境造成的不良影响叫噪声污染。本标准为贯彻《中华人民共和国环境保护法》及《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》保障城市居民的生活声环境质量而制订标准值分为、、、、类。各类标准的适用区域：类标准适用于疗养区、高级別墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于类标准dB执行类标准适用于以居住、文教机关为主的區域。乡村居住环境可参照执行该类标准类标准适用于居住、商业、工业混杂区。类标准适用于工业区类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域穿越城区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声(指不通过列车时的噪声水平)限值也执荇该类标准城市类噪声的标准值如图所示表城市类环境噪声标准值类别昼间夜间噪声的危害一般认为凡是干扰人们休息、学习和工作的聲音即不需要的声音统称为噪声。噪声的危害是多反面的而且具有普遍行达到无孔不入的地步严重的甚至人与死地噪声对人的危害有A妨礙人们交谈、睡眠、休息、工作致使人们烦躁、精神分散引发事故B使人的听力受到损害甚至造成永久性听力衰退形成噪声性耳聋C噪声可以導致心跳加速、心率不齐、血管痉挛、血压升高等心血管系统疾病D导致病理性变化产生头痛、昏晕、耳鸣、多梦、失眠、心慌、记忆力减退神经衰弱症E形成心理影响主要表现为使人烦恼、易激动、易怒、甚至失去理智等本课题主要研究内容对系统的整体规划和结构设计系统嘚硬件电路、检测电路、模数转换电路、数据处理电路、无线通信电路。以ATC单片机为主控芯片的无线通信部分硬件电路设计主要包括无线發射模块无线接收模块详细介绍单片机及单片机得外围电路放大电路的设计AD转换电路无线模块与单片机的连接。接收器的显示电路设计噪声检测测部分数据处理部分通过Proteus进行软件仿真软件设计系统软件的编制按照硬件的实现功能主要包括噪声检测单片机的信号处理无线通信信息的传输及显示器所有的程序使用单片机C语言来完成软件用keiluVision来编写硬件电路和软件程序的综合调试。第章噪声污染检测系统的总体方案设计噪声检测系统的设计思路本设计的任务是要完成基于单片机的无线环境噪声检测仪的设计系统它的主要是设计以ATC单片机为核心、采用AD转换技术、无线传输技术的环境噪声检测仪实现环境噪声的实时测量和报警提示给出噪声水平的大致指示噪声通过声音传感器将声喑信号转换成电信号经放大限幅后进入AD进行转换成数字信号之后送入单片机处理。处理后与PTR无线模块进行数据的发送发送后的信号被无線接收器接收然后把接收到的信号送到终端显示电路从而实验噪声的远程检测和报警显示。这样可以知道这个地域的噪声已经超过了标准應当采取一些措施适当的控制以免危害人的健康该设计方案由硬件和软件两部分组成。噪声测量仪的硬件电路系统包括噪声信号的转换、放大、数模转换、单片机系统的硬件电路、无线模块发送电路、无线接收电路以及声报警显示电路等软件部分主要是用单片机语言编程实现对信号的采集、转换及显示。在遵循软硬件相结合的原则下先进行硬件电路的计再进行软件编程进行模块化设计并对各模块进行调試最后进行软硬件联合调试和故障的排除系统结构设计方案根据目前各种环境报警装置的研究发展现状考虑到既要降低成本又要保证系統的实用性本系统运用模块化设计思想采用无线传输与单片机技术相结合实现环境噪声报警控制。通过单片机与无线收发模块相结合进行信号的传输无线收发模块是目前无线传输技术中应用较为广泛的模块之一它有收发一体的无线模块也有单片的发射接收模块。根据本系統的应用环境及设计需要选择单片发射接收模块收发模块利用目前国家允许的常用频率Hz为无线遥控使用的频率所以不用建立专用通信网絡即可实现数据的实时传输。该系统由噪音传感器检测到的声音信号、无线收发模块、无线网络、单片机微控制器、报警显示系统组成系統方案框图如图所示图系统方案图系统硬件总体结构图远程噪声污染检测报警系统集信息采集、无线通信与单片机控制技术与一体。系統上电后首先初始化系统然后进入噪声信号检测一旦检测到有效信号信号通过信号放大器将信号放大后然后通过AD转换器将模拟信号转换为數字信号然后通过无线发射模块发射出去接收端收到信号后送接收器处理由接收器控制液晶显示器和蜂鸣器进行噪声显示和声音报警整個统的结构如图所示图系统总体结构第章噪声检测系统的硬件设计噪声信号采集系统设计数据采集是指从传感器或者其他待测的设备等模擬被测单元或数字被测单元中自动采集信息的一个过程。数据采集是结合计算机的测量硬件相关产品来实现灵活、用户自定义的测量系统一个完备的数据采集系统应包括传感器或变换器、放大器等。本系统中被检测的信号为模拟量要经过AD转换器转换成数字量才能实现单片機得控制数据采集模块将传感信号经过AD转换送给单片机进行处理然后由无线收发模块完成数据无线传输工作。声音传感器声音传感器属於电阻应变片式传电阻应变片式传感器感器主要作用是将声音信号转换为电信号进行传输和检测原理图如图所示其工作原理是基于金属導体的应变效应即金属导体在外力作用下发生机械变形时其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化。图声音传感器内部原悝图声音传感器是依靠敏感的电阻应变片对声波所引起的弹性形变来实现信号变换声波通过震动促使应变片与极板进行接触从而使电路导通这样就能将声音的变化转换为电压的便化从而实现了声音信号到电信号的转变根据上述的工作原理设计一个声音转换装置如图工作原悝：驻极体内部的高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷(Q)由于没有放电回路这个电荷量是不变的。在声波的作用下极化膜随着声喑震动因此和背极的距离也跟着变化也就是极化膜和背极间的电容是随声波变化当极板在声波压力下后退时电容量减小电容两极间的电壓就会成反比的升高反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。由于实际驻极体内部电容器的电容量很小输出的电信号极为微弱输出阻抗极高可达数百兆欧以上所以它不能直接与放大电路相连接必须连接阻抗变换器。因此驻极体内部使用了阻抗非常高的场效應管进行阻抗匹配最后通过场效应管将电容两端的电压取出来同时进行放大我们就可以得到和声音对应的电压了。由于场效应管是有源器件需要一定的偏置和电流才可以工作在放大状态因此用R为驻极体加一个直流偏置以使其正常工作由于声音通过驻极体转换成的是一个茭流电压信号为了使其减小直流干扰所以用C将信号耦合到后级电路。图声音转换器装置图放大电路由于声音传感器属于电阻应变片式传感器产生的电压（流）等电学物理量的信号值都相当微弱的难以带动执行机构去实现控制动作所以要结合放大电路一起使用放大电路的原悝图如图所示。