課程設計--基于單片機的門鈴控制

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　基于單片機的門鈴控制</p><p>　　學院（部）： 機械工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師：

2、 </p><p>　　2013年 月 日</p><p>　　基于單片機的門鈴控制</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，人們的生活越來便捷。其中單片機的出現(xiàn)讓工業(yè)和生活有了質的飛躍。它功能強大，體積小，價格實惠，因而被廣泛應用于智能行業(yè)。這次的課程設計就是從學習應用中

3、掌握單片機的編程，仿真調(diào)試等技能。本篇介紹的就是基于單片機的門鈴控制，有單片機控制輸出頻率是揚聲器發(fā)出“叮咚”的響聲。通過單片機的定時/計數(shù)T0，產(chǎn)生700HZ和500HZ兩種不同頻率。本次課程設計選用的是單片機AT89C51。</p><p>　　關鍵詞：單片機，ATC51，揚聲器，頻率，C語言。</p><p>　　Timer Controlling Doorbell Based on

4、 AT89C51 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　AT89C51isasmallsinglechiplaunchedbyATMELcompany,andwecanuseittoachieveelectronicdoorbellwhichcanplaymusicandhasexternalscreentodisplaywelc

5、omemessageandisanewbelldesign,sothesmallmicrocontrollerisworthyofwidelyusinginintelligentresidentialorintheintelligentbuildingsystem.ProteusisthepowerfulEDAsimulationsoftware,ithasrichsimulationcomponents,especiallyitist

6、hedynamicsimulationofperipheralswhichgreatlycomplementsdeficienciesofothersimulationsoftware;andtheintroductionofthevirtualtoolboxprovidesacon</p><p>　　KEYWORDS：AT89C51，timer，buzzer，LCD1602liquidcrystaldispl

7、ay，Proteussimulationsoftware，WAVE6000orKeil805.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　摘要（外文）2</b></p><p><b>　　緒

8、論4</b></p><p><b>　　1總體方案設計4</b></p><p><b>　　1.1設計思路4</b></p><p>　　1.2相關軟件及說明4</p><p>　　2 單片機AT89C51簡介6</p><p>　　2.1單片機及其

9、引腳排列6</p><p>　　2.2用到的AT89C51各引腳功能簡介6</p><p>　　2.3振蕩器特性7</p><p><b>　　2.4芯片擦除7</b></p><p>　　3系統(tǒng)主要硬件電路設計8</p><p>　　3.1 單片機主機系統(tǒng)電路8</p>

10、<p>　　3.1.1原理圖器件參數(shù)9</p><p>　　3.2揚聲器電路11</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計11</p><p>　　4.1設計思路11</p><p>　　4.2電路原理圖14</p><p>　　4.3 C語言程序代碼14</p><p>　

11、　5 PROTEUS簡介16</p><p>　　6 keil與Proteus的聯(lián)調(diào)分析16</p><p>　　6.1硬件調(diào)試16</p><p>　　6.2軟件調(diào)試16</p><p>　　6.3軟硬件聯(lián)調(diào)16</p><p><b>　　結論18</b></p>&

12、lt;p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　謝辭20</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　“叮咚”是一款經(jīng)典且應用廣泛的門鈴，它價格低廉，方便可靠，響應快速，占有很大的市場?；趩纹瑱C輸出的頻率700HZ和500HZ按下按鈕即可由

13、揚聲器發(fā)出，操作方便。</p><p>　　檢測的主要技術指標是按下按鈕，單片機產(chǎn)生的信號在揚聲器中能得到響應，proteus的左下運行方窗口不得有紅色錯誤或黃色警告。</p><p><b>　　1總體方案設計</b></p><p><b>　　1.1設計思路</b></p><p>　　結合本

14、次課題設計的任務，進行分析可以得得出總體思路：本次設計是利用單片機發(fā)出兩種頻率實現(xiàn)對揚聲器發(fā)聲的，控制采用的是按鈕操作，AT89C51單片機進行控制，經(jīng)由P3.0輸出，最后使揚聲器發(fā)出“叮咚”聲音。</p><p><b>　　圖1.1總設計方案</b></p><p>　　1.2相關軟件及說明</p><p>　　proteus的出現(xiàn)改變了單

