基于单片机的电子门铃音乐的设计毕业论文.docx
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基于单片机的电子门铃音乐的设计毕业论文
基于单片机的电子门铃音乐的设计毕业论文
哈尔滨理工大学学士学位论文
学士学位论文
基于单片机的电子门铃音乐的设计
-I-
哈尔滨理工大学学士学位论文
摘要
随着时代的前进与发展,控制智能化,仪器小型化,功能微小化得到广泛关注。
在这些领域中,单片机得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,随着市场智能化楼宇的不断升温,门铃系统以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的发展方向。
本设计是介绍了由AT89C51单片机来构成电子音乐门铃系统的工作过程,本系统主要完成该电子门铃不仅具有普通电子门铃的功能,而且还具有一些扩展功能。
它的工作状态能够由用户自行设定等常规功能,并给来访者提供必要的语音和文字回应信息,此外。
这给人们的生活提供了很大的便利。
关键词单片机;电子门铃;液晶显示;语音录放
-II-
哈尔滨理工大学学士学位论文
摘要.......................................................................................................................I
第1章绪论........................................................................................................11.1课题背景...................................................................................................11.2本章小结...................................................................................................1第2章硬件电路设计........................................................................................32.1硬件最小系统设计...................................................................................32.1.1核心芯片AT89C51简介..................................................................32.1.2复位电路的设计................................................................................42.1.3时钟电路的设计................................................................................52.1.4存储器的分配....................................................................................62.2时钟电路的设计.......................................................................................62.2.1DS1302芯片简介...............................................................................6
2.2.2DS1302与单片机的硬件电路的设计...............................................7
2.3显示提示电路的设计...............................................................................82.3.1液晶显示原理....................................................................................82.3.2SMC1602芯片简介...........................................................................92.3.3显示电路的设计..............................................................................112.4语言提示电路的设计.............................................................................112.4.1ISD芯片简介...................................................................................112.4.2ISD1420芯片特点及引脚介绍.......................................................132.4.3分段录音和放音简介......................................................................152.4.4存储芯片AT24C02简介................................................................162.4.5ISD1420与单片机连接电路的设计...............................................172.5本章小结.................................................................................................18第3章元件设计部分......................................................................................193.1相应子程序设计.....................................................................................193.1.1按键扫描子程序设计......................................................................193.1.2门铃键子程序设计..........................................................................203.2录音和播放程序设计.............................................................................223.2.1RECORD键是录主人留言信息控制键..........................................223.2.2PIAY键是播放留言控制键.............................................................223.3本章小结.................................................................................................22第4章调试......................................................................................................23
-III-
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4.1硬件调试.................................................................................................234.2软件调试.................................................................................................234.3本章小结.................................................................................................24结论....................................................................................................................25致谢....................................................................................................................26参考文献............................................................................................................27附录A................................................................................................................28
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哈尔滨理工大学学士学位论文
第1章绪论
1.1课题背景
微型计算机的出现和大量使用将人类社会带入一个新的时代,单片微型计算机(简称单片机)在其中扮演着十分重要的角色。
虽然它没有常见的PC那样大的体积和重量,不会在办公桌和控制台上占据一个显要的位置,但它就像小小的螺丝钉一样,镶嵌在人们工作生活中需要计算、控制、测量等智能活动的各个角落。
由于单片机的控制功能强大、使用灵活、体积小、可靠性高、性价比高、用以产品化等特点,近年来在智能仪器仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电气等各个领域都得到了广泛的应用,对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的推动作用,对人们生活质量的提高产生了深刻的影响。
传统的门铃都是叮咚声,所具备的功能较少,也比较弱,而且结构很复杂。
根本不能满足这个飞速发展的社会的需要。
而现在主要是一种无绳电话可视门铃对讲系统,包括门口机和室内机,所述门口机与所述室内机相互连接,所述的门口机,包括摄像头及音频电路,所述室内机,包括连接到电话线的第一通讯模块;还包括与所述室内机无线连接的移动终端,所述室内机还包括控制模块、视频发射模块以及用于在第一通讯模块和视频发射模块间切换的电话开关模块,所述电话开关模块分别与控制模块和第一通讯模块连接,所述移动终端包括与第一通讯模块无线连接的第二通讯模块以及与所述视频发射模块无线连接的视频接收模块,其中所述第一通讯模块与第二通讯模块之间采用时分双工通讯。
本发明通过采用移动终端进行对讲和控制,使得可视门铃对讲可在任意位置进行同时具备无绳电话功能。
将来的门铃将会更智能化,更人性化,满足人类各种需要。
本设计主要是针对门铃系统在语音提示中文、LCD显示英文以及响铃(主要是各种不同的音乐)功能的实现。
1.2本章小结
本次设计的系统是属于单片机实现功能的典型应用,通用性很强,在人们日常生活中有着广泛的应用。
本系统以单片机89C51为核心,其硬件电路由单片机、时钟与复位电路、选择按键输入电路、存储电路、音频发生器、音频放大器、扬声器、LCD显示电路以及语音电路。
主要功能是当主人在家时,将开关打在
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“IN”,来访者来时按铃,语音提示:
“请稍后,马上就来开门”,LCD显示:
“Pleasewaitforamoment!
