单片机音乐门铃设计.doc

- -航空职业技术学院毕 业 设 计论 文论文题目： 电子音乐门铃的设计与制作 所属系部： 电子工程系指导教师： 思俊职 称：助教学生 ： 樊文鹏 学号:09202118专业： 应用电子航空职业技术学院制航空职业技术学院毕业设计论文任务书题目：电子音乐门铃的设计与制作 任务与要求： 1.了解单片机的编程.电路的分析方法以及系统控制原理 2. 电子音乐门铃的电路图设计。 3 电子音乐门铃控制程序的编写。 4 电子音乐门铃的制作。时间：2021 年 12 月 20 日 至 2021 年 12月 24 日 共 1周所属系部：电子工程系学生： 樊文鹏 学 号：09202118专业： 应用电子指导单位或教研室：嵌入式系统实训室指导教师： 思俊 职 称： 助 教航空职业技术学院制航空职业技术学院课 程 设 计实训成绩评定表系别：电子工程系论文评语：辩论情况： 成绩：签名：摘要随着时代的前进和开展，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局部，被各商家和用户所承受。人们已开场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开展。随着单片机技术的飞速开展，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开展的方向。 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。声音的频率围约在几十到几千赫兹，假设能利用程序来控制单片机某个口线的 高电平和低电平，那么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，假设再利用延时控制“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根本发音实验出发。我们知道，声音的频谱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，那么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： 智能化 实用化 单片机 嵌入式 目录第一章设计原理及组成- 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 -第二章单片机概述- 5 -第三章硬件设计- 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 -完毕语- 16 -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:Asthebellhasawonderfulblendofelectronicmusic,lowpriceandlowpowerconsumptionadvantagesofmodernhouseholdmoreandmorepopular.Withelectronicmusicdoorbell,whereguestsvisit,thehearingwillnolongerbemonotonoustone,buttheextraordinarypopmelodies.Soundeffectssuchaspersonalizedelectronicmusic.Hereasinglechipdesignwithelectronicmusicdoorbell,justAT89C51microputersystem,togetherwithasmallLM386audioamplifiertodotheoutputtothespeaker.Visitor,clickthebutton,doorbellwillplaythebeautifulelectronicmusic.- word.zl- -第一章 设计原理及组成1.1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。1.2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 AJMP TIM0START: MOV SP,#5FH MOV A,P3CPL A JZ STARTMOV TMOD,#1CPL A MOV IE,#10000010BSTART0: MOV 30H,#0NEXT: 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 TR0AJMP SING1SING: 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 30HAJMP 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,#85D3: MOV R3,#85 DJNZ R3,$DJNZ R4,D3DJNZ R7,D2DJNZ R5, DELAYRETTABLE1: 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 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 1.3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展放大以推动扬声器发出声音。第二章 单片机概述一台能够工作的计算机要有这样几个局部构成：CPU进展运算、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局部被分成假设干块芯片，安装在一个被称为主板的印刷线路板上。而在单片机中，这些局部，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局部外，还集成了其它局部如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拟多的，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的根底上进展功能增减，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。第三章 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，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。3.1 芯片简介AT89C51单片机是把那些作为控制应用所必需的根本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存放器。他们都是通过片单一总线连接而成，其根本构造依旧是CPU加上外围芯片的传统构造模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能存放器的集中控制方式。1微处理器 该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器根本一样，同样包括了运算器和控制器两局部，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进展位变量的处理。2数据存储器片为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，片只读存储器一般容量较小，如果片的只读存储器的容量不够，那么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/计数器片有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。