基于单片机的电子音乐门铃设计

1、常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别：电子与电气工程学院 专 业： 电子信息工程技术 班 号： 电气 111 班 学 生 姓 名： 陈奕玲 学 生 学 号： 1105093119 设计（论文）题目： 基于单片机的电子音乐门铃设计 指 导 教 师： 宋 艳 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院 起 迄 日 期： 2012.11.15-2013.05.25 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文毕毕业业设设计计（论论文文）任任务务书书专业专业 电子信息工程技术 班级班级 电气 111 班 姓名姓名 陈奕玲 一、课题名

2、称： 基于单片机的无线音乐门铃设计 二、主要技术指标（或基本要求） 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连接。遥控器采用 PT2262 编码芯片对信号编码，并由超再生无线模块发射信号。 三、主要工作内容： 系统总体方案设计， 硬件电路的具体设计，电源电路设计， 调试与实现 四、主要参考文献：周良权 傅恩锡 李世馨 编 模拟电子技术基础（第三版）M.b 北京：高等教育出版社2006._ 张玉莲 编 电子 CAD（Protel99SE）实训指导书（第一版）M.西安电子科技大学出版社2007 林春景 编 模拟电子线路（21 世纪普通高等教育

3、电子信息类规划教材） （第一版）M.机械工业出版社 2009 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题设计（论文）题目目基于单片机的无线音乐门铃设计一、选题的背景和意义：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

4、的设计成为本课题研究的目标。二、课题研究的主要内容：（1）发射器采用电池供电，静态电流小；（2）主机也可以采用电池供电，方便安装；（3）采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；（4）在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响；（5）门铃按键按下有音乐响起；（6）主机有复位按键，可以随时关闭音乐；（6）门铃的音乐为 3 首以上，可以通过程序更改。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文三、主要研究（设计）方法论述：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。遥控器采用 PT2262 编码芯片对信号编码，由超再生无

5、线模块发射信号。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。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2012.11.15确定毕业设计选题2012.11.16-2013.11.20完成开题报告2012.11.21-2013.12.30系统总体方案设计2013.12.30-2013.01.10方案论证和总体设计2013.01.10-2013.01.15硬件电路具体设计2013.01.16-

6、2013.01.17电源模块和电源电路设计2013.01.18-2013.01.20分频设计模块2013.01.21-2013.01.21分频电路分析2013.01.22-2013.01.25硬件电路具体设计2013.01.26-2013.02.01频率计的系统调试2013.02.02-2013.03.15检查设计、毕业设计负责老师检查，修改。2013.03.15-2013.05.25总结，打印。五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文基于单片机的电子音乐门铃设计目录目录目目 录录.I摘摘 要要.

7、IIIABSTRACT.IV第第 1 章章 前言前言 .11.1 课题选题背景.11.2 国内外研究状况.11.3 研究无线遥控音乐门铃的意义.2第第 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计 .2任务与要求.2第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计 .33.1 系统总体框图.33.2 电源电路设计.43.3 发射电路设计.43.4 接收电路设计.63.5 主控电路设计.83.6 放音驱动电路设计.14第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计 .164.1 单片机发声概述.164.1.14.1.1 音调音调.164.1.24.1.2 节拍节拍.174.2 编程软件 KEILC51.18

8、4.3 画图软件 PROTEL99SE.194.4 系统总体程序流程图.21第第 5 5 章章 调试与实现调试与实现 .215.1 调试过程.215.2 焊接遇到的主要技术问题.225.3 功能的调试方法.23第第 6 6 章章 结束语结束语 .236.1 意见及改进.236.2 设计的收获与体会.24致致 谢谢 .24参考文献参考文献 .1常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文I附录一：原理图附录一：原理图 .1附录二：仿真图附录二：仿真图 .3附录三：源程序附录三：源程序 .4摘摘 要要随着微电子技术、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

9、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，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景。

10、针对目前世界范围内经济严峻形式和我国经济运行面临新的不确定性因素，如何根据急剧变化的外部经济环境调整企业发展规划和经营方针，成为摆在我国无线音乐门铃企业面前亟待解决的问题。在全球金融危机形势下，无线遥控门铃企业的发展需要我们不断研究、不断创新，向着产品智能化、数字化、信息化方向发展。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，以此来实现音乐播放的硬件电路，无线模块实现无线的链接，实际应用中更易安装，是家居首选，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。关键词：关键词：无线遥控；音乐门铃；单片机常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文IIAbstractW