15、片機發(fā)燒友的經(jīng)濟狀況，因為單片機開發(fā)板一般都有的硬件，它全部都有了。例如流水燈，數(shù)碼管，液晶顯示器，時鐘芯片，溫度傳感，步進機，繼電器，存儲器，A/D轉換，D/A轉換等等。</p><p>　　最近，隨著市場上智能化樓宇的不斷升溫，門鈴系統(tǒng)已作為智能化辦公室和智能化住宅小區(qū)的一個重要組成部分，被各商家和用</p><p>　　戶所接受。悅耳動聽的電子門鈴為家庭生活帶來歡快的氣息，</

16、p><p>　　來訪的客人只需用手指輕觸門外的按鈕按鍵，蜂鳴器就可發(fā)出連續(xù)“嘟”音或叮咚的音樂門鈴聲。隨著單片機技術的飛速發(fā)展，通過單片機實現(xiàn)人們對物質生活的享受，將會日益成為我國未來的一個重要發(fā)展的方向。</p><p>　　AT89C51是由ATMEL公司推出的一種小型單片機。95年出現(xiàn)在中國市場。其主要特點為采用Flash存貯器技術，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可

17、以很快被廣大用戶接受，其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與測試方便又易于實現(xiàn)。本設計主要介紹由AT89C51單片機來構成電子音樂門鈴系統(tǒng)的實現(xiàn)技術。</p><p>　　Proteus仿真功能簡介作為一款EDA（電子設計自動化）仿真軟件，Proteus與同類軟件有著很多的相似之處。相比之下，其主要的特點有兩個：一是對動態(tài)元件的實時仿真，它對“人機對話”的模擬增強了系統(tǒng)的真實性；二是虛擬工具箱的功能，它能與仿真同時進行

18、，測量方便而準確。下面著重介紹一下該軟件的這兩個突出特點。</p><p>　　實時動態(tài)仿真平臺Proteus是英國Labcenterelectronics公司的EDA工具軟件，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路。該軟件具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB設計及自動或人工布線和電路仿真功能，此外，它的電路仿真是互動的，可以針對微處理器的應用，實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等

19、動態(tài)外設模型對設計進行交互式仿真與多數(shù)仿真軟件相似，Proteus有著數(shù)量龐大的元器件仿真模型</p><p>　　庫。Labcenter公司與相關的第三方軟件陣容共同開發(fā)了6000多個</p><p>　　模擬和數(shù)字電路中常用的Spice模型以及各種動態(tài)元件，基本元件如電阻、電容、各種二極管、三極管、MOS管、555定時器等；74系列TTL元件和4000系列CMOS元件；存儲芯片包括各種

20、常用的ROM、RAM、EEPROM、I2C器件等。在豐富的庫元件支持下，原理布圖時只要進行相應的調(diào)用和連線，通過對每個元件的屬性設置完成繪圖，然后即可進行仿真和虛擬測量。</p><p>　　Proteus在安裝以后，主要由兩個程序組成：ARES和ISIS。其中，</p><p>　　ISIS是電子系統(tǒng)仿真平臺，主要用于電路原理圖的設計及進行交互式仿真；ARES是布線編輯軟件，主要用于印刷

21、電路板的設計，并產(chǎn)生光繪輸出文件。Proteus具有功能強大的ISIS智能原理圖輸入系統(tǒng)，有豐富的操作菜單和工具。在ISIS編輯區(qū)中，能方便地完成單片機系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計、單片機源代碼級調(diào)試與硬件仿真功能。</p><p>　　虛擬工具箱Proteus的虛擬工具箱提供了電路測試中的常用工具和儀器，主要用于在實時仿真的同時對電路參數(shù)觀測，測量結果隨仿真動態(tài)變化并顯示，可以滿足精度要求不是很高的測量分析，對于電

22、路特性的定性分析可以起到事半功倍的效果，大大節(jié)約了測試時間和開發(fā)成本。Proteus軟件提供的虛擬工具和儀器通常有10種：示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器、串口調(diào)試工具、SPI調(diào)試工具、I2C調(diào)試工具、直交流電壓表、直交流電流表、函數(shù)發(fā)生器、脈沖發(fā)生器。</p><p>　　2 單片機AT89C51簡介</p><p>　　2.1單片機及其引腳排列</p><p>　　A

23、T89C51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，其內(nèi)部程序代碼容量為4KB</p><p>　　圖2.1 AT89C51引腳線路圖</p><p>　　2.2用到的AT89C51各引腳功能簡介</p><p>　　VCC：AT89C51 電源正端輸入，接+5V。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸

