基于单片机的电子音乐门铃的设计

2017-04-25周毅辽宁锦州渤海大学工学院

数码世界 2017年4期

周毅辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的电子音乐门铃的设计

周毅辽宁锦州渤海大学工学院

近代人们的生活水平随着网络技术、无线技术的飞速发展有了大幅度提高，对家居的智能化，安全性展现出明显的需求。同时，新兴电子产业在不断成长与壮大，电子设计也越来越注重智能、小型、低耗这三个特性。在新时代的要求下，体积小，功能强，性价比高的单片机芯片无疑是实现相关智能电子设计的最佳选择，成为了新的技术热点。本设计介绍了用STC89C52单片机来制作音乐门铃的具体过程，该系统在门铃的基本功能上添加了扩展功能，给客人提供回应信息。使用者还可以通过按键自主选择状态，提供了人性化的门铃体验，提高了产品质量，具有良好的发展前景。

单片机音乐门铃液晶显示

1 引言

随着社会发展，新兴电子产业发展得风生水起，电子公司如雨后春笋不断涌现。古老的门铃逐渐淘汰，尤其是制作简陋，结构复杂，体型较大的传统门铃，早已适应不了人们对生活的高要求。

音乐门铃低耗环保，现在市场上精美可爱的装饰性门铃也很多，有着异曲同工之处。用音乐当门铃让人身心愉悦，听着客人到来的信息也不会觉得烦闷，既安全又经济，相信很多人会喜欢。本次设计从最基本的功能出发，在基础功能上增加了显示功能和语音功能，显示屏散发着荧光，语音提示是即使客人不看显示屏也能通过听觉知道一些信息，两者相结合，不仅给客人带来比较先进的门铃体验，也让主人能很方便的控制门铃，向外来人传达自己的情况。

2 系统硬件设计

2.1 系统总体设计

设计电子音乐门铃系统是学习单片机的一个好机会，本论文涉及了音乐门铃中各个系统的组成和各功能模块的实现原理，分为硬件系统和软件系统，各个功能模块围绕单片机模块相辅相成。

系统时钟芯片采用DS1302，显示电路主芯片SMC1602，语音芯片为ISD4000系列，每一种语音电路都会含有另一种芯片，就是功放芯片，它涉及对门铃和语音的声音放大，所以是必不可少的。功放电路所用到的芯片就是LM386芯片。系统所用的主芯片STC89C52是当下应用比较广泛的单片机系列，它是前几年飞利浦51系列的加强版，不仅成本低而且加密性强。功能上，本设计主要是实现这样的功能：主人由自主选择权，可以选择接不接受客人的打扰，根据主人的选择，门铃会对来访者做出相应的反馈。这种门铃有了智能的感觉，控制方便，灵活性强。硬件电路的设计框图如图1所示：

图1 硬件电路设计框图

2.2 复位电路的设计

复位方式是单片机工作方式之一，计算机在每一次重新启动运行时都需要复位，复位是使中央处理器CPU和内部其他部件像归零一样开始工作，被赋予了同一个初始状态。本次设计中，由于选取的单片机是STC的52系列，它的内部是断电自动复位形式，自带复位功能，所以可以不外接复位电路。

前文介绍了单片机复位条件和分类，接下来需要了解下寄存器在复位后的状态。程序计数器（PC）和特殊功能寄存器的复位如表1所示。在复位有效期间内，ALE、PSEN将输出高电平。

表1 复位后寄存器状态

本设计的复位是上电自动复位。利用了系统一上电时，电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平，只要电源的上升时间够短，就可以接通电源实现系统的复位。

2.3 时钟电路的设计

时钟电路是以时钟芯片DS1302为主的电路，主要实现音乐门铃上的时间显示功能，并且提供手动调整时间，体现了音乐门铃的生活化和实用性。时钟电路的模块比较简单，外围元件也比较少，与单片机的连接只需要三根线。

