基于51单片机的多功能门铃的设计（设计成果+说明书+任务书+开通报告）

摘要多功能门禁系统由单片机STC89C52构成核心控制电路，LCD1602显示电路，ISD4004和LM386构成语音录放电路，DS1302构成时钟电路等部分组成。该系统能够实现如下功能：正常待机时，显示屏上显示年月，时间等信息，；当有客人来访时，按下门铃按钮，此时门铃响；若主人不在家，访客可以选择语音留言，以供主人回来查看；按下开灯键，二极管灯亮，为访客提供照明；时间设置按钮可以进行时间、日期的设置。该门禁系统的设计完成，改善了人们的生活品质，给人们的生活带来了极大的便利。关键词单片机，智能门铃，LCD，语音录放AbstractVersatileaccesscontrolsystemmicrocontrollerSTC89C52constitutethecorecontrolcircuit,LCD1602displaycircuit,ISD4004voicerecordingcircuitandconstitutesLM386,DS1302clockcircuitandothercomponentsconstitute.Thesystemcanachievethefollowingfunctions:normalstandby,displaydate,timeandotherinformationonthedisplay;Whenavisitorwhenthedoorbellbuttonispressed,thenthedoorbellrang;Iftheownerwasnotathome,visitorscanchooseavoicemessage,Checkbackfortheowner;pressthebuttonlights,LEDlightsprovideilluminationforvisitors;timesetbuttoncanbetime,setthedate.Thedesignoftheaccesscontrolsystemiscompleted,improvingthequalityofpeopleslives,peoplesliveshasbroughtgreatconvenience.Keywordsmicrocontroller,intelligentdoorbell,LCD,voicerecordingplaying目录1绪论.11.1引言.11.2多功能门禁系统的设计性能分析.11.3系统的整体设计思路.22系统硬件电路设计.32.1单片机的选型.32.2硬件最小系统设计.32.3时钟电路的设计.62.4LCD显示电路设计.92.5语音电路的设计.132.6按键电路设计.172.7人体红外传感器简介.183软件部分设计.193.1主程序设计.193.2相应各按键子程序设计.204调试.224.1硬件调试.234.2软件调试.234.3调试完成品展示.245运行演示.265.1待机状态.265.2按下门铃.265.3录音状态.275.4放音状态.275.5开灯状态.285.6时间设置.28结论.29致谢.31参考文献.32附录：原理图.331绪论1.1引言随着无线技术的快速发展、微电子技术的广泛应用，从最初的多功能按钮门铃到今天的各种可视对讲门铃和智能门铃，门铃业的快速发展。然而，由于全球性的金融危机和我国经济发展所带来的不确定因素，所以企业发展目标的调整需要凭据瞬息万变的外部经济环境而确定，随着单片机技术的快速发展，老百姓生活水平的日益提高，人们对个人居住环境的便捷性及安全性的要求越来越高，尤其是在智能楼宇方面的应用。人们对门铃的安全性、可靠性及方便性等方面提出了跟高的要求，因此多功能门禁系统的设计成为本题的研究目标。从第一代的叮咚门铃，它具有价格低廉、耗电低、性能良好、安装便捷等特点；其次就是播放音乐的门铃，由悦耳的音乐声取代了传统的叮咚声，使访客的身心得到愉悦；而如今可是门铃已经出现在智能楼宇中，访客在户外通过可视机可以方便的和户内的主人进行通话，而主人便可在户内为客人开门，很是便捷。本文介绍了一种新型多功能智能门铃，它是从一些特殊的性能方面进行设计，它采用具有当来客访问时，按下门铃按钮，门铃响，当按了门铃多次之后，无人响应，访客可以留言，方便主人归来查看，使主人不错过来访的客人，当有人非法进入时报警。