单片机音乐门铃设计.doc

毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 论文题目：论文题目： 电子音乐门铃的设计与制作电子音乐门铃的设计与制作 所属系部：所属系部： 电子工程系电子工程系 指导教师指导教师： 职职 称称： 助 教 学生姓名学生姓名 ： 学学 号号: : 专专 业：业： 应用电子应用电子 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 题目：电子音乐门铃的设计与制作题目：电子音乐门铃的设计与制作 任务与要求：任务与要求： 1.1.了解单片机的编程了解单片机的编程. .电路的分析方法以及系统控制原理电路的分析方法以及系统控制原理 2.2. 电子音乐门铃的电路图设计。电子音乐门铃的电路图设计。 3 3 电子音乐门铃控制程序的编写。电子音乐门铃控制程序的编写。 4 电子音乐门铃的制作。电子音乐门铃的制作。 课课 程程 设设 计（实训）计（实训）成绩评定表成绩评定表 系别：电子工程系系别：电子工程系 论文评语：论文评语： 答辩情况：答辩情况： 成绩：成绩： 签名：签名： 摘要摘要 随着时代的前进和发展，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。 由于电子音乐门铃具有铃声动听，价格低廉，耗电少等特点，在现代家居 中的 应用越来越流行。有了电子音乐门铃，在客人拜访时，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。 音乐是 由音符组成。声音的频率范围约在几十到几千赫兹，若能利用程序来控 制单片机某个口线的 高电平和低电平，则在该线口就能产生一定频率的矩形波， 接上扬声器就能发出一定频率的声音，若再利用延时控制“高” “低”电平的持 续时间，就能改变输出频率，从而改变音调。要奏出准确地控制乐曲节奏，常 用节拍来表示。 现在对于我们可以利用单片机演奏乐曲，我们可以从单片机的基本发音实 验出发。我们知道，声音的频谱范围约在几时到几千赫兹，能利用程序来控制 单片机口线的高电平或低电平，则在该口线上就能产生一定频率的矩形波，街 上扬声器就能发出一定频率的声音，我们在利用延时程序控制“高” “低”电平 的持续时间，就能改变输出频率，从而改变音调而发出美妙的音乐。 关键词：关键词： 智能化智能化 实用化实用化 单片机单片机 嵌入式嵌入式 目录目录 第一章第一章 设计原理及组成设计原理及组成.- 1 - 1.1 设计原理.- 1 - 1.2 电子音乐门铃的组成.- 1 - 1.3 功率放大电路.- 4 - 第二章第二章 单片机概述单片机概述.- 5 - 第三第三章章 硬件设计硬件设计.- 6 - 3.1 芯片简介 - 6 - 3.2 引脚说明.- 7 - 3.3 主要电路设计 - 9 - 3.3.1 时钟电路.- 10 - 3.3.2 复位电路- 10 - 第四章第四章 软件设计软件设计.- 11 - 4.1 音乐符设计.- 11 - 4.2 程序设计 - 12 - 4.3 音乐门铃的 80C51 电路图 - 14 - 4.4 音乐门铃的发声原理.- 15 - 结束语结束语.- 16 - 参考资料参考资料.- 17 - 前言 由于电子音乐门铃具有悦耳动听，价格低廉，耗电少等优点，在现代家 居中的应用越来越流行。有了电子音乐门铃，在有客人拜访时，听到的将不再 是单调的提示音，而是不同凡响的流行音乐旋律。特效音等个性化的电子音乐。 这里用一个单片机设计的电子音乐门铃，仅需 AT89C51 单片机最小系统，再加 上 LM386 做音频小功放，输出到扬声器。客人来访时，按一下按钮，门铃就会 奏出优美的电子音乐。 Abstract:As the bell has a wonderful blend of electronic music, l ow price and low power consumption advantages of modern household mor e and more popular.With electronic music doorbell, where guests visit , the hearing will no longer be monotonous tone, but the extraordinar y pop melodies.Sound effects such as personalized electronic music.He re a single chip design with electronic music doorbell, just AT89C51 microcomputer system, together with a small LM386 audio amplifier to do the output to the speaker.Visitor, click the button, doorbell will play the beautiful electronic music. - 1 - 第一章第一章 设计原理及组成设计原理及组成 1.11.1 设计原理设计原理 音乐门铃的设计方案，掌握了汇编语言的编程方法，并熟练的运用 AT89C51 单片机定时器产生固定频率的方波信号。推动喇叭发出旋律，音乐是 由音符组成的，不同的音符是由相应的频率的震动产生，产生不同的音频要有 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（1/F） ， 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 T0，使其工作在计数器模式 1，初始化适当的计数值 TH0 及 TL0 以及即时这个 半周期的时间，每当记上得到此频率的脉冲。P1.1 引脚接 LM386 作音频功放， 然后输出到扬声器，从而发出美妙的乐声。 1.21.2 电子音乐门铃的组成电子音乐门铃的组成 （1）系统供电电源 （2） 控制器及其相应控制程序 OUT BIT P1.1 TEMP EQU 30H ORG 0000H AJMP START ORG 000BH - 2 - AJMP TIM0 START: MOV SP,#5FH MOV A,P3 CPL A JZ START MOV TMOD,#1 CPL A MOV IE,#10000010B START0: MOV 30H,#0 NEXT: MOV A,30H MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,A JZ END0 ANL A,#0FH MOV R5,A MOV A,R2 SWAP A ANL A,#0FH JNZ SING CLR TR0 AJMP SING1 SING: DEC A MOV 22H,A RL A MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV TH0,A MOV 21H,A MOV A,22H RL A INC A MOVC A,A+DPTR MOV TL0,A - 3 - MOV 20H,A SETB TR0 SING1: LCALL DELAY INC 30H AJMP NEXT END0: CLR TR0 AJMP START