毕业设计（论文）基于单片机的电子音乐门铃的设计

1、毕业设计（论文）基于单片机的电子音乐门铃的设计 基于单片机的电子音乐门铃的设计摘 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本系统主要完成等功能he design of electronic music doorbell based on Single Chip Mi

2、croprocessorAbstractWith the progress of the times and development of intelligent controlsmall machines micro-power consumption get a wide concern In these areasSingle chip microprocessor played a pivotal rolewhich the MCU applications important to enhance the status of Single Chip Microprocessor ap

3、plications designed to become the new hot technologyIn recent yearswith intelligent buildings on the market has been heating upthe doorbell system has been as intelligent office and intelligent residential quarters of an important component of the traders and users to accept People have begun to use

4、 doorbell system used to replace the traditional iron keys to manage the access door rang the doorbell so that this system has been leap of development With the rapid development of Single Chip Microprocessor technologypeople will increasingly become an important future development direction through

5、 the material life of the meetIt is introduced by the AT89C51 chip to a system of electronic music doorbell process This system is mainly to complete the electronic doorbell rang the doorbell not only a common electronic features but also has some extensions Its work by the state to set its own user

6、s such as conventional capabilities and visitors to provide the necessary response to the voice and text information in addition users can also visit a wide range of information enquiriesKey words Single Chip MicroprocessorElectronic doorbellLCD displayVoice record-play目 录引 言1 第1章 绪论2 11 概述2 12课题的总体

7、设计及思路2 第2章 硬件电路设计4 21 硬件最小系统设计4 211 核心芯片AT89C51简介4 212 复位电路的设计5 213 时钟电路的设计6 214 存储器的分配7 22 时钟电路的设计8 221 DS1302芯片简介8 222 DS1302结构框图与引脚介绍8 223 DS1302与单片机的硬件电路的设计10 23 显示提示电路的设计11 231 液晶显示原理11 232 SMC1602芯片简介12 233显示电路的设计14 24 语音提示电路的设计14 241 ISD芯片简介14 242 ISD1420芯片特点及引脚介绍15 243 存储芯片AT24C02简介18 244 IS

8、D1420与单片机连接电路的设计19 25 按键电路的设计20 第3章 软件部分设计21 31 主程序设计21 32 相应子程序设计22 321 按键扫描子程序设计22 322 门铃键子程序设计23 333 录音RECORD和播放PLAY程序设计25 第4章 调 试27 结论与展望29 致 谢30 参考文献31 附录A总图32 附录B外文文献及译文33 附录C 主要参考文献及摘要40 附录D 源程序42 插图清单图1-1 设计框图3图2-1 89C51引脚图图复位电路的设计图2-3 时钟电路的设计图2-4 内部数据存储器图2-5 8图2-69图2-710图2-812图2-9 14图2-1016

9、图2-11 17图2-1218图2-1319图3-1 主程序流程21图3-222图3-323图3-4 语音和显示子程序1流程图24图3-5 语音和显示子程序2流程图24图3-6 PLAY键子程序25表格清单表2- 复位后寄存器态610表2-3 1602LCD的引脚功能表12表2-4 1602液晶模块内部的控制器的11条控制指令13表2-5 基本时序表13引 言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在2000年全世界的门铃系统销量比1

10、999增长了接近10倍占整个安防市场的40LCD文字和语音的提示 不在家时 不错过一些来访者本系统主要有语音提示LCD显示提示以及响铃和外机按键等功能其中本设计的中心系统是由单片机AT89C51完成的主要硬件电路有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1602LCD显示电路以及ISD1420语音提示电路并给出了其完整的硬件电路和软件的设计方案与实现方法第1章 绪论11 概述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

11、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

12、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LCD显示Please wait for a moment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Please visit me later此时不响音乐本设计主要

13、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第2章 硬件电路设计21 硬件最小系统设计211 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

14、-1所示芯片引脚介绍图2-1 AT89C51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1P1口P1口是带内部上拉的双向IO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 P10 定时计数器2的外部计数输入时钟输出 见可编程输出 T2EX P11 定时计数器2重装载控制P2口P2口是带内部上拉的双向IO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

15、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IO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 P30 串行输入口TXD P31 串行输出口INT0 P32 外部中断0INT1 P33 外部中断1T0 P34 定时器0外部输入T1 P35 定时器1外部输入WR P36

16、 外部数据存储器写信号RD P37 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16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

