1、控制電路學年設(shè)計任務(wù)書學 院計算機與信息工程學院專 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程課程名稱控制電路題 目基于 51單片機的電子首樂門鈴設(shè)計與實現(xiàn)完成期限自2015年7月9日至2015年8月28日共1周容 及 任 務(wù)一、項目的目的1 .利用學過的單片機及C語言等知識，實現(xiàn)基于單片機的電子 音樂門鈴系統(tǒng)2 .鞏固所學習的 AT89C51 LCD蜂鳴器控制等知識，訓練單 片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力。3 .培養(yǎng)查找資料和閱讀義獻的能力，撰寫學年設(shè)計報告。二、項目任務(wù)的主要容和要求1 .使用51單片機、蜂鳴器、按鍵按鈕和 LCD160反元器件， 焊接門鈴硬件部分；2 .使用C51編寫控制程序，使I/O 口產(chǎn)生的方波，驅(qū)動蜂鳴器

2、，發(fā)出不同的音調(diào)，從而演奏樂曲（最少三首樂曲）3 .客人可通過門鈴按鍵播放音樂，并顯示提示信息。4 .如果主人在家，可暫停并取消音樂播放。5 .完成設(shè)備的代碼測試及文檔撰寫。三、項目設(shè)計思路1 .設(shè)計相關(guān)電路圖，然后焊接電路板。2 .查閱資料了解音樂組成，音符和節(jié)拍的產(chǎn)生原理。3 .編寫音樂播放程序、按鍵、LCDK息顯示和繼電器開門程序。4 .系統(tǒng)軟件調(diào)試，并測試通過。四、具體成果形式和要求1 .完成基于單片機的電子音樂門鈴系統(tǒng)設(shè)計，以搭建好的電路 實現(xiàn)所要求功能，并配合原理圖闡述。2 .完成學年設(shè)計文檔。進 度 安 排起止日期工作容2015.6. 102015.7.1選題，討論容2015.7

3、.9布置任務(wù)和學年設(shè)計安排，明確使用的元 器件和開發(fā)模塊2015.7.102015.8.24暑假期間查閱資料，準備相關(guān)知識，以及具體開發(fā)2015.8.25小組交流討論，系統(tǒng)調(diào)試，撰寫學年設(shè)計報告初稿2015.8.262015.8.27修訂學年設(shè)計告，完成系統(tǒng)2015.8.28學年設(shè)計答辯主 要 參 考 資 料1毅剛等.單片機原理與應(yīng)用設(shè)計M.:高等教育,2005.2偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓100例M.電子工業(yè),2012.10.3茂榮.回說樂理（二十）音程J.琴童，201O,第8期：18-19.4林志琦.基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真M.:航空航 天大學，2006.指導(dǎo)教師 意見

4、（簽字）：年 月 日系（教研室）主任意見（簽字）：年 月 日控制電路設(shè)計說明書學院名稱：計算機與信息工程班級名稱：2013級物聯(lián)網(wǎng)工程 1班學生：直戰(zhàn)學 號：2013211641題 目：基于單片機的電子音樂門鈴指導(dǎo)教師姓 名：董再秀起止日期：2015年7月9日-8月28日第一部分：正文部分一、選題背景隨著時代的前進和發(fā)展，控制智能化、小型化、低功耗化得到廣泛關(guān)注。在 這些領(lǐng)域中，單片機起到了舉足輕重的作用，這就把單片機的應(yīng)用提升到重要的 地位，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計就成為新的技術(shù)熱點。近幾年來，隨著市場上智能家居的不斷升溫，門鈴系統(tǒng)已作為智能化辦公室和智能化住宅小區(qū)的一個重要組成 部分，被各商家和

5、用戶所接受。人們已開始習慣用個性化的音樂門鈴代替?zhèn)鹘y(tǒng)鐵 門鈴，這使電子音樂門鈴系統(tǒng)得到了飛躍性的發(fā)展。 隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展， 通過單片機實現(xiàn)人們對物質(zhì)生活的滿足，這將會日益成為今后的一個重要發(fā)展的 方向。本設(shè)計是介紹了由AT89C5俾片機來構(gòu)成電子音樂門鈴系統(tǒng)的工作過程， 本 系統(tǒng)主要完成該電子門鈴不僅具有普通電子門鈴的功能，而且還具有液晶顯示屏提示功能。單片機價格便宜，性能可靠，耗電量少，安裝也簡便，按下再也不是“叮咚”聲，而是悅耳的音樂，讓客人可以耐心的等待；它的工作狀態(tài)能夠由用戶自行設(shè)定音樂和提示語，給來訪者提供必要的音樂和文字回應(yīng)信息，給人們生活提供很大的便利。二、相關(guān)知識2.1