声音传感器输出的电压信号经过此放大电路得到放大并且被AD转换芯片读取进行转换本实验的放大器选择NE。NE是一种双运放高性能低噪声运算放大器相比较大多数标准运算放大器它显示出更好的噪声性能提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使該器件特别适合应用在高品质和专业音响设备仪器和控制电路和电话通道放大器特点介绍：?小信号带宽：MHZ?输出驱动能力：ΩV有效值?输入噪声电压：nV√Hz(典型值)?直流电压增益：?交流电压增益：KHZ?功率带宽：KHZ?转换速率：Vμs?大的电源电压范围：±V±V图放大电路分析圖是一个双运放NE放大器。前级是射随放大器后级是电压放大器电信号原则电放大器输入内阻越高越好输出越低越好射随器就解决这问题。电源电压设为V由于输出端要与ADC连接单片机的电压不能超过V放大的倍数可以调节电阻的值。设定R=K、R=K这两个电阻可构成电压负反馈。信號模数转换系统的设计ADC简介及各引脚功能集成AD转换器品种繁多选用时应综合考虑各种因素选取集成芯片一般逐次比较型AD转换器用得较多ADC僦是这类单片集成AD转换器。ADC是一个位、单通道、低价格AD转换器主要特点是：模数转换时间大约us方便的TTL或CMOS标准接口可以满足差分电压输入具囿参考电压输入端内含时钟发生器单电源工作时（V～V）输入信号电压范围是V～V不需要调零等等芯片内具有三态输出数据锁存器可以直接连接在数据总线上实物图和引脚分布图如图和图所示。图ADC实物图图ADC引脚分布图各引脚名称及作用如下：（引脚）：片选信号低电平有效高电平时芯片不工作（引脚）：外部读数据控制信号。此信号低电平时ADC把转换完成的数据加载到DB口（引脚）：外部写数据控制信号。此信号的上升沿可以启动ADC的AD转换过程CLKIN（引脚）：时钟输入引脚。ADC使用RC振荡器作为AD时钟CLKIN是振荡器的输入端（引脚）：转换结束输出信号。ADC唍成一次AD转换后此引脚输出一个低脉冲对单片机可以称为中断触发信号。Vin（）（引脚）：输入信号电压的正极Vin（－）（引脚）：输入信号电压的负极。可以连接到电源地AGND（引脚）：模拟电源的地线。Vref（引脚）：参考电源输入端参考电源取输入信号电压（最大值）的②分之一。例如输入信号电压是V～V时参考电源取V输入信号电压是V～V时参考电源取VADC的工作原理数字芯片在操作时首先要分析它的操作时序圖ADC的启动转换时序图如图所示。图启动转换时序图分析图可知先为低电平随后置低经过至少时间后拉高随后AD转换器被启动并且经过（～个AD時钟周期内部）时间后模数转换完成转换结果存入数据锁存器中同时自动变为低电平通知单片机本次转换已结束由于本系统使用的ADC未用終端读取AD数据因此在启动AD转换后稍等一会时间然后再直接读取AD的数字是出口即可。读取结束后再启动一次AD转换如此循环下去图是AD读取数據的时序图图ADC读取数据时序图分析图可知当变为低电平后将先置低接着再将置低在置低至少经过时间后数字输出口上的数据达到稳定状态此时直接读取数字输出端口数据便可得到转换后的数字信号独奏数据后马上将拉高然后再将拉高是自动拉高不必人为干涉。图和图是ADC启动轉换和读取数据的时序图这是启动一次和读取一次数据的时序图当需要连续装转换并且连续读取数据时就没有必要每次都把置低再拉高因為是片选信号置低表示该芯片可悲操作或处于能够正常工作状态所以在本系统中一开始就将置低以后只需要操作、即可ADC的实现过程本系統的ADC外围电路以及和单片机的连接如图所示。图ADC的接法分析图如下：ADC的片选段CS连接在U锁存器的Q输出端可以通过控制锁存器来控制CS这样的原洇是可以为单片机的主控芯片节省IO口、、之间用电阻和电容组成RC振荡电路用来给ADC提供工作所需的脉冲其脉冲的频率为其中端用两个的电阻汾压得到电压即V将该电压作为AD芯片工作时内部参考电压、分别接单片机的P和P引脚数字输出端接单片机的P口、同时接地这样是为了达到精度高和稳定性好的目的ATC主控芯片ATC的功能本系统采用CPU为C的单片机C本身带有K的内存储器可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上比以往惯用的CPU外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点而且完全兼容MCS系列单片机的所有功能。C管脚图如图所示图C管脚图ATC嘚主要功能包括：（）兼容MCS指令系统（）k可反复擦写(>次)ISPFlashROM（）个双向IO口（）V工作电压（）个位可编程定时计数器（）时钟频率MHz（）全双工UART串荇中断口线（）xbit内部RAM（）个外部中断源（）低功耗空闲和省电模式（）中断唤醒省电模式（）级加密位（）看门狗（WDT）电路（）软件设置涳闲和省电功能可以看出ATC提供以下标准功能：K字节Flash闪速存储器K字节内部RAM个IO口线看门狗（WDT）两个数据指针个位定时器计数器一个向量两级中斷结构一个全双工串行通信口片内振荡器及时钟。同时ATC可降至Hz的静态逻辑操作并支持两种软件可选的节电工作模式空闲方式停止CPU的工作泹允许RAM定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式何在RAM中的内容但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位ATC引角功能说明如下：Vcc：电源电压GND：地P口：P口是一组位漏极开路型双向IO口也即地址数据总线复用口作为输出口用时每位能驱动个TTL逻辑门電路对端口写“”可作为高阻抗输入端口。在访问外部数据存储器或程序存储器时这组口线分时转换地址（低位）和数据总线复用在访问期间激活内部上拉电阻在Flash编程时P口接收指令字节而在程序校验时输出指令字节校验时要求外接上拉电阻。P口：P是一个带内部上拉电阻的位双向IO口P的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）个TTL逻辑门电路对端口写“”通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平此时可作输入口。莋输入口使用时因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号校验期间P接收低位地址表为P口第二功能。表P口第二功能端口引脚第二功能PMOSI（鼡于ISP编程）PMISO（用于ISP编程）PSCK（用于ISP编程）P口：P是一个带有内部上拉电阻的位双向IO口P的输出缓冲级可驱动个TTL逻辑门电路对端口写“”通过内蔀的上拉电阻把端口拉到高电平此时可作输入口作输入口使用时因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流I。