在单片机技术快速发展的形式下，我们要不断钻探和创新，将多功能门禁系统朝着产品智能化、信息化和数字化的方向发展。该门禁系统具有LCD显示，录音，放音，时间显示，响铃以及按键等功能。而该门禁系统的核心控制单元是由单片机STC89C52来完成的。单片机、时钟电路、晶振电路、运放电路、稳压电路、存储电路、按键输入电路、扬声器、LCD1602显示电路、语音电路以及报警电路组成了该系统的硬件电路，并给出了详尽地软硬件设计方案及其实现方法。1.2多功能门禁系统的设计性能分析多功能门禁系统要具有一定的安全性、可靠性、抗干扰性、先进性、易操作性、实用性等等安全性：系统需能够安全稳定的运行。可靠性：系统长时间运行不能出现错误，要能保证系统长期稳定安全运行。抗干扰性：系统应能有在多干扰环境下正常运行，对人为的失误操作能够提示或者消除。先进性：在实用的情况下，应该尽可能的运用国内外先进的单片机技术、网络通信技术，让该系统具有更高的性能。易操作性：该系统应该从用户的角度出发，尽可能的简化操作。实用性：在满足工程需求的同时，能够带来一定的经济效益。1.3系统的整体设计思路本课题的系统式单片机控制功能的典型应用，易于大规模生产，为智能家居的发展提供了技术基础。该系统的核心是STC89C52单片机，当来客访问时，按下门铃按钮，门铃响，LCD显示屏显示：“BellRinging”；当无人响应，访客可以选择按留言键，这时LCD显示：“RecordingPleaseSpeak”；方便主人归来查看，主人按下放音键，LCD显示：“PlayingtheRecordedMSG”使主人不错过来访的客人;当红外报警器检测到有人非法进入时报警，LCD显示：“MenEnteringWarning!”；LCD显示屏显示时间。该系统主要是由单片机核心控制电路，音频放大电路，显示电路，语音录放电路和时钟电路组成。系统设计时需注意的问题：(1)各硬件电路的连接；(2)各功能模块的使用规则。多功能门禁系统硬件电路图如图1-1所示按键输入电路时钟复位电路STC89C52ISD4004语音电路运放电路1602LCD显示电路红外报警电路图1-1设计框图2系统硬件电路设计2.1单片机的选型方案一：单片机STC89C52其具有8K字节的ROM；512字节的RAM；并自带有2K字节的EEPROM存储空间。方案二：单片机AT89C51其具有8K字节的ROM；256字节的RAM；不带有EEPROM存储空间；从上述两个方案可以看出，STC89C52性能比AT89C51性能要优越，且STC89C52支持USB转串口下载，而两单片机在功能上并无差异，引脚也是一样的。所以我选择了方案一单片机STC89C52。2.2硬件最小系统设计2.2.1STC89C52简介STC89C52是一种具有8位CPU和可编程的闪存，能够给大多数嵌入式系统提供灵活高效的解决方法。该芯片具有如下诸多功能：8K字节的闪存，512字节的RAM，4字节的I/O数据口，看门狗定时器，定时器，外部中断等等1，7。其封装是按双列直插式的方式进行的，有40个引脚，其引脚图如图2-1所示，现对其各引脚功能进行介绍。图2-1STC89C52引脚图P0.0P0.7：P0口是一个8位的双向线路，其地址为80h，位地址空间为80h87h。它的输出孔子方式是通过置1或者0，当置0时，输出电平为0，,当置1时，输出即为高电平，可视其为高阻输入。P1.0P1.7：P1口地址90h，位地址空间90h97H。P1口只可当作普通的数据I/O端口口使用，当P1口作为输入口使用时，锁存器需要先写1，把输出驱动电路场效应晶体管（FET）关闭，使口线引脚被上拉为高电平。若输入是1，则引脚维持高电平；若输入为0，则引脚被拉为低电平。P2.0P2.7：P2口地址A0h，位地址空间是A0hA7h。P2口可以根据需要不但可以作为I/O口使用，而且可当作高位地址线来使用。P3.0P3.7：P3口地址B0h，位地址空间是B0hB7h。P3口在设计上可以当作I/O口使用，实际应用中，其更多的是被当作功能信号口使用。其功能如下所示：RXD(P3.0)：串行数据接收TXD(P3.1)：串行数据输出INT0(P3.2)：外部中断INT0INT1(P3.3)：外部中断INT1T0(P3.4)：用作外部输入（定时器/计数器0）T1(P3.5)：用作外部输入（定时器/计数器1）WR(P3.6)：控制外部RAM（数据存储器）的写RD(P3.7)：控制外部RAM（数据存储器）的读ALE：地址锁存使能。