《基于单片机电子门铃设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机电子门铃设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、乐山师范学院毕业论文（设计）1电子门铃的设计xxxxxxxxxx物电与电子工程学院电子信息工程0xxxxxxx2【摘要】本设计介绍了由 STC89C52 单片机来构成电子音乐门铃系统的工作过程。主要完成的电子门铃不仅具有普通电子门铃的功能，还具有一些扩展功能。该设计主要由单片机、按键、喇叭等组成,它的制作简单，成本低，安装也比较方便。因此，这也给人们生活提供了很大的便利。【关键词】STC89C52 单片机 电子门铃 音乐前言随着社会的前进和发展，仪器小型化，功耗微小化，控制智能化得到了很广泛的应用。而在些领域中，单片机起着举足轻重的作用，这就把单片机的应用开发到了最高顶点，单片机应用系统的设计
2、也就顺理成章的成为了科技的最热点。近几年，随着市场智能化的升温，音乐门铃系统正在慢慢取代传统的用钥匙去管理各个门道，并且在市场上社会上生活上已经得到了很好的应用。有了音乐门铃，客人拜访时听到的将不是单调的普通门铃声，而是特殊动听的音乐声。而如果听到的是三种音乐的门铃声，那这一定是一件令人很兴奋的事情。本设计就是设计一种具有三种音乐的电子门铃。当客人拜访时，按下门铃，听到的不是简单枯燥的一般门铃声，而是优美的音乐声。1 总体方案设计1.1 设计任务设计一个基于单片机的三音门铃。1.2 设计要求1，当按下开关，电子门铃可以自动鸣叫，并能持续一段时间。2，工作电压有一定的调节范围。3，不可以购买现成
3、的发声装置。1.3 总体方案的论证与选择乐山师范学院毕业论文（设计）2针对本设计的设计要求，可以知道：本设计是利用单片机实现对喇叭的发声，控制采用按钮操作。当按下开关时，单片机发出的音乐声由喇叭发出。由此，可以给出两种方案。方案一：本设计是通过按键输入（其中有两个按键，一个播放上一首，一个播放下一首） ，作用于单片机后使单片机发出声音送入喇叭使喇叭发声。同时也有复位按键，可以使歌曲复位，从头再唱。音乐的发声主要是通过程序的编写来达到发声要求。其总体框图，如图1.1。图 1.1 方案一总体框图方案二：本设计是通过按键输入（只有一个按键） ，作用于单片机后经过人工调频发声后送入蜂鸣器使蜂鸣器发出音
4、乐的声音。音乐的发声主要靠几个可调电阻调频发声。其总体框图如图 1.2 。乐山师范学院毕业论文（设计）3图 1.2 方案二总体框图通过比较可以知道，方案二中的调频发声部分相对于方案一比较难以实现，并且蜂鸣器发出的声音相对喇叭来说噪音更重。而方案一可以通过程序的编写来实现音乐的发声，可以发出清晰、无噪的音乐声。故选择方案一来作为本设计的总体设计方案。2 系统软件设计与调试2.1 STC89C52 单片机简介STC89C52 是宏晶科技退出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统 8051 单片机，12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期可以任意选择。其引脚图如图 2.1。
5、乐山师范学院毕业论文（设计）4图 2.1 STC89C52 单片机引脚图2.1.1 SCT89C52 的主要特性1，增强型 8051 单片机；2，工作频率范围为 0-40MHz；3，32 个双向 I/O 口；4，3 个 16 位定时/计数器；5，外部中断 4 路，下降沿中断或低电平出发电路6，低功耗空闲和掉电模式。2.1.2 STC89C52 的引脚功能P0 口：P0 口是漏极开路的 8 位并行双向 I/O 口，也是地址/数据总线复用口。作为输出端口时，每个引脚能能驱动 8 个 TTL 负载；在访问外部数据存储器或程序存储器时， P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线 ；在
6、Flash 编程时，P0 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。P1 口：P1 口是具有内部上拉电阻的 8 位双向并行 I/O 口。P1 口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 输入。对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。P1 口作输入口使用时，乐山师范学院毕业论文（设计）5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(IIL)。P2 口：P2 口是具有内部上拉电阻的 8 位双向并行 I/O 口。P2 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 输入。对端口 P2 写“1”，通过内部的
7、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(IIL)。P3 口：P3 口是具有内部上拉电阻的 8 位双向并行 I/O 口。P3 口输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 输入。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 。P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：RST 是复位信号输入引脚。晶振工作时，如果在此引脚上持续
8、出现至少两个机器（晶振的 12 个振荡周期为一个机器周期）的高电平就会使单片机复位。XTAL1 和 XTAL2：XTAL1 和 XTAL2 是片内振荡器输入/输出引脚。XTAL1 是反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入引脚，XTAL2 是来自反向振荡器的输出。PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 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。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN 信号。ALE/PROG：ALE/PROG 是地址锁存允许/编程引脚。在访问外部程序存储器和数据存储器时，地址