17、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21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表2- 复位后寄存器状态寄存器复位状态寄存器复位状态PC0000HTMOD00HACC00HTCON00HB00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0P30FFHSCON00HIP000000BSBUF不定IE0000000PCON00000图2-2 复位电路213 时钟电路的设计时钟电路产生与单片机工作

18、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6如图2-3所示图2-3 时钟电路的设计内部程序存振荡晶体可在12MHz12MHz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CX1CX2可在20pF100pF之间取值但在60pF70pF时振荡器有较高

19、的频率稳定性本设计选取晶振为12MHz电容为30pH2214 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所示图2-4 内部数据存储器22 时钟电路的设计221 DS1302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MC146818DS12887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

20、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222 DS1302结构框图与引脚介绍图2-5 DS1302结构框图1结构框图与引脚介绍DS1302原理框图见图2-5所示DS1302是一种高性能低功耗的实时时钟芯片附加有31字节静态RAM采用SPI三线接口与CPU进行同步通信并可以采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据实时时钟可以提供秒分时日星期月和年一个月小于31日时可自动调整包括闰年有效至2100年可以采用12h或24h方式计时采用双电源供电可设置备用电源充电方式同时提供了对后备电源进行涓

21、流充电的能力7个附加字节的暂存寄存器包括移位寄存器控制逻辑振荡器实时时钟和RAM芯片为8引脚小型DIP封装引脚排列如图2-6所示3图2-6 DS1302引脚排列DS1302具有一个可编程的涓流充电器主电源和备份电源的双电源引脚7个附加字节的暂存寄存器包括移位寄存器控制逻辑振荡器实时时钟和RAM引脚描述如下GND电源地VCC1在单电源供电系统中的电源引脚在双电源系统中接备份电源VCC2在双电源供电系统中的主电源引脚DS1302由VCC1和VCC2两者中较大者供电当VCC2小于VCC1时VCC1给VCC2供电SCLK串行接口的同步时钟IO双向数据线引脚RST复位信号在一个读写期间必须保持高电平X1

22、X2连接一个标准的32768HZ石英晶体DS1302也可用外部振荡器驱动这时X1引脚连接外部振荡器信号X2悬浮2DS1302功能命令字节每次数据传输由命令字节开始MSB 位7 必须是逻辑1若该位是0则禁止操作DS1302位6为0时选择实时时钟日历数据位6为l时选择RAM数据位5l选择操作的寄存器LSB 位0 选择写操作 逻辑0 或读操作 逻辑l 复位和时钟控制数据传输的启动是由RST置为高电平开始的RST启动控制逻辑允许地址命令序列送入移位寄存器一个时钟周期是一个下降沿紧跟一个上升沿数据输入的时候在时钟上升沿数据必须有效如果RST变低所有数据传送即被终止I0引脚到一个高阻状态在电源上电过程中R

23、ST必须保持逻辑0直到VCC大于20V在RST由0变1的过程中SCLK必须是逻辑0数据输入输入命令字节8个时钟周期之后在下8个时钟周期的上升沿输人数据若有额外的SCLK周期是不予理睬的数据输入开始位是位0数据输出输入读命令字节8个时钟周期之后在下8个时钟周期的下降沿数据被送出注意第一个数据位被送出发生在写命令字节最后一位的第一个下降沿数据输出开始位为位043DS1302的寄存器DS1302共有12个寄存器其中有7个寄存器与日历时钟相关存放的数据位为BCD码形式其日历时间寄存器及其控制字如表2-2所列此外DS1302还有年份寄存器控制寄存器充电寄存器时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等时钟突发

24、寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容DS1302与RAM相关的寄存器分为两类一类是单个RAM单元共31个每个单元组态为一个8位的字节其命令控制字为COHFDH其中奇数为读操作偶数为写操作另一类为突发方式下的RAM寄存器此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节命令控制字为FEH 写 FFH 读 表2-2 DS1302的日历时钟寄存器及其控制字寄存器名命令字取值范围各位内容写操作读操作76543210秒寄存器80H81H0059CH10SECSEC分寄存器82H83H0059010MINMIN时寄存器84H85H0112或00231224010HRHR日寄存器86H87H012

25、82930310010DATEDATE月寄存器88H89H011200010MMONTH周寄存器8AH8BH010700000DAY年寄存器8CH8DH009910YEARYEAR223 DS1302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SCLKIORSTVCC2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VCC102v时VCC2给DS1302供电当VCC2小于在单片机系统中使用VCC1的时候D

