基于单片机的电子音乐门铃设计

学生毕业设计（论文）报告

系       别：电子与电气工程学院   

专       业： 电子信息工程技术    

班       号：    电气111班       

学 生 姓 名：     陈奕玲          

学 生 学 号：  1105093119         

                设计（论文）题目： 基于单片机的电子音乐门铃设计 

指 导 教 师：     宋  艳           

设 计 地 点：   常州信息职业技术学院  

起 迄 日 期： 2012.11.15----2013.05.25   

毕业设计（论文）任务书

专业   电子信息工程技术       班级   电气111班        姓名 陈奕玲             

一、课题名称：   基于单片机的无线音乐门铃设计                                                       

二、主要技术指标（或基本要求）  采用STCC51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，超再生无线模块实现无线的连接。遥控器采用PT2262编码芯片对信号编码，并由超再生无线模块发射信号。                                                      

三、主要工作内容：   系统总体方案设计， 硬件电路的具体设计，电源电路设计， 调试与实现                                                                                                                     

四、主要参考文献：

周良权 傅恩锡 李世馨 编 模拟电子技术基础（第三版）[M].b北京：高等教育出版社2006.__                                                                          

张玉莲 编 电子CAD（Protel99SE）实训指导书（第一版）[M].西安电子科技大学出版社2007                                                                              

林春景 编 模拟电子线路（21世纪普通高等教育电子信息类规划教材）（第一版）[M].机械工业出版社2009                                                                           

学      生（签名）                     年   月   日

                      指 导 教师（签名）                     年   月   日 

                      教研室主任（签名）                     年   月   日

系  主  任（签名）                     年   月   日

毕业设计（论文）开题报告

摘  要

随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，人们对居住环境的安全、方便提出了越来越高的要求，尤其是在智能化住宅中，人们迫切需要一种不仅安全可靠、使用方便等优点于一体的智能门铃产品，因此无线遥控音乐门铃系统的设计成为本课题研究的目标。

本文介绍了一种新型无线遥控音乐门铃,它采用具有编码功能的超再生无线模块，结合单片机利用中断产生的方波,成为一种声音动听、门铃按钮与声源之间免去连线、安装方便的新型遥控高音质门铃.这种门铃具有电路简单可靠,抗干扰能力强,遥控距离远,电路体积小等优点,其接收电路连同主控机喇叭等于一体，可以随意放置在室内有220V交流电源的地方,本设计还可以用电池供电，更加方便！还可变换门铃各种音乐，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景。

针对目前世界范围内经济严峻形式和我国经济运行面临新的不确定性因素，如何根据急剧变化的外部经济环境调整企业发展规划和经营方针，成为摆在我国无线音乐门铃企业面前亟待解决的问题。在全球金融危机形势下，无线遥控门铃企业的发展需要我们不断研究、不断创新，向着产品智能化、数字化、信息化方向发展。

本设计采用STCC51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，以此来实现音乐播放的硬件电路，无线模块实现无线的链接，实际应用中更易安装，是家居首选，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。

关键词：无线遥控；音乐门铃；单片机

Abstract

With the rapid development of microelectronic technology, wireless technology and the network technology and the improvement of people's living standard, put forward higher request people to safety, convenient living environment, especially in the intelligent residential, people urgently need a not only safe and reliable, easy to use and other advantages of intelligent doorbell the product, so the design of wireless remote control music doorbell system has become the aim of the project.

This paper introduces a new type of wireless remote control music doorbell, it adopts super regeneration wireless module with encoding function, combined with SCM interrupt generation Fang Bo, become a sound, the doorbell button and the sound source from the new remote connection, convenient installation and high quality door bell. This bell has the advantages of simple and reliable circuit, strong anti-interference ability, long distance remote control, has the advantages of small volume, the circuit, receiving circuit and the main control machine horn is equal to one, can be placed on a 220V AC power supply in indoor places, this design can also be powered by batteries, more convenient! Can also transform the doorbell music,  to meet different needs of life with broad prospects for development.

In view of the current worldwide economic severe from and operation of China's economy is facing new uncertainties, according to the rapidly changing external economic environment, adjust enterprise development planning and management policy, has become an urgent in front of wireless music doorbell enterprises of China's problems. In the situation of the global financial crisis, we continue to research, innovation requires the development of wireless remote control doorbell enterprise, toward the product intelligent, digital, information-based direction development.

