基于单片机的无线报警音乐门铃的设计Word下载.doc

基于单片机的无线报警音乐门铃的设计Word下载.doc

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3.2.2 PT2262/PT2272编解码系统 16

3.2.3无线数据收发系统 21

3.2.4音频放大模块喇叭 22

3.2.5电路板电路图 23

结论 27

参考文献 28

致谢 29

第一章绪论

1.1选题背景

目前，我国的住宅发展已进入一个新的发展时期，住宅需求已从追求简单生存空间的数量型需求向追求数量、质量、功能、服务等多重需求过渡。

随着计算机技术和微电子技术的发展，无线数字传输技术日益完善，其重要性也得到人们广泛认识，相应的基于无线数字传输的产品也随处可见，例如无线门铃。

智能建筑是未来建筑的发展方向,现代高科技和信息技术正在由智能大厦走向智能住宅小区，进而走进家庭。

无线报警门铃集成了报警器和门铃的双向功能，当前的有线门铃需要布线，不仅耗费人力、物力，而且影响居室美观，尤其对于像别墅这类带有院落的住宅，更显示出其局限性。

而无线报警门铃不但可以固定位置，同时可以由用户将接收器携带在一定范围的任意位置，方便、实用。

1.2课题研究的目的和意义

无线报警门铃系统是针对现代生活特别是单户别墅用户的门铃系统，同时也适合现在的农村用户，大部分农村都还是深宅大院，用有线门铃需要布线，比较麻烦。

所以安装无线门铃是未来的趋势。

通过对无线报警音乐门铃系统的基本功能的分析，需要完成系统总体方案的设计；

系统各个组成部分的具体电路的分析和设计；

系统软件部分的分析和设计；

本文设计的无线门铃系统是基于单片机stc89c51完成的，具有使用方便、性价比高等特点。

1.3国内（外）研究现状

目前，单片机越来越广泛的运用到社会的各个领域，其中运用比较多的主要在大众生活方面、以单片机为控制中心的智能小系统。

在本设计中，我们采用了单片机控制多模块设计，便于检查和维修。

作为智能化的门铃，拥有报警和红外探测多种功能，实用性高，适用于批量化和小型化生产。

设计中门铃要求为无线门铃（门口一个按键，两个室内带铃声的控制器（内置电池），可以任意放置某个角落，不影响美观），当处于布防状态时，当需要作为防盗报警器用时，只要将报警器设置成布防状态，此时报警器“嘟、嘟”响两声后便进入布防状态，这时只要有人手动报警，系统就发出响亮。

1.4论文的主要内容

全文共分三章，各章节内容安排如下：

第一章：

绪论。

主要介绍课题的研究背景、课题的研究目的和意义、国内（外）研究现状和论文的主要内容。

第二章：

系统分析。

主要介绍系统的需求分析、可行性分析和开发环境简介。

第三章：

系统设计与实现。

详细介绍系统的硬件设计。

第二章系统分析

2.1需求分析

随着国民经济的发展，人民生活水平的不断提高，节假日也不断增多，随之人们出去时间也越来越多。

而此时盗贼的增多，给人们带来了许多麻烦。

而一套大型的防盗系统价格都过千，这相对于农村农民收入来说，价格还比较昂贵。

因此简易的报警器得到了人们的青睐。

报警器在中国古代较少听说，有钱的大户人家是在大门上装有装饰性的门环，叫门的人可用门环拍击环下的门钉发出较大的响声，有现代“报警器”的作用。

在近代“门铃”不再是有钱人家的专项，“门铃”已在平民百姓人家广泛普遍应用。

各式各样的“门铃”比比皆是，“门铃”的作用也不仅仅是局限于给客人叫门用。

当今，各种报警器比比皆是，但同时按照门铃与报警器还是给家庭带来了些许麻烦。

而无线门铃报警器就是将门铃与报警器集于一身。

它的体积小，性价比高等特点得到了人们的好评。

而现在市场上许多产品的遥控器与接收器件的数据传输都是采用非编码式，因而互相的影响较大，一旦一个院子两户人家同时安装时，就很容易出现错误响应。

而基于单片机的无线门铃报警器，将发射器发送的数据进行编码，只有收到与接收机相配套的遥控器发射出的信号时，接收机才会做出反应。

从而在降低成本的同时达到了方便实用的目的。

该门铃需要实现的主要功能：

基本的音乐门铃、防盗报警器。

基于本系统设计自身的需要，要解决的问题有以下几个方面：

（1）最小系统中单片机的选择（本系统使用的是宏晶科技公司推出的一款单片机）。

（2）无线编解码芯片的选择（本系统采用的是pt2262/pt2272编解码芯片组）。

（3）无线传输模块的选择（本系统采用DF无线数据收发模块（315无线模块））。

（4）电路板电源的选择（本系统选择的是7805稳压集成块）。

2.2可行性分析

随着大规模集成电路的普及，电子元件的价格也大幅度下降，所以采用51系列单片机组成最小系统，非常实用。

PT2262/PT2272的编解码芯片性能稳定。

而且C51语言相对不是很难。

整个系统完成后造价相对来说不高。

2.3开发环境简介

KeilC51是德国Keilsoftware公司开发的用于51系列单片机的C51语言开发软件。

KeilC51在兼容ANSIC的基础上，又增加很多与51单片机硬件相关的编译特性，使得开发51系列单片机程序更为方便和快捷，程序代码运行速度快，所需存储器空间小，完全可以和汇编语言相媲美。

