单片机课程设计（论文）-基于单片机控制音乐门铃.doc

洛阳理工学院 基于单片机控制音乐门铃 课题名称：音乐门铃 专 业：电气自动化 班 级：09电气自动化6班 学 号：B090406 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： 智能化 实用化 单片机 嵌入式 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, low price and low power consumption advantages of modern household more and more popular.With electronic music doorbell, where guests visit, the hearing will no longer be monotonous tone, but the extraordinary pop melodies.Sound effects such as personalized electronic music.Here 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.目录第一章 设计原理及组成61.1设计原理61.2电子音乐门铃的组成61.3功率放大电路7第二章 系统主要硬件介绍82.1 AT89C52 芯片简介82.1.1 功能特性描述92.1.2 主要功能特性；102.1.3芯片封装与引脚功能102.1.4 AT89C52内部框图:112.2 LM386引脚图,特性介绍122.2.1 概述:122.2.2特性:12第三章 软件设计133.1音乐符设计133.2 程序设计方法143.3 程序框图153.4音乐门铃的80C52电路图173.5音乐门铃的发声原理17总 结18致 谢19参考文献20附录121附录222 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。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。1.2电子音乐门铃的组成 （1） 系统供电电源 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行放大以推动扬声器发出声音。第二章 系统主要硬件介绍2.1 AT89C52 芯片简介AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。其主要工作特性是：片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；片内数据存储器内含256字节的RAM；具有32根可编程I/O口线；具有3个可编程定时器；中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；具有一个数据指针DPTR；低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；具有可编程的3级程序锁定位；AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；AT89C52最高工作频率为24MHz。单片机正常工作时，都需要有一个时钟电路和一个复位电路。本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。2.1.1 功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器8K 字节在系统可编程AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。2.1.2 主要功能特性；· 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM· 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz· 2个串行中断 · 可编程UART串行通道· 2个外部中断源 · 共6个中断源· 2个读写中断口线 · 3级加密位· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能2.1.3芯片封装与引脚功能AT89S52功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.1.4 AT89C52内部框图:2.2 LM386引脚图,特性介绍2.2.1 概述:LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大 器,主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少,电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至 200。输入端以地位参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场 合。 LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 图三2.2.2特性:静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电。 工作电压范围宽,4-12V or 5-18V。 外围元件少。 电压增益可调,20-200。 低失真度。LM386电源电压4-12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。