ALE在日常使用中，输出信号的频率为振荡频率的六分之一，且这个值恒定，因此，可用于外部时钟的控制。PSEN：外部ROM（程序存储器）读选通信号。当PSEN是低电平时，才可以对外部程序存储器进行读操作。EA：访问程序存储器控制信号。当EA置0时，访问外部ROM，当EA为1时，读操作先从内部ROM，再到外部ROM。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。2.2.2复位电路的设计复位是对单片机的硬件进行初始化的必要步骤。单片机系统的正常运作的必要条件就是单片机进行了复位操作。复位除了保证系统的正常运作外，当程序运行出错或者单片机进入死锁状态时，复位操作对系统的重新启动起着重要的作用。要实现复位，需将RST引脚保持高电平至少两个机器周期，同时为了保证上电复位的可靠性，RST引脚置高电平的时间需大于等于两个机器周期的时间加上振荡器启动的时间（几毫秒，复位成功后，系统的振荡器便以12时钟模式进行运行。复位后，单片机的程序计数器（PC）和其他寄存器的状态如表21所示。除此之外，我们还要注意复位对单片机的内部RAM无任何影响，复位时，ALE和PSEN两引脚都输出高电平。表2-1寄存器初始化状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P30FFHSCON00HIP00000BSBUFBIE0000000BPCON00000B该系统复位电路设计如图2-2所示。图2-2复位电路2.2.3晶振电路的设计单片机的晶振电路由振荡电路和分频电路两部分组成。单片机工作所需的时钟信号便由晶振电路产生，要电路电路同步工作，系统需要在唯一的时钟信号的控制下，按时序进行工作。时序是指令执行过程中，各信号相对于时间的先后顺序关系。在单片机系统内，有晶体1反相振荡放大器输入（引脚XTAL1）和晶体2反相振荡放大器输出（引脚XTAL2），通过这两个引脚与外部晶振电路相连接，形成一个稳定的自激振荡器6，如图2-3所示。晶振电路中各器件参数值为：晶体振荡器（12MHz）、电容（一般为30pF）。图2-3晶振电路的设计石英晶体振荡器的选择范围为：1.2MHz12MH；电容值无具体要求，其值得大小对振荡电路的音响不大，正常两个电容的选择在20pF100pF之间。该系统中，使用的晶振为12MHz，电容为30pH。2.3时钟电路的设计2.3.1DS1302简介在该门禁系统中，需要设置一个实时的时钟电路，以便于我们对一些实时发生的事件记录并给予时间标注，以便于我们的记忆，而时钟芯片正好可以解决这类问题。以前工程师们经常使用的时钟芯片多数带有并行接口，如ds12887、mc146818等时钟芯片。尽管它们能够满足控制系统对实时时钟的需求，可是单片机的接口与芯片相连复杂，占用了单片机系统太多的地址和空间等等问题。诸多不便因素使得近年来串行接口的各种芯片运用的越来越多，带有串行接口的时钟芯片也如雨后春笋，出现在工程师的面前，DS1302就是众多带有串行接口的时钟芯片中价格低廉，综合性能优越的时钟芯片。2.3.2DS1302结构框图与引脚介绍电源控制实时时钟输入移位寄存器命令和控制逻辑31*8RAM振荡器和分频器/RSTSCLKVCC1VCC2GNDI/ODATABUSADDRESSBUS图2-5DS1302结构框图(1)结构框图与引脚介绍DS1302结构框图，如图2-5所示。DS1302是达拉斯（DALLAS）公司推出的一款性能优越、功耗低且能进行涓流充电的时钟芯片，带有的静态RAM为31*8位，DS1302要实现与单片机间的同步串行通信需要经过SCLK、RES、IO三个口线，采用突发的方式进行通信，每次发送多个字节的的时钟信号或多个字节的RAM数据。时钟芯片不但能够提供秒、分、时、日、星期、月和年的信息，而且可以自行判断每个月的天数，包括闰年，正确显示至2100年。此外还可以根据个人喜好采用12h制或24h制两种方式计时，可以由主电源和备份电源进行供电，后备电源可由电池或者大容量的电容构成，正常供电时还拥有对后备电源进行涓流充电的能力。封装芯片的内部由7个附加字节的暂存寄存器所构成，如移位寄存器、命令和控制逻辑、振荡器和分频器、实时时钟和31字节的RAM。