”并且音乐响起;当主人不在家时,将开关打在“OUT”,来访者来时按铃,语音提示:
“家里没人,请留言姓名,谢谢~”LCD显示:
“Pleasevisitmelater!
”。
此时不响音乐。
本设计主要由单片机AT89C51构成核心电路,由LM386构成音频放大,由1602LCD构成显示电路,由ISD1420构成语音录放电路。
系统带有选择按键控制功能,对主人是否在家提供主观上的选择,当主人在家,但不愿意别人的打扰,这时也可以将选择按键控制为“OUT”,这样大大不仅具有控制方便简单和灵活性大的特点,而且提高了人性化的特点,从而大大提高了产品的质量。
进行系统设计时应考虑如下问题:
1.由1602LCD构成的显示电路,将要显示两句话“Pleasewaitfora
moment!
”“Pleasevisitmelater!
”这两句话的程序原代码设计;
2.由ISD1420语音芯片构成语音提示电路中,录音和放音的过程。
3.硬件电路的连接实现过程。
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第2章硬件电路设计
2.1硬件最小系统设计
2.1.1核心芯片AT89C51简介
该设计所用主要芯片是AT89C51,现对各组成部分的情况介绍如下:
中央处理器,内部数据存储器,内部程序存储器,定时器,串行口,中断控制系统,以及时钟复位电路等等。
AT89C51芯片引脚图如图2-1所示,芯片引脚介绍:
P1.0VCC140ADP1.10)P0.0(392AD1P1.2P0.1()383AD2P1.3)P0.2(3743AD)P1.4P0.3(3654P1.5)P0.4(AD3565P1.6P0.5(AD)3476P1.7)P0.6(AD338)7RST/VPDP0.7AD(329(RXD)P3.0EA/VPP3110AT89C51(TXD)P3.1ALE/PROG3011(INTO)P3.2PSEN2912(INT1)P3.3P2.7(A15)2813(T0)P3.4P2.6(A14)2714)(T1P3.5P2.5(A13)2615(WR)P3.6P2.4(A12)2516(RD)P3.7P2.3(A11)2417XTAL2P2.2(A10)23181XTALP2.1(A9)2219VSSP2.0(A8)2120
图2-1AT89C51引脚图
P0口:
P0口是开漏双向口。
可以写为1,使其状态为悬浮用作高阻输入,P0也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节,在访问外部数据存储器时作数据总线。
此时通过内部强上拉输出1。
P1口:
P1口是带内部上拉的双向I/O口,向P1口写入1时P1口被
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内部上拉为高电平,可用作输入口,当作为输入脚时被外部拉低的P1口会因为内部上拉而输出电流。
P1口第2功能:
T2(P1.0)定时/计数器2的外部计数输入/时钟输出(见可编程输出)。
T2EX(P1.1)定时/计数器2重装载控制。
P2口:
P2口是带内部上拉的双向I/O口,向P2口写入1时P2口被内部上拉为高电平,可用作输入口,当作为输入脚时被外部拉低的P2口会因为内部上拉而输出电流(见DC电气特性)在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和16位地址(MOVX@DPTR)此时通过内部强上拉传送1,当使用8位寻址方式(MOV@RI)访问外部数据存储器时,P2口发送P2特殊功能寄存器的内容。
P3口:
P3口是带内部上拉的双向I/O口,向P3口写入1时P3口被内部上拉为高电平,可用作输入口,当作为输入脚时被外部拉低的P3口会因为内部上拉而输出电流(见DC电气特性)P3口还具有以下特殊功能。
RXD(P3.0)串行输入口
TXD(P3.1)串行输出口
INT0(P3.2)外部中断0
INT1(P3.3)外部中断1
T0(P3.4)定时器0外部输入
T1(P3.5)定时器1外部输入
WR(P3.6)外部数据存储器写信号
RD(P3.7)外部数据存储器读信号
ALE:
地址锁存使能。
在访问外部存储器时输出脉冲锁存地址的低字节,在正常情况ALE输出信号恒定为1/6振荡频率并可用作外部时钟或定时,注意每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略ALE可以通过置位SFR的auxlilary0禁止置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。
PSEN:
程序存储使能。
当执行外部程序存储器代码时,PSEN每个机器周期被激活两次,在访问外部数据存储器时PSEN无效访问内部程序存储器时PSEN无效。
EA:
当此脚为低电平时,对ROM的操作限定在外部程序存储器,而它为高电平时,则对ROM的读操作是从内部程序存储器开始,并可延续至外部程序存储器。
XTAL1:
晶体1反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。
[1]XTAL2:
晶体2反相振荡放大器输出。
2.1.2复位电路的设计
复位是单片机的初始化操作,其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为了摆脱困境,