11、ith the rapid development of microelectronic technology, wireless technology and the network technology and the improvement of peoples living standard, put forward higher request people to safety, convenient living environment, especially in the intelligent residential, people urgently need a not on

12、ly safe and reliable, easy to use and other advantages of intelligent doorbell the product, so the design of wireless remote control music doorbell system has become the aim of the project.This paper introduces a new type of wireless remote control music doorbell, it adopts super regeneration wirele

13、ss module with encoding function, combined with SCM interrupt generation Fang Bo, become a sound, the doorbell button and the sound source from the new remote connection, convenient installation and high quality door bell. This bell has the advantages of simple and reliable circuit, strong anti-inte

14、rference ability, long distance remote control, has the advantages of small volume, the circuit, receiving circuit and the main control machine horn is equal to one, can be placed on a 220V AC power supply in indoor places, this design can also be powered by batteries, more convenient! Can also tran

15、sform the doorbell music, to meet different needs of life with broad prospects for development.In view of the current worldwide economic severe from and operation of Chinas economy is facing new uncertainties, according to the rapidly changing external economic environment, adjust enterprise develop

16、ment planning and management policy, has become an urgent in front of wireless music doorbell enterprises of Chinas problems. In the situation of the global financial crisis, we continue to research, innovation requires the development of wireless remote control doorbell enterprise, toward the produ

17、ct intelligent, digital, information-based direction development.This design uses STC89C51 microcontroller as the main controller ,externaland transistor drive playback device ,so as to realize the hardware circuit of music playback, wireless module to realize wireless links, more easy to install in

18、 the practical application ,is the preferred home furnishing, stable performance, long distance remote control, low power.Keywords: Wireless remote control, doorbell, music chip常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文0第第 1 章章 前言前言1.1课题选题背景课题选题背景“门铃”在古代较少听说，一般是在有钱的大户人家在大门上装上装饰性的门环，叫门的人可以用门环拍击下的门钉发出较大的响声，起到现代“门铃”的作

19、用。随着时代的发展和进步，住宅智能化作为科学技术与现代住宅的桥梁，不断丰富住宅的艺术内涵，大力推进智能小区的建设比较符合中国国情，一方面可以节省土地，另一方面便于加强城市规划和管理。于是如何使智能小区设计的功能恰到好处、技术路线恰当其分是我们最迫切的任务。在现代，门铃不再是有钱人的专利，它已在平民老百姓家广泛应用。各种各样的门铃比比皆是门铃的作用也不仅仅是局限于给客人叫门用。于是电子音乐门铃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。1.2 国内外研究状况国内外研究状况目前在家庭住宅中使

20、用的电子门铃大多数是没用音乐，只有简单的叮咚叮当的声音，比较单调。其中绝大多数没有按钮提示以及其他功能，要不就是造价昂贵，诸多缺点。 经了解，现在市场上所有销售的门铃主要有以下几种： 1、敲击式电子音乐门铃，采用声控触发电路和音乐集成电路组成，通过一个可调电阻来控制喇叭的灵敏度，一个电容快速充电来维持后续工作； 2、不用按钮的音乐门铃，采用红外线发射接收电路和自激多谐振荡电路构成，荡发出的红外线被人遮挡住的一瞬间，扬声器就发出有没动听的音乐； 3、带们演示电路的音乐门铃，采用低功耗交流继电器 TLP3502 和高频小功率管组成。只要按下门铃按钮就会同时打开门灯，使主人可以通过门镜来识别来客身份

21、。门灯经一段时间的延时后自动熄灭； 4、无限遥控门铃，采用脉冲调制发射，及石英晶振稳频技术，实现远距离遥控。在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以 AT89S51 为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。常

22、州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文11.3研究无线遥控音乐门铃的意义研究无线遥控音乐门铃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

23、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。门铃安装时太靠近金属物会缩短遥控距离。耗电极微，开关内置可更换 12 伏电池，不按动时不耗电。正常使用寿命为一年（按 20 次/天） 。接收器插电使用时，功率消耗为 0.6W，等于一年只耗半度电。按钮可装可贴，即使家庭主妇，亦可容易完成安装。门铃装入室内，随意插入任一电源或是安装上电池盒即可。在现代家庭中，利用无线电技术制成的无线门铃和无线防盗报警器已广为应用，但目前市面上所售无线门铃以简易型居多，即遥控器与接收器间的数据传输采用非编码式，这种门铃生产成本较低。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