该时钟芯片采用8引脚小型DIP封装的方式，排列引脚图如图2-6所示3,10。12345678VCC2X1X2GNDVCC1SCLKIORST图2-6DS1302引脚排列DS1302是一种具有涓流充电功能可编程的时钟芯片，该时钟芯片的组成结构为：主电源、备份电源、移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟和RAM的时钟芯片。引脚描述如下：GND：电源接地；VCC1：备用电源管脚；VCC2：主电源管脚，当VCC2小于VCC1时，VCC1给VCC2供电，电压大者对芯片供电；SCLK：串行时钟接口；I/O：数据输入输出引脚；RST：复位，一个读写期间内须保持高电平；X1，X2：与32.768KHZ晶振的管脚进行连接。(2)DS1302功能：命令字节：命令字节决定每次的数据传输，当要操作DS1302时，位7（MSB）需置高电平，相反，若要禁止操作时钟芯片，则置低电平；当要选择实时时钟或日历内的数据时，位6需置低电平，反之，则选择数据存储器的数据；位51是控制选择要操作的寄存器（分、秒、时等），和最低位的LSB（0）是时钟芯片的读写操作控制，逻辑0和逻辑1分别控制着芯片的写操作和读操作14。复位和时钟控制：时钟芯片工作之前为了对数据传输须通过RST初始化，将RST置1，让8位地址/命令序列装入移位寄存器，一个时钟周期内是一个下降沿且紧跟一个上升沿，数据只有在上升沿有效才能够输入；当RST为低，数据传输是被禁止的。在电源通电的过程中，复位脚必须保持低电平，直到VCC电压大于2V，而复位脚由低电平变高电平时，SCLK须保持低电平。(3)DS1302的寄存器DS1302时钟芯片内部共有12个寄存器，其中与日历和时钟相关的寄存器有7个，数据位以BCD码形式存放，其中日历时钟寄存器的控制字如表2-2所列。表2-2时钟芯片中日历时钟寄存器的控制字字命令位内容寄存器种类写操作读操作取值范围76543210秒寄存器80h81h0059CH10SECSEC分寄存器82h83h0059010MINMIN时寄存器84h85h0112或002312/24010HRHR日寄存器86h87h0128、29、30、310010DATEDATE月寄存器88h89h011200010MMONTH周寄存器8Ah8Bh010700000DAY年寄存器8Ch8Dh009910YEARYEAR2.3.3DS1302连接单片机的电路设计DS1302与单片机的连通只需要连接SCLK、I/O、RST的3条引脚线。VCC2作为主电源，为系统持续供电，VCC1作为备份电源，当主电源断电时，由其为系统供电，保证能够实时保存时间信息和数据12。时钟芯片由两者中管脚电压的较大的进行供电。当VCC2的电压比VCC1得电压大，且相差0.2v时，VCC2给系统供电，同时对备份电源进行涓流充电。而VCC2小于VCC1时，时钟芯片即由VCC1供电15。在该门禁系统的设计中，STC89C52作为主要控制芯片，时钟芯片DS1302作为受控芯片，需要将时钟芯片的RST管脚接在单片机P1.5管脚上，当该引脚为高电平时，单片机即可对其操作。IO口和串行时钟线SCLK连接到P1.6和P1.7，所有的地址、数据和命令的传输是通过单片机的这两条线。电路连接图如图2-7所示。图2-7时钟芯片电路2.4LCD显示电路设计2.4.1LCD1602芯片简介LCD1602是以点阵式的方式进行显示的，因能够显示字母、数字、符号等符号而被广泛应用于单片机系统，目前市场上销售的显示屏有16*1行，16*2行，20*2行以及40*2行等规格的。在该门禁系统中，我们用到的就是1602液晶显示器。实物图如图2-8所示2,13。图2-81602实物图（1）LCD1602的引脚功能表2-3LCD1602的接口信号说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源接地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极LCD1602有两种方式的接口：14脚（无背光）和8脚（背光）各引脚接口功能如表2-3所示。VL为调整液晶显示偏压信号的引脚，当直接连上电源正极，对比度最弱，直接接地，对比度最高。