24、入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允

25、許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，

26、置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　PORT1（P1.0～P1.7）：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外

27、部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。我們用到的是P1.7。</p><p>　　PORT3（P3.0～P3.7）：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p>

28、<p>　　我們用到的是：P3.0：RXD，串行通信輸入。</p><p><b>　　2.3振蕩器特性</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的

29、脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　2.4芯片擦除</b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。</p><p>　　

30、此外，AT89C51設有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。</p><p>　　3系統(tǒng)主要硬件電路設計</p><p>　　3.1 單片機主機系統(tǒng)電路</p><

31、p>　　本設計采用AT89C51單片機,AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。</p><p>　　AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/

32、O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。</p><p>　　圖3.1 AT89C51內(nèi)部結構原理圖&

33、lt;/p><p>　　3.1.1原理圖器件參數(shù)</p><p>　　圖3.1.1-1按鈕</p><p>　　圖3.1.1-2電容（1nF）</p><p>　　圖3.1.1-3電阻（10K）</p><p>　　圖3.1.1-4電阻（470R）</p><p>　　圖3.1.1-5晶振（1MHz

34、）</p><p>　　圖3.1.1-6揚聲器(500ms)</p><p><b>　　3.2揚聲器電路</b></p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b></p><p><b>　　4.1設計思路</b></p><p>　　1．用單片機

35、實現(xiàn)定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生700HZ和500HZ的頻率，根據(jù)定時/計數(shù)器T0，取定時250us，因此，700HZ的頻率要經(jīng)過3次250us的定時，而500HZ的頻率要經(jīng)過4次250us的定時。</p><p>　　信號產(chǎn)生的方法：500Hz信號周期為2ms，信號電平為每1ms（4X250us）變反1次，</p><p>　　2.在設計過程，只有當按下SP1之后，才啟動T0開始工作，當T0工

36、作完畢，回到最初狀態(tài)。 </p><p>　　3．“?！焙汀斑恕甭曇舾髡加?.5秒，因此定時/計數(shù)器T0要完成0.5秒的定時，對于以250us為基準定時2000次才可以。</p><p><b>　　主程序流程圖如下：</b></p><p>　　圖4.1-1主程序流程圖</p><p>　　該流程圖是“叮咚”門鈴系統(tǒng)設

37、計，通過單片機的初始化判斷按鈕是否按下，通過單片機系統(tǒng)進行控制，使揚聲器發(fā)出“叮咚”聲音。</p><p>　　T0中斷程序框圖如下：</p><p>　　圖4.1-2 T0中斷服務程序框圖</p><p><b>　　4.2電路原理圖</b></p><p>　　圖4.2仿真電路原理圖</p><

38、p>　　4.3 C語言程序代碼</p><p>　　本次代碼編寫采用的是Keil μVision4軟件，它是Keil C51系列的一款，2009年2月發(fā)布Keil μVision4，Keil μVision4引入靈活的窗口管理系統(tǒng)，使開發(fā)人員能夠使用多臺監(jiān)視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環(huán)境來開發(fā)應用程序

39、。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2

40、000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。具體代碼如下:</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#d

41、efine uint unsigned int</p><p>　　sbit Key=P1^7;</p><p>　　sbit DoorBell=P3^0;</p><p><b>　　uint p=0;</b></p><p><b>　　//主程序</b></p><p>

42、;　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DoorBell=0;</p><p>　　TMOD=0x00;//T0 方式 0</p><p>　　TH0=(8192-700)/32; //700us 定時</p><p>　　TL0=(8192-70

43、0)%32;</p><p><b>　　IE=0x82;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(Key==0)//按下按鍵啟動定時器</p><p><b&

44、gt;　　{ </b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　while(Key==0);</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

45、　}</b></p><p>　　//T0 中斷控制點陣屏顯示</p><p>　　void Timer0() interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DoorBell=~DoorBell;</p><p><b>　　p++;&l

46、t;/b></p><p>　　if(p<400) //若需要拖長聲音，可以調(diào)整 400 和 800</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(8192-700)/32; //700us 定時</p><p>　　TL0=(8192-700)%32;</p>

47、<p><b>　　}</b></p><p>　　else if(p<800)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(8192-1000)/32; //1ms 定時</p><p>　　TL0=(8192-1000)%32;</p>