TIM0:PUSH ACC PUSH PSW MOV TL0,20H MOV TH0,21H CPL OUT POP PSW POP ACC RETI DELAY: MOV R7,#2 D2: MOV R4,#85 D3: MOV R3,#85 DJNZ R3,$ DJNZ R4,D3 DJNZ R7,D2 DJNZ R5, DELAY RET TABLE1: DW 64260,64400,64521,64580 DW 64684,64777,64820,64898 DW 64968,65030,65058,65110 DW 65157,65178,65217 TABLE: DB 02H,82H,62H,52H,48H,02H,52H,32H,22H,18H DB 83H,91H,72H,62H,51H,61H,71H,61H,83H,61H DB 81H,51H,61H,71H,61H,51H,46H,82H,32H,52H DB 22H,42H,16H,21H,41H,18H,0E4H,13H,21H,43H DB 51H,21H,41H,12H,83H,81H,61H,81H,58H,53H DB 61H,31H,22H,13H,21H,42H,52H,0E2H,42H,21H DB 11H,91H,41H,18H,63H,81H,32H,52H,21H,41H - 4 - DB 16H,0E4H,11H,21H,31H,51H,26H,11H,21H,43H DB 51H,82H,62H,52H,61H,51H,42H,21H,11H,0E4H DB 44H,21H,41H,21H,11H,0E1H,11H,21H,41H,18H DB 61H,81H,51H,61H,51H,41H,32H,21H,41H,18H DB 08H,0H,04H DB 00H END 1.31.3 功率放大电路功率放大电路 R1 口接 P1.1 功率放大器的主要任务是输出大信号和大功率，对音频信号有效不失真的 进行放大以推动扬声器发出声音。 - 5 - 第二章 单片机概述 一台能够工作的计算机要有这样几个部分构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、 输入/输出设备（串行口、并行输出口等）。在个人计算机上这些部分被分成若干块芯片，安装在 一个被称为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些部分，全部被做到一块集成电路芯片中了， 所以就称为单片机，而且有一些单片机中除了上述部分外，还集成了其它部分如 A/D、D/A 等。 单片机的体积也不大，一般用 40 脚封装，当然功能多一些的单片机也有引脚比较多的，如 68 脚，功能少的只有 10 多个或 20 多个引脚，有的甚至只有 8 只引脚。 MCS-51 是指由美国 INTEL 公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了如 8031、8051、8751、8032、8052、8752 等品种，其中 8051 是最早最典型的产品。该系列其他产 品都是在 8051 的基础上进行功能增减，改变而来的，所以人们习惯于用 8051 来称呼 MCS-51 系列 单片机，而 8031 是前些年在我国最流行的单片机，所以很多公司在做以 8051 为核心的单片机， 当然功能或多或少有些改变，以满足不同的需求，其中 89C51 就是这几年在我国非常流行的单片 机，它是由美国 ATMEL 公司开发生产的。本设计就是用 89C51 来完成的。 - 6 - 第三第三章章 硬件设计硬件设计 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 P1.1 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。 3.13.1 芯片简介芯片简介 AT89C51 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成 电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序 存储器、并行 I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。他们都是通 过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各 种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 1）微处理器 该单片机中有一个 8 位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和 控制器两部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的 处理。 2）数据存储器 片内为 18 个字节，2 片外最多可外扩至 64k 字节，用来存储程序在运行期间的工作变 量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。 3）程序存储器 由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不 够，则需要扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至 64k 字节。 4）中断系统 具有 5 个中断源，2 个中断优先权 5）定时器/计数器 - 7 - 片内有 2 个 16 位的定时器/计数器，具有四种工作方式 6）串行口 1 个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行 I/O 口，甚 至与多个单片机相连接构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。 7）I/O 口 4 个并行 8 位 I/O 口 8）特殊功能寄存器 共有 21 个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存 器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的 RAM 区。 由上可见，AT89C51 单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值 得一提的是该单片机 CPU 中的微处理器实际上是一个完整的 1 位微计算机。这个 1 位微计 算机有自己的 CPU、位寄存器、I/O 口和指令集。其在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制 方面非常有效；而 8 位机在数据采集、运算处理方面有明显的长处。MCS-51 单片机中 8 位 机和 1 位机的硬件资源复合在一起，二者相辅相成，它是单片机技术上的一个突破，也是 MCS-51 单片机在设计上的精美之处。 3.23.2 引脚说明引脚说明 MCS-51 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布可参照单片机引脚。 