可用来进展串行通讯，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。7I/O口 4个并行8位I/O口8特殊功能存放器共有21个，用于对片的各功能的部件进展管理、控制、监视。实际上是一些控制存放器和状态存放器，是一个具有特殊功能的RAM区。由上可见，AT89C51单片机的硬件构造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、位存放器、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巧之处。3.2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，但部无上拉电阻，作为输入输出时应在外部接上拉电阻。2P1口功能P1口只作I/O口使用，其部有上拉电阻。3P2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，其部有上拉电阻。4P3口功能1、除了作为I/O口使用外其部有上拉电阻，还有一些特殊功能，由特殊存放器来设置。2、当作为输入时，上拉电阻将其电位拉高，假设输入为低电平那么可提供电流源，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。5ALE/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。6PSEN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：1、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。7EA/VPP程序存储器控制信号1、接高电平时：CPU读取部程序存储器ROM2、接低电平时：CPU读取外部程序存储器ROM。8031单片机部是没有ROM的，因此在应用8031单片机时，这个脚时一直接低电平的。8RST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。9XTAL1和XTAL2外接晶振引脚。当使用芯片部时钟时，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。10VCC电源+5V输入11GND接地3.3 主要电路设计AT89C51是片有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线部存储器容量有限应用系统开发具有特殊性3.3.1时钟电路AT89C51虽然有部振荡电路，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：部时钟方式和外部时钟方式。本设计采用最常用的部时钟方式，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。3.3.2 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。第四章 软件设计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，那么一拍应为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11/4拍22/4拍33/4拍41拍51又1/4拍61又1/2拍82拍A2又1/2拍C3拍F3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SO139264260低LA244064400低TI349464524中DO452364580中RE558764684中MI665964777中FA769864820中SO878464898中LA988064968中TIA98865030高DOB104665058高REC117565110高MID131865157高FAE139765178高SOF156865217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DO523Hz、高音的DO1046Hz的定时器初始值。T65536-N65536-Fi2Fr652Fr65536-500000/Fr低音DO：T65536-500000/26263627中音DO：T65536-500000/52364580高音DO：T65536-500000/1047650594.2 程序设计汇编程序如下： OUT BIT P1.1 TEMP EQU 30H ORG 0000H AJMP START ORG 000BH AJMP TIM0START: MOV SP,#5FH MOV A,P3CPL A JZ STARTMOV TMOD,#1CPL A MOV IE,#10000010BSTART0: MOV 30H,#0NEXT: 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 TR0AJMP SING1SING: 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 30HAJMP 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,#85D3: MOV R3,#85 DJNZ R3,$DJNZ R4,D3DJNZ R7,D2DJNZ R5, DELAYRETTABLE1: 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 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 4.3音乐门铃的80C51电路图4.4音乐门铃的发声原理原理：延迟程序控制上下电平的持续时间，从而影响其发出的频率，所以就产生的音乐。一段音乐需要两个元素，即音符和节拍。音符的发音主要靠不同的音频脉冲，只要算出某一音频的周期频率的倒数，然后将此周期除以2，即为半周期的时间，利用定时器计时这个半周期的时间，每当计时到了就将输出脉冲的I/O反相，然后重复计时此半周期时间，再对I/O反相，就可在I/O脚上产生优美的乐曲。完毕语通过此次课程设计，让我进一步了解了对单片机的编程、电路的分析以及系统控制原理等专业知识的分析方法和解决实际问题的全面综合的锻炼。尤其是对编程方面有了进一步认识与掌握，通过查阅资料不断的总结和比照发现自己的缺乏。此次课程设计是一次很好的在单片机的根本原理、应用系统开发以及汇编语言的锻炼时机。此次课程设计无论从电路设计和程序编写都比拟正规，同时也为日后在大三的毕业设计中打下坚实根底。通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在单片机的根本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧特别是汇编语言的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的根底。参考资料【1】 学海 标准80C51单片机根底教程原理篇 航空航天大学 2007年【2】 函芳?MCS-51/96单片机原理及应用? 航空航天大学 1994年【3】 进峰 ?电子制作实训? 中国劳动社会保障 2006年【4】 靖武 ?单片机原理、应用与PROTEUS仿真.? 电子工业 2007年【5】明莹 ?8051单片机课程设计实训教材? 清华大学 2003年【6】胡健等.单片机原理及接口技术实践教程M.机械工业，2004.- word.zl