沧州职业技术学院毕业论文
基于单片机的电子门铃设计
摘要
单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的32位300M的高速单片机。
WT588D 模块包括 WT588D-16P、WT588D-28P 两种封装。芯片包括WT588D-18P、WT588D-20SS、WT588D-32L 三种封装。该系列语音芯片主控均为一次性烧录 OTP 语音芯片，可外挂 2M~32Mbit 的SPI-flash，语音内容等均存放在 SPI-flash 里面，可以重复烧写更换语音内容和控制方式，输出方式等。支持 PWM 和DAC 两种输出方式，不同输出方式对应接线方式不同，必须在制作工程文件时设定好对应输出方式。工作电压范围：DC2.8V 至 5.5V(VDD=2.8~5.5，VCC=2.8~3.6)。PWM 可以直接驱动 8 欧姆/0.5W 喇叭。支持独立按键、3*8矩阵按键、并口控制、一线串口、三线串口等多种控制方式。
LM1117是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA 时为1.2V。它与国家半导体的工业标准器件LM317有相同的管脚排列。LM1117有可调电压的版本，通过2个外部电阻可实现1.25～13.8V输出电压范围。另外还有5
个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）的型号。
传统的电子音乐门铃通常采用分立元件或专用的音乐IC制作。本次设计用一个用STC12LE5A60S2单片机设计的电子音乐门铃，仅需STC90C52RC单片机最小系统再加一片WT588D-16P做音频的存储和功放驱动扬声器发声。客人来访时，按一下按钮，门铃就会奏出优美的电子音乐声；再按一下，门铃又会奏出下电子音乐声音．可以奏出不同旋律的歌曲。
关键词：STC12LE5A60S2单片机、WT588D-16P音乐模块、LM1117稳压模块、电子音乐门铃
目录
第一章设计方案 (1)
1.1 设计功能要求 (1)
1.2 主要技术指标 (1)
1.3 设计方案 (2)
1.4 系统硬件电路设计 (2)
第二章主要元器件功能以及应用介绍 (5)
2.1 单片机简介与引脚说明 (5)
2.2单片机程序烧录方法 (13)
2.3 WT588D音乐模块简介与使用 (28)
2.4 LM1117稳压模块 (64)
第三章调试及性能分析 (66)
4.1硬件调试 (66)
4.2软件调试 (66)
4.3性能分析 (66)
第四章设计成果 (67)
设计小结 (68)
参考文献 (69)
致谢 (70)
附录单片机程序 (71)
第一章设计方案
1.1 设计功能要求
音乐门铃声音优美,使用方便,深受大家喜爱。电子音乐门铃具有铃声悦耳动听,价格低廉、耗电少等优点.在现代家居中的应用越来越流行有了电子音乐门铃,在有客人在拜访时,听到的将不再是单调的提示等候音,而是不同凡响的流行音乐旋律、特效音等个性化的声乐。
目前市场上所出售的电子门铃多用音乐片加触发延时电路构成。这些产品普遍具有声音固定单调的缺点。随居民生活水平的提高，语音播报质量好、用户可DIY播报音乐、具有播报音乐随机变换功能的高档门铃有较大市场。
传统的电子音乐门铃通常采用分立元件或专用的音乐IC制作。本次设计用一个用STC12LE5A60S2单片机设计的电子音乐门铃，仅需STC12LE5A60S2单片机最小系统再加一片WT588D-16P做音频的存储和功放驱动扬声器发声。客人来访时，按一下按钮，门铃就会奏出优美的电子音乐声；再按一下，门铃又会奏出下电子音乐声音．可以奏出不同旋律的歌曲。
1.2 主要技术指标
1、利用STC12LE5A60S2单片机定时中断实现输出不同频率的方波，通过一个简单的驱动电路使扬声器发出音乐，并通过外中断T0控制音乐播放，每按一次T0播放一首不同的音乐，使其能够播放三首歌曲后又循环播放。
2、其电路是由：STC12LE5A60S2单片机最小系统电路和一个由WT588D-16P 组成的音乐电路及扬声器和由LM1117为核心的稳压模块再加上控制音乐播放的按钮。