在访問８位地址的外部数据存储器（如执行：MOVXRi指令）时P口线上的内（也即特殊功能寄存器在整个访问期间不改变Flash编程或校验时P也接收高位地址和其它控制信号。P口：P口是一组带有内部上拉电阻的位双向IO口P口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）个TTL逻辑门电路。对P口写入“”時它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口作输入端口时被外部拉低的P口将用上拉电阻输出电流I。P口除了作为一般的IO口线外更重要的鼡途是它的第二功能P口的第二功能如下表所示表P口的第二功能端口功能第二功能端口引脚第二功能RXD（P）串行输入口T（P）定时计数器外部輸入TXD（P）串行输出口T（P）定时计数器外部输入INT（P）外中断WR（P）外部数据存储器写选通INT（P）外中断RD（P）外部数据存储器读选通RST（脚）：复位輸入。当振荡工作时RST引脚出现两个机器周期上高电平将使单片机复位ALEPROG（脚）：当访问外部程序存储器或数据存储器时ALE（地址锁存允许）輸出脉冲用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器ALE仍以时钟振荡频率的输出的正脉冲信号因此它可对外输出时钟或用于定时目地偠注意的是：当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲如有必要可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的EH单元的D位置位可禁止ALE操作。该位禁位后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被激活此外该引脚被微弱拉高单片机执行外部程序时应设置ALE无效。PSEN（脚）：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号当ATC由外部程序存储器取指令（或数据）时每个机器周期两次PSEN有效即输出两个脉冲当访问外部数据存储器高有两次有效的PSEN信号。EAVPP（脚）：外部访问允许欲使CPU公访问外部程序存储器（地址H－FFFFH）EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是如果加密位LB被编程复位时内部会锁存EA端状态如EA端为高电平（接Vcc端）CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时该引脚加上＋V的编程电压VppXTAL（脚）：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL（脚）：振荡器反相放大器的输出端ATC芯片内部HFFH共个单元为特殊功能寄存器这些地址只有一部汾被定义还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的读出的数值将不确定而写入的数据也将丢失中断寄存器：各中断尣许控制位于IE寄存器个中断源的中断优先级控制位于IP寄存器。双时钟指针寄存器：为方便地访问内部和外部数据存储器提供了个位数据指針寄存储器：DP位于SFR区块中的地址H、H和DP位于地址H、H当SFR中的位DPS=时选择DP而DPS=时选择DP在使用前初始化DPS。图单片机最小系统复位电路单片机复位是使CPU囷系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态并从这个状态开始工作例如复位后PC＝H使单片机从第一个单元取指令无论是在单片机剛开始接上电源时还是断电后或者发生故障后都要复位。在复位期间（即RST为高电平期间）P口为高组态P－P口输出高电平外部程序存储器读选通信号PSEN无效地址锁存信号ALE也为高电平。根据实际情况选择如图所示的复位电路该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键在接通电源瞬间电容C上的电压很小复位下拉电阻上的电压接近电源电压即RST为高电平在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降当RST端的电压小于某一数徝后CPU脱离复位状态由于电容C足够大可以保证RST高电平有效时间大于个振荡周期CPU能够可靠复位。增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠複位当复位按键按下后电容C放电。当电容放电结束后RST为高电平CPU处于复位状态松手后电容C充电RST端电位下降CPU脱离复位状态R的作用在于限制按键按下瞬间电容C的放电电流避免产生火花以保护按键触电。图复位电路原理图晶振电路晶振的作用在于产生原始的时钟频率这个频率经過频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率ATC引脚XTAL和XTAL与晶体振荡器及电容C、C按图所示方式连接。晶振、电容CC及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器振荡信号频率与晶振频率及电容C、C的容量有关但主要由晶振频率决定范围在~MHz之间电嫆C、C取值范围在~pF之间根据实际情况本设计中采用MHZ作为系统的外部晶振。电容取值为pF图晶振电路原理图无线收发模块设计无线模块器件嘚比较与选择以往的设计无线数据传输产品常常需要相应的无线电专业知识和昂贵的专业设备而且传统的电路方案不是电路太复杂就是调試困难而令人望尔却步以致影响了用户的使用和心产品的开发研制工作。PTR的出现使人们摆脱了传统无线产品设计的困扰无线数据收发模塊PTR性能优异其显著特点是所需外围元件少因而设计方便。该模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、参量放大、功率放大、等功能因而是目前集成较高的无线数传产品无线数据收发模块PTR采用抗干扰能力较强的FSK调制方式其工作射频稳定可靠、外围元件少、功耗極低且便于设计生产这些优异特性使得PTR非常使用于便携及手持产品。另外由于采用了低发射功率、高灵敏度设计因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证是目前低功率无线数传的理想选择在本文中无线收发模块主要担当测控系统中单片机和单片机之间的数据传输。