24、，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃不断被研究并生产流入市场。第第 2 章章 系统总体方案设计系统总体方案设计任务与要求任务与要求发射器采用电池供电，静态电流小；主机也可以采用电池供电，方便安装；采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响；门铃按键按下有音乐响起；主机有复位按键，可以随时关闭音乐；门铃的音乐为 3 首以上，可以通过程序更改。第第 3 3 章章 硬件电路设计硬件电路设计3.1 系统总体框图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

25、： 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文2 图 3.1 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 3.2 单片机最小系统原理图3.2 电源电源电路设计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

26、。具体电路图如图 3.3。 编码芯片发射电路常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文3图 3.3 电源供电电路图3.3 发射电路设计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

27、决定，编码从输出端 D out 输出，通过红外发射管发射出去。 D out 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 531441 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 S

28、C2262-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 531441 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 3.4 为2262 引脚图，表 1 为引脚介绍。1234C2104C4104+C11000UF+C3470

29、UFIN12OUT37805VCC220V常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文4图 3.4 管脚图表 1 管脚说明名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”， “1”， “f”(悬空)。D0-D57-8、10-13 数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉。VCC18电源正端（）VSS9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效。OSC116振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率。OSC215振荡电阻振荡器输出端；D out17编码输出端（正常时为低电平）SC2262 的电源端与发射模块的电源端

30、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 3.5 所示。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文5图 3.5 编码与发射电路图3.4 接收电路设计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，发射高频部分停止工作，接收部分

31、就输出为 0，这样就实现了无线信号的传输。经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路 SC2262 编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。SC2272 就担任了这个解码任务。SC2262 和 SC2272 是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分SC2272 的 8 位地址数据与发射部分的 8 位地址数据相同时，就会在 SC2272 的17 脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在 4 位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。SC2272 的暂存功能是指当发射信号消失时，SC2272 的对应数据输出位即变为低电平。而锁存功能是指，当发射信

32、号消失时，SC2272 的数据输出端仍保持常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文6原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入 SC2272 的信号幅度足够大。SC2272 各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。电路图如图 3.6 所示。ANTA01A12A23A34A45A56A67A78GND9D010D111D212D313DIN14OSC115OSC216V T17V CC18SC2272M 4R17820KV CCV CCR222.2KR2310KGNDDAT ADAT AV CC发发发发9013图 3.6

33、 数据解码与接收电路图3.5 主控电路设计主控电路设计STC89C51 为主要的中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器 CPU、数据存储器 RAM、程序存储器 ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和 I/O 接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运

34、算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。（一）STC89C51 主要功能、性能参数如下：（1）内置标准 51 内核，机器周期：增强型为 6 时钟，普通型为 12 时钟;（2）工作频率范围：040MHZ，相当于普通 8051 的 080MHZ;（3）STC89C51RC 对应 Flash 空间：4KB;（4）内部存储器（RAM)：256B;（5）定时器计数器：3 个 16 位；（6）通用异步通信口（UART）1 个；（7）中断源:8 个；（8）有 ISP(在系统可编程）IAP(在应用可编程),无需专用编程器仿真器；（9）通用 IO 口：3236 个；（10）工作电压：3.85.5V；常

35、州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文7（11）外形封装：40 脚 PDIP、44 脚 PLCC 和 PQFP 等。（二）STC89C52 单片机的引脚说明VCC:电源电压；GND:接地；P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻7。P1 口：P1 口是一个具

36、有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0 和 P1.2 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入和定时器/计数器 2 的触发输入，P1 口功能具体如表 1 所示。在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时

37、可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8位地址访问外部数据存储器时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电

38、阻的原因，将输出电流。P3 口亦作为 AT89C51 特殊功能（第二功能）使用，P3 口功能如表2 所示。在 flash 编程和校验时，P3 口也接收一些控制信号。表 2 P3 口的第二种功能说明表引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD (串行输出)P3.2（外部中断 0）INT0P3.3（外部中断 1）P3.4T0(定时器 0 外部输入)常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文8P3.5T1(定时器 1 外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)WRP3.7(外部数据存储器读选通)RDP3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O 口作为输入口时有两种