若对比度过高将会影响用户体验，因此在实际应用时，需通过接一个滑动变阻器来方便的调整对比度。RS为数据/命令选择端，RS=0选择指令寄存器，数据寄存器是1。R/W为读写选择信号线，当为高电平时读数据，写数据为低电平时。当RS和R/W是低电平，写命令操作；当RS是低，R/W是高电平，为读状态；当RS是高、R/W是低数据写入操作。E为使能信号端。当要液晶执行该命令，E引脚必须高跳到低电平。D0D7为8位双向数据线。（2）LCD1602的指令说明及时序内部控制器中的控制指令如表2-4所列。表2-4内部控制器的控制指令说明序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001/3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L/6置功能00001DLNF/7置字符发生存储器地址0001字符发生存储器地址8置数据存储器地址001显示数据存储器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM10要写的数据内容11从CDRAM或DDRAM读数11读出的数据内容通过指令编程可以实现LCD的读写操作，屏幕操作和光标的操作。LCD1602的读写操作、屏幕和光标的操作都通过指令编程来实现的13。指令1：清空屏幕显示，当指令码为01h时，光标复位至地址00h。指令2：光标进行复位操作，光标返回显示到地址00h。指令3：光标设置及显示模式的设置。I/D：设置移动方向的光标，当为1时，向右移动，当为0时，向左移动。S：设置LCD符号的移左或移右，0时设置无效，相反的，有效时高电平。指令4：显示开关控制。D：显示的控制开关，显示开时需置1，显示关时需置0。C：光标控制开启和关闭，设置光标开需置高电平，低电平光标消失。B：光标的控制闪烁，高电平闪，不闪低电平。指令5：光标或显示的移位。S/C：要移动显示文字时置高电平，反之低电平则移动光标。指令6：功能设置命令。DL：8位总线时电平为低，4位总线时电平为高；N：单行显示时电平为低，反之双行显示时电平为高。指令7：字符发生RAM地址存储设置。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，忙时为1，且LCD不能接收data和指令；不忙时为0。指令10：数据写。指令11：数据读。显示屏的基本操作时序如表2-5所示。表2-5基本操作时序表读状态输入RS=L、R/W=H、E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L、R/W=L、D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H、R/W=H、E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H、R/W=L、D0D7=数据，E=高脉冲输出无LCD1602的读操作时序图如图2-9所示。图2-9读操作时序图LCD1602的写操作时序图如图2-10所示。图2-10写操作时序图2.4.2显示电路线路的连接设计单片机和显示器的连接的线路如图2-9所示，该系统中，显示模块的主要功能是显示时间，当访客按下录音键时，提示访客说话；放音时，提示主人正在放音；当报警时，显示报警信息。图2-9单片机与显示屏的连接电路图2.5语音电路的设计2.5.1ISD芯片简介随着计算机技术的发展，单片机系统通常采用发光二极管，液晶显示，蜂鸣器，数码管等器件对系统的结果或状态进行显示提醒。近几年，随着语音电路的快速地发展，语音芯片凭借其直观、便捷生动的显示而被广泛的应用于单片机系统中。ISD4004语音芯片是美国ISD推出的一款性能优越的语音录放芯片电路，它由晶体振荡器、平滑滤波器、防混叠滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等组成4。录入的声音信号不需要模数（A/D）转换及压缩，直接存储在闪烁存储器中，并且能够给用户真实地还原出语音5。芯片的操作命令是通过串行通信口传入的。芯片的采样频率有四种，分别为：4.0Hz、5.3Hz、6.4Hz、8.0kHz，当频率越低时，录放的时间较长，负面影响是降低声音的质量。