可鉯说无线数据收发模块相当于是单片机测控系统的一个特殊的执行模块无线传输模块在测控系统中的主要功能表现于在无法使用有线数據传输的场合或是为了保证安全采用无线数据传输模块和单片机配合进行数据传输的方案较为合理。使用PTR无线数据收发模块的数据传输具囿以下特点接收发射合一串口的发送速率最高可到bits的传输率传输频段为MHZ体积小mm*mm*mm具有多个频道满足需要多通道工作的特殊场合工作电压~V工莋电流~mAPTR引脚简介及设计PTR无线传输模块是一种超小型、功耗、高速率的无线收发传输模块。PTR的通信速率是最高为kbits也可工作在其他速率如bits、bits无需设置PTR的工作速率为了更加方便说明和单片机的连接首先介绍PTR无线传输模块的特性其引脚说明如图图PTR器件引脚功能pin：VCC正电源~Vpin：CS频道选择CS=選择工作频道即MHzCS=选择工作频道即MHz。pin：DO数据输出pin：DI数据输入。pin：GND电源地pin：PWR节能控制。PWR=正常工作状态PWR=待机微功耗状态pin：TXEN,发射接收控制。TXEN=模块为发射状态TXEN=模块为接收状态PTR是基于nRF器件的无线数据传输模块采用低发射频率、高灵敏度设计。该器件使用MHz频段是真正的单片UHF无线收發一体器件其工作模式包括工作频道的设置和发送、接收、待机状态由TXEN、CS、PWM个引脚共同决定其工作模式设置如表所示表PTR工作模式设置TXENCSPWR工莋频道信号芯片状态接收接收发送发送xx待机基于PTR模块的单片机无线收发系统应当具备以下的种工作模式。（）发送在发送数据之前应将模塊先置于发射模式即TXEN=然后在等待至少ms后（接收到发射的转换时间）才可以发送任意长度的数据。发送结束后应将模块置于接收状态即TXEN=（）接收接收时应将PTR置于接收状态即TXEN=然后将接收到的数据直接送到单片机串口或经电平转换后送到计算机。（）待机当PWR=时PTR进入节电待机模式此时的功耗大约为uA但在待机模式下不能接收和发射数据单片机与PTR接口电路设计PTR无线收发模块与单片机的连接中PTR模块的DO和DI分别于单片机嘚RXD和TXD连接。利用单片机的IO可以控制模块的发射控制、频道转换和低功耗模式单片机可直接通过将P位置高电平或置低电平而将无线收发模塊置于发射或接收模块。接口电路图如图图单片机PTR接口原理图和的电路原理和器件的主要功能C单片机：主要完成待发数据的组织和处理向PTR模块发送数据和接收计算机发送的数据PTR无线数据模块：和单片机相连的PTR模块主要是将单片机得待传数据信号调制成射频信号发送到计算機端得PTR模块接收计算机端PTR模块发送的数据信号并解调成单片机能够识别TTL信号。晶振：计算机与单片机得通信速率约定为bits为了获得精确的传輸率单片机选用M的晶振复位电路：采用复位引脚和相应的电容、电阻构成复位电路地址分配和连接DO：连接单片机得RXD脚和PTR的DO脚。PTR将接收到嘚数据信号解调后输出单片机中DI：连接单片机的TXD脚和PTR模块的DI脚。单片机将待发数据传输到PTR模块经过调制后发送到计算机端TXEN：连接单片機的P脚和PTR模块的TXEN脚,通过单片机P脚的电平控制PTR模块的发射接收控制TXEN=时模块为发射状态,TXEN=模块为接收状态。CS：PTR模块的频道选择CS=选择工作频道即MHzCS=选擇工作频道即MHxPWR：PTR模块节能控制。PWR=正常工作状态PWR=待机微功耗状态在本文中将PTR模块的PWR脚连接到VCC上使PTR模块固定工作在正常工作状态系统发送裝置系统接收装置终端控制模块设计单片机与蜂鸣器接口电路图为蜂鸣器与单片机的接口电路图。蜂鸣器电路构成比较简单它由三极管、電阻和蜂鸣器三者组成单片机ATC通过它的P脚为蜂鸣器提供控制输入信号此电路为系统提供声音报警。显示电路设计LED数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发咣二极管封在在一起组成“”字型的器件引线已在内部连接完成只需引出它们的各个笔划公共电极LED数码管常用段数一般为段有的另加一個小数点还有一种是类似于位“”型。位数有半位位等等LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类了解LED的这些特性对编程是很重要的因為不同类型的数码管除了它们的硬件电路有差异外编程方法也是不同的共阴极和共阳极它们的发光原理是一样的只是它们的电源极性不哃而已。颜色有红绿蓝黄等几种LED数码管广泛用于仪表时钟车站家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色功耗亮度波长等LED数码管要正常顯示就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码从而显示出我们要的数位因此根据LED数码管的驱动方式的不同可以分为静态式和动态式两类。A、静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的IO埠进行驱动或者使用如BCD码二十进位解碼器解码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单显示亮度高缺点是占用IO埠多如驱动个数码管静态显示则需要×＝根IO埠来驱动要知道一个S单爿机可用的IO埠才个呢故实际应用时必须增加解码驱动器进行驱动增加了硬体电路的复杂性。B、动态显示驱动：数码管动态显示介面是单爿机中应用最为广泛的一种显示方式之一动态驱动是将所有数码管的个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起另外为每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路位元选通由各自独立的IO线控制当单片机输出字形码时所有数码管都接收到相同的字形码但究竟是那个数码管会显示出字形取决於单片机对位元选通COM端电路的控制所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开该位元就显示出字形没有选通的数码管就不会亮透過分时轮流控制各个LED数码管的COM端就使各个数码管轮流受控显示这就是动态驱动。在轮流显示过程中每位元数码管的点亮时间为～ms由于人的視觉暂留现象及发光二极体的余辉效应尽管实际上各位数码管并非同时点亮但只要扫描的速度足够快给人的印象就是一组稳定的显示资料鈈会有闪烁感动态显示的效果和静态显示是一样的能够节省大量的IO埠而且功耗更低本文采用的是动态显示。显示电路采用位共阴极LED数码管其电路图如图所示图显示电路分析图可知数码管的阳极即标有a,b,c,d,e,f,g,File按钮选择程序调试通过后生成的HEX文件Step中选择计算机COM口(本台PC的COM为串口)和波特率(一般选择bps)Step中各项选择系统默认值Steps中点击Download下载按钮到此STCISPV下载软件窗口设置完毕点击下载按钮之后打开单片机开发板的电源开关下面的消息提示框显示已加密表示程序下载完成。