26、Sl302由VCC1供电在本设计中以AT89C51为主器件DS1302为从器件RST接在主器件P32上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IO与串行时钟线SCLK分别接在P31和P30上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23 显示提示电路的设计231 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

27、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 simple Matrix 和主动矩阵驱动 Active Matrix 等三种53液晶显示器各种类形的显示原理 1 线段的显示点阵图形式液晶由MN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168 128个点组成屏上的64l6个显示单元与显示RAM区1024个字节相对

28、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000H00FH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68或88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

29、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135右边为246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16232 SMC1602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1611

30、62202和402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16图2-8 1602实物图11602LCD的引脚功能表2-3 1602LCD的引脚功能表编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS电源地 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 5RW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

31、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RW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RW同为低电平时可以写人指令或者显示地址当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号当RS为高电平RW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D0D7为8位双向数据线21602LCD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2-4 1602液晶模块内部的控制器的11条控制指令序号指令RSRWD7D6D5D4D3D2D1D01清显

32、示00000000012光标返回0000000013置输入模式00000001IDS4显示开关控制0000001DCB5光标或字符移位000001SCRL6置功能00001DLNF7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ID光标移动方向高电平右

33、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控制整体显示的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SC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57的点阵字符高电平时显示510的点阵字符指令7字符发生器RAM地址设置指令8DDRAM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

34、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 LRW HE H输出D0D7 状态字写指令输入RS LRW LD0D7 指令码E 高脉冲输出无读数据输入RS HRW HE H输出D0D7 数据写数据输入RS HRW LD0D7 数据E 高脉冲输出无233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10图2-9 AT89C51与SMC1602的显示电路24 语音

35、提示电路的设计241 ISD芯片简介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DAST TM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242 ISD1420芯片特点及引脚介绍芯片特点及结构简图ISD1420芯片

36、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 05A 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205160段 01255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使用方便的单片录放系统外部元件最少重现优质原声没有常见的背景噪音放音可由边沿或电平触发无耗电信息存储省掉备用电池信息可保存100年可反复录放10万次无需专用编程或开发系统较强的分段选址能力可处理多达160段信息具有自

37、动节电模式录或放后立即进入维持状态仅需05A电流单一5伏电源供电图2-10 ISD1420功能块图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EOMRECLED 录音LED输出 在录音过程中RECLED输出变低该输出可用于驱动一个LED以提供正在录音的提示信息MIC 话筒输入 MIC把其输入信号传给片上预放大器片上自动增益控制 AGC 电路控制片上预放大器的增益从-15至24之间变化外部话筒输入应通过电容交流耦合至本引脚电容值和本引脚上的片内10k电阻决定了芯片的低频截止频率MIC REF 话筒基准 MIC REF输入是话筒预放大器的反

38、相端输入它提供了较好的噪声抑制比和较高的共模抑制比AGC 自动增益控制 AGC动态地调整预放大器的放大倍数以扩大话筒输入的范围AGC功能允许更大范围的声音输入从小声耳语到很大的声音都能得到很好的录音效果并在整个范围内保持小的失真率ANA OUT 模拟输出 本引脚向用户提供预放大器的输出预放大器的电压放大倍数由AGC引脚的电压所决定ANA IN 模拟输入 ANA IN引脚把输入信号传给片内以便录音对于话筒输入模式ANA IN引脚应通过外部电容连接到ANA OUT引脚如果外部输入信号的来源不是话筒则输入信号可通过电容直接耦合给ANA IN图2-11 ISD1420管脚排列图XCLKISD1400系

39、列对外部的时钟输入其内部有下拉元件一旦接入外部时钟内部时钟自动失去作用如果没有用则该引脚应当接地另外如不是要求时钟信号特别精确一般不推荐使用外部时钟输入内部时钟已经能使芯片很好地工作SPSP- 扬声器输出 SP和SP-引脚提供了扬声器的直接驱动功能而输出电阻只有16对于直接驱动的扬声器来说也可以只用一个输出端但是双端极性的输出比单端输出的功率高了4倍此外当使用SP和SP-时扬声器耦合电容就没有必要了单端连接则需要在SP端和扬声器之间连接交流耦合电容在录音期间扬声器输出端保持高阻状态A0A7 地址输入 地址输入用于芯片有分段录音时不同的地址端口对应不同的录音片断这是分段录音和选择段落回放的保证2