39、工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器 CPU 将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1 然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置 1 端口锁存器原来的状态有可能为 0Q 端为 0Q为 1 加到场效应管栅极的信号为 1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为 1，也会因端口的低阻抗而使信号

40、变低使得外加的 1 信号读入后不一定是 1。若先执行置 1 操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类 I/O 口被称为准双向口。STC89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1 口外 P0P2P3 口都还有其他的功能。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于

41、输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。此时， ALE 只有在执行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN 信号将不出现。 /EA/VPP：当

42、/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP） 。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。STC89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在 STC89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1 和 XTAL2 引脚外接石英晶体（简称晶振） ，就构成了自激振荡器

43、并在单常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文9片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 5-30pF，典型值为 30pF。晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.2-12MHz 间选择，典型值为 12MHz 和 11.0592MHz。当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，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 端经过电阻与电源 VCC 接通而实现的。最小系统如图 3.7 所示。图 3.7 单片机最小系统电路最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，

44、能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D 扩展等，使单片机完成较复杂的功能。STC89C51 是片内有 ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单可靠。用 STC89C52 单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图 3.8 所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。图 3.8 单片机最小系统原理框图(1) 时钟电路P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0(RX

45、D)10P3.1(TXD )11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RD)17XTAL 218XTAL 119GND20(A8)P2.021(A9)P2.122(A10)P2.223(A11)P2.324(A12)P2.425(A13)P2.526(A14)P2.627(A15)P2.728PSEN29ALE /PROG30EA/VPP31(AD7)P0.732(AD6)P0.633(AD5)P0.534(AD4)P0.435(AD3)P0.336(AD2)P0.237(AD1)P0.138(AD0)P0.039

46、VCC4089C52Y111.0592MHzC230C330R710KVCC+ C110uF1234K0RESETVCC时钟电路复位电路STC89C51 单片机I/O口常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文10STC89C51 单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图 3.9 所示。在 STC89C51 单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容 C1 和 C2 的作用是稳定频率和快速起振，电容值在 530p

47、F，典型值为 30pF。晶振 CYS 的振荡频率范围在 1.212MHz 间选择，典型值为 12MHz 和 6MHz。Y111.0592MHzC230pFC330pF1819图 3.9 STC89C51 内部时钟电路(2) 复位电路当在 STC89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。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放电来实现的。只要 VCC 的上升时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。除了上电复位外，有

48、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(9)端与电源VCC 接通而实现的。按键手动复位电路见图 2-5。时钟频率用 11.0592MHZ 时 C取 10uF,R 取 10k。R110kC110uFS4VCC9图 3.10 STC89C51 复位电路（3） STC89C51 中断技术概述中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文11出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许

49、，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点） ，继续执行被中断的主程序。图 3.11 为整个中断响应和处理过程。图 3.11 中断响应和处理过程如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。3.6 放音驱动电路设计放音驱动电路设计播放模块是由三极管和电阻驱动构成，三级管将信号放大，然后传输到喇叭，喇叭它几乎不存在噪声，音响效果较好。图 3.12 声音驱动电路

50、三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极 C，基极 B，发射极 E。R310KQ19012V CCR310KP27常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文12分成 NPN 和 PNP 两种。我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。（1）电流放大下面的分析仅对于 NPN 型硅三极管。如上图所示，我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做基极电流 Ib；把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流

51、的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话） ，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的 倍，即电流变化被放大了 倍，所以我们把 叫做三极管的放大倍数（ 一般远大于 1，例如几十，几百） 。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流 Ib 的变化，Ib 的变化被放大后，导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流 Ic 是流过一个电阻 R 的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。（2）偏置电路

52、 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管 BE 结的非线性（相当于一个二极管） ，基极电流必须在输入电压 大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取 0.7V） 。当基极与发射极之间的电压小于 0.7V 时，基极电流就可以认为是 0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V 要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于 0.7V 时，基极电流都是 0） 。如果我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻） ，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠

53、加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为 0，不能再减小了） 。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。（3）开关作用 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻 Rc 的限制（Rc 是固定值，那么最大电流为 U/Rc，其中 U 为电源电压） ，集电极电流是不能无限增加下去的。当

