基于单片机的电子音乐门铃的设计.docx
《基于单片机的电子音乐门铃的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的电子音乐门铃的设计.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于单片机的电子音乐门铃的设计
本科毕业设计（论文）
题目基于单片机的电子音乐门铃的设计
姓名
专业
学号
指导教师
二○一五年五月
基于单片机的电子音乐门铃的设计
摘要
随着无线电技术微型电子技术的高速发展，电子门铃到现在的音乐门铃，对讲门铃、可视门铃等，其发展速度不断的提高。
针对现在世界范围内经济严峻形式和我国经济发展面临新的不确定性因素，能否根据快速变化的外部经济环境来调整企业发展规划和经营方针，已经成为我国音乐门铃企业面前亟待解决的问题。
无线电子音乐门铃的发展需要我们不断的进行研究、不断创新，向着产品信息化、数字化、智能化方向发展。
随着人们生活水平的大幅度的不断提高，人们对自己居住环境的方便、安全提出了愈来愈高的要求，特别是家居住宅的智能化方面，人们迫切需要一种不只是使用方便、安全可靠等多方面优点于一体的智能电子音乐门铃产品，所以智能化电子音乐门铃系统的设计成为本课题研究的目标。
本文介绍了一种新式的无线电子音乐门铃，此设计采用具有编码功能的无线模块，结合单片机采用中断的方式来产生无线电方波。
为电子音乐门铃两个模块之间免去连接导线、安装方便的新式电子高音质门铃。
此门铃具有电路体积小，遥控距离远，抗干扰能力强，电路简单可靠，低功耗等优点，接收电路连同主控机扬声器于一体，可以轻松放置在室内有220V交流电源的地方，此设计也能够用电池供电，更加方便灵活！
而且还可以播放几首不同的音乐，能够满足不同人对生活的不同需求，而且具有广阔的发展前景。
本设计采用AT89C51单片机作为主控制芯片，外部有三极管驱动播放设备，来实现优美音乐的播放的驱动，无线电模块实现无线的连接，在现实应用中更易安装，是家居首选，功耗低，遥控距离远，性能稳定等特点。
关键词：
无线遥控；音乐门铃；单片机
DESIGNOFELECTRONICMUSICDOORBELL
BASEDONCHIP
Abstract
Withthedevelopmentofmicroelectronictechnology,wirelesstechnology,bythebuttondoorbellbegantovisualdoorbell,nowtheintelligentdigitaldoorbell,soaringdevelopmentspeed.InviewofthecurrentworldwideeconomicsevereformandoperationofChina'seconomyisfacingnewuncertainties,accordingtotherapidlychangingexternaleconomicenvironment,adjustenterprisedevelopmentplanningandmanagementpolicy,hasbecomeanurgentinfrontofwirelessmusicdoorbellenterprisesofChina'sproblems.Inthesituationoftheglobalfinancialcrisis,wecontinuetoresearch,innovationrequiresthedevelopmentofwirelessremotecontroldoorbellenterprise,towardtheproductintelligent,digital,information-baseddirectiondevelopment.Withtherapiddevelopmentofmicroelectronictechnology,wirelesstechnologyandthenetworktechnologyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,putforwardhigherrequestpeopletosafety,convenientlivingenvironment,especiallyintheintelligentresidential,peopleurgentlyneedanotonlysafeandreliable,easytouseandotheradvantagesofintelligentdoorbelltheproduct,sothedesignofwirelessremotecontrolmusicdoorbellsystemhasbecometheaimoftheproject.
Thispaperintroducesanewtypeofwirelessremotecontrolmusicdoorbell,itadoptssuperregenerationwirelessmodulewithencodingfunction,combinedwithSCMinterruptgenerationFangBo,becomeasound,thedoorbellbuttonandthesoundsourcefromthenewremoteconnection,convenientinstallationandhighqualitydoorbell.Thisbellhastheadvantagesoflowpowerconsumption,simpleandreliablecircuit,stronganti-interferenceability,longdistanceremotecontrol,hastheadvantagesofsmallvolume,thecircuit,receivingcircuitandthemaincontrolmachinehornisequaltoone,canbeplacedona220VACpowersupplyinindoorplaces,thisdesigncanalsobepoweredbybatteries,moreconvenient!
Canalsotransformthedoorbellmusic,makeapleasantvoice,tomeetdifferentneedsoflife,withbroadprospectsfordevelopment.
ThisdesignusesAT89C51microcontrollerasthemaincontroller,externalandtransistordriveplaybackdevice,soastorealizethehardwarecircuitofmusicplayback,wirelessmoduletorealizewirelesslinks,moreeasytoinstallinthepracticalapplication,isthepreferredhomefurnishing,stableperformance,longdistanceremotecontrol,lowpower.
