毕业设计论文基于51单片机的低成本音乐门铃设计.docx
- 文档编号:23289773
- 上传时间:2023-05-16
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:33.37KB
毕业设计论文基于51单片机的低成本音乐门铃设计.docx
《毕业设计论文基于51单片机的低成本音乐门铃设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计论文基于51单片机的低成本音乐门铃设计.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
毕业设计论文基于51单片机的低成本音乐门铃设计
毕业设计(论文)-基于51单片机的低成本音乐门铃设计
本科毕业设计(论文)
基于51单片机的低成本音乐门铃设计
学院信息工程学院
专业信息工程
(应用电子技术方向)
年级班别2007级(4)班
学号学生姓名
指导教师
2011年
摘要
门铃的应用,在现代社会里随处可见,但是出于多方面的考虑,如成本的高低,声音的模式等,需要我们进一步去挖掘。
本论文的设计就是围绕低成本音乐门铃进行研究开发。
其中主要运用到了51芯片,51芯片是微型处理器,51单片机具有优异的性能价格比、集成度高、体积小、可靠性高、控制功能强、低电压、低功耗等优点。
本设计中音乐门铃的基本功能都能由51芯片提供,且价格低廉。
除芯片基本电路部分外,还需要声音扩大部分,用到386DE芯片。
整个系统围绕价格低廉展开,拓展功能由程序部分实现。
先用c语言编写实现音乐门铃的程序代码,然后将c语言用keil软件生成hex文件下载到stc89c51集成芯片中,利用不同的频率发出不同的音调,利用延时产生不同的节拍,通过功率放大器传送到喇叭使其发出美妙的音乐。
为进一步降低成本,所以本设计主要完成部分在于程序,程序分为主体与扩展部分。
扩展部分用于规定的歌曲节拍,音调控制。
扩展部分由主程序,音乐曲目以及歌曲数组函数组成。
在利用画图工具完成基本电路设计后,再焊接电路,最后再进入变成部分。
关键词:
单片机,低成本,程序,音乐
注:
本设计(论文)题目来源于自选。
Abstract
Doorbellapplication,canbeseeneverywhereinmodernsociety,butbecauseofvariousconsiderations,suchaslowcost,voicepattern,weneedtodigfurther.Thedesignofthisthesisistofocusonresearchanddevelopmentcostmusicdoorbell.Mainlyappliedtothe51-chip,51chipisamicroprocessor,microcontroller51hasexcellentperformanceandlowcost,highintegration,smallsize,highreliability,highcontrol,lowvoltage,lowpowerconsumption.Thedesignofthebasicfunctionsofmusicdoorbellcanbefrom51chips,andlowprices.Inadditiontothebasicpartofthecircuitchip,butalsoneedtoexpandthesoundsection,use386DEchip.Expandthesystemaroundthelowcostandexpandthefunctionbytheprogrampartiallyachieved.
Firstwiththeclanguagecodetoachievemusicaldoorbell,andthenusekeilsoftwareclanguagegeneratedhexfiletostc89c51integratedchip,theuseofdifferentfrequenciesmakedifferenttone,theuseofdelayhavedifferentbeats,transmittedthroughthepoweramplifierTothespeakertobroadcastthewonderfulmusic.Tofurtherreducecosts,sothedesignprocessthemainpartiscompleted,theprogramisdividedintosubjectandextension.Extensionoftheprovisionsofthesongsusedinrhythm,tonecontrol.Extensionfromthemainprogram,musictracksandsongscomposedofanarrayoffunctions.Intheuseofdrawingtoolstocompletethebasiccircuitdesign,andthensolderingthecircuit,andfinallyre-enteringintoapart.
