叮咚门铃设计
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单片机原理与课程设计
设计课题：基于单片机的“叮咚”门铃设计
姓 名：程猛
专业班级：自动化2124
学 号：312107010404
指导老师：张天飞
设计日期：2014/6/27 摘要
单片机自20世纪70年代问世以来，以对人类社会产生了巨大的影响。单片机也被称为微控制器或嵌入式控制器，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。
在现代电子产品中，“叮咚”门铃以它成本低，方便快捷等优点占据了很大的市场空间。本课程设计是基于单片机的“叮咚”门铃，通过单片机控制输出频率，由音频功率放大器LM386放大给扬声器，使之发出叮咚声。虽然功能简单，但是由于其操作简单得到了广泛的应用。主要技术指标是当按下开关AN1，AT89C51单片机产生“叮咚”声从P1.0端口输出到LM386，经过放大之后送入喇叭。
本文设计了一种基于单片机的“叮咚”门铃，主要有按键，音频功率放大器LM386，AT89C51单片机，扬声器等构成，通过单片机定时/计数器T0来产生700Hz和500Hz的频率来使扬声器发出“叮咚”声音。
关键词：AT89C51单片机 ,扬声器 ，LM386放大器，按键 目录
第一章 概述 ............................................. 1
1.1课程设计简介 ......................................................... 1
1.2系统方案论证与设计 ................................................... 1
第二章 系统硬件设计 ..................................... 2
2.1 最小系统设计........................................................ 2
2.1.1单片机的选择 ................................................... 2
2.1.2时钟电路的选择与设计 ........................................... 4
2.1.3复位电路的选择与设计 ........................................... 5
2.2系统总电路的设计 ..................................................... 6
2．2.1各部分芯片的选择 .............................................. 6
第3章 系统软件设计 .................................... 8
第4章 Proteus软件仿真 ................................. 11
4.1 仿真电路图......................................................... 11
4.2仿真结果与分析 ...................................................... 12
小结 ................................................... 13
参考文献 ............................................... 14
附录A电路图 ........................................... 15
附录B 程序 ............................................ 16 1 第一章 概述
1.1课程设计简介
设计要求：理解扬声器的发声原理，实现按下按键，扬声器发出“叮咚”门铃的声音。
针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计是利用AT89C51单片机进行控制，采用按钮操作，由音频功率放大器LM386进行放大，最后使扬声器发出“叮咚”声音。
1.2系统方案论证与设计
方案一：利用一块时基电路集成块和外围元件组成。按下按钮AN（装在门上），振荡器振荡，振荡频率约700Hz，扬声器发出“叮”的声音。与此同时，电源通过二极管D1给C1充电。放开按钮时，C1便通过电阻R1放电，维持振荡。但由于AN的断开，电阻R2被串入电路，使振荡频率有所改变，大约为500Hz左右，扬声器发出“咚”的声音。直到C1上电压放到不能维持555荡为止。“咚”声的余音的长短可通过改变C1的数值来改变。
方案二：以AT89C51单片机为核心组成的“叮咚”门铃，由振荡电路、复位电路以及放大电路组成。“叮”的发声频率为700Hz，
“咚”的发声频率为500Hz，运行时，按下按钮，扬声器将发出“叮咚”的声音。
综合以上两种方案可知，方案一采用的是全硬件设计，而方案二采用软硬件结合的设计方式，比之方案一出错率更低，系统更稳定，所以选择方案二为设计方案。 2 第二章 系统硬件设计
2.1 最小系统设计
2.1.1单片机的选择
该系统采用AT89C51单片机，AT89C51具有以下标准功能：4k字节flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两集中断结构，一个全双工串行通信接口，片内振荡器及时钟电路。（见图1）
图1 AT89C51内部结构原理图
I/O 存储器 EPROM/ROM
定时/计数器 运算器
控制器
中断 CPU 片内振荡器 RAM/SFP
并行口 存储器扩展控制器
串行口 XTAL
3
AT89C51
图2
AT89C51各引脚功能介绍：
VCC：AT89C51 电源正端输入，接+5V。
VSS：电源地端。
XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。
XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端。
RESET：AT89C51的重置引脚，高电平动作。
EA/Vpp："EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，）。 4 ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号。
PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意为程序储存启用。
PORT0（P0.0～P0.7）：端口0是一个8位宽的开路汲极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当做I/O用时可以推动8个LS的TTL负载
PORT2（P2.0～P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当做一般I/O端口使用外，若是在AT89C51扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8～A15，这个时候P2便不能当做I/O来使用了。
PORT1（P1.0～P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。
PORT3（P3.0～P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。
2.1.2时钟电路的选择与设计
图3内部时钟 图4外部时钟
比较可知，内部时钟比较稳定且起振快速，所以选用内部时钟为时钟电路 5
图5时钟电路
2.1.3复位电路的选择与设计
图6手动按键复位 图7积分型上电复位电路
两者比较发现，前者更加简单，易理解，适用性强，所以选择前者即按键复位为复位电路 6
图8复位电路
2.2系统总电路的设计
图9“叮咚”门铃总体设计框图
2．2.1各部分芯片的选择
LM386音频放大器简介
LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。
制造商：美国国家半导体公司
种 类：音频功率放大器
单片机AT89C51 按钮
晶振电路 音频放大器 扬声器 7 封装形式
LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。
特性
静态功耗低，约为4mA，可用于电池供电；
工作电压范围宽，4-12V or 5-18V；
外围元件少；
电压增益可调，20-200；
低失真度；
应用特点
LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至 200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。
扬声器简介
扬声器是一种电声转换部件，它将声音电信号转换成声音。从发展的历史看，曾出现过各种各样的扬声器，例如:电动式扬声器、电磁式扬声器(即舌簧扬声器)，晶体扬声器、静电扬声器等。 电动式扬声器发声原理是通过交变电流信号的线圈在磁场中运动，使与音圈相连的振膜振动，从而牵扯连纸盆振动，再通过空气介质，将声波传送出去。
图10扬声器构造图
