基于单片机的电子音乐门铃设计说明书.docx

1、基于单片机的电子音乐门铃设计说明书一、设计目的二、设计任务三、设计要求四、设计步骤（流程）五、设计原理六、设计内容6.1 硬件设计6.2单片机引脚说明6.3 主要电路设计6.3.1时钟电路6.3.2复位电路6.3.3功率放大电路6.4软件设计6.4.1音乐符设计6.4.2程序设计6.4.3程序流程图6.4.4仿真界面图6.5.5编程七、设计小结参考文献一、设计目的：1、动手焊接单片机硬件电路板，增进对单片机的感性认识，加深对单片机 理论方面的理解。2、了解单片机的内部功能模块的应用。3、了解和掌握单片机应用系统的硬件设计和制作过程、方法及实现。二、设计任务：1、了解单片机的组成结构，设计相关电

2、路原理图；2、根据原理图焊接硬件电路。3、实现所要求的功能。三、设计要求：1、要求理解单片机的组成结构；2、根据给出的主要芯片，设计相关电路原理图；3、焊接电路板，检测并调试。四、设计步骤（流程） ：1、根据电子音乐门铃原理设计相关电路图；2、焊接电路板；3、编写程序、检测并调试。五、设计原理：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。要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期 T（1f） ，然后将此周期 T 除以 2，即为半周期的时间。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 下初始化适当的计数值 THO 及

3、 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。例如设单片机晶振为 12MHz ，每计数一次用时 1s。我们要产生 f 低音 DO，其频率为 392Hz，周期 T=1 392=2551s，半周期时间为 1276s。因此计数器应 每计数 1276 次时将 P1.0 口反相， 即计数初值应设定为 （THxTLx）= 错误！未找到引用源。一 1276=64260，就 可得到低音 D0

4、。P3.5口作为控制门铃的按钮，每按一次，产生 的电子乐音就改变一次，按完 6次，再重复循环。 6首歌曲分别为生日快乐 、 两只老虎 、三只小猫、哈巴狗 、不倒翁 、妹妹背着洋娃娃 。六、设计内容：传统的电子音乐门铃通常采用分立元件或专用的音乐 IC 制作。本文介绍一 个用 AT89C51 单片机设计的电子音乐门铃， 仅需 AT89C51 单片机最小系统再加 一片 LM386 做音频小功放驱动扬声器发声。客人来访时，按一下按钮，门铃就 会奏出优美的电子音乐声； 再按一下， 门铃又会奏出下一首电子音乐声音 共可 以奏出六首不同旋律的歌曲。6、1 硬件设计电子音乐门铃设计系统以 AT89C51 单

5、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 公司生产的 AT89C51 单片机是一 种低功耗且电压性能高的 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， 2个16位可编程计数器， 片内集成 4k 字节可改变程序 FLASH ，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 P1.0 连接功放电路从而驱动扬声器产 生电子乐声， P3.5 口接门铃按键。电子音乐门铃的电路连接图如下图 1 所示：6.2 单片机引脚说明AT89C51 单片机是标准的 40 引脚

6、双列直插式集成电路芯片，引脚分布可如 下图 2 所示：3）P2口功能扩展外部存储器时，当作地址总线使用；作一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。4）P3口功能除了作为 I/O 口使用外（其内部有上拉电阻） ，还有一些特殊功能，由特殊 寄存器来设置。当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，若输入为低电平则可提供电流源， 所以如果 P0 口作为输入时，或处在高阻抗状态，只有外接一个上拉电阻才能有 效。5）ALE/PROG 地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0口的输出低 8 位地址送锁存器锁存起来， 以实现低位地址和数据的隔离。PROG为编程脉冲的输入端，在 AT89C51单片机内部

7、有一个 4kB 的程序存 储器（ ROM），ROM 的作用就是用来存放用户需要执行的程序。我们如何把编 写好的程序存入这个 ROM 中的呢？实际上是通过编程脉冲输入采能写进去， 而 这个脉冲的输入端口就是 PROG。6）PSEN外部程序存储器读选通信号在读外部 ROM 时PSEN低电平有效，以实现外部 ROM 单元的读操作： 内部 ROM 读取时， PSEN 不动作；外部 ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次；外部 RAM 读取时，两个 PSEN 脉冲被跳过不会输出；外接 ROM 时，与 ROM 的OE 脚相接。7）EA/VPP 访问程序存储器控制信号接高电平时： CPU 读取内部程序存储