Keywords:
Singlechip,Low-cost,Program,Music
1绪论1
1.1题目背景及目的1
1.2国内外研究状况1
1.3题目研究方法2
1.4论文构成及研究内容2
2电子音乐门铃系统简介3
2.1分析功能要求3
2.2系统原理与控制方法4
2.3单片机发音概述4
音调4
节拍5
3系统硬件设计7
3.1原理简介7
3.2主电路设计8
3.3音乐功放电路设计11
概述11
特性12
路12
芯片使用方法与自激啸叫防治措施14
4系统软件设计16
4.1软件介绍16
4.2主程序设计18
4.3播放文件程序设计20
5系统调试与实现22
5.1硬件调试与实现22
5.2软件调试与实现22
结论24
参考文献25
致谢26
附录A主文件程序27
附录B播放文件程序30
1绪论
以下是关于此次毕业设计的题目北京以及目的,国内外研究状况,题目研究方法还有论文构成和研究内容的介绍。
1.1题目背景及目的
随着时代的发展和进步,控制智能化、仪器小型化、功耗微小化得到广泛关注。
在这些领域中,单片机起到了举足轻重的作用,这就把单片机的应用提升到重要的地位,单片机应用系统设计就成为新的技术热点。
近几年来,随着市场上智能化楼宇的不断升温,门铃系统已作为智能化办公室和智能化住宅小区的一个重要组成部分,被各商家和用户所接受。
人们已开始习惯用门铃系统代替传统的铁钥匙去管理各通道门,这使门铃系统得到了飞跃性的发展。
随着单片机技术的飞速发展,通过单片机实现人们对物质生活的满足,这将会日益成为今后的一个重要发展的方向[1]。
由于电子音乐门铃具有铃声悦耳动听,价格低廉、耗电少等优点,在现代家具中的应用越来越流行。
有了电子音乐门铃,在有客人在拜访时,听到的将不再是单调的提示等候音,而是不同凡响的流行音乐旋律、特效音等个性化的电子声乐。
1.2国内外研究状况
目前在家庭住宅中使用的电子门铃大多数是没用音乐,只有简单的叮咚叮当的声音,比较单调。
其中绝大多数没有按钮提示以及其他功能,要不就是造价昂贵,诸多缺点。
经了解,现在市场上所有销售的门铃主要有以下几种:
1、敲击式电子音乐门铃,采用声控触发电路和音乐集成电路组成,通过一个可调电阻来控制喇叭的灵敏度,一个电容快速充电来维持后续工作;
2、不用按钮的音乐门铃,采用红外线发射接收电路和自激多谐振荡电路构成,荡发出的红外线被人遮挡住的一瞬间,扬声器就发出有没动听的音乐;
3、带们演示电路的音乐门铃,采用低功耗交流继电器TLP3502和高频小功率管组成。
只要按下门铃按钮就会同时打开门灯,使主人可以通过门镜来识别来客身份。
门灯经一段时间的延时后自动熄灭;
4、无限遥控门铃,采用脉冲调制发射,及石英晶振稳频技术,实现远距离遥控。
1.3题目研究方法
充分调查研究并且认真深刻学51芯片功能以及使用方法,掌握单片机应用系统的开发流程、硬软件系统设计以及相关工具软件的使用方法,同时对被控的实际应用对象有更深入的了解,达到学以致用、系统地整合所学专业知识的目的,达到设计的系统抗干扰能力强、稳定可靠、成本低廉、使用方便,满足相关的功能要求。
掌握单片机的体系结构、工作原理、指令系统与编程技巧以及相关接口技术,熟悉单片机开发工具并掌握单片机应用系统的设计开发流程;选择并设计合理的补偿算法与程序结构;掌握相应的抗干扰措施;设计出系统的硬件结构与接口电路,编写相关软件。
1.4论文构成及研究内容
论文主要有绪论、电子音乐门铃系统简介(分析功能要求、系统原理与控制方法)、系统硬件设计、系统软件设计、系统调试与实现、结论、参考文献、致谢、附录各部分组成。
研究内容为开发研究出低成本音乐门铃。
本文利用单片机体积小、速度快、
功能强、性能可靠、价格低廉等优点,介绍了用AT89C52单片机设计电子音乐门铃的方法,系统实现简单、功能稳定。
日后可在此基础上进一步完善,如增加语音防盗报警功能、有人无人语音门铃切换功能,甚至增加可视对讲功能等。
2电子音乐门铃系统简介
了利用单片机为主控制器设计电子门铃的具体方法。
该电子门铃具有普通
门铃的功能,而且还具有一些扩展功能。
2.1分析功能要求
本设计要求是要完成低成本音乐门铃设计,芯片可采用51芯片,89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM―FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
[2]AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