它支持众多的MCS-51架构的芯片，同时集编辑、编译、仿真等功能于一体，具有强大的软件调试功能，是众多的单片机应用开发软件中最优秀的软件之一。

操作系统：

windows7

开发工具：

KEILuVISION4

绘图工具：

Protues

烧写工具：

STC-ISP（宏晶科技的单片机专用下载编程器）

第三章系统设计与实现

3.1硬件设计与实现

基于51系列单片机的报警门铃系统主要由电源模块、蜂鸣器模块等组成。

。

3.2系统组成

本系统硬件由最小系统，报警系统四大部分组成。

最小系统的主要器件是单片机，

3.2.1最小系统

最小系统包括单片机（STC89C51）、串口模块、震荡电路、电源模块、复位电路模块。

最小系统没有外部器件，它的作用是形成可写入程序的单片机原始模型。

可用测试程序通过串口烧入单片机中测试这几个模块，从而达到一步步排除故障的作用。

下面就本系统做些介绍：

（1）单片机（STC89C51）：

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。

为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施，宏晶科技公司推出的单片机与其他先比具有较好的优势，加密性强、超强抗干扰，高抗静电、宽电压，超低功耗，掉电模式可由外部中断唤醒。

在系统可编程，无需编程器，无需仿真器（STC-ISP下载编程器）。

本系统选用的宏晶科技公司的STC89C51RC系列单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，可以直接编程，同样的晶振，速度是51的12倍！

指令通用，拓展功能比51强大，性价比高。

用在门铃芯片中完全足够了。

选择它作为MCU在合适不过了。

STC89C51是本设计的一个核心部件，它负责与其他各部件的通信与控制，pt2272解码芯片的信号传送给STC89C51，经过STC89C51处理，进入中断，执行门铃程序。

STC89C51的引脚：

图3-2STC89C51的引脚图

1、电源引脚：

VDD（38）接+5V，VSS（16）接地

2、时钟电路引脚：

（1）XTAL1（14脚）：

片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路输入端。

用片内振荡器时，该脚接外部石英晶体和微调电容。

外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器的信号。

（2）XTAL2（15脚）：

片内振荡器反相放大器的输出端。

当使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。

当使用外部时钟源时，本脚悬空。

3、控制信号引脚：

RST：

高电平有效

ALE（AddressLatchEnable）：

当CPU访问片外存储器时，P0口输出片外存储器的低8位地址，同时，ALE上输出高电平脉冲，将低8位地址锁存到外部地址锁存器。

Vpp:

作为施加较高编程电压的输入端。

固化程序时使用。

PSEN：

（ProgramStoreEnable）：

程序存储允许输出端，即片外ROM选通线，接片外程序存储器的片选端，当输出负脉冲有效时，读取片外程序存储器存放的指令或数据。

PROG：

用于对片内4kBFlashROM编程写入时提供编程脉冲。

锁存器：

开关的开/合代表引脚输出的高/低电平；

来自CPU的一根数据总线控制着开关的开/合；

该数据总线是共用的,许多器件与其相连；

若让引脚在一段时间内输出高电平,很难使控制线保持原来的值不变。

需要一个小的存储器单元，在其前面加一个开关，要让该位输出时，把开关打开，信号进入存储器单元，然后马上关闭开关，信号保持在此存储器单元内，直到下一次命令把开关再打开为止，这就使得该位的状态与其他器件无关了。

这么一个小的存储器单元就称为锁存器。

定时/计数器：

单片机内部有两个16位定时/计数器T0和T1，它们均可作为定时器或计数器使用，均具有4种不同的工作方式，用户可通过对特殊功能寄存器的编程，方便地选择适当的工作方式及设定T0或T1工作于定时器还是计数器。

定时/计数器的核心是16位加法计数器，用特殊功能寄存器TH0、TL0及TH1、TL1表示，TH0、TL0是定时/计数器0加法计数器的高8位和低8位，TH1、TL1是定时/计数器1加法计数器的高8位和低8位。

作为计数器时，加法计数器对芯片引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）上的输入脉冲计数，加法计数溢出时可向CPU发出中断请求信号；