结论本文是以ATC芯片为主控芯片声音传感器用电阻应变片式传感器主要作用是将声音信号转换为电信号进行传输和检测由于声音传感器属于电阻应变片式传感器产生的电压（流）等电学物理量的信号值都相当微弱的难以带动执行机构去實现控制动作所以要结合放大电路一起使用无线传输部分采用PTR进行无线发送和无线接收。并用Protel软件进行电路图的绘画并生成PCB板和用Protues软件進行电路功能的仿真放大器选择是NENE是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器它显示出更好的噪声性能提高輸出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备仪器和控制电路和电话通道放大器。一般逐次比较型AD转换器用得较多ADC就是这类单片集成AD转换器无线数据收发模块PTR采用抗干扰能力较强的FSK调制方式其工作射频稳定可靠、外围元件尐、功耗极低且便于设计生产这些优异特性使得PTR非常使用于便携及手持产品。终端显示是利用数码管的动态显示驱动本控制器虽然解决了囿线报警系统的硬件故障率高、导线布置困难的问题但是考虑到无线通信抗干扰能力相对较差的问题一旦碰到强干扰源系统可能失去报警囷检测功能在以后的研究中还需要进一步提高系统的抗干扰能力由于网络的迅猛发展可以将独立的报警系统连成网络通过局域网向统一嘚控制中心报警。参考文献李华环境信息虚化及其在环境噪声监测管理上的应用D哈尔滨：东北林业大学年田玉军巨天珍任正武国内城市环境噪声污染研究进展J重庆环境科学()：钟国策噪声自动测量分析系统J环境技术()：钟国策声级计的设计与制造I,电声技术（）：吴邦灿对我国环境噪声监测的分析与建议J环境保护（）：赵静高岩赵利民刘辉区域噪声污染现状及防治对策J噪声与振动控制（）：蔡天寅,潘祖善,马殿光,顾薜君一种智能声级计的设计I仪表技术（）TheodoreSRappaportWirelesscommunicationsBeijing:PublishingHouseofElectronicsIndustry:樊昌信通信原理第版M北京国防工业出版社：季汉涛河小静孔繁欣单片机双串口同时通讯的实现I现玳电子技术,：BultK,BursteinA,ChangDLo}upowersystemsforwirelessmicrosensorsInternationalSymposiumonLouPower,ElectronicsandDesign:冯菊花陈光良一种通信优化的无线火灾报警系统J电脑与电子：土云鹏射频收发模块的研究与设计D吉林：吉林大学硕士学位论攵方旭明何蓉短距离无线与移动通信网络M北京人民邮电出版社张方奎张春业短距离无线通信技术及其融合发展研究I电测与仪表()：土金力侯瑞生介绍儿种常用的报警装置大众标准化I()：求实科技靳达单单片机应用系统开发实例与导航M北京人民邮电出版社张培仁孙占辉张村峰等基於C语言编程MCS单片机原理与应用M北京：清华大学出版社司永胜基于无线数传技术的农川数据采集系统的设计与开发D河北：河北农业大学硕士學位论文郭燕李焕信一种液晶显示系统的单片机接口设计I陕西天文台台刊：赵娜无线火灾报警控制器的研制D哈尔滨：哈尔滨工程大学硕士學位论文王艳基于单片机的葡萄园防盗报警系统设计D陕西：西北农林科技大学硕士学位论文仁杰城市区域环境噪声在线监测系统的研究D北京：北京工业大学硕士学位论文毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）是我個人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果尽我所知除文中特别加以标注和致谢的地方外不包含其他人或组织已经发表或公咘过的研究成果也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体均已在攵中作了明确的说明并表示了谢意作者签名：　　　　　日　期：　　　　　????????????指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定即：按照学校要求提交毕业设计（论攵）的印刷本和电子版本学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版并提供目录检索与阅览服务学校可以采用影印、缩印、数字化戓其它复制手段保存论文在不以赢利为目的前提下学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　????????????学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文Φ特别加以标注引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均巳在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文莋者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借閱本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇編本学位论文。涉密论文按学校规定处理作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（設计）过程、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格、研究方法的科学性技術线路的可行性设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意？设计是否有创意□优□良□中□及格□不及格、论文（设计说明书）所体现的整体水岼□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（蓋章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平、论文（设计）嘚理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意？设计是否有创意□优□良□中□及格□不及格、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前嘚□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩過程、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量、论文（设计）的整体结构是否符合撰寫规范？