基于单片机的音乐门铃设计.docx
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基于单片机的音乐门铃设计
1、绪论
随着科学技术的不断进展,二十一世纪已是科技信息的时期,近三十年,数字技术、电子技术、运算机技术,和传感器技术和永磁材料技术等的进展,踊跃推动了各类产业的进展,单片机等技术有了长足的进展,人们已经进入了电脑信息时期。
只是,这种电脑,一般是指个人运算机,简称PC机。
它由主机、键盘、显示器等组成。
还有一类类似运算机的东西,大多数人却不怎么熟悉。
这种运算机确实是把智能给予各类机械的----单片机。
顾名思义,这种运算机的最小系统只需用一片集成电路,即可进行简单运算和操纵。
它的显现是近代运算机技术进展史上的一个重要里程碑,因为它体积小、拆装方便、灵敏度高等优势,通常都藏在被控机械的“肚子”里。
它在那个装置中,起着有如人类头脑的作用,若是它出了损坏,整个装置就相当于瘫痪了。
单片机具有体积小、功能强、灵敏度高、抗干扰能力强、应用面广等优势,目前正以前所未见的速度取代着传统复杂的电子线路组成的经典系统,蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。
它的体积小、质量轻、价钱廉价、为学习、应用和开发提供了便利条件。
同时,学习利用单片机是了解运算机原理及结构的最正确选择。
此刻,这种单片机的利用领域已十分普遍。
彩电、玩具、冰箱、空调、录像机、VCD、遥控器、游戏机、电饭煲等等地址,它的影子已是无处不见了,单片机早已深深地融入咱们每一个人的生活当中。
单片性能大大地提高这些产品的智能性、易用性及节能性等要紧性能指标,给咱们的生活带来舒适和方便的同时,在工农业生产上也极大地提高了生产效率和产品质量。
2、单片机的基础知识
熟悉单片机
单片机又称单片微操纵器MCU,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个运算机系统集成到一个芯片上。
归纳的讲,一块芯片就成了一台运算机。
MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品,与MCS-48单片机相较,它的结构更先进,功能更强,在原先的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条,MCS-51单片性能够算是相当做功的产品,一直到此刻,MCS-51系列或与其兼容的单片机仍是应用的主流产品,各高校及专业学校的培训教材仍以此单片机作为代表进行理论基础学习。
单片机的应用领域
单片机被普遍应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备、
网络与通信、智能化治理及进程操纵等领域。
在智能仪器仪表的应用
单片机具有体积小、功耗低、操纵功能强、扩展灵活、微型化和利用方便等优势,普遍应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
采纳单片机操纵使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采纳电子或数字电路加倍壮大。
例如周密的测量设备(功率计,示波器,各类分析仪)。
在家用电器中的应用
能够如此说,此刻的家用电器大体上都采纳了单片机操纵,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
在工业操纵中的应用
用单片性能够组成形式多样的操纵系统、数据搜集系统。
例如工厂流水线的智能化治理,电梯智能化操纵、各类报警系统,与运算机联网组成二级操纵系统等等。
2.2.4在运算机网络和通信领域中的应用
现代的单片机普遍具有通信接口,能够很方便地与运算机进行数据通信,为在运算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,此刻的通信设备大体上都实现了单片机智能操纵,从电话、机、小型程控互换机、楼宇自动通信呼唤系统、列车无线通信、再到日常工作中到处可见的移动,集群移动通信,无线电对讲机等。
另外,单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空等领域都有着十分普遍的用途。
单片机的进展趋势
此刻能够说单片机的进展是百花齐放,百家争鸣的时期,世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机,从8位、16位到32位,数不胜数,应有尽有,有与主流C51系列兼容的,也有和它不兼容的,但它们都各具特色,互成互补,为单片机的应用提供了广漠的天地。
纵观单片机的进展进程,能够预示单片机的进展趋势,大致有:
(1)低功耗
MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW,而此刻的单片机普片都在100mW左右,随着对单片机功耗要求愈来愈低,此刻的各单片机制造商大体都采纳了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。
像80C51就采纳了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)。
CMOS尽管功耗较低,但由于其物理特点决定其工作速度不够高,而CHMOS那么具有了高速和低功耗的特点,这些特点,更适合于要求低功耗的场合,譬如电池供电的应用处合。
因此这种工艺将是尔后一段时期单片机进展的要紧途径。
(2)微型单片化
此刻常规的单片机普遍都是将中央处置器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口,中断系统、按时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上,增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上,如此单片机包括的单元电路就更多,功能就越壮大。
乃至单片机厂商还能够依照用户的要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
另外,此刻的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除功能强和功耗低外,还要求其体积要小。
此刻的许多单片机都具有多种封装形式,其中SMD(表面封装)愈来愈受欢迎,使得由单片机组成的系统正朝微型化方向进展。
(3)主流与多品种共存