主要特性:
与MCS-51兼容,4K字节可编程闪烁存储器,寿命:
1000写/擦循环,数据保留时间:
10年,全静态工作:
0Hz-24MHz,三级程序存储器锁定,128×8位内部RAM,2可编程I/O线,两个16位定时器/计数器,5个中断源,可编程串行通道,低功耗的闲置和掉电模式,片内振荡器和时钟电路[2]。
因为需要用到播放音乐功能,所以需要用到功放电路,其中采用LM386芯片,LM386是一种音频集成功放,具有自身功耗低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器,广泛应用于录音机和收音机之中。
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
2.2系统原理与控制方法
利用单片机89C52产生乐曲音符,再把乐谱翻译成计算机音乐语言,由单片机进行信息处理,在经过信号放大,由喇叭放出乐曲声。
通过控制定时器的定时时间来产生不同频率的方波,驱动喇叭发出不同音阶的声音,再利用延迟来控制发音时间的长短,即可控制音调中的节拍。
把乐谱中的音符和相应的节拍变换为定常数和延迟常数,作为数据表格存放在存储器中。
由程序查表得到定时常数和延迟常数,分别用以控制定时分别代表某一频率的声音。
[3]
以STC89C52RC为核心,加上芯片最小系统电路,按钮,外围电源,LM386功放电路,扬声器电路组成。
该系统通过STC89C52RC单片机的中断调用来实现将音符转换为相应的电信号输出到扬声器,组成一首完整的音乐,并通过按钮实现歌曲的转换。
2.3单片机发音概述
一般来说,单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音,即不包含相应幅度的谐振频率。
单片机演奏的音乐基本都是单音频率。
因此单片机演奏音乐比较简单,只需能清楚“音调”和“节拍”两个概念即可。
音调表示一个音符唱多高的频率。
节拍表示一个音符唱多长的时间。
知道了一个音符的频率后,便可以让单片机发出相应频率的振荡信号,从而产生相应的音符声音。
通过单片机的定时器进行定时中断,在中断服务程序中将单片机上完结LM386的I/O口来回置高电平或者是低电平的,从而让扬声器发出声音。
通过节拍计算出每个音符所需要的时间,采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间,从而构成一首完整的音乐。
音调
音调主要由声音的频率决定。
对一定强度的纯音,音调随频率的升降而升降;对一定频率的纯音、低频纯音的音调随响度增加而下降,高频纯音的音调却随响度增加而上升。
音调的高低还与发声体的结构有关,因为发声体的结构影响了声音的频率。
大体上,2000赫兹以下的低频纯音的音调随响度的增加而下降,3000赫兹以上高频纯音的音调随响度的增加而上升。
例如,在音乐中常常把中音C上方的A音定位标准高音,其频率F440HZ,其余音均与其进行比较。
F1和F2为两个音符,如果这两个音符的频率相差一倍时,也即F22*F1时,则称F2比F1高一个频程。
在音乐中音符1与音符2,音符2与音符3……等等之间正好相差一个倍频程,在音乐学中称它相差一个八度音。
在一个八度内,有12个半音。
由于人耳的听觉效果,这12个音阶的分度基本上是以对数的关系来划分的。
只要知道12个音符的音高,也就是其基本频率,就可以根据音符之间的倍频关系得到其他音符的基本音调频率[]。
以标准高音A的频率F440HZ,其对应的周期为:
T1/F1/4402272us
因此需要在单片机I/O端口输出周期为T2272us的方波脉冲,也就是tT/22272/21136us
也就是说,单片机上定时器的中断出发时间为1136us。
如果单片机采用定时器为工作方式1,它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。
设外接晶振的振荡器频率为f,则定时器的预置初始值有以下公式来确定:
Temp65536-50000/CurrentFre*10/12000000/SYSTEM_OSC
THTemp/256
TLTemp%256
节拍
在音乐中,时间被分成均等的基本单位,每个单位叫做一个“拍子”或称一拍。
拍子的时值是以音符的时值来表示的,一拍的时值可以是四分音符(即以四分音符为一拍),也可以是二分音符(以二分音符为一拍)或八分音符(以八分音符为一拍)。