作为定时器时，加法计数器通过对内部机器周期脉冲Tcy计数达到定时的目的。

对定时/计数器工作模式、工作方式的设定及控制是通过选择寄存器TMOD和控制寄存器TCON这两个特殊功能寄存器完成的。

TMOD用于控制和确定各定时/计数器的工作方式和功能。

TCON用于控制各定时/计数器的启动和停止并可反映定时/计数器的状态。

工作方式：

方式0：

当TMOD方式控制寄存器的M1、M0位置为00时，方式0为13位的定时器/计数器。

方式1：

当TMOD方式控制寄存器的M1、M0位置为01时，方式0为16位的定时器/计数器。

方式2：

当TMOD方式控制寄存器的M1、M0位置为10时，方式2为自动装入计数器初值的8位定时器/计数器。

方式3：

当TMOD方式控制寄存器的M1、M0位置为11时，定时器0：

分成二个8位计数器。

定时器1：

停止计数。

本系统中，定时器0，1均工作在模式2下。

定时/计数器0用来产生700HZ和500HZ的频率，根据定时/计数器T0，我们取定时250us，因此，700HZ的频率要经过3次250us的定时，而500HZ的频率要经过4次250us的定时，叮”和“咚”声音各占用0.5秒，因此定时/计数器T0要完成0.5秒的定时，对于以250us为基准定时2000次才可以。

定时/计数器T1用于波特率发生器，SMOD值为1，波特率加倍。

串口工作在方式1（10位异步收发，定时器初始值可由X≌256－得出）。

STC89C51的主要特性：

工作电压：

5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）；

工作频率范围：

0-40MHz,相当于普通8051的0~80MHz，实际工作频率可达48MHz；

用户应用程序空间4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节；

片上集成1280字节/512字节RAM；

通用I/O口（32/36个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）P0口时开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。

ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器/仿真器；

可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成一片；

（2）串口模块：

图3-3串行口的内部结构图

图3-4单片机与PC机的串行接口方案

选择芯片MAX232，由于89c51单片机输入、输出电平为TTL电平，而PC机配置的是RS-232标准串行接口，RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。

因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIARS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。

实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。

目前较为广泛地使用集成电路转换器件，MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换。

9针D型串口定义如下图：

图3-59针D型串口定义图

图3-6MAX232结构图

图3-7MAX232引脚图

MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。

它的内部结构基本可分三个部分：

第一部分是电荷泵电路。

由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。

功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

第二部分是数据转换通道。

由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。

8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。

TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DP9插头；

DP9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

用来作写频器就只需一个通道。

所以一通道的11、12、13、14脚就全空脚。

这里只用了第二通道的4只脚。

第三部分就是供电。

15脚DNG、16脚VCC（+5v）。

其实美信公司生产的用于RS-232接口的芯片有很多。

有各种各样的封装，有只有一个通道的，也有多通道的，有底耗电的，也有耐15kv高压的。

其中MAX3233E使用+3v电源、15kvESD保护、而且省去了电荷泵的4只电容。

第三部分是供电。

15脚GND、16脚VCC（+5v）。

（3）震荡电路：

图3-8

震荡电路如图所示，它为CPU产生赖以工作时序。

晶振（晶体振荡器的简称）是为电路提供频率基准的元器件，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，适用于多种不同的电压。

不过无源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路，不过对于一般电路而言，使用无源晶振就能满足基本要求。

有源晶振不需要芯片的内部振荡器，可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。

因价格等因素，实际应用中多采用无源晶振设计的电路居多，除非电路设计时序极其敏感或芯片内部无振荡器的情况，无源晶体需要用DSP片内的振荡器，无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。

无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），频率最直接的影响是单片机系统的工作速度。

晶振为单片机提供时钟信号，决定了其程序运行所需要的时间，进而影响系统工作速度。

更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

振荡频率越高，功耗必然越大。

维持系统正常运作所需的最小晶振不取决于单片机内部电路（单片机本身可以工作在极低的频率下，只是速度极慢），而取决于你的系统需求，所以在满足系统需求的前提下，应该尽量减小晶振的频率，如果需要使用串口与PC连接，可以选用一个11.0592MHz的晶振，便于定时器设置。