DS1302与单片机相连的具体介绍：复位引脚接单片机的P1.6、串行时钟引脚接单片机的P1.4、串行数据引脚接单片机的P1.5，VCC2与VCC1中，我们选取较大的做主电源，本设计中VCC2为主电源，VCC1作为备用电源，接一个电池引脚，我选择的电池为纽扣电池，经济廉价。X1和X2这两个振荡器引脚之间我给它接一个晶振，晶振大小为32.768khz，它为芯片提供计时脉冲。时钟芯片通过复位/片选引脚的电平置换来完成启动/终止数据传输的目的。对于本设计所使用的日历、时钟存储器来说，写的控制命令字为0BEH，读的控制命令字为0BFH。

2.4 显示电路的设计

显示电路即LCD显示电路，也是本次音乐门铃设计的一部分。液晶显示就是利用SMC1602这个显示芯片来完成对字符、线段、数字的显示，增加显示电路通过学习了解其显示原理，学会输入字符显示的控制字，时序等，巩固显示功能程序的编写知识，以及熟练掌握单片机与LCD的连接。

2.5 语音电路的设计

语音电路是本设计拓展部分，它用来存放录制的语音信息，并播放出来。语音模块由几部分组成，第一部分为主芯片，我选择了ISD的4000系列，最长录音时间4分钟，最多语音可分段数1200，编程直接用串口控制即可；第二部分是按键电路，用作录音、放音的控制电路，用单片机控制；第三部分是功率放大电路，这个电路对于语音功能很重要，它推动扬声器发声，通过同向放大电路将小信号放大，再通过后级音频功率放大得到声音，是语音电路不可或缺的部分，通常带有麦克和扬声器。

3 软件设计

3.1 主程序设计

在设计主程序之前，从音乐门铃的原理出发，首先设计门铃的定时器的选择。我们选择单片机的定时器T0，工作在模式1，为定时中断，控制P1.0引脚的输出每次取反，在P1.0口可以输出方波频率。定时器T0我们设置为10ms，以控制节拍，这相当于半个周期，乐谱以频率常数、节拍常数交替排列。主程序主要用来完成系统初始化，串口初始化，时间显示，液晶显示设置，按键扫描等工作。

3.2 门铃流程图设计

门铃的播放有两种情况：主人在家和主人不在家。由按键电路的设计可知，这部分有两个按键，一个是S7，对应单片机的P1.1，一个是双掷开关S8，对应单片机的P1.2。当拜访者按下S7，按键系统扫描到之后，系统会判断P1.2口是低电平还是高电平，主人在家按键扫描到高电平，P1.2口是低电平，执行子程序2；主人不在家按键扫描到低电平，P1.2口是高电平，执行子程序1。门铃子程序流程图如图2所示。

3.3 录放设计

录音和播放功能是语音门铃电路中特有的，它的软件设计也很重要，涉及到两种按键。录音键和播放键都和语音芯片有关。录音键在单片机的控制下，将主人的提示语音录制到语音芯片中保存，以便有需要时随时调用。具体操作是：按下录音键（REC），松开，说出留言内容，然后按下暂停键（STOP）即可，再按下录音键可继续录制第二段，最多录制600段语音。

播放键（PLAY）在单片机的指令下将存储在语音芯片中的信息读出，它与录音键是一对辅助键。不管是主人还是客人，在按下播放键后，系统会自动的按顺序播放录音，播放完一段就暂停，需要听下一段就要再按一次播放键，这样一直播放到最后一条留言。如果没有留言了，就会跳到第一条留言播放，按下其他按键后，会跳出播放子程序。由于主人预录的留言时设置好的，所以播放语音时只播放客人的留言。另外，ISD4002芯片中没有语音删除功能，要想删改录过的留言，最简单的方法是重新下载程序到单片机，录制语音，将之前的语音覆盖掉，还可以在编程中添加删除效果，这个比较复杂，要清楚录音存放的地址。