8、器（ ROM）接低电平时： CPU 读取外部程序存储器（ ROM ）。8031 单片机内部是没有 ROM 的，因此在应用 8031 单片机时，这个脚时一直接低电平的。8）RST 复位信号当输入的信号连续 2 个机器周期以上高电平时即为有效， 用以完成单片机的 复位初始化操作，当复位后程序计数器 PC=0000H，即复位后将从程序存储器的 0000H 单元读取第一条指令码。9)XTAL1 和 XTAL2外接晶振引脚。 当使用芯片内部时钟时， 此二引脚用于外接石英晶体和微调 电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。10)VCC电源+5V 输入11)GND接地6.3 主要电路设计AT89C5

9、1 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的系统简 单、可靠。本设计利用单片机芯片构成应用系统时， 主要是将单片机街上时钟电 路和复位电路。其应用特点：有可供用户使用的大量 I/O 线内部存储器容量有限应用系统开发具有特殊性6.3.1时钟电路AT89C51虽然有内部振荡电路， 但要形成时钟，必须外部附加电路。 AT89C51 单片机的时钟产生方法有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用最常用的内部时钟方式， 即用外接晶体和电容组成的并联谐振回 路。震荡晶体可在 1.2MHZ 到 12MHZ 之间选择。电容值无严格要求，单电容取 值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路

10、起振速度有少许影响， CX1 、CX2可在 20pF到100pF之间取值，但在 60pF到70pF时振荡器有较高的频率稳定性。 所以本设计中，震荡晶体频率选择 12MHZ ，电容选择 20pF。在设计印刷电路板时， 晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装， 以减少寄 生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠工作。6.3.2复位电路AT89C51的复位是由外部的复位电路来实现的。 复位引脚 RST 通过一个施 密特触发器来抑制噪声。在每个机器周期的 S5P2，施密特触发器的输出电平由 复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自

11、动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充 电来实现的。只要 VCC 的上升时间不超过 1ms，就可以实现自动上电复位。时 钟频率采用 12MHZ 时 C 取 10F，R 取 1k。本设计就是用上电复位。复位时，ALE 和PSEN成输入状态，片内 RAM 不受复位影响；复位后，PC 指向 0000H，单片机从起始地址 0000H 开始执行程序。所以单片机运行出错或 进入死循环，可按复位键重新启动。在次单片机中，没有完全使用这些默认值， 而是通过在程序中对单片机进行初始化。复位电路采用的是简单的上电复位电路，此电路要求要保证在 RESET 引脚 上提供 10 毫秒以上稳定的高电压。这种上

12、电复位利用电容器充电来实现。当加 电时，电容C充电，电路有电路流过，构成回路，在电阻 R上产生压降， RESET 引脚为高电平； 当电容 C充满电后，电路相当于断开， RESET 的电位与地相同， 复位结束。 复位时间与充电的时间有关， 充电时间越长复位时间越长， 增大电容 或增大电阻都可以增加复位时间。6.3.3功率放大电路LM386 是音频功率放大器。输入端以地位参考，同时输出端以地位参考， 被自动偏置到电源电压的一半，在 5V 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。 本实验采用 LM386 的封装形式 8 引线 双列直插式。6.4 软件设计

13、6.4.1音乐符设计首先建立音乐， 把音乐的音符找出。 建立各个音符的定时常数 T 值表，编写 程序时我们把 T 值表按顺序建立在“ TABLE”栏。每个发音符使用一个字节，字 节的位（简谱码）代表音符的节拍。 如果 1拍为 0.4 秒，4分之一秒就是 0.4 秒。 只要设定延时时间就求得节拍的时间。假设 4 分之一为 1DELAY，则一拍应为 4DELAY，依次类推。 所以只要求出 4 分之一的 DELAY时间。 其余的节拍就是它的 倍数。 4 分之一拍的延时在此我们设为 125ms，节拍码如表：表 1 音符对应的简谱码、频率、定时常数音符简谱码频率（ Hz）定时常数（ T）低低低中中中中中