40、42 分段录音和放音简介由于分段录音和放音涉及到芯片的一些参数设定和查表系统介绍需较多篇幅因此本文不再给出详尽的解释而只用一些简单的例子加以说明例子中所涉及到的参数不作详细的说明只求能说明问题即可首先说明地址并不是存储信息的序号它是芯片存储区的指针实际上它和单片机的存储区地址是类似的以ISD1420为例此芯片的存储时间为20秒最小录音时间为100ms因此可以分段的总数为2001 200段如果想从第10秒处开始录音则所需地址为1001 100换算为二进制地址1100100因此只要按上述给定地址配置芯片地址引脚 A0A6 的状态然后按一般情况进行录音即可放音与录音类似重要的是配置好地址状态ISD1

41、420的地址线有7根很多情况下用不了这么多根地址线而且单片机输出端口也提供不了如此多的地址线为了解决这个问题我们可以简单地把一些低位地址线接地而只用高位地址线这样我们就可以得到大片的而且很实用的录音区域并且减小了对单片机的控制线需求以ISD1420为例如果我们把A0A3全部接地那末我们得到的最小分段间隔为2秒而且只需4根地址线即可选完这几个区域如果把A4也接地分段间隔则为4秒当系统上电时有时会出现意料之外的录音过程而这个意外的录音过程会妨碍以前的声音进行回放一个伪EOM标记会出现在存储空间的开始部分为了防止这种现象的发生在控制端 REC和VCC 之间并联一个电容 大约为0001F 即可它使控制

42、端的电压同步拉起一旦电压变高电压上拉部分将保持高电平直到人为地使电压变低从而防止伪EOM标记的产生既然这种异常现象与使用者的印刷线路板的电容有关因此不是每个人都会遇到这种情况但为了使电路稳定工作这个电容是必须的 1 录音把REC端信号置低电平就开始了一个从芯片的开始存储空间录音的过程如果保持低电平录音过程会一直保持到存储空间满为止 2 边缘触发形式的放音PLAYE置低电平就开始了一个回放过程放音从存储空间的开始部分或选定的段开始放音PLAYE变高电平对放音过程没有影响放音会持续到遇到EOM信号为止 3 电平触发形式的放音PLAYL置低开始了一个回放过程但在放音过程中PLAYL要一直保持低电平放

43、音过程会持续到遇到EOM信号为止如果在遇到EOM信号之前变高放音即结束12243 存储芯片AT24C02简介在本设计中AT24C02存储芯片主要用于保存来访者的人数AT24C02串行EZPROM以其体积小性能优使用灵活和方便而受到人们的青睐广泛应用在测控系统以及各类智能仪表中用于保存特征参数和各种检测数据使数据得到可靠保护而不会由于停电干扰等原因使其丢失同时在各种便携式智能仪表中使用因此有着广泛的应用前景存储芯片AT24C02的引脚图及性能DS1302引脚如图2-12所示AT24C02是一种串行CMOSEPROM电擦除只读存储器采用总线结构其只要主要指标如下工作电压256V工作电流3mA存贮容

44、量2568bit静态电流70A自同步页写周期 10ms 数据保持时间100年图2-12 AT24C02引脚图2数据的传送EPROM用两根线连接到单片机的PC总线接口或普通IO口线上使单片机与EPROM两者之间构成了主从关系数据传送所需的时钟信号和各种控制信号均由单片机产生在传送过程中每个动作的执行都是在SCL为高电平期间进行因此在此期间SDA线上的数据必须保持稳定数据的更迭必须在SCL为低电平时进行SCL高电平期间SDA线上的任何变化信号均被理解为控制信号SDA由高变低意味着读写操作的开始SDA由低变高则表示读写工作的结束启动信号发出后E2PROM收到的第一个字节为指令代码其中高4位D7D4为

45、器件标志AT24C02固定为1010D3Dl用于器件寻址D0指出数据传送的方向D0 1为读模式D0 0为写模式并由此决定后面的数据是由单片机发出还是由E2PROM发出如果是写模式还需再发送片内地址字节在数据传送过程中每一个字节均是从高位到低位顺序发送在每个字节的结尾数据接收方应向数据发送方回送一个应答信号以表示读写的继续肯定应答为低电平如果此时单片机回送高电平并且紧接着发生停止信号则表示整个过程结束244 ISD1420与单片机连接电路的设计由于本设计只需要录音和放音故ISD1420电路只需要工作在地址模式A7A0A7 全部为地址输入引脚本设计设置三段录音4s5s11s00H1FH20H47H