6、 硬件部分2.1.1 AT89C51單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個 計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì) 量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機 是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。AT89C51是一個8位的微處理器，并包含 有4KB的Flash存儲器，即單片微機。在很多的嵌入式控制系統(tǒng)中， 許多具有高 度靈活性及低成本的解決方案都由 AT89C51為其提供。AT89C51中中有一個用于 構(gòu)成部振蕩器的反相放大器，引腳 X

7、TAL1為放大器的輸入端，XTAL2為放大器的 輸出端。AT89C51的P3 口第二功能，如下表2-1所示：表2-1 P3 口第二功能P3.0RXD已行輸入口）P3.1TXD件行輸出口）P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)器0外部輸入）P3.5T1（定時/計數(shù)器1外部輸入）P3.6WR（卜部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD。卜部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）AT89C51的引腳排列如圖2-1所示:nt, oVCC巴.iPL fl：相岫PL.二3P丸£；【皿；PL.4iPL 3, XD3JPL5FI 4門印的PL fiP3S(W5iPL, T直H J. 0

8、；1STPl ?： rti'/i就。心0,EX/vp?mihPL”avbsciALE/PROC5口心JPL 7 J相】5)<T0)PJ. 4TlJFj. 5Pi.5/(U31?2.4'A121P購.箝（MDHAL?nPS. 2 Ha 10)muTiPL h fA*四PL 0； (AS)AT89C51的則卿It列圖2-1 AT89C51引腳圖2.1.2 液晶顯示模塊本次系統(tǒng)采用的液晶顯示屏是 LCD1602引腳功能說明 ：LCD1602采用標準的14腳（無背光），各引腳接口說明如表2-1所小:表2-1 LCD1602弓|腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9

9、D2數(shù)據(jù)2VDD電源止極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)8D1數(shù)據(jù)LCD1602的弓|腳圖如圖2-2所示圖2-2 LCD1602液晶顯示屏引腳圖2.2 開發(fā)環(huán)境2.2.1 軟件開發(fā)環(huán)境Keil pVision3時2006年1月30日ARM隹出全新的針對各種嵌入式處理 器的軟件開發(fā)工具，集成 RealView MDKF發(fā)環(huán)境。RealView MDKF發(fā)工具Keil pVision3 源自Keil公司。RealView MDK集成了業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)，包括 Keil Vision3集成開發(fā)環(huán)境與

10、RealView編譯器。支持ARM7ARM守口最新的Cortex-M3 核處理器，自動配置啟動代碼，集成 Flash燒寫模塊，強大的Simulation設(shè)備耶旦!:回他3To CompletionDESIGN WISISv7-6 S33 TLAlh ElsutiLnier 19ES-20O3.rm Id bur'師訃貨H U 丁歲上口二模擬，性能分析等功能，與 ARMfe前的工具包ADS等相比，RealView編譯器的最新版本可將性能改善，其界面顯示如下圖2-3所示。IDE for MicrocontrollersCopyright ©13972008 Keil Sufhre

11、. Inc ll iglls reserved.TTbIs pro9-wi lis protected by U衰 rvd lintef n3fiQnal las.圖 2-3 Keil uVision32.2.2 硬件開發(fā)環(huán)境本次系統(tǒng)設(shè)計運用的是Proteus電路仿真軟件。Proteus軟件是英國Labcenter electronics 公司出版的EDAX具軟件。它不僅具有其它 EDA工具軟 件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍 器件的工具。雖然目前國推廣剛起步， 但已受到單片機愛好者、從事單片機教學 的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Prot

