周毅 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機(jī)的電子音樂門鈴的設(shè)計(jì)

周毅 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

近代人們的生活水平隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無(wú)線技術(shù)的飛速發(fā)展有了大幅度提高，對(duì)家居的智能化，安全性展現(xiàn)出明顯的需求。同時(shí)，新興電子產(chǎn)業(yè)在不斷成長(zhǎng)與壯大，電子設(shè)計(jì)也越來越注重智能、小型、低耗這三個(gè)特性。在新時(shí)代的要求下，體積小，功能強(qiáng)，性價(jià)比高的單片機(jī)芯片無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)相關(guān)智能電子設(shè)計(jì)的最佳選擇，成為了新的技術(shù)熱點(diǎn)。本設(shè)計(jì)介紹了用STC89C52單片機(jī)來制作音樂門鈴的具體過程，該系統(tǒng)在門鈴的基本功能上添加了擴(kuò)展功能，給客人提供回應(yīng)信息。使用者還可以通過按鍵自主選擇狀態(tài)，提供了人性化的門鈴體驗(yàn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，具有良好的發(fā)展前景。

單片機(jī) 音樂門鈴 液晶顯示

1 引言

隨著社會(huì)發(fā)展，新興電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展得風(fēng)生水起，電子公司如雨后春筍不斷涌現(xiàn)。古老的門鈴逐漸淘汰，尤其是制作簡(jiǎn)陋，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體型較大的傳統(tǒng)門鈴，早已適應(yīng)不了人們對(duì)生活的高要求。

音樂門鈴低耗環(huán)保，現(xiàn)在市場(chǎng)上精美可愛的裝飾性門鈴也很多，有著異曲同工之處。用音樂當(dāng)門鈴讓人身心愉悅，聽著客人到來的信息也不會(huì)覺得煩悶，既安全又經(jīng)濟(jì)，相信很多人會(huì)喜歡。本次設(shè)計(jì)從最基本的功能出發(fā)，在基礎(chǔ)功能上增加了顯示功能和語(yǔ)音功能，顯示屏散發(fā)著熒光，語(yǔ)音提示是即使客人不看顯示屏也能通過聽覺知道一些信息，兩者相結(jié)合，不僅給客人帶來比較先進(jìn)的門鈴體驗(yàn)，也讓主人能很方便的控制門鈴，向外來人傳達(dá)自己的情況。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電子音樂門鈴系統(tǒng)是學(xué)習(xí)單片機(jī)的一個(gè)好機(jī)會(huì)，本論文涉及了音樂門鈴中各個(gè)系統(tǒng)的組成和各功能模塊的實(shí)現(xiàn)原理，分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，各個(gè)功能模塊圍繞單片機(jī)模塊相輔相成。

系統(tǒng)時(shí)鐘芯片采用DS1302，顯示電路主芯片SMC1602，語(yǔ)音芯片為ISD4000系列，每一種語(yǔ)音電路都會(huì)含有另一種芯片，就是功放芯片，它涉及對(duì)門鈴和語(yǔ)音的聲音放大，所以是必不可少的。功放電路所用到的芯片就是LM386芯片。系統(tǒng)所用的主芯片STC89C52是當(dāng)下應(yīng)用比較廣泛的單片機(jī)系列，它是前幾年飛利浦51系列的加強(qiáng)版，不僅成本低而且加密性強(qiáng)。功能上，本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)這樣的功能：主人由自主選擇權(quán)，可以選擇接不接受客人的打擾，根據(jù)主人的選擇，門鈴會(huì)對(duì)來訪者做出相應(yīng)的反饋。這種門鈴有了智能的感覺，控制方便，靈活性強(qiáng)。硬件電路的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

圖1 硬件電路設(shè)計(jì)框圖

2.2 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

復(fù)位方式是單片機(jī)工作方式之一，計(jì)算機(jī)在每一次重新啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，復(fù)位是使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件像歸零一樣開始工作，被賦予了同一個(gè)初始狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)中，由于選取的單片機(jī)是STC的52系列，它的內(nèi)部是斷電自動(dòng)復(fù)位形式，自帶復(fù)位功能，所以可以不外接復(fù)位電路。

前文介紹了單片機(jī)復(fù)位條件和分類，接下來需要了解下寄存器在復(fù)位后的狀態(tài)。程序計(jì)數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表1所示。在復(fù)位有效期間內(nèi)，ALE、PSEN將輸出高電平。

表1 復(fù)位后寄存器狀態(tài)

本設(shè)計(jì)的復(fù)位是上電自動(dòng)復(fù)位。利用了系統(tǒng)一上電時(shí)，電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個(gè)短時(shí)的低電平，只要電源的上升時(shí)間夠短，就可以接通電源實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位。

2.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路是以時(shí)鐘芯片DS1302為主的電路，主要實(shí)現(xiàn)音樂門鈴上的時(shí)間顯示功能，并且提供手動(dòng)調(diào)整時(shí)間，體現(xiàn)了音樂門鈴的生活化和實(shí)用性。時(shí)鐘電路的模塊比較簡(jiǎn)單，外圍元件也比較少，與單片機(jī)的連接只需要三根線。

DS1302與單片機(jī)相連的具體介紹：復(fù)位引腳接單片機(jī)的P1.6、串行時(shí)鐘引腳接單片機(jī)的P1.4、串行數(shù)據(jù)引腳接單片機(jī)的P1.5，VCC2與VCC1中，我們選取較大的做主電源，本設(shè)計(jì)中VCC2為主電源，VCC1作為備用電源，接一個(gè)電池引腳，我選擇的電池為紐扣電池，經(jīng)濟(jì)廉價(jià)。X1和X2這兩個(gè)振蕩器引腳之間我給它接一個(gè)晶振，晶振大小為32.768khz，它為芯片提供計(jì)時(shí)脈沖。時(shí)鐘芯片通過復(fù)位/片選引腳的電平置換來完成啟動(dòng)/終止數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。?duì)于本設(shè)計(jì)所使用的日歷、時(shí)鐘存儲(chǔ)器來說，寫的控制命令字為0BEH，讀的控制命令字為0BFH。