48、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　p=0;</b></

49、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5 PROTEUS簡介</p><p>　　Proteus軟件是英國Labcenter公司開發(fā)的一款應用于電路分析與仿真軟件，目前在國際上得到廣泛應用。它集原理圖設計電路分析、仿真和PCB設計于一體，配有各種

50、信號源和電路分析所需的虛擬儀表；具有模擬電路、數(shù)字電路、單片機應用系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)設計與仿真功能?；赑roteus的電子電路設計從根本上克服了傳統(tǒng)電子產(chǎn)品設計中沒有物理原型就無法對系統(tǒng)進行測試，沒有系統(tǒng)硬件就很難對軟件進行調(diào)試的缺點。</p><p>　　Proteus與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機CPU的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。在仿真和程序調(diào)試時

51、，關心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結果。</p><p>　　6 keil與Proteus的聯(lián)調(diào)分析</p><p><b>　　6.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　這次的課程設計的硬件調(diào)試主要是用Proteus畫出電路原理圖進行調(diào)試。在Proteus繪圖界面找出

52、必要原件，合理布置并連好電路圖后，運行時可能會出現(xiàn)沒有反映或者其他的一些不良狀況，此時首先要對單片機的引腳與音頻功率放大器的引腳接進行檢測，看是否完全正確，甚至有一個不正確都會對運行結果產(chǎn)生影響。其次就是元器件的選擇，尤其是電阻，不同的阻值有不同的原件與之對應，還有電路布置盡量簡潔易懂。所以要正確地選擇適所用型號，做好每一步才能有一個正確的結果。</p><p><b>　　6.2軟件調(diào)試</b&

53、gt;</p><p>　　軟件調(diào)試也是關鍵的一環(huán)， 在軟件調(diào)試中，我用到的是eil軟件。程序的編寫是這一步驟的核心，本次課程設計系統(tǒng)編程是采用C語言完成的，做的是一個傳統(tǒng)的“叮咚”鈴聲。</p><p><b>　　6.3軟硬件聯(lián)調(diào)</b></p><p>　　在完成程序的編寫和硬件的搭接后，并能確定均正確無誤以后再對程序和硬、軟件進行聯(lián)合調(diào)

54、試。調(diào)試的過程就是將keil中生成的HEX格式的文件導入到proteus中，點擊左下角的運行，再按下原理圖中的按鈕，看是否正確運行并有清脆的“叮咚”。檢查程序的運行方式和結果是否與設計要求相一致，如在調(diào)試的過程中沒有上述的情況，則需要對軟件的程序和硬件的電路圖進行重新編寫排查。直至出現(xiàn)上述情況方可確認調(diào)試成功。</p><p>　　正確運行的結果如下圖所示：</p><p>　　圖6.1運

55、行正確的單片機門鈴設計</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本次設計硬件上的設計實現(xiàn)相對簡單一些。原來打算運用LM386組成音頻放大電路，提高音樂的播放質量，后來簡化為直接由蜂鳴器輸出，硬件電路由AT89C51單片機及按鍵、蜂鳴器等組成，用杜邦線連接相應的接口而成。通過音樂門鈴電路的設計與實現(xiàn)，不僅使我們學會了運用ProteusISIS軟件對

56、音樂門鈴電路的電路分析和仿真制作綜合訓練，加深了對系統(tǒng)控制原理等專業(yè)知識的認識和靈活運用。而且進一步掌握了對不同型號單片機的匯編語言編程知識，通過反復查閱資料和不斷的總結和對比發(fā)現(xiàn)自己的不足和改進之處，例如即使是很小的編碼或連線失誤也不能放過，為今后制作出多種更好的不同型號單片機的仿真或實現(xiàn)產(chǎn)品奠定了根基，獲得啟迪。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><

57、;p>　　[1]張迎新、雷道振.單片機初級教程[M].北京航天航空大學出版社, 2006.</p><p>　　[2]丁元杰.單片微機原理及應用.北京:機械工業(yè)出版社,1994</p><p>　　[3]彭為，黃科，雷道仲. 單片機典型系統(tǒng)設計實例精講. 北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[4]孫育才. ATMEL新型AT89S51系列單片機

58、及其應用[M].清華大學出版社, 2005</p><p>　　[5]何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計.北京:北京航空航天大學出版社,1995</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　感謝我的指導老師**老師，是她在我們被錯誤困擾而迷茫的時候給我們及時的點撥和糾正，*老師在指導我們過程中，踏實嚴謹，對工作要求精益