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基于单片机的电子门铃音乐的设计毕业论文管理资料
学士学位论文
基于单片机的电子门铃音乐的设计
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
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摘要I
时钟电路的设计6
显示提示电路的设计8
本章小结24
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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“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“Pleasewaitforamoment!
”“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。
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：
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（）定时/计数器2的外部计数输入/时钟输出（见可编程输出）。
T2EX（）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（）串行输入口
TXD（）串行输出口
INT0（）外部中断0
INT1（）外部中断1
T0（）定时器0外部输入
T1（）定时器1外部输入
WR（）外部数据存储器写信号
RD（）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。
XTAL2：
晶体2反相振荡放大器输出[1]。
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，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，ALE﹑PSEN将输出高电平[2]。
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
PC
0000H
TMOD
00H
ACC
00H
TCON
00H
B
00H
TL0
00H
PSW
00H
TH0
00H
SP
07H
TL1
00H
DPTR
0000H
TH1
00H
P0—P3
0FFH
SCON
00H
IP
××000000B
SBUF
不定
IE
0×000000
PCON
0×××0000
本次设计复位电路，如图2-2所示
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。
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：
图2-3时钟电路的设计
~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30pH[3]。
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。
特殊功能寄存器
FFH
80H
数据缓冲区
7FH
30H
位寻址区128位
2FH
20H
工作寄存区4组R0-R7
1FH
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+，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，，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/，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。
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理特性，通过外加电压对显示区域进行控制，可以显示字符或图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，广泛用于便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等领域。
2.液晶显示器的分类液晶显示的分类方法很多，按显示方式可分为段式、字符式、点阵式等。
除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度、彩色显示等。
如果根据驱动方式，可以分为静态驱动（static）、单纯矩阵驱动（simpleMatrix）和主动矩阵驱动（ActiveMatrix）等三种[4]。
3.液晶显示器各种类型的显示原理
（1）线段的显示：
点阵图形式液晶由M*N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，则每行由16字节，共16*8=128个点组成。
屏上的64*l6个显示单元与显示RAM区1024个字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。
例如，屏的第一行的亮或暗，由R人M区的000H~00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFHF、（001H）=00H、（002H）=00H、（00EH）=00H、（00FH）=00H时，在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。
（2）字符的显示：
用LCD显示一个字符时，因为一个字符由6*8或8*8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“l”，其他的为”0”，（为“1”的点亮，为”0”的不亮），这样就组成了某个字符。
对于内带字符发器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，并在此处送上该字符对应的代码即可。
（3）汉字的显示：
汉字的显示一般采用图形方式。
事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码，每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……，直到32B显示完，就可以在LCD上得到一个完整汉字[5]。
2.3.2SMC1602芯片简介
字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵式LCD，目前常用的有16*1、16*2、20*2和40*2行等。
下面以1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法，实物如图2-8所示。
图2-81602实物图
1.1602LCD的引脚功能1602LCD采用标准14脚（无背光）或8脚（带背光）接口，各引脚功能如表2-3所示。
表2-31602LCD的引脚功能表
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
数据
3
VL
液晶显示偏压
11
D4
数据
4
RS
数据\命令选择
12
D5
数据
5
R/W
读/写选择
13
D6
数据
6
E
使能信号
14
D7
数据
7
D0
数据
15
BLA
背光源正极
8
D1
数据
16
BLK
背光源负极
VL为液晶显示器对比度调整端，接电源正极时对比度最弱，接地时对比度最高。
若对比度过高会产生“鬼影”，使用时可以通过一只10K电阻来调整对比度。