芯片内的信息都存储在闪烁存储器中，在无电源供电的情况下信息仍能保存100年，反反复复能够录音100万次（典型值）9。在该门禁系统中，语音芯片主要承担语音留言的作用，当有人来访时，按下录音键，可以记录下客人的留言信息。主人回来后，按下放音键可以收听访客的录音。2.5.2ISD4004芯片特点及引脚概述(1)芯片特点需要的外部器件很少无失真，能够还原优质原声，没有背景噪音放音功能可由边沿和电平两种方式触发无耗电信息存储，方便易用不用电信息可以保存100年，反复录放达100000次无需专用编程或开发系统具有分段选址能力强的特点，而且能够处理160字段信息能够自动节电录放音后即进入维持状态，只要0.5A电流只需5伏电源即可供电(2)引脚功能介绍通常ISD4004芯片封装有TSOP，PDIP，SOIC三种封装方式，其中PDIP和SOIC属于同一种形式，均为28个引脚，如图2-10所示。VCCA，VCCD(电源)降低片内噪声，实现方法是通过使用不同的电源总线将模拟电路和数字电路分别引到外封装的不同管脚上。耦合电路应尽可能的靠近元器件，这样才能够达到减小噪音，提高音质的目的11。VSSA，VSSD(地线)降低噪音，芯片内部的模拟电路和数字电路的地线连接也应分开从而达到降低噪音的目的，且引脚的接线尽可能的靠近语音芯片。ANAIN+录音信号的同向输入端。ANAIN-录音信号的反向输入端，耦合电容将信号输入到芯片，峰值为16mV。AUDOUT音频输出，5K的最大负载。SS片选信号，低电平有效，两条指令间需置高电平。MOSI串行输入端，在串行时钟上升沿的前半个周期，主控制器需将数据送至该端口，ISD输入使用。MISO串行输出，当ISD未被选中时，其呈高阻状态。SCLK串行时钟，主控制器控制产生同步MOSI和MISO的数据传输信号，当信号为上升沿时，数据存入ISD，下降沿则移出ISD。INT中断，输出需漏极开路状态。当ISD检测到EMO或OVER时，引脚变低电平，并保持。RAC行地址时钟，漏极开路输出，ISD存储器操作进行了一行即为一个RAC周期（ISD4004中存储器共有2400行）。一个RAC信号保持175ms的高电平，25ms的低电平。AMCAP自动静噪，当录音信号电平下降到芯片设定的某一值时，它能使信号衰弱。在连接线路时，该引脚须对地接1mF电容。XCLK外部时钟信号，在没有外接地时钟的情况下，该引脚必须进行接地处理。其作用是对外部时钟进行输入，芯片内部装有下拉元件，在接入外部时钟的情况下内部时钟会自动失效。图2-10ISD4004管脚排列图2.5.3LM386概述LM386音频功率放大器具有功耗低，供电电压范围广，失真率低，外界元件少等优点而被广泛应用于低电压消费类产品中8。(1)芯片特性功耗低：能够应用于电池供电，大约4mA左右。外围器件少：电压内置增益，可以有效的减少外围元件的使用。工作电压区间大：4-12V或5-18V。可调节电压增益：调节区间为20200dB。失真率低。(2)LM386引脚图引脚图如图2-11所示。图2-11LM386管脚排列图引脚2：反向输入端。引脚3：同向输入端。引脚5：输出端。引脚6：电源。引脚4：接地。引脚1和8：电压增益的设定端。引脚7：与接地之间需加一个旁路电容，用于滤除噪音和抑制噪音的作用。2.5.4LM1117简介LM117是一种低压差线性调压器，当电压差达到1.2V时，进行输出操作，此时负载电流为800mA。(1)特性能够提供多种可调电压（1.8V，2.5V，2.85V，3.3V，5V）。限制电流和热保护。温度范围大：0125。(2)LM1117引脚图引脚图如图2-12所示。图2-12LM1117引脚图2.5.5ISD4004的连接电路的设计语音芯片的硬件电路连接图如图2-13，它主要包括三大部分：振铃电路，语音录放电路，稳压电路和放大电路。图2-13ISD4004与单片机连接的硬件电路2.6按键电路设计该门禁系统中，一共需要设置5个按键，一、录音按钮，供访客进行语音留言；二、放音按钮，主人播放录音；三、门铃按钮，访客按下门铃响；四、照明灯按钮，主人开灯；五、时间设置按钮，进行系统的时间设置14。按键图如图2-14所示。图2-14按键电路图K1按键是录音键，访客长按进行语音留言；K2键是放音键，主人按下，可以听到来访者的留言；K3键是来访者的按门铃键，按后门铃响；K4键是照明灯，主人按后开灯；K5键是时间设置，主人进行系统的时间设置。