3、电子门铃的核心电路是语音电路。近年来语音处理合成芯片构成的语音电路在单片机系统中的应用越来越广，大多是先将语音经A/D转换后存入内存中，放音时取出再经D/A转换输出。美国信息内存软件公司推出的ISD系列语音电路采用直接模拟存储技术，不需要专用开发工具、编程器，操作简单，接口灵活。广州唯创科技有限公司联合台湾华邦共同研发可编辑语音芯片WT588D系列语音单片机将单片机和语音电路集成，性能稳定、功能较多、音质好，而且具有多种工作模式，控制便捷。本项目选用WT588D-16。
1.3 设计方案
电路以STC12LE5A60S2为主要控制芯片，采用单片机最小系统和外围驱动电路推动扬声器发出声音，此电路更为简单，程序不复杂，通过按钮控制音乐的播放，并且歌曲能够循环播放。音乐声音稳定、清晰。减少了外围电路原件，节约了成本，电路基本框图如图1所示。
1.4 系统硬件电路设计
1.4.1 硬件电路设计
STC12LE5A60S2是片内有ROM/EPROM 的单片机，因此，这种芯片构成的系统简单、可靠。本设计利用单片机芯片构成应用系统时，主要是将单片机街上时钟电路和复位电路。其应用特点： ◆有可供用户使用的大量I/O 线 ◆内部存储器容量有限 ◆应用系统开发具有特殊性
时钟电路
STC12LE5A60S2虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。STC12LE5A60S2单片机的时钟产生方法有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。 本设计采用最常用的内部时钟方式，即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路。震荡晶体可在1.2MHZ 到12MHZ 之间选择。电容值无严格要求，单电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF 到100pF 之间取值，但在60pF 到70pF 时振荡器有较高的频率稳定性。所以本设计中，震荡晶体频率选择12MHZ ，不选择电容，因为无需严格的时间控制。
在设计电路布局时，晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠工作。
控
制芯片
稳压模块
播放控制 振荡电路
音乐模块
扬声器
图3 百变电子门铃电路原理图
1.4.2 程序设计
本系统采用MCS-51汇编语言编程。软件程序由主程序、定时器TO中断服务程序和延时子程序组成。系统初始化后，系统扫描按键(P3.5口的电平)判断是否有键按下，有键按下时，根据按下键的次数，向音频字符码指针赋以不同歌曲的地址，通过定时器TO中断子程序使P1.0口输出相应频率的音频脉冲，以达到发声目的。主程序流程图如图4所示。
程序开始
Yes
第二章主要元器件功能以及应用介绍
2.1 单片机简介与引脚说明
STC12LE5A60S2系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。内部集成MAX810专用复位电路，当时钟频率在6MHz时，该复位电路时可靠的；当时钟频率在 12MH
时，勉强可用。在要求不
Z
高的情况下，可在复位脚外接电阻电容复位。
2.1.1 STC12LE5A60S2单片机的主要参数
图2-1-1-1
STC12LE5A60S2系列是1T的8051，增加了很多新特性，如：I/O口驱动能力更强，不容易坏，P0口有上拉，所有的口都有四种模式，看门狗更可靠，内部复位高可靠，可以彻底放心省掉外部复位，速度快，功耗低，有内部时钟，对时钟精度要求不高时，可以省掉外部时钟。
(1)增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051
(2)工作电压：
STC12C5201AD系列工作电压： 5.5V - 3.3V（5V单片机）
STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V - 2.2V（3V单片机）
(3)工作频率范围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0～420MHz
(4)用户应用程序空间 1K / 2K / 4K / 5K / 6K字节......