拍子的时值是一个相对的时间概念,比如当乐曲的规定速度为每分钟60拍时,每拍占用的时间是一秒,半拍是二分之一秒;当规定速度为每分钟120拍时,每拍的时间是半秒,半拍就是四分之一秒,依此类推。
拍子的基本时值确定之后,各种时值的音符就与拍子联系在一起。
例如,当以四分音符为一拍时,一个全音符相当于四拍,一个二分音符相当于两拍,八分音符相当于半拍,十六分音符相当于四分之一拍;如果以八分音符做为一拍,则全音符相当于八拍,二分音符是四拍,四分音符是两拍,十六分音符是半拍[4]。
对于一拍的发音时间,如果乐曲没有特殊说明,一般来说,一拍大约为400~450ms。
对于计算机编程节拍码及节拍数如图2.1[5]所示:
图2.1节拍码及节拍数
3系统硬件设计
系统以AT89C51单片机为核心,加上外围电源时钟电路、LM386功放电路及扬声器电路组成。
Atmel公司的生产的AT89C51单片机是一种低功耗/1氐电压、高性能的8位单片机,内部除CPU外,还包括128字节RAM,4个8位并行I/O口,5个中断优先级,2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,片内集成4K字节可改变程序Flash存储器,具有低功耗,速度快,程序擦写方便等优点,完全满足本系统设计需要。
系统通过P3连接功放电路从而驱动扬声器产生电子声乐,P1口连接门铃按键。
3.1原理简介
总体设计方案本系统采用STC89C52作为系统核心,音乐是由音符组成.不同的音符是由相应频率的振动产生.产生不同的音频需要有不同固定周期的脉冲信号。
要产生音频林冲,只要算出某一音颉的周期T,将此周期T除2.即为毕周期的时间。
我们利用单片机的内部定时器TO,使其工作在计数器模式MODEl下.韧始化适当的计数值THO及TLO以计时这个半周期时间.每当计时时间到后就将输出脉冲的P1.0口反相.然后重复计时此半周期时间。
再对P1.0口反相.就可在单片机Pl.0引脚上得到此频率的脉冲。
P1.0引脚脉冲接LM386作音频功放,然后辅出到扬声器.从而发出美妙的乐音[6]。
通过音频功放电路,把信号输出到扬声器,播出美妙的音乐。
只要一按下按钮,就会有音乐播出,等一首歌播放完毕后,当再次按下按钮,就会播放下一首音乐,如此循环,知道再次出现第一首音乐为止。
本系统可以奏出三首不同旋律的歌曲。
为绘制此次电路图,采用DXP2004软件,ProtelDXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件,该软件能实现从概念设计,顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。
当前比较流行的Protel98、Protel99SE,就是它的前期版本。
ProtelDXP2004已不是单纯的PCB(印制电路板)设计工具,而是由多个模块组成的系统工具,分别是SCH(原理图)设计、SCH(原理图)仿真、PCB(印制电路板)设计、AutoRouter(自动布线器)和FPGA设计等,覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。
该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起,为电路设计提供了强大的支持。
与较早的版本――Protel99相比,ProtelDXP2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化,而且极大地强化了电路设计的同步化,同时整合了VHDL和FPGA设计系统,其功能大大加强了[7]。
此电子音乐门铃的电路设计方案如图3.1所示
图3.1PCB绘制电路图
3.2主电路设计
AT89C5l单片机简介:
单片机发展至今已有20余年的历史,形成了约50个系列400余种机型,设计者不可能对每一种芯片都熟悉,因此在选择芯片时切勿追赶时髦,使用从未接触过的芯片。
单片机控制系统的核心器件是单片机芯片,它提供的功能和资源对整个应用系统所需要的支持电路、接口硬件设计以及软件程序设计起着关键的作用。
ATMEL公司以E2PROM技术和Intel公司的80C31单片机核心技术交换,从而取得80C31核的使用权。
ATMEL公司把自身的优势,即先进的Flash技术和80C31核相结合,从而生产出Flsah单片机AT89C51系列[8]。
ATMEL89系列单片机具有下列优点:
内部含Flsah存储器,在系统开发过程中,可以十分容易进行程序的修改,大大缩短了系统的开发周期[9]。