KeyWords:
Wirelessremote;musicdoorbell;chip
前言
随着时代的发展和进步，智能控制、小型化仪器、低功耗的仪器得到广泛关注。
在这些领域中，单片机起到了至关重要的作用，这就把单片机的应用提升到首要的地位，单片机应用系统设计就成为新的技术热点[11-12]。
同时伴随着人们生活水平的不断提高，人们对智能家居的要求逐渐增高，因为电子音乐门铃具有悦耳动听的铃声，所以在客人拜访时按动门铃，则播放的是优美的流行音乐等个性化的电子声乐。
而不再是单调的提示音，使客人在等待时放松一下。
而且电子音乐门铃的价格低廉，能耗小，在现代家居中越来越受到人们的青睐，能够进一步满足人们对生活享受的要求[5]。
随着我国经济的不断发展，大力推进智能社区的建设更加符合现代化发展的中国国情，一方面能够节省资源，另一方面对于加强城市规划和管理也有很大的好处。
作为一个通信类的学习者，设计的东西应该与通信有关，因此我设计的电子音乐门铃有无线通信模块。
1电子音乐门铃的总体设计
1.1电子音乐门铃的设计的任务与要求
由于电子音乐门铃具有悦耳动听的铃声，在有人拜访时按动门铃，则播放优美的音乐而不再是单调的提示音，使客人在等待时放松一下。
而且电子音乐门铃的价格低廉，能耗小，在现代家居中越来越受到人们的青睐。
本设计主要有单片机、扬声器和手动按钮开关等组成。
通过触动门铃开关循环播放音乐，提示主人有客人到访。
其功能主要有：
（1）、采用无线电进行遥控，能够达到十米的遥控距离；
（2）、门铃按键开关按下时，音乐会响起；
（3）、有可以随时关闭音乐门铃的复位按键；
（4）、电子音乐门铃的音乐至少存3首歌曲，并且可以通过程序来更改音乐；
（5）、单片机采用电池或变压器进行供电，是电路正常工作；
（6）、无线电发射器采用电池进行供电。
1.2总体设计思路
本设计主要由单片机、315无线发射模块、2262芯片、2272-M4芯片、扬声器、三极管和天线等组成，以AT89C51单片机芯片为核心，利用315M发射、接收模块来实现无线控制，音乐门铃开关按键每按动一次就会播放不同的音乐。
第一，开关的设计。
本设计有三个开关，分别为门铃开关，复位开关及自锁开关。
门铃开关每按动一下就会播放不同的音乐；复位开关是按下复位开关则电路回到初始状态；自锁开关是按下自锁开关后关闭整个电路，使其与电源断开，其体现了节能环保，因为当我们出远门或者上班时，家里没有人时我们就可以按下自锁开关。
第二，音乐的设计。
本设计总共有五首流行的音乐，采用编程的方法来实现，如果我们不喜欢这几首音乐，我们可以通过修改程序来实现。
第三，无线模块的设计。
我们采用315M发射、接受模块来实现。
采用此模块的好处是无线距离能达到几十米远，而且具有很强的穿透能力。
2硬件电路的设计
2.1电路总体框图
本设计采用AT89C51单片机作为主控制芯片，外部有按键开关电路，无线电模块，播放器电路，晶振电路，复位电路和电源电路构成。
电路总体框图如图2.1所示。
图2.1电路总体框图
2.2主控电路的设计
主控制电路的设计是以AT89C51为中央处理系统，单片机也被称作微型计算机，它包含CPU、RAM、ROM、定时/计数器、中断系统、时钟和I/O接口[15-20]。
因为单片机拥有体积小、价钱低、可靠性高、开发应用方便等优点，因此在当代电子技术方面和工业方面应用广泛，在电子产品中单片机的应用也很多，也是最活跃的领域之一。
在控制领域中，人们更加注意到单片机的成本低、体积小、运行的可靠性，以及灵活性和操作便利的特点[8]。
在各种电子仪器、仪表中使用单片机，可以使仪器仪表更加智能化，并且也可以使测试的自动化程度和精确度提高，使电子仪器仪表的硬件结构简化，同时也能够提高其性能价格比。
而我们采用的AT89C51单片机，片内含可反复擦写的只读程序存储器4Kbytes和随机存储数据128bytes，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，能够为我们提供很多高性价比的应用场所，在各种控制领域都可以灵活应用[22-26]。
（一）AT89C51主要性能参数如下：
（1）、可重擦写Flash闪速存储器4K字节，擦写周期1000次；
（2）、与MCS-51产品指令系统完全兼容；
（3）、全静态操作：
0Hz-24MHz，三级加密程序存储器；
（4）、128*8字节内部RAM，32个可编程I/O口线；
（5）、2个16位定时/计数器，6个中断源；
（6）、可编程串行UART通道，低功耗空闲和掉电模式；
（7）、工作电压：
3.8-5.5V；
（二）功能特性概述：
AT89C51提供以下的标准功能：
Flash闪速存储器4K字节，内部RAM128字节，I/O口线32个，16位定时/计数器两个，5向量两级中断结构一个，全双工串行通信口一个，片内振荡器及时钟电路[13-14]。
同时，AT89C51可降至0Hz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，但是允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
而且掉电方式保存RAM中的内容，但是振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
（三）引脚功能说明：
（1）、Vcc：
电源电压端口；
（2）、GND：
接地端口；
（3）、I/O端口；
①P0口：
P0口是一组8位漏极开路的标准双向I/O端口，P0口有两个功能：
一个是通用输入输出端口，另一个是作数据分时复用/地址总线。
因而在P0口的电路中有一个多路转接电路（MUX）。
在单片机内部控制信号的作用下，多路转接电路可以分别接通锁存器输出或地址/数据线。