14、中中高高高高高不发音表 节拍码及节拍数节拍码节拍数拍拍拍拍又拍又拍拍又拍拍又拍6.4.2 程序设计：本系统采用 MCS-51 汇编语言编程。软件程序由主程序、定时器 TO 中断服 务程序和延时子程序组成。系统初始化后，系统扫描按键 （P3.5口的电平 ）判断是 否有键按下， 有键按下时， 根据按下键的次数， 向音频字符码指针赋以不同歌曲 的地址，通过定时器 TO 中断子程序使 P1.0 口输出相应频率的音频脉冲，以达 到发声目的。主程序流程图如图 3 所示。6.4.3程序流程图如下图 3 所示：图 3 程序流程图6.4.4仿真界面图 仿真界面图如下图 4：图 4 仿真界面6.4.5编程如下：J

15、NZCLRJMPSINGTR0D1；是否为 0，是 0则不发音SING：DECA；因 0不列入MOV22H，A；存入（ 22H ）RLA；乘 2MOVDPTR， #TABLEMOVCA，A+DPTR；至 TABLE 取码，取 T的值MOVTH0，A；取到的高位字节才存入 TH0MOV21H，A；取到的高位字节存入（ 21H ）MOVA，22H；在载入取到的音符码RLA；乘 2INCA；加 1MOVCA，A+DPTR；至TABLE 取相对的低位字节计数值MOVTL0 ， A；取到的低位字节存入 TL0MOV20H，A；取到的低位字节存入（ 21H ）SETBTR0；启动 TIMER0D1：CAL

16、LDELAYINC30H；取简谱码指针加 1JMPNEXTEND0：CLRTR0；停止计数器MOVA，31H；载入计数器指针XRLA，#00H；是否按第 1次JNZEND1；不是则跳至 END1JBP3.4， $；按第 2次？CALLDELAY1；消除抖动JNBP3.4， $；放开否？INC31H；计次地址（ 31H ）加 1MOV30H， #LOW SONG1；第 2首歌指针JMPNEXTEND1：MOVA，31H；载入计数器指针XRLA，#01H；是否按第 2次JNZEND2；不是则跳至 END2JBP3.4， $；按第 3次？CALLDELAY1；消除抖动JNBP3.4， $；放开否？I

17、NC31H；计次地址（ 31H ）加 1MOV30H， #LOW SONG2；第 3首歌指针JMPNEXTEND2：MOVA，31H；载入计数器指针XRLA，#02H；是否按第 3次JNZEND3；不是则跳至 END3JB CALL JNB INC MOV JMPP3.4， $DELAY1P3.4， $31H；按第 4次？；消除抖动；放开否？；计次地址（ 31H ）加 1；第 4首歌指针30H， #LOWNEXTSONG3END3：MOVA，31H；载入计数器指针XRLA，#03H；是否按第 4次JNZEND4；不是则跳至 END4JBP3.4， $；按第 5次？CALLDELAY1；消除抖动

18、JNBP3.4， $；放开否？INC31H；计次地址（ 31H ）加 1MOV30H， #LOWSONG4；第 5首歌指针JMPNEXTEND4：MOVA，31H；载入计数器指针XRLA，#04H；是否按第 5次JNZEND5；不是则跳至 END5JBP3.4， $；按第 6次？CALLDELAY1；消除抖动JNBP3.4， $；放开否？INC31H；计次地址（ 31H ）加 1MOV30H， #LOWSONG5；第 6首歌指针JMPNEXTEND5：JMPSTART；回到第 1次位置TIM0 ：PUSHACC；将 A 的值暂存于堆栈PUSHPSW；将 PSW的值暂存于堆栈SETBRS0；设工

19、作寄存器库 1，RS0=1， RS1=0CLRRS1MOVTL0，20H；重设计数值MOVTH0 ，21HCPLP1.0；将 P1.0位反相POPPSW；至堆栈取回 PSW 的值POPACC；至堆栈取回 A 的值RETI；返回主程序DELAY：MOVR7， #02；延时 125毫秒D2：MOVR4， #125D3：MOVR3， #248DJNZR3，$DJNZR4，D3DJNZR7，D2DJNZR5，DELARETDELAY1：MOVR4，#20D4：MOVR3，#248DJNZR3，$DJNZR4，D4RETORG300H；决定节拍；定时常数 T 值表TABLE ：DW64260，64400