RS为寄存器选择端，RS为高电平时选择数据寄存器，为低电平时选择指令寄存器。
R/W为读写信号线，为高电平时进行读操作，为低电平时为写操作。
当Rs和R/W同为低电平时可以写人指令或者显示地址；当RS为低电平、R/W为高电平时可以读忙信号；当RS为高电平、R/W为低电平时可以写人数据。
E为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
D0~D7为8位双向数据线。
2.1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-4所示。
表2-41602液晶模块内部的控制器的11条控制指令
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
/
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
/
/
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
/
/
7
置字符发生存储器地址
0
0
0
1
字符发生存储器地址
8
置数据存储器地址
0
0
1
显示数据存储器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM
1
0
要写的数据内容
11
从CDRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。
指令1：
清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。
指令2：
光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：
光标和显示模式设置。
I/D：
光标移动方向，高电平右移，低电平左移。
S：
屏幕上所有文字是否左移或者右移，高电平表示有效，低电平则无效。
指令4：
显示开关控制。
D：
控制整体显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示；
C：
控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标；B：
控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：
光标或显示移位。
S/C：
高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。
指令6：
功能设置命令。
DL：
高电平时为4位总线，低电平时为8位总线；N：
低电平时为单行显示，高电平时双行显示；F：
低电平时显示5*7的点阵字符，高电平时显示5*10的点阵字符。
指令7：
字符发生器RAM地址设置。
指令8：
DDRAM地址设置。
指令9：
读忙信号和光标地址。
BF：
忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据；低电平表示不忙。
指令10：
写数据。
指令11：
读数据。
与SMC1602芯片的时序如表2-5所示。
表2-5基本时序表
读状态
输入
RS=L、R/W=H、E=H
输出
D0~D7=状态字
写指令
输入
RS=L、R/W=L、D0~D7=指令码，E=高脉冲
输出
无
读数据
输入
RS=H、R/W=H、E=H
输出
D0~D7=数据
写数据
输入
RS=H、R/W=L、D0~D7=数据，E=高脉冲
输出
无
2.3.3显示电路的设计
如图2-9所示，单片机AT89C51与芯片SMC1602的显示电路。
在本设计中，SMC1602芯片主要是显示主人所要传达给来访者的信息，当来访者按下门铃按钮时，芯片自动提取信息英文提示来访者，主人在/不在家的信息，并且告知来访者是否继续等待。
2.4语言提示电路的设计
2.4.1ISD芯片简介
单片机控制系统通常使用发光二极管LED、数码管、液晶显示器、蜂鸣器等进行状态/结果显示、故障报警。
近年来随着语音电路的迅速发展，语音芯片已经以其直观、生动、与单片机接口方便等优势，越来越广泛的应用于单片机控制系统中了。
ISD1420为美国ISD公司出品的优质单片语音录放电路，由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。
一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。
录音内容存入永久存储单元，提供零功率信息存储，这个独一无二的方法是借助于美国ISD公司的专利--直接模拟存储技术（DASTTM）实现的。
利用它，语音和音频信号被直接存储，以其原本的模拟形式进入EEPROM存储器。
直接模拟存储允许使用一种单片固体电路方法完成其原本语音的再现。
不仅语音质量优胜，而且断电语音保护。
在本设计中，ISD1420语音芯片主要承当提示的作用，主人在提示语录入芯片中，当来访者按下门铃按钮时，芯片自动提取信息提示来访者，主人在/不在家的信息。
下面详细介绍了ISD1420语音芯片与单片机的接口，给出了具体的电路图和驱动软件及芯片外围的驱动电路和具体参数[6]。
图2-9AT89C51与SMC1602的显示电路
2.4.2ISD1420芯片特点及引脚介绍
1.芯片特点及结构简图ISD1420芯片采用直接模拟存储技术，且录放音质极好，并有一定的混响效果；它的外围元件简单，仅需简单的阻、容元件即可组成简单的录、放电路；单电源供电，典型电压+5V。
待机时低功耗（），放音电流15mA；放音时间20s，可扩充级联；可持续放音，也可分段录放，最小分段：
205/160段=，可分段160段；录、放次数达10万次；断电信息存储，无需后备电池，信息可存储100年；不需要专用的编程器及语音开发器；高优先级录音，低电平或负边沿放音。
（1）使用方便的单片录放系统，外部元件最少
（2）重现优质原声，没有常见的背景噪音
（3）放音可由边沿或电平触发
（4）无耗电信息存储，省掉备用电池
（5）信息可保存100年，可反复录放10万次
（6）无需专用编程或开发系统
（7）较强的分段选址能力可处理多达160段信息
（8）具有自动节电模式
（9）录或放后立即进入维持状态，
（10）单一5伏电源供电
ISD1420功能块图如图2-10所示。
2.引脚介绍ISD142O芯片封装有DIP硬封装和COB软封装两种形式，均为28引脚（如图2-11）。
VCCA，VCCD（电源）——为了减小片内噪声，模拟电路和数字电路在ISD1400内部是分开的，这些电源总线在封装上也是分开的。
为了减小噪声，提高声音质量，这两个电源引脚应离电源尽可能的近，而且电源的去耦电容应离引脚越近越好。
VSSA，VSSD（地线）——与电源相类似，模拟电路和数字电路在芯片内部使用分离的地线以减小噪声。
这两个引脚的连接线应尽可能地靠近芯片；此外，地线应尽可能的粗。
REC（录音）——REC是低电平有效信号输入。
无论REC何时变低管子都开始录音，且在录音期间REC应始终保持低电平。
与回放输入信号（PLAYE或PLAYL）相比，REC有优先权，即在放音过程中，如果REC变低，则电路马上由放音过程转为录音过程，反之则不行。
当REC变高或存储空间变满时录音过程结束。
一个信息结束标记（EOM）会出现在录音截止的地方，这样就能保证以后的放音有正确的结束点。
PLAYE（回放，边缘触发）——当一个低电平跳变出现在这个引脚时，回放过程开始。
当遇到信息结束标记（EOM）或存储空间的末尾时，回放过程结束。
在回放过程中PLAYE变高并不能中断回放过程。
PLAYL（回放，电平触发）——当这个引脚的电平由高变低时，回放过程开始，回放过程持续到PLAYL由高变低或遇到E
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