11.0592MHz的晶振的产生：

表3-1用定时器T1产生的常用波特率

波特率

fosc

SMOD位

方式

初值X

62.5kbit/s

12MHz

1

2

FFH

19.2kbit/s

11.0592MHz

FDH

9.6kbit/s

4.8kbit/s

FAH

2.4kbit/s

F4H

1.2kbit/s

E8H

对上表有两点需要注意：

（1）在使用的时钟振荡频率fosc为12MHz或6MHz时，将初值X和fosc带入式波特率 

= 

中计算出的波特率有一定误差。

消

除误差可采用时钟频率11.0592MHz。

（2）如果选用很低的波特率，如波特率选为55，可将定时器T1设置为方式1定时。

但在这种情况下，T1溢出时，需在中断服务程序中重新装入初值。

中断响应时间和执行指令时间会使波特率产生一定的误差，可用改变初值的方法加以调整。

例：

若时钟频率为11.0592MHz，选用T1的方式2定时作为波特率发生器，波特率为2 

400bit/s，求初值。

设T1为方式2定时，选SMOD 

0。

波特率 

2400

从中解得X 

244 

F4H。

只要把F4H装入TH1和TL1，则T1产生的波特率为2400bit/s。

该结果也可直接从表中查到。

这里时钟振荡频率选为11.0592MHz，就可使初值为整数，从而产生精确的波特率。

所以当系统晶振频率为11.0592MHZ时，就是为了计数器的初值为整数，从而产生精确地波特率。

单片机晶振电路中接在晶振旁的两个电容的作用是：

负载电容。

一般单片机的晶振工作于并联谐振状态，也可以理解为谐振电容的一部分。

它是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的，换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度的保证频率值的误差。

也能保证温漂等误差。

两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，容易造成停振或者干脆不起振。

CPU总是按照一定的时钟节拍与时序工作：

振荡周期/时钟周期：

Tc=晶振频率fosc（或外加频率）的倒数

状态周期：

Ts=2个时钟周期（Tc）（很少用到此概念）

机器周期：

Tm=6个状态周期（Ts）=12个振荡周期（Tc）

指令周期：

Ti=执行一条指令所需的机器周期（Tm）数

振荡周期=晶振频率fosc的倒数；

1个机器周期=12个振荡周期

1个指令周期=1、2、4个机器周期

（4）稳压电源：

一个好的电子设备，首先需要一个稳定的电源设备，本系统采用的是78XX系列集成稳压器组成的电源模块，VDD是7805芯片所能工作的电压，VCC是系统提供的电压。

图3-9电源电路

选择芯片7805：

78XX系列的稳压集成块的极限输入电压是36V，最低输入电压为输出电压的3-4V以上。

该设计中的电源部分采用了7805三端稳压器作为稳压电源使用。

7805是三端稳压器，虽然也是三条腿，但不是三极管。

它的管脚1是输入端，管脚2是公用端，管脚3是输出端。

7805输入端最高输入电压为35V，7805输入电压7V-15V是正常工作范围。

输出正5V，最大输出电流为1.5A。

三端稳压电路7805输入电压应高于输出电压4V-7V,（压差较大稳定,但功耗也大,7805应加大散热片）输出电压才稳定.当然，三端稳压电路7805是串联稳压电路，因此有电压降。

一般输入电压应在7-12V，太高了损耗太大要加大散热片。

太低了输出电压将达不到5V。

7805运用其器件内部电路来实现过压保护、过流保护、过热保护。

这使它的性能很稳定。

能够实现1A以上的输出电流。

器件具有良好的温度系数。

虽然7805性能很好但在使用过程中也需要注意下：

输入输出压差不能太大，太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；

输出电流不能太大，1.5A是其极限值。

大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；

输入输出压差也不能太小，大小效率很差。

本产品有多种电压输出值5V~24V，因此产品的应用范围很广泛。

可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题。

输出电压误差精度分为±

3%和±

5%。

其原理图如图3-5所示。

下面介绍一下其工作流程：

220V经变压器到12V以后先经过一个电解电容接着接了一个普通电容，然后进入78L05输出，输出端又有一个电解电容和普通电容，最后得到5V电压。

这些电容的作用是整流桥输出的是脉动直流电，其幅值是从零起始的，波动非常大，加入足够容量的电容进行滤波后，因电容的充放电效应，该脉动直流变成纹波不大的直流电，这是输入滤波的作用。

稳压电路的工作过程需要从输出采样，然后根据其反馈值调节输出以达稳压的目的。

如果此时没有输出滤波电容，只要因负载变化带来的电压波动频率恰好与稳压电路的调节速率差不多就会产生振荡效应，导致输出失控，所以稳压输出也必须加滤波电容，而且增加滤波电容也可以进一步增加稳压输出的稳定性。

至于与大容量电解电容并联的小电容，其作用在于旁路频率较高的波动电压，因为铝电解电容的制造工艺导致其具有较大的ESL（等效电感），无法滤除高频成份，故需加个小电容。

简单的说，这些电容第一个任务是滤波，主要任务是提供稳定的电源，使稳压器7805两端的电压差保持在一定范围内，使其能正常工作为系统提供稳定的电源。

（5）复位电路模块：

图3-10复位电路

89系列单片机在启动时与其他微处理器一样，在启动时都需要复位，使用CPU 及系统各部件处于确定的初始状