单片机的门铃设计

2017 年春季学期 数字电子技术 结结业业论论文文 论 文 题 目 单片机的门铃设计 学 生 姓 名： 公振鲁 学 号 ： 专 业 班 级 ： 物理一班 学 术 诚 信 承 诺 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得佳木斯大学或其 他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 签名：_ 日期：_ 关于论文使用授权的说明 本人完全了解佳木斯大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名：_ 导师签名：_ 日期：_ 摘 要 随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高， 人们对居住环境的安全、方便提出了越来越高的要求，尤其是在智能化住宅中，人们迫 切需要一种不仅安全可靠、使用方便等优点于一体的智能门铃产品，因此无线遥控音乐 门铃系统的设计成为本课题研究的目标。 本文介绍了一种新型无线遥控音乐门铃,它采用具有编码功能的超再生无线模块，结 合单片机利用中断产生的方波,成为一种声音动听、门铃按钮与声源之间免去连线、安装 方便的新型遥控高音质门铃.这种门铃具有功耗低,电路简单可靠,抗干扰能力强,遥控距 离远,电路体积小等优点,其接收电路连同主控机喇叭等于一体，可以随意放置在室内有 220V 交流电源的地方,本设计还可以用电池供电，更加方便！还可变换门铃各种音乐，使 声音悦耳动听，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景。 关键词：无线遥控；音乐门铃；单片机 Abstract With the rapid development of microelectronic technology, wireless technology and the net work technology and the improvement of peoples living standard, put forward higher request pe ople to safety, convenient living environment,especially in theintel ligent residential, people urgently need a not only safe and reliable, easy to useand other advanta ges of intelligent doorbell the product, so the design of wireless remote control music doorbell sy stem has become the aim of the project. This paper introduces a new type of wireless remote control music doorbell, it adoptssuper r egeneration wireless module with encoding function, combined .With SCMinterrupt generation Fang Bo, become a sound, the doorbell button and the sound source fro m the new remote connection, convenient installation and high quality door bell. This bell has th e advantages of low power consumption, simple and reliable circuit, strong anti- interference ability, long distance remote control, has the advantages of small volume, the circuit, receiving circuit and the main controlmachine horn is equal to one, can be placed on a 220V AC power supply in indoorplaces, this design can also be powered by batteries, more convenient! Ca n alsotransform the doorbell music, make a pleasant voice, to meet different needs of life,with br oad prospects for development. Key Words: Wireless remote control doorbell music chip 目 录 摘摘 要要.I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 1.1 课题的目的和意义 .1 1.1.1 课题的目的 .1 1.1.2 课题的意义 .1 1.2 课题背景 .1 第 2 章 单片机的基本性质及特征.2 2.1 单片机的基本性质 .2 2.2 单片机的应用 .3 第 3 章 单片机的结构及功能.3 3.1 单片机的结构 .3 3.2 单片机的功能 .5 第 4 章 学习教程及焊接主要技术问题.4 4.1 学习教程 .4 4.2 主要焊接技术问题 .4 第 5 章 电路设计.5 5.1 系统总体框图 .5 5.2 电源电路设计图 .5 5.3 发射电路设计 .6 5.4 接收电路设计 .8 致致 谢谢 .10 参考文献参考文献 .11 第 1 章 绪论 1.1 课题的目的和意义 1.1.1 课题的目的 本课题的目的由于电子音乐门铃具有铃声悦耳动听，价格低廉、耗电少等优点，在 现代家具中的应用越来越流行。有了电子音乐门铃，在有客人在拜访时，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。通 过电子声乐为人类造福，让现代人享受到现代化的服务，从而提高国民整体素质，促进 现代化建设。 1.1.2 课题的意义 所谓无线门铃是针对传统的有线门铃而讲的。传统的门铃都为有线门铃，使用方便， 极大地方便了大家的生活。如果在豪门大院或经常听不到门铃声的房主，有时总会不能 及时接待来客，很是尴尬。传统的门铃布置采用导线将门铃的各个设备连接到一起，随 着技术的发展，无线技术得到广泛的应用，这就出现了无线门铃！简便、灵活的无线安 装设计，免去安装时的麻烦及支出，不影响装修美观。空旷地带遥控距离长达 100 米， 超长的能达 3000 米，能满意各式住宅及高层楼宇需求。实际遥控距离视使用环境因素而 变化。而且无线遥控音乐门铃能发出各种不同的优美音乐，用户可以通过程序选择喜欢 的音乐。 1.2 课题背景 在现代电子产品中，“叮咚”门铃以它成本低，方便快捷等优点占据了很大的市场空 间。本课程设计是基于单片机的“叮咚”门铃，通过单片机控制输出频率，由音频功率 放大器 LM386 放大给扬声器，使之发出叮咚声。虽然功能简单，但是由于其操作简单得 到了广泛的应用。本文通过研究学习郭天祥的新概念 51 单片机 C 语言教程:入门、提 高、开发、拓展全攻略制作出无线遥控音乐门铃。 第 2 章 单片机的基本性质及特征 2.1 单片机的基本性质 51 单片机是对所有兼容 Intel8031 指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖 是 Intel 的 8031 单片机，后来随着 Flashrom 技术的发展，8031 单片机取得了长足的进 展。很多公司都有 51 系列的兼容机型推出，很长的一段时间内将占有大量市场。51 单片 机是基础入门的一个单片机，需要注意的是 52 系列的单片机一般不具备自编程能力。成 为应用最广泛的 8 位单片机之一，其代表型号是 ATMEL 公司的 AT89 系列，它广泛应用于 工业测控系统之中。51 单片机是对所有兼容 Intel 8031 指令系统的单片机的统称自编程 能力。 