周毅 遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的電子音樂門鈴的設計

周毅 遼寧錦州渤海大學工學院

近代人們的生活水平隨著網(wǎng)絡技術(shù)、無線技術(shù)的飛速發(fā)展有了大幅度提高，對家居的智能化，安全性展現(xiàn)出明顯的需求。同時，新興電子產(chǎn)業(yè)在不斷成長與壯大，電子設計也越來越注重智能、小型、低耗這三個特性。在新時代的要求下，體積小，功能強，性價比高的單片機芯片無疑是實現(xiàn)相關(guān)智能電子設計的最佳選擇，成為了新的技術(shù)熱點。本設計介紹了用STC89C52單片機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展功能，給客人提供回應信息。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，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，具有良好的發(fā)展前景。

單片機 音樂門鈴 液晶顯示

1 引言

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

音樂門鈴低耗環(huán)保，現(xiàn)在市場上精美可愛的裝飾性門鈴也很多，有著異曲同工之處。用音樂當門鈴讓人身心愉悅，聽著客人到來的信息也不會覺得煩悶，既安全又經(jīng)濟，相信很多人會喜歡。本次設計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音功能，顯示屏散發(fā)著熒光，語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的門鈴體驗，也讓主人能很方便的控制門鈴，向外來人傳達自己的情況。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)總體設計

設計電子音樂門鈴系統(tǒng)是學習單片機的一個好機會，本論文涉及了音樂門鈴中各個系統(tǒng)的組成和各功能模塊的實現(xiàn)原理，分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，各個功能模塊圍繞單片機模塊相輔相成。

系統(tǒng)時鐘芯片采用DS1302，顯示電路主芯片SMC1602，語音芯片為ISD4000系列，每一種語音電路都會含有另一種芯片，就是功放芯片，它涉及對門鈴和語音的聲音放大，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是當下應用比較廣泛的單片機系列，它是前幾年飛利浦51系列的加強版，不僅成本低而且加密性強。功能上，本設計主要是實現(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，門鈴會對來訪者做出相應的反饋。這種門鈴有了智能的感覺，控制方便，靈活性強。硬件電路的設計框圖如圖1所示：

圖1 硬件電路設計框圖

2.2 復位電路的設計

復位方式是單片機工作方式之一，計算機在每一次重新啟動運行時都需要復位，復位是使中央處理器CPU和內(nèi)部其他部件像歸零一樣開始工作，被賦予了同一個初始狀態(tài)。本次設計中，由于選取的單片機是STC的52系列，它的內(nèi)部是斷電自動復位形式，自帶復位功能，所以可以不外接復位電路。

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

表1 復位后寄存器狀態(tài)

本設計的復位是上電自動復位。利用了系統(tǒng)一上電時，電容兩端電壓不能突變的原理給系統(tǒng)一個短時的低電平，只要電源的上升時間夠短，就可以接通電源實現(xiàn)系統(tǒng)的復位。

2.3 時鐘電路的設計

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

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

2.4 顯示電路的設計

顯示電路即LCD顯示電路，也是本次音樂門鈴設計的一部分。液晶顯示就是利用SMC1602這個顯示芯片來完成對字符、線段、數(shù)字的顯示，增加顯示電路通過學習了解其顯示原理，學會輸入字符顯示的控制字，時序等，鞏固顯示功能程序的編寫知識，以及熟練掌握單片機與LCD的連接。

2.5 語音電路的設計

語音電路是本設計拓展部分，它用來存放錄制的語音信息，并播放出來。語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，最長錄音時間4分鐘，最多語音可分段數(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，用單片機控制；第三部分是功率放大電路，這個電路對于語音功能很重要，它推動揚聲器發(fā)聲，通過同向放大電路將小信號放大，再通過后級音頻功率放大得到聲音，是語音電路不可或缺的部分，通常帶有麥克和揚聲器。

3 軟件設計

3.1 主程序設計

在設計主程序之前，從音樂門鈴的原理出發(fā)，首先設計門鈴的定時器的選擇。我們選擇單片機的定時器T0，工作在模式1，為定時中斷，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。定時器T0我們設置為10ms，以控制節(jié)拍，這相當于半個周期，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，時間顯示，液晶顯示設置，按鍵掃描等工作。

3.2 門鈴流程圖設計

門鈴的播放有兩種情況：主人在家和主人不在家。由按鍵電路的設計可知，這部分有兩個按鍵，一個是S7，對應單片機的P1.1，一個是雙擲開關(guān)S8，對應單片機的P1.2。當拜訪者按下S7，按鍵系統(tǒng)掃描到之后，系統(tǒng)會判斷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 錄放設計

錄音和播放功能是語音門鈴電路中特有的，它的軟件設計也很重要，涉及到兩種按鍵。錄音鍵和播放鍵都和語音芯片有關(guān)。錄音鍵在單片機的控制下，將主人的提示語音錄制到語音芯片中保存，以便有需要時隨時調(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段語音。

播放鍵（PLAY）在單片機的指令下將存儲在語音芯片中的信息讀出，它與錄音鍵是一對輔助鍵。不管是主人還是客人，在按下播放鍵后，系統(tǒng)會自動的按順序播放錄音，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，就會跳到第一條留言播放，按下其他按鍵后，會跳出播放子程序。由于主人預錄的留言時設置好的，所以播放語音時只播放客人的留言。另外，ISD4002芯片中沒有語音刪除功能，要想刪改錄過的留言，最簡單的方法是重新下載程序到單片機，錄制語音，將之前的語音覆蓋掉，還可以在編程中添加刪除效果，這個比較復雜，要清楚錄音存放的地址。

圖2 門鈴子程序流程圖

4 總結(jié)

本文實現(xiàn)了基于STC89C52單片機的帶顯示帶語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，也實現(xiàn)了一些應用擴展，錄音和留言功能增加了它的實用性，時鐘和顯示屏提示增加了它的觀賞性。

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