P0.0P0.7 P0 口 8 位双向线（在引脚的 3239 号端子）； P1.0P1.7 P1 口 8 位双向线（在引脚的 18 号端子）； P2.0P2.7 P2 口 8 位双向线（在引脚的 2128 号端子）； P3.0P3.7 P3 口 8 位双向线（在引脚的 1017 号端子）。 （1） P0 口有三个功能： （1）外部扩展存储器时，当作数据总线（如图中的 D0D7 为数据总线接口） - 8 - （2）外部扩展存储器时，当作地址总线（如图中的 A0A7 为地址总线接口） （3）不扩展时，可作一般的 I/O 口使用，但内部无上拉电阻，作为输入输出时应在外 部接上拉电阻。 （2 2）P1 口功能 P1 口只作 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。 （3）P2 口功能 1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用； 2、作一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。 （4）P3 口功能 1、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。 2、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： - 9 - 1、内部 ROM 读取时，PSEN 不动作； 2、外部 ROM 读取时，在每个机器周期会动作两次； 3、外部 RAM 读取时，两个 PSEN 脉冲被跳过不会输出； 4、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 1、接高电平时：CPU 读取内部程序存储器（ROM） 2、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 3.33.3 主要电路设计主要电路设计 AT89C51 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 - 10 - 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有可供用户使用的大量 I/OI/O 线线 内部存储器容量有限内部存储器容量有限 应用系统开发具有特殊性应用系统开发具有特殊性 3.3.13.3.1 时钟电路时钟电路 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。 3.3.23.3.2 复位电路复位电路 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。 除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手 动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过 RST 端经电阻与电源 VCC 接通而 实现的。 - 11 - 第四章第四章 软件设计软件设计 4.14.1 音乐符设计音乐符设计 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：节拍数及节码数 节拍数节码数 1 1/4 拍 2 2/4 拍 3 3/4 拍 4 1 拍 5 1 又 1/4 拍 6 1 又 1/2 拍 8 2 拍 A 2 又 1/2 拍 C 3 拍 F 3 又 3/4 拍 音符对应的简谱码、频率及定时常数 音符简谱码频率（HZ）定时常数（T） 低 SO 139264260 低 LA 244064400 低 TI 349464524 中 DO 452364580 中 RE 558764684 中 MI 665964777 中 FA 769864820 中 SO 878464898 中 LA 988064968 中 TI A98865030 高 DO B104665058 高 RE C117565110 高 MI D131865157 高 FA E139765178 - 12 - 高 SO F156865217 不发音 0 定时器初始值的求法如下： T65536-N65536-Fi2Fr 例如：设 K65536，F1000000Fi1MHz，求低音 DO(261Hz)、中音 DO（523Hz） 、高音的 DO（1046Hz）的定时器初始值。 T65536-N65536-Fi2Fr65536-10000002Fr65536- 500000/Fr 低音 DO：T65536-500000/26263627 中音 DO：T65536-500000/52364580 高音 DO：T65536-500000/104765059 4.24.2 程序设计程序设计 汇编程序如下： OUT BIT P1.1 TEMP EQU 30H ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP TIM0 START: MOV SP,#5FH MOV A,P3 CPL A JZ START MOV TMOD,#1 CPL A MOV IE,#10000010B START0: MOV 30H,#0 NEXT: MOV A,30H MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR MOV R2,A JZ END0 ANL A,#0FH MOV R5,A MOV A,R2 SWAP A ANL A,#0FH JNZ SING CLR TR0 - 13 - AJMP SING1 SING: DEC A MOV 22H,A RL A MOV DPTR,#TABLE1 MOVC A,A+DPTR MOV TH0,A MOV 21H,A MOV A,22H RL A INC A MOVC A,A+DPTR MOV TL0,A MOV 20H,A SETB TR0 SING1: LCALL DELAY INC 30H AJMP NEXT END0: CLR TR0 AJMP START TIM0:PUSH ACC PUSH PSW MOV TL0,20H MOV TH0,21H CPL OUT POP PSW POP ACC RETI DELAY: MOV R7,#2 D2: MOV R4,#85 D3: MOV R3,#85 DJNZ R3,$ DJNZ R4,D3 DJNZ R7,D2 DJNZ R5, DELAY RET TABLE1: DW 64260,64400,64521,64580 DW 64684,64777,64820,64898 DW 64968,65030,65058,65110 DW 65157,65178,65217 TABLE: DB 02H,82H,62H,52H,48H,02H,52H,32H,22H,18H DB 83H,91H,72H,62H,51H,61H,71H,61H,83H,61H DB 81H,51H,61H,71H,61H,51H,46H,82H,32H,52H DB 22H,42H,16H,21H,41H,18H,0E4H,13H,21H,43H - 14 - DB 51H,21H,41H,12H,83H,81H,61H,81H,58H,53H DB 61H,31H,22H,13H,21H,42H,52H,0E2H,