值得注意的是，当P0口作为一般的I/O口操作时，必须外接上拉电阻（10KΩ）才能有高电平输出，这时P0口做通用I/O口时与其他3个I/O口不同之处[8]。
AT89C51单片机的P0口在没扩展外部存储器时，能够作为通用I/O口使用。
但是在有扩展外部存储器时，只能作地址/数据线。
实际中P0口作为常用的单片机系统的地址/数据线使用[10]。
②P1口：
P1口是一个准双向I/O口，他是一个单纯的输入输出口，没有复用功能。
P1口通常是作为通用的I/O口来使用的，在4个I/O口中，它的功能是比较单一的，只能做输入输出用。
电路的内部带有上拉电阻，与场效应管（FET）共同组成输出驱动电路[8]。
于是，P1端口作为输出端口使用时，能够向外提供推拉电流负载，不需要外接上拉电阻。
当P1端口作为输入端口使用时，同样也须先向其锁存器输出高电平，使输出驱动电路的场效应管VT截止[10]。
③P2口：
P2端口有两种用途：
通用I/O端口、或八位地址总线。
相同的是P2口电路也有一个多路转接电路MUX[8]。
不同的是P2口作为地址总线时，功能比P0口要简单一些，仅提供地址高八位。
能够作为通用I/O口来用，这时候多路转接电路开关倒向锁存器Q端，其功能与P1、P0口相同[10]。
④P3口：
P3口具有双重功能，默认的是第一功能（通用I/O端口），通过编程可以设定为第二功能。
P3口用于通用I/O功能时，第二功能输出端为高电平，保持与非门开通状态，维持从锁存器到输出通路的畅通。
P3口的每一位均可单独地定义为第一功能I/O口或第二功能来用[8]。
P3口的第二功能涉及控制总线控制信号、定时器、串行口、外部中断。
P3口的特点是为了适应引脚信号第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑[10]。
P3口第二功能如下表2-1。
（4）、RST：
复位输入；
（5）、ALE：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节；
（6）、EA：
外部访问允许；
（7）、/PSEN：
程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号；
（8）、XTAL1：
振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端；
（9）、XTAL1：
振荡器反相放大器的输出端。
表2.1P3口的第二功能
P3口引脚
第二功能
功能说明
用途
P3.0口
RXD
串行输入
串并口转换、通信
P3.1口
TXD
串行输出
同上
P3.2口
/INT0
外部中断0输入
中断控制
P3.3口
/INT1
外部中断1输入
中断控制
P3.4口
T0
定时计数器0外部输入
定时、外部计数
P3.5口
T1
定时计数器1外部输入
同上
P3.6口
/WR
外部数据存储器写信号
控制总线（输出）
P3.7口
/RD
外部数据存储器读信号
控制总线（输入）
2.3发射电路
因为无线电信号容易受到外界环境的干扰，所以从系统的可靠性方面来讲，发射的控制信号采用编码的方式来发送，而且在同一个区域内要使多个系统能同时工作而且互不影响，所以无线电信号的编码我们用SC2262集成电路来完成，此电路具有4位数据信号和8位地址信号，采用不同的数据与地址的组合，能够编制上万种编码，完全能够满足同一个区域内互不影响。
发射芯片地址编码输入有高电平“1”、低电平“0”和“开路”三种状态，数据输入有高电平“1”低电平“0”两种状态。
由各数据、地址的不同接脚状态来决定，编码从输出端口Dout输出，通过红外发射管发射出去。
输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻选择在430k—820k之间。
SC2262-IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，它是一种CMOS工艺制造的低价位低功耗通用编码电路，SC2262-IR最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（接低电平，悬空，接高电平），任意组合可一提供531441地址码，SC2262-IR最多可有6位（D0-D5）数据端管脚，设定的数据码和地址码从17脚串行输出，能够用于遥控发射电路。
编码芯片SC2262-IR发出的编码信号由：
同步码、地址码、数据码组成一个完整的码字，如果有按键按下时，则SC2262-IR得电工作，其第17引脚输出经调制的串行数据信号。
SC2262-IR特点：
低功耗，RC振荡电阻，外部元器件少，CMOS工艺制造，工作电压范围：
2.6～15v，数据最多可以达到6位，地址码最多可达531441种。
应用范围：
家庭防盗系统、遥控玩具、车辆防盗系统、其他电器遥控。
图2.2为2262引脚图，表2.2为引脚介绍。
图2.22262引脚图
表2.2引脚介绍
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”，“1”，“f”（悬空）。
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉。
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效。
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率。
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端。
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