2.4 顯示電路的設(shè)計(jì)

顯示電路即LCD顯示電路，也是本次音樂門鈴設(shè)計(jì)的一部分。液晶顯示就是利用SMC1602這個(gè)顯示芯片來完成對(duì)字符、線段、數(shù)字的顯示，增加顯示電路通過學(xué)習(xí)了解其顯示原理，學(xué)會(huì)輸入字符顯示的控制字，時(shí)序等，鞏固顯示功能程序的編寫知識(shí)，以及熟練掌握單片機(jī)與LCD的連接。

2.5 語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)

語(yǔ)音電路是本設(shè)計(jì)拓展部分，它用來存放錄制的語(yǔ)音信息，并播放出來。語(yǔ)音模塊由幾部分組成，第一部分為主芯片，我選擇了ISD的4000系列，最長(zhǎng)錄音時(shí)間4分鐘，最多語(yǔ)音可分段數(shù)1200，編程直接用串口控制即可；第二部分是按鍵電路，用作錄音、放音的控制電路，用單片機(jī)控制；第三部分是功率放大電路，這個(gè)電路對(duì)于語(yǔ)音功能很重要，它推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，通過同向放大電路將小信號(hào)放大，再通過后級(jí)音頻功率放大得到聲音，是語(yǔ)音電路不可或缺的部分，通常帶有麥克和揚(yáng)聲器。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)主程序之前，從音樂門鈴的原理出發(fā)，首先設(shè)計(jì)門鈴的定時(shí)器的選擇。我們選擇單片機(jī)的定時(shí)器T0，工作在模式1，為定時(shí)中斷，控制P1.0引腳的輸出每次取反，在P1.0口可以輸出方波頻率。定時(shí)器T0我們?cè)O(shè)置為10ms，以控制節(jié)拍，這相當(dāng)于半個(gè)周期，樂譜以頻率常數(shù)、節(jié)拍常數(shù)交替排列。主程序主要用來完成系統(tǒng)初始化，串口初始化，時(shí)間顯示，液晶顯示設(shè)置，按鍵掃描等工作。

3.2 門鈴流程圖設(shè)計(jì)

門鈴的播放有兩種情況：主人在家和主人不在家。由按鍵電路的設(shè)計(jì)可知，這部分有兩個(gè)按鍵，一個(gè)是S7，對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P1.1，一個(gè)是雙擲開關(guān)S8，對(duì)應(yīng)單片機(jī)的P1.2。當(dāng)拜訪者按下S7，按鍵系統(tǒng)掃描到之后，系統(tǒng)會(huì)判斷P1.2口是低電平還是高電平，主人在家按鍵掃描到高電平，P1.2口是低電平，執(zhí)行子程序2；主人不在家按鍵掃描到低電平，P1.2口是高電平，執(zhí)行子程序1。門鈴子程序流程圖如圖2所示。

3.3 錄放設(shè)計(jì)

錄音和播放功能是語(yǔ)音門鈴電路中特有的，它的軟件設(shè)計(jì)也很重要，涉及到兩種按鍵。錄音鍵和播放鍵都和語(yǔ)音芯片有關(guān)。錄音鍵在單片機(jī)的控制下，將主人的提示語(yǔ)音錄制到語(yǔ)音芯片中保存，以便有需要時(shí)隨時(shí)調(diào)用。具體操作是：按下錄音鍵（REC），松開，說出留言內(nèi)容，然后按下暫停鍵（STOP）即可，再按下錄音鍵可繼續(xù)錄制第二段，最多錄制600段語(yǔ)音。

播放鍵（PLAY）在單片機(jī)的指令下將存儲(chǔ)在語(yǔ)音芯片中的信息讀出，它與錄音鍵是一對(duì)輔助鍵。不管是主人還是客人，在按下播放鍵后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的按順序播放錄音，播放完一段就暫停，需要聽下一段就要再按一次播放鍵，這樣一直播放到最后一條留言。如果沒有留言了，就會(huì)跳到第一條留言播放，按下其他按鍵后，會(huì)跳出播放子程序。由于主人預(yù)錄的留言時(shí)設(shè)置好的，所以播放語(yǔ)音時(shí)只播放客人的留言。另外，ISD4002芯片中沒有語(yǔ)音刪除功能，要想刪改錄過的留言，最簡(jiǎn)單的方法是重新下載程序到單片機(jī)，錄制語(yǔ)音，將之前的語(yǔ)音覆蓋掉，還可以在編程中添加刪除效果，這個(gè)比較復(fù)雜，要清楚錄音存放的地址。

圖2 門鈴子程序流程圖

4 總結(jié)

本文實(shí)現(xiàn)了基于STC89C52單片機(jī)的帶顯示帶語(yǔ)音的電子音樂門鈴的制作，這種門鈴既有門鈴叫門的基本功能，也實(shí)現(xiàn)了一些應(yīng)用擴(kuò)展，錄音和留言功能增加了它的實(shí)用性，時(shí)鐘和顯示屏提示增加了它的觀賞性。

[1]徐春航.單片機(jī)與可視對(duì)講門鈴系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2013(11)

[2]王蘊(yùn)嶺,段學(xué)習(xí),岳健,等.百變電子門鈴的設(shè)計(jì)[J].中小企業(yè)管理與科技,2012

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