单片机控制的无线门铃设计
目 录
一、前言 1
二、系统设计的总体方案 1
三、方案研究探讨 2
（一）方案的选择 2
（二）系统的总体方案确定 4
四、系统硬件电路设计 4
（一）单片机最小系统 4
(二) 时钟电路设计 5
（三）复位电路设计 6
（四）门铃按键电路 6
(五) 音频功率放大器 7
(六) 显示电路 7
（七）电源电路 8
五、 系统软件设计 11
（一）主程序流程图 11
（二）音乐模块设计 12
六、系统仿真及实物调试 13
（一）仿真电路图 13
（二）仿真结果 14
七、结束语 15
谢辞 17
参考文献 18
附录一：原理图和PCB图 19
附录二：PCB图 20
附录三：源程序 21
一、前言
以STC89C52为核心，通过单片机内部的定时器产生定时脉冲，计算好各个音调对应的值，达到音乐播放的效果。同时在LCD显示当前按下的是谁的门铃和对应的显示字符。此时，外部单片机将按下的按键号通过CC1100发送至内部单片机，内部单片机根据按键号来调用对应的音乐数组，播放着音乐。
这个设计要先设计好硬件电路，在设计软件电路，硬件电路主要有：显示器LCD1602，单片机STC89C52的引脚和功能，对每个引脚积极连接方式都要进行详细介绍，本文 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
还介绍了本次设计的设计方式包括PCB的生成及板子的制作等等，硬件焊接好后对硬件进行调试、不装在芯片上的电路检查及上电装芯片检查，编写程序和编写完程序还要进行编译，这就必须会实用编译软件。
论文的最后部分对本次设计的参考文献和对论文的完成有帮助都进行了一一答谢。
二、系统设计的总体方案
（一）系统原理框图
本次设计的总体有：按键模块，无线模块，显示模块和音乐模块，但是由于无线模块是在两个单片机中间传输，所以设计中无线模块必须要考虑进去，但是由于是用到两个单片机，在系统框图中并为加入无线模块，但是无线模块是本次设计的一个重点，不能忽略。系统总体方案见图2-1所示：
图2-1 系统原理框图
（二）系统设计要求
比如小区有4个住户，分别有小王，小李，小芳，小明。呼叫门铃安放在物业处，接收门铃安放在住户处，小王的朋友到访只需按对应着小王家的门铃，小王家的门铃就会播放小王家的门铃音乐，小王听到就会来开门，其他住户都有他们自己的门铃，听到门铃声开门
1.显示器显示当前呼叫的户主名字；
2.显示器显示相应户主的问候语；
3.每个不同的户主对应着不同的门铃声音；
4.门铃一直响到主人按下键才复位，等待下一次的按键，当播放完一首曲子户主尚未按下停止键，则门铃停止响铃。
5.访客按下按键后，户内单片机接收到无线信号，播放相应音乐。
（三）无线门铃的设计思路
这次设计的门铃有：显示模块，按键模块，音乐模块和无线模块。当有客人到访时，只要按下门铃按键，按下相对应的房主的按键就会发出对应不同音乐，此时显示器上面显示问候语及当前呼叫的户主的姓名，此时，发送信号的单片机发射无线信号，房间内部对应按键号的单片机经过解调后的信号通过扬声器发出声音，提醒房主有客来访。
本系统方案设计由六个部分组合而成，它分别由单片机的最小系统，显示电路、电源电路、按键电路、音频功放电路和无线模块电路。
三、方案研究探讨
（一）方案的选择
1.芯片的选择与论证
方案一：使用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑运算功能，规模大，集成度高，减小了体积，提高了稳定性，而且它用硬件的描述语言来独立完成电路的设计，这个技术是现在流行的IC控制技术。但因为本设计对芯片功能要求不高，FPGA优势得不到充分应用，并且由于集成度高，使其成本偏高。