12、eus是世界上著名的仿真軟件，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。用來將 Keil uVision3 編譯生 成的.HEX文件導(dǎo)入到電路中的AT89C51單片機中，進行仿真，完成設(shè)計。圖2-4 Proteus仿真軟件三、總體設(shè)計3.1 系統(tǒng)需求設(shè)計是基于AT89C51單片機的可控音樂門鈴程序設(shè)計。依據(jù)單片機技術(shù)原理，通過PROTEUS真軟件對硬件電路進行仿真制作以及利用 KEIL軟件對音樂 門鈴源程序進行C語言編譯，而設(shè)計制作出的一個多功能音樂門鈴。系統(tǒng)需滿足以下要求，利用51單片機的I/O 口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動蜂鳴器

13、，發(fā)出不 同的音調(diào)，從而演奏樂曲；同時客人可通過門鈴按鍵器播放音樂， 并顯示主人預(yù) 設(shè)的提示信息；如果主人在家，可暫停并取消音樂。3.2 總體設(shè)計方案音樂門鈴的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以AT89C51l1片機位控制核心，加上2個按鍵、時鐘復(fù) 位電路、放大器、蜂鳴器、LCD顯示模塊組成。單片機負責接收按鍵的輸入，根 據(jù)輸入控制音樂播放曲目和顯示提示信息以及蜂鳴器發(fā)音。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖如圖 2-1所示。圖3-1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖3.3 系統(tǒng)功能流程當客人來訪，按動門鈴開關(guān) K2,單片機由g據(jù)開關(guān)K1判斷主人是否在家，當K1斷開時，即主人在家，則驅(qū)動蜂鳴器播放主人預(yù)先設(shè)定的音樂，并且 LCD1602液晶顯示屏顯示容“ W

14、elcome!Please wait! ”，主人此時可關(guān)閉蜂鳴器和 LCD提 示前去開門。當K1閉合時，即主人不在家，則蜂鳴器無任何聲音，同時LCD1602 顯示容 “ Sorry!maste is not at home!具體功能流程如圖所示:圖3-2系統(tǒng)功能流程圖四、硬件設(shè)計4.1復(fù)位電路的設(shè)計復(fù)位是單片機的初始化操作，其主要功能是把PC初始化為0000H使單片機 從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行 出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時， 為了擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。在振蕩器工作時將RST腳保持至少兩個機器周期高電平，12時鐘模式為24 個

15、振蕩器周期，6時鐘模式為12振蕩器周期，可實現(xiàn)復(fù)位。為了保證上電復(fù)位 的可靠RST保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間通常為幾個毫秒再加上兩 個機器周期復(fù)位后振蕩器以12時鐘模式運行當已通過并行編程器設(shè)置為 6時鐘 模式時除外。本次設(shè)計復(fù)位電路設(shè)計，如圖4-1所示。LC ORSTPSEN ALEEA,22pF, R3OC1' 220J . B a . “ w <TCX_F*1DkC3PI. (VT2 P1.1/T2EXP1 2P1 3P1,4圖4-1復(fù)位電路4.2 時鐘電路的設(shè)計時鐘電路產(chǎn)生與單片機工作所需要的時鐘信號，單片機本身就是一個復(fù)雜的 同步時序電路，為了保證同步工作方式

16、的實現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下 嚴格的按時序進行工作。而時序所研究的則是指令執(zhí)行中各信號之間的相互時間 的關(guān)系。在51單片機部有一個高增益反向放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1輸 出端引腳為XTAL2在芯片的外部通過這兩個腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖 4-2所示：* CN - -pFE - - 4J.c nr22<T，C二P- - 2 I 2 -<XI ： :11 0592MHz<TEX> XTAL1TAL2RST圖4-2時鐘電路的設(shè)計部程序存振蕩晶體可在1.2MHz12MH之間選擇，電容值無嚴格要求，但在 電容值取

17、值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、 大小、振蕩電路起振速度有少許影響，C1、 C2可在20pF100pF之間取值，但在60pF70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。 本設(shè)計選取晶振為12MHz電容為30pHo4.3 開關(guān)電路的設(shè)計開關(guān)K1為主人是否在家的控制開關(guān)，開關(guān)K2模擬門鈴按鈕，開關(guān)K3為主圖4-3開關(guān)電路的設(shè)計4.4 蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器， 采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計 算機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、機、定時器等電子 產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。利用51單片機的I/O 口產(chǎn)生一定頻率的方波，驅(qū)動蜂鳴器, 發(fā)出不同的音調(diào)，從而演奏樂曲LS1圖4-5硬件仿真電路圖