此刻尽管单片机的品种繁多,各具特色,但仍以80C51为核心的单片机占主流,兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品,ATMEL公司的产品和中国台湾的WINBOND系列单片机。
因此C8051为核心的单片机占据了半壁河山。
而MICROCHIP公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的进展势头,中国台湾的HOLTEK公司最近几年的单片机产量与日俱增,与其低价质优的优势,占据必然的市场分额。
另外还有MOTOROLA公司的产品,日本几大公司的专用单片机。
在必然的时期内,这种情形将得以延续,将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,走的是依存互补,相辅相成、一起进展的道路。
单片机的靠得住性技术
伴随着半导体技术的进展,单片机本身的设计中不断的采纳一些新的抗干扰
技术,使单片机的靠得住性不断提高。
除选那么抗干扰能力强的单片机,单片机系统
中其他辅助元件也相当重要,一些抑制干扰的辅助元件的利用有助于提高系统的
靠得住性。
另外,单片机系统在电路设计、印制板电路设计、布线与制造工艺、系
统安装时有无良好的接地等,都直接阻碍应用的靠得住性能。
单片机干扰来源
第一,是来自放电噪声:
主若是雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点开、断等放电产生的干扰。
第二,是来自高频振荡噪声:
主若是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流—交流变换器等产生高频振荡时形成的噪声。
最后,是来自浪涌噪声:
主若是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调剂器的导通和晶闸管变流器等设备产生涌流引发的噪声。
单片机靠得住性技术要紧表现
.1单片机自身的抗干扰方法
(1)外部时钟是高频噪声源处能引发本系统干扰外,还能产生外界干扰,使电磁兼容检测不能达标。
在对系统靠得住性要求很高的应用系统中,选用频率低的单片机是降低系统噪声的原那么之一。
(2)低噪声系列单片机改变了传统的集成电路设计中,电源和地对称散布的方式,降低了穿过整个硅片的电流,如此也可使更多元件方便安装及驱动。
(3)时钟检测电路、看门狗技术及低电压复位。
检测系统时钟是当发生系统时钟停振时,产生系统复位信号以恢复系统时钟,是单片机提高系统靠得住性方法之一。
(4)看门狗技术是检测应用程序中一段按时中断效劳程序的运行状况。
当程序不工作时判定为系统故障,从而产生复位。
低电压复位技术是用于检测单片机电源电压,当低于某一值时复位,随着技术进展,此刻电源电压值如(5V、、、、)。
(5)EFT和软件方面的方法,交替利用施密特电路和RC滤波器,使如正弦波受到干扰时产生的毛刺的技术确实是EFT技术。
单片机本身也有一些抗干扰的考虑。
写定了一些避免系统受到干扰而产生的,非法指令或寻址发生的程序,使CPU不易犯错。
.2抗干扰的操纵元件和要紧方法
(1)元器件的选择
每一个集成电路电源、地之间配置去耦电容,用以滤掉来自电源的高频噪声,
以独特的石英电容、瓷片电容为宜。
在数字、模拟、大功率驱动区的储能电容和电源间配置抑制高频的电感,同时还应有自动恢复保险丝、防雷击器件等。
(2)软件抗干扰要紧方法
经常使用的软件抗干扰技术有:
数字滤波、信息传送进程的自动查验、系统运行状态监视与发生故障时的自动恢复等。
(3)抗干扰的其它手腕
要紧考虑到电源噪声对单片机的阻碍;I/O口和噪声源之间应隔离;晶振外壳的接地址法;数字区和模拟区隔离;在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地址利用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,如此可显著提高电路的抗干扰性能;在速度能知足要求的前提下,尽可能降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
印制电路板的布线工艺(本着操纵噪声源、降低噪声传播与耦合、尽可能减少噪声的吸收这三大原那么)。
一块多板机印制电路板,它会充分的考虑元件的抗干扰能力。
单片机的进展史
单片机自问世以来,性能不断的提高和完善,其资源不仅能知足应用处合的需要,而且具有集成度高、功能强、速度快、体积小功耗低、利用方便、性能靠得住、价钱低廉等优势,因此,在工业操纵、智能仪表仪器、数据搜集和处置、通信技术、网络系统、国防工业、高级计算器具、家用电器等领域应用日趋普遍,而且正在慢慢现有的多片微机应用系统,单片机的潜能日趋被人们所重视。
专门是当前用的CMOS工艺制成的各类单片机,由于功耗低,利用的温度范围大、抗干扰能力强、能知足一些特殊的场合,加倍大了单片机的应用领域,也进一步增进单片机技术的进展。
单片机的进展要紧经历了3各时期:
第一时期(1971-1978):
低级单片机,以MCS-48系列为代表。
有4位、8位CPU,并行I/O口,8位按时/计数器,并行口、中断处置比较简单,RAM、ROM容量较小,寻址范围不超过4KB。
第二时期(1978-1983):
单片机普及时期,以MCS-51系列为代表。
是8位CPU,片内RAM、ROM容量加大,寻址可达64KB,增加了串行口,多级中断处置系统,16位按时/计数器。
第三时期(1983年以后):
16位单片机时期,以MCS-96系列为代表。
是16位CPU,片内RAM、ROM容量进一步增大,增加了AD/DA转换器,8级中断处置功能,实时处置能力更强,它许诺用户采纳面向工业操纵的专用语言,如C语言等。
总之,单片机进展可归纳为以下几个方面:
(1)增加字长,提高数据精度和处置速度;
(2)改良了制作工艺,提高单片机的整体性能;
(3)由复杂的指令集CISC转向简单指令集RISC技术;
(4)多功能模块集成技术,使一块“嵌入式”芯片具有多功能;
(5)微处置器与DSP技术相结合;
(6)融入了高级语言的编译程序;
(7)低电压、宽电压、低功耗。
目前,国际市场上8位、16位单片机系列已有很多,32位的单片机也已进入了有历时期。
随着单片机的技术的不断进展,新型单片机还将不断涌现,单片机技术正以惊人的速度向前进展着。
3、硬件设计
硬件部份的介绍
图3-1MCS-51系列单片机
3.1.1AT89S52单片机
其内部包括的功能部件及技术参数如下:
(1)一个有运算器和操纵器组成的8位CPU;
(2)片内含8KBBytesISP(In-Insystermprogrammable)的可反复擦写1000次Flash程序存储器;
(3)256
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