20、，64524，64580DW64684，64777，64820，64898DW64968，65030，65058，65110DW65157，65178，65217；音符节拍码数据表SONG ： ；生日快乐；1DB82H， 01H，81H，94H，84HDB0B4H， 0A4H ，04HDB82H， 01H，81H，94H，84HDB0C4H，0B4H ，04H；2DB82H，01H，81H，0F4H， 0D4HDB0B4H， 0A4H ，94HDB0E2H，01H，0E1H，0D4H，0B4HDB0C4H，0B4H ，04HDB00HSONG1 ： ；两只老虎 ；1DB44H，54H，64H，

21、44HDB44H，54H，64H，44HDB64H，74H，88HDB64H，74H，88H；2DB82H，92H，82H，72H，64H，44HDB82H，92H，82H，72H，64H，44HDB44H，84H，48HDB44H，14H，48HDB 00HSONG2 ： ；三只小猫；1DB 62H， 82H，82H，62H，98HDB92H，0B2H，0B2H，82H，98HDB62H，82H，82H，52H，68HDB92H，0B2H，0B2H，82H，98H；2DB62H，82H，82H，62H，92H，92H，94HDB92H，0B2H，0B2H，92H，84H， 94HDB0B8H

22、，0B4H ，04HDB00H；1DB42H，42H，42H，52H，64H，04HDB62H，62H，62H，72H，84H，04HDB92H，92H，82H，72H，64H，04HDB82H，82H，52H，62H，44H，04H；2DB42H，42H，42H，52H，64H，04HDB62H，62H，62H，72H，84H，04HDB92H，92H，82H，72H，64H，04HDB82H，82H，52H，62H，44H，04HDB00H；1；不倒翁；1DB84H，94H，88HDB64H，54H，68HDB84H，64H，54H，44HDB62H，82H，42H，62H，58H；2DB

23、84H，94H，88HDB64H，54H，68HDB84H，64H，54H，44HDB52H，42H，52H，62H，48HDB00H；1；妹妹背着洋娃娃；1DB84H，02H，82H，64H，54HDB64H，54H，48HDB64H，02H，52H，44H，24HDB14H，24H，18H；2DB24H，02H，22H，42H，24HDB44H，54H，68HDB54H，02H，52H，84H，84HDB54H，64H，48HSONG4SONG5；哈巴狗SONG3DB 00HEND七、设计小结：通过 3 个星期的实习， 我懂得了很多。 学会了常用的单片机控制音乐门铃的 用法。将所学到的理论

24、知识应用于实际， 使所学的知识得到进一步巩固， 使这些 知识得到提高，初步培养了单片机设计的独立设计， 为今后的工作打下良好基础， 树立正确的设计思路。在这次设计过程中遇到很多问题， 通过老师的指导和帮助， 我们克服了这些 困难解决了问题， 提高了解决问题的能力。 在这次设计中， 我们要学会亲自去尝 试，不要害怕失败。这次实习， 使我们有了团队合作， 培养了我们的团队合作精神。 通过团队相 互讨论，很多问题都迎刃而解了。通过团队合作，使我们认识到：一个人的能力 是有限的，只有相互合作，相互学习才能把事情做得更好。最后，这次实习是我认识到：我们现在的知识还是薄弱，基础还不够扎实。 今后我们要更加

25、努力学习专业知识， 只有扎扎实实打好基础， 才能在社会的竞争 中处于不败之地。今后我们要努力改正自己的不足，发扬自己的优点。参考文献：【1】 李珍. 单片机原理与应用技术 M . 北京：清华大学出版社， 2003年.【2】 孙函芳. MCS-51/96 单片机原理及应用 M .北京： 北京航空航天大学出 版社 , 1994 年.【3】 刘进峰 .电子制作实训M .湖北：中国劳动社会保障出版社 2006年【4】 张靖武 .单片机原理、应用与 PROTEUS 仿真 M . 北京：电子工业出版 社 ，2007 年.【5】陈明莹 . 8051单片机课程设计实训教材 M . 北京： 清华大学出版社 , 2003年.【6】王昊等 .通用电子元器件的选用与检测 M . 北京：电子工业出版社 ,1996.【7】张毅刚等 . 单片机原理与应用设计 M .北京：电子工业出版社 ,2005.