18、圖4-4蜂鳴器4.4總體硬件電路總體硬件電路實現(xiàn)功能如下，如圖 4-5所示。電路中用P3.2、P3.3控制按鍵。P0.0-P0.7和P2.0-2.7控制數(shù)碼管的時間顯示P2.6控制蜂鳴器。五、軟件設(shè)計一般說來，單片機演奏音樂基本都是單音頻率，它不包含相應(yīng)幅度的諧波頻 率，也就是說不能像電子琴那樣能奏出多種音色的聲音。 因此單片機奏樂只需弄 清楚兩個概念即可，也就是“音調(diào)”和節(jié)拍表示一個音符唱多長的時間。5.1 音調(diào)的確定不同音高的樂音是用C、D E、F、G A、B來表示，這7個字母就是音樂的 音名，它們一般依次唱成 DO RE MI、FA SO LA、SI,即唱成簡譜的1、2、3、 4、5、6

19、、7,相當于漢字“多來米發(fā)梭拉西”的讀音，這是唱曲時樂音的發(fā)音， 所以叫“音調(diào)”，即Tone把G D E、F、G A、B這一組音的距離分成12個 等份，每一個等份叫一個“半音”。兩個音之間的距離有兩個“半音”，就叫“全 音”。在鋼琴等鍵盤樂器上，C- D D- E、F-G G- A、A- B兩音之間隔著一個 黑鍵，他們之間的距離就是全音；E-F、B-C兩音之間沒有黑鍵相隔，它們之 間的距離就是半音。通常唱成1、2、3、4、5、6、7的音叫自然音，那些在它們 的左上角加上#號或者b號的叫變化音。#叫開記號，表示把音在原來的基礎(chǔ)上 升高半音，b叫降記音，表示在原來的基礎(chǔ)上降低半音。(1)要產(chǎn)生音頻

20、脈沖，只要算出某一音頻的周期(1/頻率)，然后將此周期 除以2,即為半周期的時間。利用定時器計時這半個周期時間，每當計時到后就 將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計時此半周期時間再對I/O反相，就可在I/O 腳上得到此頻率的脈沖。(2)利用AT89C51的部定時器使其工作在計數(shù)器模式 MODET,改變計數(shù) 值TH0及TL0以產(chǎn)生不同頻率的方法。此外結(jié)束符和休止符可以分別用代碼 00H和FFH來表示，若查表結(jié)果為00H, 則表示曲子終了；若查表結(jié)果為 FFH則產(chǎn)生相應(yīng)的停頓效果。計數(shù)脈沖值與頻率的關(guān)系公式如下：N=Fi 2 FrN:計算值；Fi:部計時一次為1us,故其頻率為1MHz(3)其計數(shù)值

21、的求法如下：T=65536-N=65536-Fi 2 Fr例如：設(shè) K=6553弓 F=1000000=Fi=1MHz球低音 DQ261Hz)。中音 DQ523Hz)。高音的DO(1046HZ)的計算值T=65536-N=65536-Fi 2 Fr=65 2 Fr=65536-500000/Fr低音 DO勺 T=65536-500000/262=63627低音 DO勺 T=65536-500000/523=64580低音 DO勺 T=65536-500000/1047=65059(4) C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表如表5-1所示。表 5-1 C調(diào)各音符頻率與計數(shù)值T的對照表IE頻率T參數(shù)中

22、音頻率T參數(shù)>_K 局首頻率T參數(shù)Do2621908229Do523956115Do10465757Do2771805217Do554903108Do11095454*Re2941701204Re587852102Re11755151Re3111608193Re62280497Re12454848*Mi3301515182Mi65975991Mi13184545Fa3491433172Fa69871686Fa13974343Fa3701351162Fa74067681Fa14804141*So3921276153So78463877So15683838So4151205145So8316