54、基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为 一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为 0 时，三极管集电极电流为 0（这叫做三极管截止） ，相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文13图 3.13 三极管引脚介绍第第 4 章章 系统软件设计系统软件设计4.1 单片机发声概述单

55、片机发声概述 一般来说，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含相应幅度的谐振频率。单片机演奏的音乐基本都是单音频率。因此单片机演奏音乐比较简单，只需能清楚“音调”和“节拍”两个概念即可。 音调表示一个音符唱多高的频率。 节拍表示一个音符唱多长的时间。 知道了一个音符的频率后，便可以让单片机发出相应频率的振荡信号，从而产生相应的音符声音。通过单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中将单片机上完结单片机 I/O 口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。4.

56、1.14.1.1 音调音调 音调主要由声音的频率决定。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随响度增加而下降，高频纯音的音调却随响度增加而上升。 音调的高低还与发声体的结构有关，因为发声体的结构影响了声音的频率。大体上，2000 赫兹以下的低频纯音的音调随响度的增加而下降，3000 赫兹以上高频纯音的音调随响度的增加而上升。 例如，在音乐中常常把中音 C 上方的 A 音定位标准高音，其频率 F=440HZ，其余音均与其进行比较。F1 和 F2 为两个音符，如果这两个音符的频率相差一倍时，也即 F2=2*F1 时，则称 F2 比 F1 高一个频程。 在音乐中音

57、符 1 与音符 2，音符 2 与音符 3等等之间正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度内，有 12 个半音。由于人耳的听觉效果，这 12 个音阶的分度基本上是以对数的关系来划分的。只要知道 12个音符的音高，也就是其基本频率，就可以根据音符之间的倍频关系得到其他音符的基本音调频率3。 以标准高音 A 的频率 F=440HZ，其对应的周期为： T=1/F=1/440=2272us 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文14因此需要在单片机 I/O 端口输出周期为 T=2272us 的方波脉冲，也就是t=T/2=2272/2=1136us 也就是说，单片机上定时

58、器的中断出发时间为 1136us。如果单片机采用定时器为工作方式 1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设外接晶振的振荡器频率为 f，则定时器的预置初始值有以下公式来确定： Temp = 65536-(50000/CurrentFre)*10/(12000000/SYSTEM_OSC) TH = Temp /256 TL = Temp %2564.1.24.1.2 节拍节拍 在音乐中，时间被分成均等的基本单位，每个单位叫做一个“拍子”或 称一拍。拍子的时值是以音符的时值来表示的，一拍的时值可以是四分音符（即以四分音符为一拍） ，也可以是二分音符（以二分音符为一拍）或八分音符（以八分音符为一拍

59、） 。 拍子的时值是一个相对的时间概念，比如当乐 曲的规定速度为每分钟 60 拍时，每拍占用的时间是一秒，半拍是二分之一 秒；当规定速度为每分钟 120 拍时，每拍的时间是半秒，半拍就是四分之一 秒，依此类推。拍子的基本时值确定之后，各种时值的音符就与拍子联系在一起。例如，当以四分音符为一拍时，一个全音符相当于四拍，一个二分音符相当于两拍， 八分音符相当于半拍，十六分音符相当于四分之一拍；如果以八分音符做为 一拍，则全音符相当于八拍，二分音符是四拍，四分音符是两拍，十六分音符是半拍。 对于一拍的发音时间，如果乐曲没有特殊说明，一般来说，一拍大约为400450ms。我们利用单片机的内部定时器 T

60、O，使其工作在计数器模式 MODE l 下韧始化适当的计数值 THO 及 TLO 以计时这个半周期时间每当计时时间到后就将输出脉冲的 IO 口反相然后重复计时此半周期时间。 再对 IO 口反相就可在单片机 IO 引脚上得到此频率的脉冲。IO 引脚脉冲接三极管作音频功放，然后辅出到扬声器从而发出美妙的乐音。 通过音频功放电路，把信号输出到扬声器，播出美妙的音乐。只要一按下按钮，就会有音乐播出，等一首歌播放完毕后，当再次按下按钮，就会播放下一首音乐，如此循环。本系统可以奏出五首不同旋律的歌曲。4.2 编程软件编程软件 KeilC51KeilC51 是美国 Keil Software 公司出品的 5