第三章 软件设计3.1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，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-Fi÷2÷Fr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-Fi÷2÷Fr65536-1000000÷2÷Fr65536-500000/Fr低音DO：T65536-500000/26263627中音DO：T65536-500000/52364580高音DO：T65536-500000/1047650593.2 程序设计方法 （1先用单片机实定时/计数器T0来产生700HZ和500HZ的频率，根据定时/计数器T0，我们取定时250us，因此，700HZ的频率要经过3次250us的定时，而500HZ的频率要经过4次250us的定时。信号产生的方法：500Hz信号周期为2ms，信号电平为每1ms（4X250us）变反1次，（2 在设计过程，只有当按下SP1之后，才启动T0开始工作，当T0工作完毕，回到最初状态。 （3 “叮”和“咚”声音各占用0.5秒，因此定时/计数器T0要完成0.5秒的定时，对于以250us为基准定时2000次才可以。 3.3 程序框图 主程序框图开始T0初始化T0开中断SP1按键识别成功否？启动T0工作T0工作完毕否？T0中断服务程序框图T0中断入口T05S加1T05S=2000吗？T05S0，Flag取反Flag=1Flag=0T5HZ加1T7HZ加1T5HZ=4吗？T7HZ=3吗？T7HZ=0T5HZ=0P1.0取反中断返回图4.19.23.4音乐门铃的80C52电路图3.5音乐门铃的发声原理原理：延迟程序控制高低电平的持续时间，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。总 结通过此次课程设计，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对比发现自己的不足。此次课程设计是一次很好的在单片机的基本原理、应用系统开发以及汇编语言的锻炼机会。此次课程设计无论从电路设计和程序编写都比较正规，同时也为日后在大三的毕业设计中打下坚实基础。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。使我在单片机的基本原理、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基础。在这次设计中，我们完成了一个基于单片机的音乐门铃设计，尽管结果算不上很完美，但是我们努力了，获得了丰富的知识，完善了大学三年中纯理论的模仿学习。我从资料的收集中，掌握了很多单片机的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今单片机的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。当然，通过本次设计，也发现了我在许多知识上的欠缺。通过毕业设计，我们不单单是完成了我们的设计题目，而且认识到了设计的方法和思路。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。 在这个过程中，有很多值得总结的地方。尤其在应用ProtelDXP画原理图，在PCB 板上手工布线，以及在做实物过程中，都需要对细节性的东西比较清楚，返工的几率才会比较少。当准备调试板子的时候，一定要先认真的做好目视检查，检查在焊接的过程中是否有可见的短路和管脚搭锡等故障，检查是否有元器件型号放置错误，第一脚放置错误，漏装配等问题，然后用万用表测量各个电源到地的电阻，以检查是否有短路，这个好习惯可以避免贸然上电后损坏单板。调试的过程中要有平和的心态，遇见问题是非常正常的，要做的就是多做比较和分析，逐步的排除可能的原因，要坚信“凡事都是有办法解决的”和“问题出现一定有它的原因”，这样最后一定能调试成功。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。 致 谢在这次毕业设计的整个过程中，虽然设计结果并不是很完美，但是，在这整个毕业设计期间，使我学到了很多在这之前没有学到的知识、技能。也让我学到了怎样才能更好的与人合作。使我把整个大学期间所学到的知识进行了一个最后的总结和复习，也使我对所学的知识有了进一步的思考。也让我从另一个方面认识了我所学专业的重要性。可以说，在这长达一个学期的设计过程中，我是收获多多，这些都要感谢这次设计过程中给予我帮助的每一个老师和同学。首先，应该感谢的是学院为我们提供了良好的设计环境，为我们提供了很方便的查询各种需要资料的环境。也为我们每一个学生的设计提供了很好的设计平台，并在整个设计过程中不断的督促我们完成我们的毕业设计。更应该感谢的是我的指导老师邹老师，在极其繁忙的工作中还抽出大量的时间来为我们辅导，为我们的设计分配任务，提供了思路，解决我们在设计过程中遇到的各种困难，为我们的论文的编写提供了很好的思路和建议，并指引着我们朝着完美设计的方向发展。在此我要向老师致以最衷心的感谢。 其次，也应该感谢我的软件搭档同学，他在这次设计中给了我软件的支持和在系统调试的过程中努力的解决在调试过程中遇到的各种问题。在我们积极良好的配合之下，才使得这次设计得以顺利的完成。还应该感谢的是班上的同学，他们在我硬件电路的设计、画图以及仿真的过程中给予了极大建议和帮助。在这次毕业设计中使我们的同学关系更进了一步，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法使我们更好的理解知识。 总之，要感谢这次设计中给我帮助的所有人，有了他们的指导、帮助和鼓励，才使得我能在学校规定的时间内顺利的完成这次的设计任务。也使我在这次的设计中成长了许多。