(5)片上集成 256 字节 RAM
(6)通用I/O口（27/23/15/13/11个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）
可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏
每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA
(7)ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器
可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
(8)有EEPROM 功能
(9)看门狗
STC12LE5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速8位A/D转换(300K/S),针对电机控制，强干扰场合。
(10)内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）
(11)内置一个掉电检测电路，在P1.2口有一个低压门槛比较器
5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%
(12)时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C 振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以内)
用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟
常温下内部R/C 振荡器频率为：5.0V单片机为： 11MHz ～ 15.5MHz 3.3V单片机为： 8MHz ～ 12MHz
精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准
(13)共4个16位定时器
两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1
再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器
(14)2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟
(15)外部中断I/O口6路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，
Power Down模式可由外部中断唤醒，
INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0, PCA0/P3.7, PCA1/P3.5
(16)PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路）
---也可用来当2路D/A使用
---也可用来再实现2个定时器
---也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)
(17)A/D转换, 8位精度ADC，共8路，转换速度可达300K/S(每秒钟30万次)
(18)通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口
(19)工作温度范围： -40 - +85℃(工业级) / 0 - 75℃(商业级)
(20)封装：LQFP-32,SOP-32/28/20/16, SKDIP-28，PDIP-20/18/16，LSSOP-20(超小封状6.4mm×6.4mm)
LQFP/SOP32有27个I/O口，SOP28/SKDIP28 有23个I/O口，SOP20/LSSOP20/PDIP20有15个I/O口，
DIP18有13个I/O口，SOP16/DIP16有11个I/O口。I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接
74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口,
还可用A/D 做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。
2.1.2 STC单片机在线编程典型线路
图2-1-2-1 2.1.3 STC12LE5A60S2单片机管脚图
图2-1-3-1 2.1.4 STC12LE5A60S2管脚说明
图 2-1-4-1 2.1.5 STC12LE5A60S2单片机最小系统
图2-1-5-1 2.1.6 STC12LE5A60S2单片机电气特性
图2-1-6-1
2.2单片机程序烧录方法
第一步：双击Keil uVision2的桌面快捷方式（图2-2-1），启动Keil集成开发开发软件。软件启动后的界面如图2-2-2所示。
第二步： 新
建文本编辑窗。点击工具栏上的新建文件快捷按键，即可在项目窗口的右侧打开一个新的文本编辑窗，见图3所示。
图2-2-1：启动Keil uVision2单片机集成开发环境
图2-2-2：软件启动后的界面
图2-2-3：新建文本编辑窗
第三步：输入源程序。在新的文本编辑窗中输入源程序，可以输入C语言程序，也可以输入汇编语言程序，见图2-2-4。
第四步：保存源程序。保存文件时必须加上文件的扩展名，如果你使用汇编语言编程，那么保存时文件的扩展名为“.asm”，如果是C 语言程序，文件的扩展名使用“*.C ”。
注：第3步和第4步之间的顺序可以互换，即可以先输入源程序后保存，也可以先保存后输入源程序。
第五步：新建立Keil 工程。如图6所示，点击 "工程" → "新建工程" 命令，将出现保存对话框（图2-2-7）。
图2-2-4：输入源程序
图2-2-5：保存源程序
图2-2-6：新建工程
图2-2-7：保存工程对话框
在保存工程对话框中输入你的工程的文件名，Keil工程默认扩展名为".uv2"，工程名称不用输入扩展名（见图2-2-7），一般情况下使工程文件名称和源文件名称相同即可，输入名称后保存，将出现"选择设备"对话框（图2-2-8），在对话框中选择CPU的型号。
第六步：选择CPU型号。如图8所示，为工程选择CPU型号，本新建工程选择了ATMEL 公司的AT89C51单片机。
图2-2-8：选择CPU型号对话框
第七步：加入源程序到工程中。在选择好CPU型号后，点击"确定"按钮返回主界面，此时可见到工程管理窗中出现“Target 1”，点击“Target 1”前面的“＋”号展开下一层的“Source Group 1”文件夹，此时的新工程是空的，“Source Group 1”文件夹中什么文件都没有，必须把刚才输入的源程序加入到工程当中。如图2-2-9所示，右击工程管理窗中的“Source Group 1”，出现下拉菜单，点击“增加文件到组'Source Group 1'”命令，将出现添加文件对话框（图2-2-10）。