方案二：可以采用ATMEL公司的at89c51来作为系统控制组件的方案。但是手上只有STC系列的开发板，开发板是能将keil中产生的hex文件烧录进单片机去。这次设计用到是STC89C52，市面上最常见的单片机型号。至于为什么用STC系列单片机而不是用公司规模更大的AT公司，因为在我手上有的开发板是STC系列开发板，只能将HEX文件烧录到STC单片机中，如果用的是AT公司的单片机程序是烧录不进去的，实物是做不出来的。但是由于STC公司的规模较小，在仿真软件中不收录STC系列的单片机，所以本次设计实物用的是STC，而仿真用的是AT。而为什么不用STC89C51芯片而是52呢？因为本次设计的编程量有点大，89C51的内存是只能存4K的hex文件，而52能存8K的hex文件。51和52的差别仅仅在于此。为了能存取更多的hex文件，这次设计我使用的是STC89C52单片机。
综合归纳以上方案，考虑到现阶段的知识水平，决定选用STC89C52单片机来作为系统的中心控制器件。
2.门铃按键电路设计方案探讨
由于本系统所使用按键较少，所以可以直接使用独立按键而不是矩阵键盘，就是每个按键都能单独使用一根I/O接口线；使其每个I/O口工作状态都能不影响对方。
3.音频功率放大器的选择与论证
方案一：采用低电压音频功率放大器lm386。 lm386它是由美国一个半导体公司生产的音频功率放大器，他一般应用在低电压耗能类的产品中，电压的增益内置为20，就是为了让外围原件非常少。如果在第一引脚和第八引脚之间添加一个外接电阻与一个外接电容。就可以把电压的增益值调到随便的一个值，一直达到上限200，把输入端来做为参考、于此同时把输出端自动偏置至电源电压的一半、在6V的电压下，它的静态的功耗只有24mW，使LM386非常适和用在电池供电的一些场合。
方案二：采用三极管组成一个简单的放大电路。BJT三极管共有三种组态：共射、共集、共基电路。每一个电路组态都能对电压进行放大。由于三极管的成本低、电源电压范围较广，经比较后，选择方案二。
图4-2 单片机引脚图
(二) 时钟电路设计
单片机连接晶振的两个端口是XTALI、XTAL2。本次设计用12M的晶振做时钟振荡器。但是其一定要符合电平的最大和最小值及时序规范（见图4-5）。
图4-9 无线发射模块电路图
虽然是用到两个单片机，但是两个单片机对CC1100的硬件连接是一样的，区别在于两个单片机内部存储的程序不同，房间内部的单片机外部电路有音乐播报模块和无线接收模块，上文已经介绍音乐播报模块，在此介绍无线接收模块的硬件电路设计。下图4-10为无线接收模块。
一、前言 1
二、系统设计的总体方案 1
三、方案研究探讨 2
（一）方案的选择 2
（二）系统的总体方案确定 4
四、系统硬件电路设计 4
（一）单片机最小系统 4
(二) 时钟电路设计 5
（三）复位电路设计 6
（四）门铃按键电路 6
(五) 音频功率放大器 7
(六) 显示电路 7
（七）电源电路 8
五、 系统软件设计 11
（一）主程序流程图 11
（二）音乐模块设计 12
六、系统仿真及实物调试 13
（一）仿真电路图 13
（二）仿真结果 14
七、结束语 15
谢辞 17
参考文献 18
附录一：原理图和PCB图 19
附录二：PCB图 20
附录三：源程序 21
一、前言
以STC89C52为核心，通过单片机内部的定时器产生定时脉冲，计算好各个音调对应的值，达到音乐播放的效果。同时在LCD显示当前按下的是谁的门铃和对应的显示字符。此时，外部单片机将按下的按键号通过CC1100发送至内部单片机，内部单片机根据按键号来调用对应的音乐数组，播放着音乐。
这个设计要先设计好硬件电路，在设计软件电路，硬件电路主要有：显示器LCD1602，单片机STC89C52的引脚和功能，对每个引脚积极连接方式都要进行详细介绍，本文 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
还介绍了本次设计的设计方式包括PCB的生成及板子的制作等等，硬件焊接好后对硬件进行调试、不装在芯片上的电路检查及上电装芯片检查，编写程序和编写完程序还要进行编译，这就必须会实用编译软件。
论文的最后部分对本次设计的参考文献和对论文的完成有帮助都进行了一一答谢。
二、系统设计的总体方案
（一）系统原理框图
本次设计的总体有：按键模块，无线模块，显示模块和音乐模块，但是由于无线模块是在两个单片机中间传输，所以设计中无线模块必须要考虑进去，但是由于是用到两个单片机，在系统框图中并为加入无线模块，但是无线模块是本次设计的一个重点，不能忽略。系统总体方案见图2-1所示：