参考文献1新编实用数字化测量技术沙占友编 国防工业出版社，19982单片机基础李广第 朱月秀 王秀山编 北京航空航天大学出版社，20013单片机课程设计实例知道李光飞等编 北京航空航天大学出版社，20044电子技术房建东 高胜利编 内蒙古大学出版社，20045单片机实用系统设计技术房小翠 王金凤编 国防工业出版社，19996电子创新设计与实践王松武 于鑫 武思军编 国防工业出版社，20057单片微型计算机原理及应用张毅坤等 西安：西安电子科技大学出版社，20058单片机课程设计实例指导北京航空航天出版社，2002951单片机应用开发案例精选王为青 邱文勋等编 人民邮政出版社，200710单片机外围电路设计 沙占有 王彦朋等编 电子工业出版社附录1六首歌音乐门铃的仿真电路；附录2以下是以下是六首歌音乐门铃的单片机控制源程序： ORG 00H JMP START ORG 0BH JMP TIM0START:MOV TMOD,#00000001B MOV IE,#10000010B JB P3.4,$ CALL DELAY1 JNB P3.4,$ MOV 31H,#00START0: MOV 30H,#LOW SONG 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 JMP D1 SING:DEC A MOV 22H,A RL A MOV DPTR,#TABLE 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 D1: CALL DELAY INC 30H JMP NEXT END0: CLR TR0 MOV A,31H XRL A,#00H JNZ END1 JB P3.4,$ CALL DELAY1 JNB P3.4,$ INC 31H MOV 30H,#LOW SONG1 JMP NEXTEND1: MOV A,31H XRL A,#01H JNZ END2 JB P3.4,$ CALL DELAY1 JNB P3.4,$ INC 31H MOV 30H,#LOW SONG2 JMP NEXTEND2: MOV A,31H XRL A,#02H JNZ END3 JB P3.4,$ CALL DELAY1 JNB P3.4,$ INC 31H MOV 30H,#LOW SONG3 JMP NEXTEND3: MOV A,31H XRL A,#03H JNZ END4 JB P3.4,$ CALL DELAY1 JNB P3.4,$ INC 31H MOV 30H,#LOW SONG4 JMP NEXTEND4: MOV A,31H XRL A,#04H JNZ END5 JB P3.4,$ CALL DELAY1 JNB P3.4,$ INC 31H MOV 30H,#LOW SONG5 JMP NEXTEND5: JMP STARTTIM0: PUSH ACC PUSH PSW SETB RS0 CLR RS1 MOV TL0,20H MOV TH0,21H CPL P1.0 POP PSW POP ACC RETIDELAY: MOV R7,#02 D2: MOV R4,#125 D3: MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R4,D3 DJNZ R7,D2 DJNZ R5,DELAY RETDELAY1:MOV R4,#20 D4:MOV R3,#248 DJNZ R3,$ DJNZ R4,D4 RET ORG 300HTABLE: DW 64620,64400,64524,64580 DW 64684,64777,64820,64898 DW 64968,65030,65058,65110 DW 65157,65178,65217SONG: ;1 DB 42H,42H,42H,52H,64H,04H DB 62H,62H,62H,72H,84H,04H DB 92H,92H,82H,72H,64H,04H DB 82H,82H,52H,62H,44H,04H ;2 DB 42H,42H,42H,52H,64H,04H DB 62H,62H,62H,72H,84H,04H DB 92H,92H,82H,72H,64H,04H DB 82H,82H,52H,62H,44H,04H DB 00HSONG1: ;1 DB 82H,01H,81H,94H,84H DB 0B4H,0A4H,04H DB 82H,01H,81H,94H,84H DB 0C4H,0B4H,04H ;2 DB 82H,01H,81H,0F4H,0D4H DB 0B4H,0A4H,94H DB 0E2H,01H,0E1H,0D4H,0B4H DB 0C4H,0B4H,04H DB 00HSONG2: ;1 DB 84H,94H,88H DB 64H,54H,68H DB 84H,64H,54H,44H DB 62H,82H,42H,62H,58H ;2 DB 84H,94H,88H DB 64H,54H,68H DB 84H,64H,54H,44H DB 52H,42H,52H,62H,48H DB 00H SONG3: ;1 DB 84H,02H,82H,64H,54H DB 64H,54H,48H DB 64H,02H,52H,44H,24H DB 14H,24H,18H ;2 DB 24H,02H,22H,42H,24H DB 44H,54H,68H DB 54H,02H,52H,84H,84H DB 54H,64H,48H DB 00HSONG4: ;1 DB 44H,54H,64H,44H DB 44H,54H,64H,44H DB 64H,74H,88H DB 64H,74H,88H ;2 DB 82H,92H,82H,72H,64H,44H DB 82H,92H,82H,72H,64H,44H DB 44H,84H,48H DB 44H,14H,48H DB 00HSONG5: ;1 DB 62H,82H,82H,62H,98H DB 92H,0B2H,0B2H,82H,98H DB 62H,82H,82H,52H,68H DB 92H,0B2H,0B2H,82H,98H ;2 DB 62H,82H,82H,62H,92H,92H,94H DB 92H,0B2H,0B2H,92H,84H,94H DB 0B8H,0B4H,04H DB 00H END28