2.7人体红外传感器简介实物图如图图2-15所示图2-15人体红外传感器实物图引脚1：电源正极，69V；引脚2：信号输出端，高电平有效，工作电压46V；引脚3：接地；W1：感应灵敏度调整，顺时针调节灵敏度加强感应距离增加，反之减小；W2：输出延时调整，顺时针调节为延长工作时间，反之减小，调整区间为5120s；3软件部分设计3.1主程序设计在软件设计中，该门禁系统的应用程序由主程序和子程序两大部分构成。其中主程序的工作流程图如图3-1所示。主程序主要完成系统的初始化、时间显示、按键扫描等任务。开始对时钟芯片、LCD、单片机进行初始化按键等待从DS1302时钟芯片中读出数据LCD显示图3-1主程序流程图系统先扫描是否有按键按下，若没有则读出时钟芯片内的时间显示在LCD上；若按下键盘，则调用相应的按键控制程序；K1按键是录音键，访客长按进行语音留言；K2键是放音键，主人按下，可以听到来访者的留言；K3键是来访者的按门铃键；K4键是照明灯，主人开灯；K5键是时间设置，主人进行系统的时间设置。3.2相应各按键子程序设计各按键子程序主要有：按键子程序、LCD显示程序、录音放音程序、红外报警感应程序。3.2.1按键子程序设计该系统采样非编码键盘，一旦按键按下，单片机扫描按键并转入相应的程序。当按下K1按键时，跳转到录音子程序，访客可以进行语音留言；按下K2键放音键，跳转到放音子程序，主人可以收听来访者的留言；按下K3键跳到门铃响程序；按下K4键跳转到照明灯程序；按下K5键跳转到时间设置，主人可进行进行系统的时间设置。按键扫描子程序流程图如图3-2所示。K4键功能程序YYYNNYYN开始K1K2K3K4K5结束K1键功能程序K2键功能程序K3键功能程序K5键功能程序N图3-2按键扫描子程序在进行按键电路的设计时，需要对按键进行防抖处理。因为不进行防抖处理，系统在进行按键操作时，有可能发生错误，导致与预期结果不相同的输出。且该问题是不可避免的，因此在软件设计阶段中要考虑到按键防抖。3.2.2LCD及录放子程序设计语音和显示子程序简介当主人不在家时，来访者可以进行语音留言，LCD显示为“RecordingPleaseSpeak”，LCD显示的内容是TABLE表中的。主人回来后，可进行查看，LCD显示为“PlayingtheRecordedMSG”。当系统进行按键操作时，录音键和放音键在程序中的实现是当K=0状态时才进行录音或者放音，而按下这两个按钮后，即为低电平，所以在进行录放音操作时，按键需要长按，录放结束方可松开按键。如图3-4所示，语音录音或者放音和显示子程序流程图。开始按键长按提示录音或者放音放开按键停止录音或放音LCD显示时间返回图3-4语音和显示子程序流程图3.2.3红外报警感应程序在门禁系统中，该段功能主要实现的是当主人不在家时，防止有人非法进入。其工作原理为：当红外感应器感应到有人时，即通过输出高电平updated=1，当检测到高电平时，系统调用报警程序，程序代码为：if(updated=1)updated=0;write_com(0x01);/清屏lcd_pos(0x1);/设置起始点for(i=0;i16;i+)write_date(table8i);lcd_pos(0x40);/设置起始点for(i=0;i16;i+)write_date(table9i);playbit=1;playcout=6;recbit=0;reccout=6;playsound();for(i=0;i3;i+)delay(1000);DDstop();if(WarnIn=0)delay(100);if(WarnIn=0)updated=1;state=IDLE;LED2=1;break;4调试每一个单片机系统的最后一步都是调试，其中调试分为硬件调试和软件调试，他们是紧密相连不可分割的。在软件调试中，很多硬件问题都是在调试期间被发现并纠正的。在平常调试过程当中，设计人员都是先进行硬件调试，清除明显的硬件故障，再进行软件调试，并将它们相结合。由此可见，硬件的调试是软件调试的基础。4.1硬件调试1、在断电情况下，用万用表先检查线路的正确性，同时对元器件的型号、规格进行核实检查，看是否与设计要求一致。其次再对电源故障的排除检查，要特别注意VCC和GND之间是否短路，在通电前，要检查电压的幅值和极性，防止对集成模块的损坏。