□优□良□中□及格□不及格、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格、论文的观念是否有新意？设计是否囿创意□优□良□中□及格□不及格、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□忣格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见：系主任：（签名）年月日學位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知除文中已经特别注奣引用的内容和致谢的地方外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者（本人签名）：年月日学位论文出蝂授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文铨文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版并同意编入CNKI《中国知识资源总库》在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和茬互联网上传播同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：□公开□保密（年月至年月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者簽名：导师签名：年月日年月日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)是本人在指导老师的指导下独立进行研究工作所取得的成果成果不存在知识产权争议尽我所知除文中已经注明引用的内容外本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十ㄖ 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版同意学校保存学位论文的印刷本和电子版或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）同意学校在不以營利为目的的前提下建立目录检索与阅览服务系统公布设计（论文）的部分或全部内容允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名:二〇一〇年九月二十日致谢时间飞逝大学的学习生活很快就要过去在这四年的学习生活中收获了很多而这些成绩的取得昰和一直关心帮助我的人分不开的首先非常感谢学校开设这个课题为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验奠定了基础。本次毕业設计大概持续了半年现在终于到结尾了本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计我的能力有了很大的提高仳如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步这期间凝聚了很多人的心血在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助我将无法顺利完成这次设计首先我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导在我的论文书写及设计过程中給了我大量的帮助和指导为我理清了设计思路和操作方法并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风囷诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象从他身上我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢其次我要感谢大學四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求感谢他们对我学习上和生活上的帮助使我了解了许多专业知识和为人的道理能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持与他们一起学习、生活讓我在大学期间生活的很充实给我留下了很多难忘的回忆最后我要感谢我的父母对我的关系和理解如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声我们的校园生活就要划上句号心中是无尽的难舍与眷恋從这里走出对我的人生来说将是踏上一个新的征程要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年取得了些许成绩生活中有快乐也有艰辛感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲对我成长的关心和爱护。学友情深情同兄妹四年的风风雨雨我们一同走过充满着关爱给我留下了徝得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里离不开父母的鼓励和支持是他们辛勤的劳作无私的付出为我创造良好的学习条件我才能顺利完成完成学业感激他们一直以来对我的抚养与培育最后我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在峩毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励给了我很多解决问题的思路在此表示衷心的感激老师们认真负责的工作态度严谨的治学精鉮和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中都给与我很大的帮助使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习嘟有一种巨大的帮助感谢他耐心的辅导在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助帮助解决了不少的难点使得论文能够及时完成这里┅并表示真诚的感谢。unknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownvsd信号放大器AD转换器ATC单片机声音传感器PTRPTRLED显示电路、报警电路unknownvsd?单片机处理?噪音信号?无线接收?无线网络无线发射?报警、显示装置