2.4接收电路
接收电路的无线接收与解调部分采用现成的高频接收模块，可以使设计工作简化，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：
当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315M的高频信号，使模块输出为高电平，当发射部分发送的是低电平时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为高电平，这样就完成了无线电信号的传输。
经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路SC2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。
SC2272就担任此解码任务。
SC2262和SC2272是一对专用编、解码集成电路，当接收部分SC2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在SC2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。
SC2272的暂存功能是指当发射信号消失时，SC2272的对应数据输出位即变为低电平。
而锁存功能是指，当发射信号消失时，SC2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。
为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入SC2272的信号幅度足够大。
SC2272各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。
电路图如图2.3所示。
图2.3数据解码与接收电路
2.5扬声器驱动电路
本扬声器驱动电路是由三极管和电阻驱动组成，三极管具有放大的功能。
三极管将信号放大然后输入到扬声器，这样几乎没有任何干扰，音响效果比较好。
播放电路如图2.4所示。
图2.4播放模块电路
2.6时钟电路
AT89C51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：
一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。
内部时钟方式如图2-5所示。
在AT89C51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1（18）和XTAL2（19）引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号[15-20]。
图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值为30pF。
晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。
图2.5时钟电路
2.7复位电路
当AT89C51单片机的RST引脚引入“1”即为高电平时，而且保持两个机器周期的时候，单片机内部就执行复位操作。
如果该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态。
复位电路通常采用按钮复位和上电自动复位这两种方式。
最简单的复位电路是上电自动复位电路，上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来完成的。
只须电源的上升时间不超过1毫秒，就可以完成自动上电复位。
除了简单的上电复位电路外，有的时候我们还需要按键手动复位。
此设计我就是采用的就是手动按键复位。
手动按键复位有脉冲方式和电平方式这两种。
其中电平复位是通过RST端与电源接通来完成的[15-20]。
手动按键复位电路见图2.6。
时钟频率用11.0592MHZ时电容取10uF，电阻用10kΩ。
图2.6按键复位电路
3系统软件的设计
3.1系统总体程序流程图
本系统软件设计采用C语言进行编程，因为C语言具有更好的可移植性，再加上编写所占用的行数比较少，而且比较方便。
系统程序设计流程图如图3.1所示。
图3.1系统程序设计流程图
3.2单片机发声设计
一般来说，单片机不能够像其他专业乐器那样奏出多种优美的旋律，即不包括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。
所以单片机演奏的音乐比较简单，只需能知道“音调”和“节拍”两个概念便可。
节拍表示一个音符唱多长的时间而音调表示一个音符唱多高的频率。
一个音符的频率知道之后，就可以使单片机发出对应频率的振荡信号，从而发生相应的音符声响。
通过单片机定时器进行定时中断，在中断服务程序中将单片机上完结单片机输入输出口来回置“1”（高电平）或者“0”（低电平）的，来使扬声器发出声响。
经过节拍计算出每一个音符需要的时间，选用循环延时的方式来实现控制一个音符唱多长的时间，以便形成一首完整的优美乐曲。
下面介绍一下音调和节拍。
（1）、音调
声调（音调）是由声音的频率来决定的。
对于一定强度的纯音，声调随频率的起落而起落；对与一定频率的纯音、低频率的纯音的声调随声响不断的增加而不断的下降，高频率纯音的声调却随声响的不断增加而不断的上升。
声调的高低与发声体的构造也有关系，由于发声体的结构对声音的频率也有影响。
一般来说，2kHz以下的低频率的纯音的声调随响度的不断增加而不断下降，3kHz以上高频率的纯音声调随响度的不断增加而不断上升。
在音乐中每个不同的且相邻的音符之间正好相差一个倍频程，在音乐学中我们
升级会员 