This design uses STCC51 microcontroller as the main controller ,external

and transistor drive playback device ,so as to realize the hardware circuit of music playback, wireless module to realize wireless links, more easy to install in 

the practical application ,is the preferred home furnishing, stable performance, long distance remote control, low power.

Keywords: Wireless remote control, doorbell, music chip

第1章  前言

1.1课题选题背景

“门铃”在古代较少听说，一般是在有钱的大户人家在大门上装上装饰性的门环，叫门的人可以用门环拍击下的门钉发出较大的响声，起到现代“门铃”的作用。

随着时代的发展和进步，住宅智能化作为科学技术与现代住宅的桥梁，不断丰富住宅的艺术内涵，大力推进智能小区的建设比较符合中国国情，一方面可以节省土地，另一方面便于加强城市规划和管理。于是如何使智能小区设计的功能恰到好处、技术路线恰当其分是我们最迫切的任务。

在现代，门铃不再是有钱人的专利，它已在平民老百姓家广泛应用。各种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。

于是电子音乐门铃在现代家具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、特效音等个性化的电子声乐。

1.2国内外研究状况

目前在家庭住宅中使用的电子门铃大多数是没用音乐，只有简单的叮咚叮当的声音，比较单调。其中绝大多数没有按钮提示以及其他功能，要不就是造价昂贵，诸多缺点。 

经了解，现在市场上所有销售的门铃主要有以下几种： 

1、敲击式电子音乐门铃，采用声控触发电路和音乐集成电路组成，通过一个可调电阻来控制喇叭的灵敏度，一个电容快速充电来维持后续工作； 

2、不用按钮的音乐门铃，采用红外线发射接收电路和自激多谐振荡电路构成，荡发出的红外线被人遮挡住的一瞬间，扬声器就发出有没动听的音乐； 

3、带们演示电路的音乐门铃，采用低功耗交流继电器TLP3502和高频小功率管组成。只要按下门铃按钮就会同时打开门灯，使主人可以通过门镜来识别来客身份。门灯经一段时间的延时后自动熄灭； 

4、无限遥控门铃，采用脉冲调制发射，及石英晶振稳频技术，实现远距离遥控。

在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件。单片机作为最为典型的嵌入式系统，它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。单片机已成为电子系统的中最普遍的应用。单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。其中以ATS51为内核的单片机系列目前在世界上生产量最大，派生产品最多，基本可以满足大多数用户的需要。

1.3研究无线遥控音乐门铃的意义

所谓无线门铃是针对传统的有线门铃而讲的。传统的门铃都为有线门铃，使用方便，极大地方便了大家的生活。如果在豪门大院或经常听不到门铃声的房主，有时总会不能及时接待来客，很是尴尬。传统的门铃布置采用导线将门铃的各个设备连接到一起，随着技术的发展，无线技术得到广泛的应用，这就出现了无线门铃！简便、灵活的无线安装设计，免去安装时的麻烦及支出，不影响装修美观。空旷地带遥控距离长达100米，超长的能达3000米，能满意各式住宅及高层楼宇需求。实际遥控距离视使用环境因素而变化。而且无线遥控音乐门铃能发出各种不同的优美音乐，用户可以通过程序选择喜欢的音乐。门铃安装时太靠近金属物会缩短遥控距离。耗电极微，开关内置可更换12伏电池，不按动时不耗电。正常使用寿命为一年（按20次/天）。接收器插电使用时，功率消耗为0.6W，等于一年只耗半度电。按钮可装可贴，即使家庭主妇，亦可容易完成安装。门铃装入室内，随意插入任一电源或是安装上电池盒即可。

在现代家庭中，利用无线电技术制成的无线门铃和无线防盗报警器已广为应用，但目前市面上所售无线门铃以简易型居多，即遥控器与接收器间的数据传输采用非编码式，这种门铃生产成本较低。随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，更廉价、功能更多、性能更好的无线遥控音乐门铃不断被研究并生产流入市场。