23、0272So16613636*La4401136136La88056868La17603434La4641078129La93253664La18653232*Si4941012121Si98850661Si19763030相關(guān)代碼如下：uchar code cuzhi=0xff,0xff,/ 占位0xFC,0x8E,/ 中央 C調(diào) 1-70xFC,0xED,0xFD,0x43,0xFD,0x6A,0xFD,0xB3,0xFD,0xF3,0xFE,0x2D,0xFE,0x47,/ 高八度 1-70xFE,0x76,0xFE,0xA1,0xFE,0xC7,0xFE,0xD9,0xFE,0xF9,

24、 0xFF,0x16 ；5.2 節(jié)拍的確定若要構(gòu)成音樂，光有音調(diào)是不夠的，還需要節(jié)拍，讓音樂具有旋律（固定的 律動），而且可以調(diào)節(jié)各個音的快滿度。休止符表示暫停發(fā)音。一首音樂是由許多不同的音符組成的， 而每個音符對應(yīng)著不同頻率，這樣就 可以利用不同的頻率的組合，加以與拍數(shù)對應(yīng)的延時，構(gòu)成音樂。對于單片機來說，產(chǎn)生不同頻率的脈沖是非常方便的，利用單片機的定時 /計數(shù)器來產(chǎn)生這樣 的方波頻率信號。表5-2節(jié)拍與節(jié)拍碼對照節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)11/4拍11/8拍22/4拍21/4拍33/4拍33/8拍41拍42/1拍51又1/4拍55/8拍61又1/2拍63/4拍82拍81拍A2又1/2拍A1又

25、1/4拍C3拍C1又1/2拍F3又3/4拍相關(guān)代碼如下：ucharcodeDSY_CODE=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;/編程規(guī)則：字節(jié)高位是簡譜，低位是持續(xù)時間，/代表多少個十六分音符/1-7代表中央C調(diào),8-E代表高八度,0代表停頓/最后的0是結(jié)束標志void Delay1(uint z); / 延時 1MSvoid Delay(uint z);/ 延時165Ms即十六分音符uchar code qnzl= /千年之戀0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0

26、x62, 0x32,0x31,0x21,0x32,0x82,0x71,0x81,0x71,0x51,0x32,0x22, 0x32,0x31,0x21,0x32,0x52,0x32,0x31,0x21,0x32,0x62, 0x32,0x31,0x21,0x32,0x83,0x82,0x71,0x72,0x02, 0x63,0xA1,0xA2,0x62,0x92,0x82,0x52,0x31,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x63,0x51,0x62,0x82,0x7C,0x02, 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0x0A2,0x71,0x76, 0x61

27、,0x71,0x82,0x71,0x62,0x52,0x31,0x36, 0x61,0x71,0x82,0x71,0x62,0xA3,0x73,0x62,0x53, 0x42,0x82,0x88,0x02,0x74,0x93,0x89,0xff/ 結(jié)束標志 ；/簡譜音調(diào)對應(yīng)的定時器初值/適合11.0592M的晶振5.3 編碼do re mi fa so la si 分別編碼為17,重音do編為8,重音re編為9,停 頓編為00播放長度以十六分音符為單位(在本程序中為 165ms, 一拍即四分音 符等于4個十六分音符，編為4,其它的播放時間以此類推。音調(diào)作為編碼的高4 位，而播放時間作為低4位，

28、如此音調(diào)和節(jié)拍就構(gòu)成了一個編碼。以 0xff作為 曲譜的結(jié)束標志，可以參考簡譜碼如表 4-4所示。歌曲播放的設(shè)計：先將歌曲的簡譜進行編碼，儲存在一個數(shù)據(jù)類型為unsigned char的數(shù)組中。程序從數(shù)組中取出一個數(shù)，然后分離出高 4位得到音調(diào)，接著找出相應(yīng)的值賦給定時器 0,使之定時操作蜂鳴器，得出相應(yīng)的音調(diào)； 接著分離出該數(shù)的低4位，得到延時時間，接著調(diào)用軟件延時。表5-4簡譜對應(yīng)的簡譜碼、T值、節(jié)拍數(shù)簡譜發(fā)音簡譜碼T值節(jié)拍碼節(jié)拍數(shù)5« SO16426011/4拍6低占LA26440022/4拍7« TI36452433/4拍1中音DO46458041拍2中音RE56468451又1/4拍3中音MI664777