46、48HA0HP26对应A6P25对应A5P23对应A3ISD1420的REC录音引脚为低电平时P24引脚控制录音时00H或20H或48HP24引脚为低电平即可录音用户录制的语音每一段结束后 EOM OVF 利用ISD1420的录音指示端RECLED并接发光二极管可显示录音状态平时呈高电平图2-1325 按键电路的设计在本设计中将有室内机和室外机其中室内机一共有三个功能一选择旋钮主人选择IN或是OUT二录音按钮主人可以事先录制语言提示更人性化三播放按钮主人播放来访者留言室外机有一个按铃按钮扬声器语音提示来访者主人的信息以及LCD显示提示来访者主人的英文信息按键图如图2-14所示a b 图2-14

47、 按键电路图K1按键是录音键主人录制留言当主人按下按键时就开始录音K2键是播放键主人按键可以听到来访者的留言K3键是来访者的按铃键K4是主人选择是否在家按键当主人在家是将开关打在VCC键盘扫描到高电平时播放主人录制的留言1以及显示留言1当家里没人时将开关打在GND键盘扫描到低电平时播放主人录制的留言2以及显示留言218第3章 软件部分设计31 主程序设计系统应用程序由主程序及子程序两大部分组成主程序流程图如图3-1所示主程序主要用来完成系统的初始化时间显示和按键扫描等工作图3-1 主程序流程图先扫描按键若没有按键则从时钟芯片中读出数据显示时间若有按键则跳转到相应按键的子程序按键主要有K1键录音

48、功能K2键播放功能K3键门铃按键K4键选择功能32扫描子程序本程序采用非编码键盘单片机必须对所有按键进行监视一旦发现有键按下单片机然后转入相应的处理程序实现该键功能图3-2 按键扫描子程序322 门铃键子程序键是控制键图3-3 门铃键子程序1 语音和显示子程序1语音和显示子程序1就是主人不在家时对来访者的语音提示和显示提示语音提示为家里没人请留言姓名谢谢LCD显示Please visit me later语音提示是主人录制进去的而LCD显示是TABLE表中的代码显示如图3-4所示语音和显示子程序1流程图图3-4语音和显示子程序1流程图2 语音和显示子程序2语音和显示子程序2是当主人在家时来访者

49、听到的语音提示以及显示语其中语音由主人录制请稍后马上就来显示语为Please wait for a moment流程图如图3-5所示图3-5 语音和显示子程序2流程图333 录音RECORD和播放PLAY程序设计RECORD键是录主人留言信息控制键主人要把自己不在家的留言信息例如您好是XX主人不在家请留言留言时间是s和您好请稍等我马上来开门预先录入ISD芯片中以便需要时可以随时调用在这里留有s的时间用来录这段话具体操作是选按下RECORD键程序检测到此键后便开始示主人留言信息并启动单片机的T0中断定时s后自动停止由于对ISD进行直接寻址时信息的最小分辨率是ms所以将A0A5都接地将A6A连到单

50、片机输出端这样可以使信息的最小分辨率变为96s150ms26 96s利用单片机的T0中断定时器从ISD的初始地址即A6A都为0开始定时9s段时间留作主人留言区剩下大约06s不用把接下来的s用来录对方留言信息PLAY键是播放留言控制键当主人要听自己留言信息或对方留言信息时可以按下此键这时便开始播放第一段信息主人留言若不想听此段信息可以不等其播放完再按一下PLAY键便从第二段开始播放对方留言若再按此键便重新播放第一段信息只要按的不是PLAY键就跳出此子程序ISD停止播放流程图如图所示图3-6 PLAY键子程序第4章 调 试单片机应用系统的调试包括硬件调试和软件调试是一个很重要的步骤在调试过程中要不

51、断地找出其中的错误并进行现场解决然后再重复直至系统可以正常运行为止系统的硬件调试与软件调试是分不开的许多硬件故障是在调试软件时才被发现和纠正的通常是先排除系统中明显的硬件故障后再和软件结合起来调试一硬件调试第一步在没通电之前先用万用表检查线路的正确性并核对元器件的型号规格是否符合要求特别注意电源的正负极以及电源之间是否有短路并重点检查地址总线数据总线控制总线是否存在相互间的短路或其他信号线的短路晶体振荡器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是保证振荡器稳定和可靠地工作在本系统中我们都进行了仔细的检查所以此步骤不会发生故障这一步如果检查不细通电后可能会造成不可想象的后果所以这一步也