第2章 系统总体方案设计

任务与要求

◆发射器采用电池供电，静态电流小；

◆主机也可以采用电池供电，方便安装；

◆采用无线电进行遥控，具有一定的遥控距离；

◆在同一区域范围内能有多套系统同时工作而相互间不影响；

◆门铃按键按下有音乐响起；

◆主机有复位按键，可以随时关闭音乐；

◆门铃的音乐为3首以上，可以通过程序更改。

第3章 硬件电路设计

3.1 系统总体框图

本设计采用STCC51单片机作为主控制器，外部加上三极管驱动放音设备，超再生无线模块实现无线的链接。系统总体框图如下：          

  图3.1 系统总体框图

遥控器采用PT2262编码芯片对信号编码，由超再生无线模块发射信号。遥控器硬件结构图如下：

图3.2 单片机最小系统原理图

3.2 电源电路设计

家用电压为220V，而本设计采用的电压是5V，如果不用电池的情况下，使用家用电的情况下，考虑采用典型的变压器降压，全波整流，电容滤波及集成电路稳压的思路进行设计。由于单片机及后续的无线接收电路等都用5 V作为工作电源，所以在经整流和滤波电路后再用三端集成稳压电路进行稳压，为后续电路提供稳定可靠的5 V直流电源，三端稳压集成电路采用LM7805。具体电路图如图3.3。

图3.3 电源供电电路图

3.3发射电路设计

由于无线信号容易受外界环境影响，因此从系统的可靠性考虑，发射的控制信号采用编码的方式进行传送，而且在同一区域内要同时使用多个系统而相互间又不影响，所以无线信号的编码由SC2262集成电路完成，该电路具有8位地址信号和4位数据信号，不同的地址与数据的组合，可以编制上万种编码，完全可以满足同一区域内互不影响地工作。发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”和“0”两种状态。由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端D out输出，通过红外发射管发射出去。

    D out输出的编码信号是调制在38kHz载波上的，OSC1、OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430k—820k之间选择即可。

SC2262-IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，它是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，SC2262-IR最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空，接高电平，接低电平)，任意组合可提供531441地址码，SC2262-IR最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于遥控发射电路。

编码芯片SC2262-IR发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，当有按键按下时，SC2262-IR得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号。SC2262-IR的管脚图如图1所示，管脚说明如表1所示，性能参数如表2所示。

SC2262-IR特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.6～15v ，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。图3.4为2262引脚图，表1为引脚介绍。

图3.4 管脚图

表1管脚说明

图3.5编码与发射电路图

3.4 接收电路设计

接收电路的无线接收与解调部分采用的是现成的高频接收模块，可以简化设计工作，而且可靠性较好,接收模块采用的是超再生接收，具体的解调过程为：当发射器发送1时，相应的发射高频电路工作，接收部分就会相应地收到一个315 M的高频信号，使模块输出为1，当发射部分发送的是0时，发射高频部分停止工作，接收部分就输出为0，这样就实现了无线信号的传输。

经高频接收且解调出来的信号是编码集成电路SC2262编码后的串行信号，必须经相应的解码电路解码才能还原出控制信号数据。SC2272就担任了这个解码任务。SC2262和SC2272是一对专用的编、解码集成电路，当接收部分SC2272的8位地址数据与发射部分的8位地址数据相同时，就会在SC2272的17脚输出一个高电平，表示解码成功，同时在4位数据位上输出相应的数据信号，后续的输出控制电路就根据解码输出的数据位。

SC2272的暂存功能是指当发射信号消失时，SC2272的对应数据输出位即变为低电平。而锁存功能是指，当发射信号消失时，SC2272的数据输出端仍保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入。为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需加一级前置放大级，保证输入SC2272的信号幅度足够大。SC2272各输出端通过各种接口即可控制相应的负载。电路图如图3.6所示。

图3.6数据解码与接收电路图

3.5 主控电路设计

STCC51为主要的处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。

（一）STCC51主要功能、性能参数如下：

（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;

（2）工作频率范围：0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;

（3）STCC51RC对应Flash空间：4KB;

（4）内部存储器（RAM)：256B;

（5）定时器\计数器：3个16位；

（6）通用异步通信口（UART）1个；

（7）中断源:8个；

（8）有ISP(在系统可编程）\\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真器；

（9）通用I\\O口：32\\36个；

（10）工作电压：3.8~5.5V；

（11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。

（二）STCC52单片机的引脚说明

VCC:电源电压；

GND:接地；

P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻[7]。

P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入和定时器/计数器2的触发输入，P1口功能具体如表1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4 个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为ATC51特殊功能（第二功能）使用，P3口功能如表2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