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也需要按复位键以重新启动。
在振荡器工作时将RST脚保持至少两个机器周期高电平,12时钟模式为24个振荡器周期,6时钟模式为12振荡器周期,可实现复位。
为了保证上电复位的可靠RST保持高电平的时间至少为振荡器启动时间通常为几个毫秒再加上两个机器周期复位后振荡器以12时钟模式运行当已通过并行编程器设置为6时钟模式时除外。
单片机在RESET为高电平控制下,程序计数器(PC)和特殊功能寄存器的复位如表2,1所示。
单片机的复位并不影响芯片内部RAM状态,只要RESET引脚保持高电平,单片机将循环复位。
在复位有效期间内,
[2]ALE)PSEN将输出高电平。
表2-1复位后寄存器状态
寄存器复位状态寄存器复位状态
PC0000HTMOD00H
ACC00HTCON00H
B00HTL000H
PSW00HTH000H
SP07HTL100H
DPTR0000HTH100H
P0—P30FFHSCON00H
IP××000000BSBUF不定
IE0×000000PCON0×××0000
本次设计复位电路,如图2-2所示
VCC
RESET
20μF
RES
10kΩ
图2-2复位电路
2.1.3时钟电路的设计
时钟电路产生与单片机工作所需要的时钟信号,单片机本身就是一个复杂的同步时序电路,为了保证同步工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。
而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间的关系。
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在51芯片内部有一个高增益反向放大器,其输入端为芯片引脚XTAL1,输出端引脚为XTAL2,在芯片的外部通过这两个脚跨接晶体振荡器和微调电容,形成反馈电路,就构成一个稳定的自激振荡器。
如图2-3所示:
XTAL1
30pF
12MHZ
30pF
XTAL2
图2-3时钟电路的设计
内部程序存振荡晶体可在1.2MHz~12MHz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,CX1、CX2可在20pF~100pF之间取值,但在60pF~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
[3]30pH。
2.1.4存储器的分配
AT89C51的内部共有256个数据存储器单元,通常把着256个单元按其功能划分为两部分:
低128单元和高128单元。
其中内部数据存储器的分配情况如图2-4所示:
2.2时钟电路的设计
2.2.1DS1302芯片简介
在以单片机为核心构成的装置中,经常需要一个实时的时钟和日历,以便对一些实时发生事件记录时给予时标,实时时钟芯片便可起到这一作用,过去多用并行接口的时钟芯片,如MC146818,DS12887等。
它们已能完全满足单片机系统对实时时钟的要求,但是这些芯片与单片机接口复杂、占用地址,数据总线接线多、芯片体积大占用空间多,近年来串行接口的各种芯片在单片机系统中应用愈来愈多,串行接口的实时时钟芯片也出现了不少,DS1302是一个综合性能较好且价格便宜的串行接口实时时钟芯片。
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FFH
特殊功能寄存
器80H
7FH
数据缓冲区
30H
2FH
位寻址区128
位
20H
1FH
工作寄存区4
组R0-R7
10H
图2-4内部数据存储器
2.2.2DS1302与单片机的硬件电路的设计
DS1302与单片机的连接仅需要3条线,即SCLK、I/O、RST。
VCC2在单电源与电池供电的系统中提供低电源并能提供低功率的电池备份。
VCC2在双电源系统中提供电源,在这种运行方式下VCC1连接到备份电源,以便在没有主电源的情况下能保存时间信息以及数据。
DS1302由两者中的较大者供电。
当VCC2大于VCC1+0.2v时,VCC2给DS1302供电。
当VCC2小于在单片机系统中使用VCC1的时候,DSl302由VCC1供电。
在本设计中,以AT89C51为主器件,DS1302为从器件,RST接在主器件P3.2上,此引脚为高位的时候,选中该芯片,对其进行操作。
串行数据线I/O与串行时钟线SCLK分别接在P3.1和P3.0上,所有的单片机地址、命令及数据均通过这两条线传输。
在此设计中,主器件在总线上产生时钟脉冲,寻址信号,数据信号,而从器件则相应接受数据,送出数据。
对DS1302的每一次读写都需要16个时钟脉冲,前8个脉冲输入操作地址和读写命令。
电路图如图2-7所示。
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+5V+3.6V
VCC2VCC110pFP30X1SCLK32.768P31X2IOkHzP3210pFGNDR/S/T/
图2-7时钟芯片电路
2.3显示提示电路的设计
2.3.1液晶显示原理
1.液晶显示原理液晶显示器利用液晶的物
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