52、至关重要第二步通电后检查各器件引脚的电位仔细测量各点电位是否正常尤其应注意单片机的插座上的各点电位若有高压将有可能损坏单片机仿真器同样如果电压过低就没有能力驱动其负载第三步在断电的情况下除单片机以外用仿真插头将所连接电路与单片机仿真器的仿真接口相连为软件调试做好准备二软件调试该系统的软件调试是把程序输入单片机然后连接单片机仿真器进行模拟调试在调试时程序应该以模块的形式进行调试这样可以方便解决软件的问题进行及时修改最后再将调试好的小段程序连接在一起进行整体调试当整个程序都没错误时软件调试已经成功程序调试中出现的问题及解决的办法1有时会出现程序一点错误也没有但就是不能正常运行的现象最后我们发行是因

53、为程序中有的指令书写得不规范导致的例如有的RET返回指令一定要按正确格式书写或在两行指令间最好不要留空行2LCD计时正常显示的解决办法a两个定时器同时工作存在中断时序问题刚开始时我们把定时器1设定在方式3计250us由于定时中断过于频繁使CPU负载过大导致音乐不能正常播放时间不能正常显示解决办法将定时器1设定在工作方式116位计数计50ms效果有很大改观但还有问题b当音乐为全4拍起始时此时音乐节奏与定时器T1中断频率错开LCD显示和音乐播放都会好一些c另外在歌曲中当遇到一个音符发音为4拍在编曲中为0CH因时间较长当定时器T1此时来中断时就会对歌曲播放产生影响若改为发音一拍中断对歌曲播放影响减弱

54、但音乐效果变差d改进方案若采用可以定时时间更长的单片机可以避免所有问题3编程时要注意在程序开始时要写入各定时器中断的入口地址4编程过程中要注意加注释或分割线否则在程序过长时容易变得很乱不便于查找或更改5程序的结构要设计的合理避免上下乱调用的现象这样会使程序更加清晰化6编程前要加流程图这样会使思路清晰例如数字音乐盒的设计思路完全可以按着MP3的工作方式列写流程图结论与展望本设计使用不仅可以而且使用方便在不改变系统硬件的情况下只需要修改内存中的就可以对进行修正为提供了方便 运行稳定如果要记录大量的来访信息只需要更换同系列且容量更大的存储芯片并在软件上对存储信息的相关起始地址作简单的修改即可致 谢在

55、为期近四个月的毕业设计结束之即我首先要感谢XX老师给予我的指导和帮助在刚拿到课题时我感到非常迷茫无从下手但是在彭老师的细心指导下我渐渐有了思路并且对这个课题产生了浓厚的兴趣在X老师那里我不仅学到专业知识更学到了对人真诚对事负责认真的做人原则我要感谢曾经一些指导过我的老师在他们那里我不仅学到了专业知识而且对设计的整体思路更加清晰了同时我也要感谢电气系在设计期间为我们提供了一个良好的设计环境最后我还要感谢本小组成员对我的帮助作者2008年6月5日参考文献4 夏方林基AT89C2051的单户可视对讲门铃室内分J微计算机信息2004 10 96-975 胡俐蕊朱彪J电子元器件应用200610 8 35

56、-386 冯育长等单片机系统设计育实例分析M西安电子科技大学出版社20077 李念强等单片机原理及应用M机械工业出版社20078 吴金戌等8051单片机实践与应用M清华大学出版社2002 11 沈红卫 单片用系统设计实例与分析M 北京北京航空航天大学出版社 张明珊江工业大学学报11 何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计M 北京北京航空航天大学出版社200312 潘永雄 新编单片机原理及应用M 西安西安电子科技大学出版社200313 陈明荧 8051单片机课程设计实训教材M 北京清华大学出版社2004314 胡汉才 单片机原理及其接口技术M 北京清华大学出版社第2版200315 韩治军等单片机应用系统设计M机械工业出版社200516 李宏张家田 液晶显示器件应用技术M 北京机械工业出版社2004117 汪德彪 MCS-51单片机原理及接口技术M 北京电子工业出版社200318 韩志军沈晋源王振波 单片