2.2 单片机的应用 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。 小到电话，玩具，手机，各类刷卡机，电脑键盘，彩电，冰箱，空调，电磁炉，大到汽 车，工业自动控制，机器人，导弹导航装置，甚至是美国的火星车，这些设备里面都含 有一个或者多个单片机 。单片机的数量不仅远超过 PC 机，甚至比人类的数量还要多。 因此，单片机的学习、开发与应用将造就一大批软硬件工程师。 第 3 章 单片机的结构及功能 3.1 单片机的结构 一台能够工作的计算机要有这样几个部份构成：CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存 储-内存）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。在个 人计算机上这些部份被分成若干块芯片，安装一个称之为主板的印刷线路板上。而在单 片机中，这些部份，全部被做到一块集成电路芯片中了，所以就称为单片机。单片机是 一种控制芯片，一个微型的计算机，而加上晶振，存储器，地址锁存器，逻辑门，七段 译码器（显示器），按钮（类似键盘），扩展芯片，接口等那是单片机系统。 3.2 单片机的功能 8 位 CPU4kbytes 程序存储器(ROM) (52 为 8K) 128bytes 的数据存储器(RAM) （52 有 256bytes 的 RAM） 32 条 I/O 口线111 条指令，大部分为单字节指令 21 个专用寄存器 2 个可编程定时/计数器5 个中断源，2 个优先级（52 有 6 个） 一个全双工串行通信口 外部数据存储器寻址空间为 64kB 单一+5V 电源供电 CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格； I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出 T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； 五个中断源的中断控制系统； 一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单 片机与微机之间的串行通信； 片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6M 12M。 第 4 章 学习教程及焊接主要技术问题 4.1 学习教程 知识上，其实不需要多少东西，会简单的 C 语言，知道 51 单片机的基本结构就可以 了。一般的大学毕业生都可以了，自学过这 2 门课程的高中生也够条件。设备上，一般 是建议购买一个仿真器，例如，的“双功能下载线”就具有良好的稳定性和较快的下载 速度，上位机可扩展，可以下载更多的单片机及嵌入式芯片。通过实验，这样才可以进 行实际的，全面的学习。日后在工作上，仿真器也大有用处。还有，一般光有仿真器是 不行，还得有一个实际的电路，即学习板，如图，即为，单片机最小系统。 学习板以强大的接口为主，单片机的学习分两方面，一方面是单片机的原理及内部 结构，另一方面是单片机的接口技术。这些都是需要平时多积累，多动手，多思考，这 样才能学好单片机技术。 4.2 主要焊接技术问题 1）元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这 样有利于装配顺利进行。 2）在瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装时，引线不能太长，否则降低元 器件的稳定性；但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件。一般要求距离电路板面 2mm，并且要注意电解电容的正负极性，不能插错。 3）集成电路的焊接，在焊接时，首先要弄清引线脚的排列顺序，并与线路板上的焊 盘引脚对准，核对无误后，先固定 IC，然后再重复检查，确认后再焊接其余脚位。由于 IC 引线脚较密，焊接完后要检查有无虚焊，连焊等现象，确保焊接质量。 第 5 章 电路设计 5.1 系统总体框图 本设计采用 STC89C51 单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，超再生 无线模块实现无线的链接。系统总体框图如下： 图 1 系统总体框图 遥控器采用 PT2262 编码芯片对信号编码，由超再生无线模块发射信号。遥控器硬件 结构图如下： 图 2 遥控器硬件结构图 5.2 电源电路设计 家用电压为 220V，而本设计采用的电压是 5V，如果不用电池的情况下，使用家用电 的情况下，考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进 行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用 5 V 作为工作电源，所以在经整流和 滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的 5 V 直流电源， 三端稳压集成电路采用 LM7805。具体电路图如图 3。 图 3 电源供电电路图 5.3 发射电路设计 由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采 用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所 以无线信号的编码由 SC2262 集成电路完成，该电路具有 8 位地址信号和 4 位数据信号， 不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地 工作。发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和 “0”两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端 Dout 输出，通过 红外发射管发射出去。 Dout 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，一般电阻可在 430k820k 之间选择即可。 SC2262-IR 是 2262 系列用于红外遥控的 专用芯片，它是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，SC2262-IR 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供地址码， SC2262-IR 最多可有 6 位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出， 可用于遥控发射电路。 编码芯片 SC2262-IR 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的 码字，当有按键按下时，SC2262-IR 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号。 SC2262-IR 的管脚图如图 1 所示，管脚说明如表 1 所示，性能参数如表 2 所示。 SC2262-IR 特点：CMOS 工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC 振荡电阻，工作电压 范围宽：2.615v ，数据最多可达 6 位，地址码最多可达种。 应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。 图 4 管脚图 表 1 管脚说明 SC2262 的电源端与发射模块的电源端受制于热释电模块，一旦发现异常就会开启 SC2262 芯片与发射模块的电源，一但 SC2262 芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发 射电路发送出去。其原理图如图 5 所示 5.4 接收电路设计 接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作， 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 315 M 的高频信号，使模块输 出为 1，当发射部分发送的是 0 时，发射高频部分