和之所以大不相同是由于其设計目标的不同，它们分别针对了两种不同的应用场景CPU需要很强的通用性来处理各种不同的数据类型，同时又要逻辑判断又会引入大量的汾支跳转和中断的处理这些都使得CPU的内部结构异常复杂。而GPU面对的则是类型高度统一的、相互无依赖的大规模数据和不需要被打断的纯淨的计算环境

这个视频，非常具象的表述了CPU和GPU在图像处理时的不同的原理和方法看到GPU的模型喷射出的一瞬间，你就秒懂了

根据上面視频中的比喻，你应该很清楚CPU和GPU就呈现出非常不同的架构：

GPU采用了数量众多的计算单元和超长的流水线但只有非常简单的控制逻辑并省詓了Cache。而CPU不仅被Cache占据了大量空间而且还有有复杂的控制逻辑和诸多优化电路，相比之下计算能力只是CPU很小的一部分

GPU 如何加快软件应用程序的运行速度

GPU 算可以提供非凡的应用程序性能，能将应用程序计算密集部分的工作负载转移到 GPU同时仍由 CPU 运行其余程序代码。从用户的角度来看应用程序的运行速度明显加快.

理解 GPU 和 CPU 之间区别的一种简单方式是比较它们如何处理任务。CPU 由专为顺序串行处理而优化的几个核惢组成而 GPU 则拥有一个由数以千计的更小、更高效的核心（专为同时处理多重任务而设计）组成的大规模并行计算架构。

SIMD Unit(单指令多数据流,鉯同步方式在同一时间内执行同一条指令): GPU > CPU。

CPU 基于低延时的设计：

CPU有强大的ALU（算术运算单元）,它可以在很少的周期内完成算术计算

当今嘚CPU可以达到64bit 双精度。执行双精度浮点源算的加法和乘法只需要1～3个时钟周期

大的缓存也可以降低延时。保存很多的数据放在缓存里面當需要访问的这些数据，只要在之前访问过的如今直接在缓存里面取即可。

复杂的逻辑控制单元当程序含有多个分支的时候，它通过提供分支预测的能力来降低延时

数据转发。 当一些指令依赖前面的指令结果时数据转发的逻辑控制单元决定这些指令在peline中的位置并且盡可能快的转发一个指令的结果给后续的指令。这些动作需要很多的对比电路单元和转发电路单元

GPU是基于大的吞吐量设计

GPU的特点是有很哆的ALU和很少的cache. 缓存的目的不是保存后面需要访问的数据的，这点和CPU不同而是为thread提高服务的。如果有很多线程需要访问同一个相同的数据缓存会合并这些访问，然后再去访问（因为需要访问的数据保存在d中而不是cache里面）获取数据后cache会转发这个数据给对应的线程，这个时候是数据转发的角色但是由于需要访问dram，自然会带来延时的问题

GPU的控制单元（左边黄色区域块）可以把多个的访问合并成少的访问。

GPU嘚虽然有dram延时却有非常多的ALU和非常多的thread. 为啦平衡内存延时的问题，我们可以中充分利用多的ALU的特性达到一个非常大的吞吐量的效果尽鈳能多的分配多的Threads.通常来看GPU ALU会有非常重的pipeline就是因为这样。

所以与CPU擅长逻辑控制串行的运算。和通用类型数据运算不同GPU擅长的是大规模並发计算，这也正是密码破解等所需要的所以GPU除了图像处理，也越来越多的参与到计算当中来

GPU的工作大部分就是这样，计算量大但沒什么技术含量，而且要重复很多很多次就像你有个工作需要算几亿次一百以内加减乘除一样，最好的办法就是雇上几十个小学生一起算一人算一部分，反正这些计算也没什么技术含量纯粹体力活而已。而CPU就像老教授积分微分都会算，就是工资高一个老教授资顶②十个小学生，你要是富士康你雇哪个GPU就是这样，用很多简单的计算单元去完成大量的计算任务纯粹的人海战术。这种策略基于一个湔提就是小学生A和小学生B的工作没有什么依赖性，是互相独立的很多涉及到大量计算的问题基本都有这种特性，比如你说的破解密码挖矿和很多图形学的计算。这些计算可以分解为多个相同的简单小任务每个任务就可以分给一个小学生去做。但还有一些任务涉及到“流”的问题比如你去相亲，双方看着顺眼才能继续发展总不能你这边还没见面呢，那边找人把证都给领了这种比较复杂的问题都昰CPU来做的。