同时,在系统工作过程中,能有效地保存一些数据信息,即使外界电源损坏也不影响到信息的保存;输出引脚和指令系统与80C51兼容用89系列单片机取代80C51时,可以直接进行代换;静态时钟方式,89系列单片机采用静态时钟方式,所以可以节省电能,这对降低产品的功耗十分有利;错误编程亦无废品产生错误编程之后仍可以重新编程,直到正确为止,故不存在废品;可进行反复系统试验到最优。
而且随用户的需要和发展,还可以修改,使系统不断适应用户的最新要求[13]。
ATMEL9系列单片机是以80C31核构成的,它和8051系列单片机是兼容的系列,故对于8051的用户来说,用ATMEL公司的89系列机进行取代8051的系统设计,是轻而易举的事[10]。
AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机,其输出引脚和指令系统都与MCS一51兼容,双列直插封装图如3.2[14]所示。
它具有下列主要功能:
图3.251芯片引脚图
其最小系统电路如图3.3所示:
图3.3最小系统电路
其最小系统实物电路如图3.4所示:
图3.4最小系统实物电路图
3.3音乐功放电路设计
LM386引脚图,特性及典型功放电路和芯片使用方法与自激啸叫防治措施介绍。
概述
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为使外围元件最少,电压增益内置为20。
但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200。
输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
其封装图如3.5所示:
图3.5LM386引脚图
特性
静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电,工作电压范围宽,4-12Vor5-18V,外围元件少,电压增益可调,20-200,低失真度。
LM386电源电压4--12V,音频功率0.5w。
LM386音响功放是由NSC制造的,它的电源电压范围非常宽,最高可使用到15V,消耗静态电流为4mA,当电源电压为12V时,在8欧姆的负载情况下,可提供几百mW的功率。
它的典型输入阻抗为50K。
路
如图3.6所示
图3.6功放电路图
焊接功放电路实物图如3.7所示
图3.7功放电路实物图
喇叭实物图如3.8所示
图3.8喇叭实物图
芯片使用方法与自激啸叫防治措施
LM386是电子产品和家庭业余制作中广泛使用的音频功率放大Ic。
其典型应用电路如图3.9所示。
在绝大多数场合或单独使用的情况下,LM386比较正常;但在和其它电路搭配之后,有可能产生自激和灵敏度降低等现象。
就该Ic的使用方法和自激啸叫的防治措施介绍如下。
图3.9典型应用电路
1、入信号过强引起的自激啸叫。
对于由于输入信号过强引起的啸叫,可在LM386第①、⑨脚之间加阻容网络,批量应用时,R的阻值可由实验决定,或将R代换为微调电位器w,若信号仍然过强,可将LM386第①、⑤脚悬空。
2、高频自激。
防高频自激电路原理如图3.10所示。
对高频自激引起的啸叫可在信号输入端与地之间接一只47oo#-o~.F的瓷片电容,在第⑥脚与地之间接一只l00470opF瓷片电容。
作单端输人时,闲置的输入端不要悬空而要接地。
3、低频自激。
对于低频自激引起的啸叫可试在输入端与地之间接一只6.8~22kn电阻,将第⑥脚的滤波电容增大到1000~F,在制作印制板时,/i~.M386尽量靠近电源输出端。
4、在使用其它品牌产品如jI386、lA386等时,有的IC会对高音频的灵敏度有影响。
可在其第⑦脚与地之间接一只0.1F瓷片电容,在第④、⑥脚间注:
不同于第⑥脚接地接一保0.1F瓷片电容[11]。
图3.10防高频自激电路原理图
4系统软件设计
本设计需要用到的软件都是大众一般使用的软件,具有方便简易快捷的优点,程序用C语言编程,也是编程的主流语言,方便日后修改与调试。
4.1软件介绍
本系统程序开发需要用到keil、STC-ISPV35软件以及郭天祥51开发板。
以下是关于keil和STC-ISP的简介。
现代
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 基于 51 单片机 低成本 音乐 门铃 设计
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)