9、锁存允许（ALE）引脚输出用于锁存低 8 位地址信号的脉冲。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。EA/Vpp：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。乐山师范学院毕业论文（设计）62.2 单片机音乐发声原理利用单片机产生音乐符，再把音乐符翻译成计算机音乐语言，由单片机进行信息处理,再通过喇叭放出音乐。2.2.1 单片机产生不同频率脉冲信号的原理1，要产生音频
10、脉冲，只要算出某一音频的脉冲（1/频率） ，然后将此周期除以 2，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到后就将输出脉冲的 I/O反相，然后重复计时此半周期的时间再对 I/O 反相，就可以在 I/O 脚上得到此频率的脉冲。2，利用 STC89C52 的内部定时器使其工作在计数器模式 1 下，改变计数值TH0 及 TL0 以产生不同频率。方法如下：例如，若单片机采用 12MHz 晶振，要产生频率为 587Hz 的音频脉冲时，其音频信号的脉冲周期 T=1/587=1703.5775s，半周期的时间为 852s，因此只要令计数器计数=852s/1s=852，在每计数 852 时将 P3.7 口反相
11、，就可得到 C 调中音 Re。P2.5 口和 P2.7 口分别接 S2 和 S1 作为控制门铃的按键。按下S2，由 P3.7 口的喇叭依次播放三首歌曲。计数脉冲值与频率的关系如下：N=Fi/2/Fr （N：计数值，Fi：内部计时一次为 1uS，故其频率为1MHz，Fr：要产生的频率 ）2.2.2 单片机音阶代码的实现音乐是由音符组成，不同的音符又是由相应的频率振动产生。音调的高低用音阶表示，不同的音阶对应不同的频率。因此，不同频率的方波就可以产生音阶，由于频率的倒数是周期，因此可由单片机中的内部定时器 T0，使其工作在计数器模式 1，当定时器计数溢出时产生中断，将与喇叭连接的 P3.7 取反后
12、就可得到方波的周期，从而达到了控制频率，即音阶的目的。2.2.3 音乐节拍的实现建立音乐，把音乐的音符找出来，建立各个音符的定时常熟 T 值表。C 调各音符频率与计数值 T 的对照表如表 2.1 所示。表 2.1 音符频率与 T 值对照表乐山师范学院毕业论文（设计）7每个音符使用 1 个字节，字节的高 4 位代表音符的高低，低 4 位代表音符的节拍，下表 2.2 为节拍码的对照。如果 1 拍为 0.4 秒，1/4 拍是 0.1 秒，只要设定延迟时间就可求得节拍的时间。假设 1/4 节拍为 1DELAY，则 1 拍应为4DELAY，以此类推。所以只要求得 1/4 拍的 DELAY 时间，其余的节
13、拍就是它的倍数，如下表 2.3 为 1/4 和 1/8 节拍的时间设定。乐山师范学院毕业论文（设计）8表 2.2 节拍码对照表表 2.3 节拍的时间设定表2.2.4 音乐软件的设计1，音乐代码库的建立方法（1）先找出音乐最低音和最高音范围，然后确定音符表 T 的顺序。（2）建立 T 值表，构成发音符的计数值放在其中。（3）简谱码（音符）为高 4 位，节拍（节拍数）为低 4 位，音符的节拍码编程时放在程序 unsigned char code SONG后面。（4）音符节拍码 0x00 为音乐结束标记。2，选曲乐山师范学院毕业论文（设计）9在本设计中，需要播放三首歌曲，分别为天空之城 、 祝你平安
14、 、 路边的野花不要采 。音乐代码库的建立方法有两种：（1）将每首歌曲建立相互独立的音符表 T 和发音符计数值表。（2）也可以建立共用的音符表后，再写每首歌曲的发音计数值表中的代码。不管采用哪种方法，每首歌曲结束时，在发音计数值表中均需加上音乐结束符 0x00。3 电路设计与仿真3.1 按键电路如图 3.1。S2 为开始暂停按键，S1 为播放下一首歌曲的按键。图 3.1 按键电路3.2 发声电路如图 3.2。P3.7 端口接的喇叭。音乐声通过喇叭发声后传到人的耳朵里面。乐山师范学院毕业论文（设计）10图 3.2 发声电路3.3 晶振电路如图 3.3。振荡晶体可在 1.2MHz 到 12MHz
15、之间选择，电容值无严格要求，但在电容值取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响。C1 和 C2 可在 20pF 到 100pF 之间取值，但在 60pF 到 70pF 时振荡器有较高的频率稳定性。本设计选取晶振为 12MHz，电容为 30pF。图 3.3 晶振电路3.4 复位电路如图 3.4。按下按键 S3，歌曲复位，从头再唱。乐山师范学院毕业论文（设计）11图 3.4 复位电路3.5 原理图如图 3.5。本设计是基于 STC89C52 单片机设计的一个三音门铃。按键有三个，S2 为开始/暂停按键，S1 为下一首按键，S3 为复位按键。发声由喇叭接单片机端口 P3.7 发出
16、。乐山师范学院毕业论文（设计）12图 3.5 原理图3.6 仿真电路仿真采用 Proteus 软件，Proteus 软件能完成原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件，是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。仿真图如图 3.6。乐山师范学院毕业论文（设计）13图 3.6 仿真图开始仿真后，门铃处于无声状态。当按下开关 SP1 后，开始响起音乐声。按下 SP2，播放下一首歌曲，再次按下开关 SP1，暂停播放音乐。按下 SP3，歌曲复位。4 系统程序设计本设计是对 STC89C52 单片机采用 C 语言编程。音乐门铃的程序主要是对音符频率的转换。系统初始化后，系统扫描按键（P1.5 和 P1.7 的电平）判断是否有按键按下。根据不同按键的选择，向音频字符码指针赋予不同歌曲的地址，通过定时器 T0 中断子程序使 P3.7 口输出相应频率的音频脉冲，以达到发声目的。程序流图如图 4.1。乐山师范学院毕业论文（设计）14图 4.1 程序流程图延时子程序如图 4.2。图 4.2 延时子程序乐山师范