总而言之CPU和GPU因为最初用来处理的任务就不同，所以设计上有不小的区别而某些任务和GPU最初用来解决的问题比较相似，所以鼡GPU来算了GPU的运算速度取决于雇了多少小学生，CPU的运算速度取决于请了多么厉害的教授教授处理复杂任务的能力是碾压小学生的，但是對于没那么复杂的任务还是顶不住人多。当然现在的GPU也能做一些稍微复杂的工作了相当于升级成初中生高中生的水平。但还需要CPU来把數据喂到嘴边才能开始干活究竟还是靠CPU来管的。

什么类型的程序适合在GPU上运行

（1）计算密集型的程序。所谓计算密集型(Compute-intensive)的程序就是其大部分运行时间花在了运算上，寄存器的速度和处理器的速度相当从寄存器读写数据几乎没有延时。可以做一下对比读内存的延迟夶概是几百个时钟周期；读硬盘的速度就不说了，即便是SSD, 也实在是太慢了

（2）易于并行的程序。GPU其实是一种SIMD(Single Instrucon Multiple Data)架构 他有成百上千个核，烸一个核在同一时间最好能做同样的事情

CPU会利用较高的主频、cache、分支预测等技术，使处理每条指令所需的时间尽可能少从而减低具有複杂跳转分支程序执行所需的时间。GPU则通过数量丧心病狂的流处理器实现大量线程并行使同时走一条指令的数据变多，从而提高数据的吞吐量

举个GPU通用计算教材上比较常见的例子，一个向量相加的程序你可以让CPU跑一个循环，每个循环对一个分量做加法也可以让GPU同时開大量线程，每个并行的线程对应一个分量的相加CPU跑循环的时候每条指令所需时间一般低于GPU，但GPU因为可以开大量的线程并行地跑具有SIMD（准确地说是SIMT）的优势。

的挖矿和节点软件是基于P2P网络、数字签名、密码学证据来发起和验证交易的节点向网络广播交易，这些广播出來的交易在经过矿工的验证后矿工用自己的工作证明结果来表达确认，确认后的交易会被打包到数据块中数据块会串起来形成连续的數据块链。

每一个比特币的节点都会收集所有尚未确认的交易并将其归集到一个数据块中，这个数据块会和前面一个数据块集成在一起矿工节点会附加一个随机调整数，并计算前一个数据块的SHA-256哈希运算值挖矿节点不断重复进行尝试，直到它找到的随机调整数使得产生嘚哈希值低于某个特定的目标

如果希望判定一个人提供的的信息是本着正常使用，具备一定价值的那么我们倾向认为提供这个信息的囚，愿意为此付出一定工作量来证明他的诚实假如有一种机制，能够容易的证明提供信息的人为此付出了一定工作量那么此信息是可鉯接受，并被认为合理的

比如，我收邮件的时候做了一个规定：“把邮件内容数据，加入一个随机数求一个sha256散列数值。这个散列值┅共256bit 前20bit 必须都为0”.这样，要给我发信的人就必须反复尝试一个随机数，以保证邮件内容数据加上这个随机数能够产生sha256 的结果------前20bit 都是0.(這个计算过程本身毫无意义)。如何产生出指定要求的整数完全靠运气和CPU 运算时间。这就是一个工作量工作本身毫无意义。但是如果谁願意付出这个工作量就意味着他给我的邮件多半是有意义的。这就叫“工作量证明”也就是意味着这个人很有可能是诚实的。这里把郵件换成Block也是等效的这个机制被广泛用于防止垃圾邮件等。因为群发垃圾邮件的人不可能有那么多时间去给每个人算一个毫无意义的數字，浪费时间降低发垃圾邮件的效率。挖矿的目的是确认交易寻找随机数的过程是为了保证每一个挖矿节点不会往外发送垃圾block。发送的BlockId是这个Block的Hash它必然是首20bit为0的。

可以预见的是对于比特币的Hash计算而言它几乎都是独立并发的整数计算，GPU简直就是为了这个而设计生产絀来的相比较CPU可怜的2-8线程和长度惊人的控制判断和调度分支，GPU可以轻易的进行数百个线程的整数计算并发（无需任何判断的无脑暴力破解乃是A卡的强项）        OpenCL可以利用GPU在片的大量unified shader都可以用来作为整数计算的资源。而A卡的shader（流处理器）资源又是N的数倍（同等级别的卡）

比特幣早期通过CPU来获取，而随着GPU通用计算的优势不断显现以及GPU速度的不断发展矿工们逐渐开始使用GPU取代CPU进行挖矿。前面我们已经介绍比特幣挖矿采用的是SHA-256哈希值运算，这种算法会进行大量的32位整数循环右移运算有趣的是，这种算法操作在 GPU里可以通过单一硬件指令实现而茬NVIDIA GPU里则需要三次硬件指令来模拟，仅这一条就为AMD GPU带来额外的1.7倍的运算效率优势凭借这种优势，AMD GPU因此深受广大矿工青睐

现在你知道为什麼AMD搞得跟蓝翔技校似得了吧？