图2-1 系统原理框图
（二）系统设计要求
比如小区有4个住户，分别有小王，小李，小芳，小明。呼叫门铃安放在物业处，接收门铃安放在住户处，小王的朋友到访只需按对应着小王家的门铃，小王家的门铃就会播放小王家的门铃音乐，小王听到就会来开门，其他住户都有他们自己的门铃，听到门铃声开门
1.显示器显示当前呼叫的户主名字；
2.显示器显示相应户主的问候语；
3.每个不同的户主对应着不同的门铃声音；
4.门铃一直响到主人按下键才复位，等待下一次的按键，当播放完一首曲子户主尚未按下停止键，则门铃停止响铃。
5.访客按下按键后，户内单片机接收到无线信号，播放相应音乐。
（三）无线门铃的设计思路
这次设计的门铃有：显示模块，按键模块，音乐模块和无线模块。当有客人到访时，只要按下门铃按键，按下相对应的房主的按键就会发出对应不同音乐，此时显示器上面显示问候语及当前呼叫的户主的姓名，此时，发送信号的单片机发射无线信号，房间内部对应按键号的单片机经过解调后的信号通过扬声器发出声音，提醒房主有客来访。
本系统方案设计由六个部分组合而成，它分别由单片机的最小系统，显示电路、电源电路、按键电路、音频功放电路和无线模块电路。
三、方案研究探讨
（一）方案的选择
1.芯片的选择与论证
方案一：使用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑运算功能，规模大，集成度高，减小了体积，提高了稳定性，而且它用硬件的描述语言来独立完成电路的设计，这个技术是现在流行的IC控制技术。但因为本设计对芯片功能要求不高，FPGA优势得不到充分应用，并且由于集成度高，使其成本偏高。
方案二：可以采用ATMEL公司的at89c51来作为系统控制组件的方案。但是手上只有STC系列的开发板，开发板是能将keil中产生的hex文件烧录进单片机去。这次设计用到是STC89C52，市面上最常见的单片机型号。至于为什么用STC系列单片机而不是用公司规模更大的AT公司，因为在我手上有的开发板是STC系列开发板，只能将HEX文件烧录到STC单片机中，如果用的是AT公司的单片机程序是烧录不进去的，实物是做不出来的。但是由于STC公司的规模较小，在仿真软件中不收录STC系列的单片机，所以本次设计实物用的是STC，而仿真用的是AT。而为什么不用STC89C51芯片而是52呢？因为本次设计的编程量有点大，89C51的内存是只能存4K的hex文件，而52能存8K的hex文件。51和52的差别仅仅在于此。为了能存取更多的hex文件，这次设计我使用的是STC89C52单片机。
综合归纳以上方案，考虑到现阶段的知识水平，决定选用STC89C52单片机来作为系统的中心控制器件。
2.门铃按键电路设计方案探讨
由于本系统所使用按键较少，所以可以直接使用独立按键而不是矩阵键盘，就是每个按键都能单独使用一根I/O接口线；使其每个I/O口工作状态都能不影响对方。
3.音频功率放大器的选择与论证
方案一：采用低电压音频功率放大器lm386。 lm386它是由美国一个半导体公司生产的音频功率放大器
方案二：采用三极管组成一个简单的放大电路。BJT三极管共有三种组态：共射、共集、共基电路。每一个电路组态都能对电压进行放大。由于三极管的成本低、电源电压范围较广，经比较后，选择方案二。
图4-2 单片机引脚图
(二) 时钟电路设计
单片机连接晶振的两个端口是XTALI、XTAL2。本次设计用12M的晶振做时钟振荡器。但是其一定要符合电平的最大和最小值及时序规范（见图4-5）。
图4-9 无线发射模块电路图
虽然是用到两个单片机，但是两个单片机对CC1100的硬件连接是一样的，区别在于两个单片机内部存储的程序不同，房间内部的单片机外部电路有音乐播报模块和无线接收模块，上文已经介绍音乐播报模块，在此介绍无线接收模块的硬件电路设计。下图4-10为无线接收模块。
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