上电后，检查引脚之间的电压是否为正常值范围内。在安装上，要将晶体振荡器和电容尽可能的靠近单片机，降低寄生电容的影响率。2、将实物焊接板和设计原理图摆放在一起进行对照，看它们线路的连接是否一样，防止造成短路。其次，要侧重检查系统的各类总线，如数据总线、地址总线、控制总线。防止它们各引脚间短路或断路。3、在未上电情况下，将单片机系统连接至仿真软件，为下一步的软件测试准备。在硬件调试过程中，也发现了不少硬件问题：（1）元器件故障：二极管不亮。（2）连线问题：单片机STC89C52的电压为0，查证后是底座与洞洞板的焊接没有焊好，存在漏焊，重新焊接后便解决了该项问题。电源开关被短路，导至开关没有起到开闭作用；（3）通过上面的问题后，我又重新检查了一遍焊点，对电路进行全面的调整与测定。4.2软件调试在硬件调试完之后，我们将要进行软件调试。软件调试中，我们要先将代码放在keil环境下编译，生成.hex文件后，如图4-1所示，再利用STC_IPS-V483.exe程序将编译后的.hex文件程序烧写入单片机STC89C52，如图4-2所示，然后将它们以模块化的方式分开进行调试，这样不但有利于发现软件中的错误及bug，而且能够提高我们程序调试的进度，便于我们对程序进行的修改。最后将调试好的各模块程序结合到一起，当调试运行没有错误时，此次系统的软件调试即成功。图4-1生成.hex文件图图4-2烧写程序图4.3调试完成品展示该门禁系统由以下模块构成：单片机控制模块、红外报警模块、时钟模块、显示模块、语音模块、电源模块以及扬声器。在各个模块中，组成的元器件的名称参见成品展示图，如图4-3所示。图4-3成品展示图实物图如图4-4所示。图4-4实物图5运行演示5.1待机状态通电之后，多功能门禁系统进入待机状态，绿灯亮，LCD显示屏上第一行显示年、月、日、星期；第二行显示小时、分钟、秒，待机示意图如图5-1所示。图5-1待机示意图5.2按下门铃当访客来访时，访客按下门铃按钮，此时门铃发出“叮咚”的响声，LCD显示屏显示“BellRinging”，且双行显示，门铃示意图如图5-2所示。图5-2门铃示意图5.3录音状态当主人家无人时，此时访客可以选择给户主留言，长按门铃按键即可完成留言操作，此时显示屏显示“RecordingPleaseSpeak”，录音示意图如图5-3所示。图5-3录音示意图5.4放音状态主人回家后，可以收听访客来访时的留言信息，从而课不错过任何访客，长按放音键，扬声器播放声音，LCD显示“PlayingtheRecordedMSG”，放音示意图如图5-4所示。图5-4放音示意图5.5开灯状态主人按下开灯按钮，给来访的客人照明，此时黄色二极管亮，三秒后又会自动熄灭，LCD显示“LightOn”，开灯示意图如图5-5所示。图5-5开灯示意图5.6时间设置该门禁系统能够给人们方便的提供时间，显示内容丰富，给人们的生活带来了便利，该系统内有自动判别闰年，大小月的能力。时间设置时，按下时间设置按钮，光标就会在设置的位置闪烁，再按录音键（+）和放音键（-）调节时间、年月日和星期信息。结论经过这几个月的努力，我利用单片机STC89C51作为核心控制系统完成了多功能门禁系统设计的任务，按照学校毕业设计进度要求如期的完成此次设计。它不但能够给来访者带来便利，能够给主人进行语音留言，人们也再也不用担心因家中没人而错过任何来访者。该门禁系统不但简单便捷，而且能够提高人们的生活品质，大大地方便了人们的生活。在毕业设计的设计过程中，也碰到了不少的问题，但是在老师和同学的指导下，这些问题都得到了解决，例如（1）在设计之初，本来留言是以在长时间响铃没人开门的前提条件下触发的事件，但是邵鹤帅老师指导时认为那样不是很方便，而且这个响铃的时间前提不好确定，不易于实现，建议增加一个按键，直接来控制录音。经过考虑后，觉得邵老师的意见很中肯，并采纳了该设计方案。（2）在调试按键程序时，代码烧进去后并不能够准确的执行所设定的命令，刚开始遇到这个问题是很是烦恼，不知道是什么问题，后来在查阅了资料并观看了一些关于键盘电路的设计视频后，我知道了，在键盘电路的设计中，需要进行消抖处理，一般解决的措施是软件消抖。经过消抖后，刚刚的问题便得到了解决。在这段毕业设计的期间内，我也取得了一定的成果：（1）学习Altium09软件，并画出了电路设计