表2 P3口的第二种功能说明表

I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。STCC51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。 

RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

STCC51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在STCC51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。

当在STCC51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图3.7所示。

图3.7单片机最小系统电路

最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。

STCC51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STCC52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图3.8所示，由于集成度的，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

图3.8单片机最小系统原理框图

(1) 时钟电路

STCC51单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式如图3.9所示。在STCC51单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外接石英晶体(简称晶振)，就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5~30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2~12MHz间选择，典型值为12MHz和6MHz。

图3.9 STCC51内部时钟电路

(2) 复位电路

当在STCC51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作(若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态)。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。

最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充放电来实现的。只要VCC的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。

除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST(9)端与电源VCC接通而实现的。按键手动复位电路见图2-5。时钟频率用11.0592MHZ时C取10uF,R取10kΩ。

图3.10 STCC51复位电路

（3） STCC51中断技术概述

中断技术主要用于实时监测与控制，要求单片机能及时地响应中断请求源提出的服务请求，并作出快速响应、及时处理。这是由片内的中断系统来实现的。当中断请求源发出中断请求时，如果中断请求被允许，单片机暂时中止当前正在执行的主程序，转到中断服务处理程序处理中断服务请求。中断服务处理程序处理完中断服务请求后，再回到原来被中止的程序之处（断点），继续执行被中断的主程序。图3.11为整个中断响应和处理过程。

    图3.11 中断响应和处理过程

如果单片机没有中断系统，单片机的大量时间可能会浪费在查询是否有服务请求发生的定时查询操作上。采用中断技术完全消除了单片机在查询方式中的等待现象，大大地提高了单片机的工作效率和实时性。

3.6 放音驱动电路设计

播放模块是由三极管和电阻驱动构成，三级管将信号放大，然后传输到喇叭，喇叭它几乎不存在噪声，音响效果较好。

图3.12 声音驱动电路

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。

（1）电流放大

下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

（2）偏置电路

 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压 大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的 信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

（3）开关作用

 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻 Rc的（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为 一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。

图3.13 三极管引脚介绍

第4章 系统软件设计

4.1 单片机发声概述

  一般来说，单片机不像其他专业乐器那样能奏出多种音色的声音，即不包含相应幅度的谐振频率。单片机演奏的音乐基本都是单音频率。因此单片机演奏音乐比较简单，只需能清楚“音调”和“节拍”两个概念即可。 音调表示一个音符唱多高的频率。 节拍表示一个音符唱多长的时间。 

知道了一个音符的频率后，便可以让单片机发出相应频率的振荡信号，从而产生相应的音符声音。通过单片机的定时器进行定时中断，在中断服务程序中将单片机上完结单片机I/O口来回置高电平或者是低电平的，从而让扬声器发出声音。通过节拍计算出每个音符所需要的时间，采用循环延时的方法来实现控制一个音符唱多长的时间，从而构成一首完整的音乐。

4.1.1 音调 

音调主要由声音的频率决定。对一定强度的纯音，音调随频率的升降而升降；对一定频率的纯音、低频纯音的音调随响度增加而下降，高频纯音的音调却随响度增加而上升。  

音调的高低还与发声体的结构有关，因为发声体的结构影响了声音的频率。大体上，2000 赫兹以下的低频纯音的音调随响度的增加而下降，3000 赫兹以上高频纯音的音调随响度的增加而上升。 

例如，在音乐中常常把中音C上方的A音定位标准高音，其频率F=440HZ，其余音均与其进行比较。F1和F2为两个音符，如果这两个音符的频率相差一倍时，也即F2=2*F1时，则称F2比F1高一个频程。 

在音乐中音符1与音符2，音符2与音符3……等等之间正好相差一个倍频程，在音乐学中称它相差一个八度音。在一个八度内，有12个半音。由于人耳的听觉效果，这12个音阶的分度基本上是以对数的关系来划分的。只要知道12个音符的音高，也就是其基本频率，就可以根据音符之间的倍频关系得到其他音符的基本音调频率[3]。 

以标准高音A的频率F=440HZ，其对应的周期为： T=1/F=1/440=2272us 

因此需要在单片机I/O端口输出周期为T=2272us的方波脉冲，也就是t=T/2=2272/2=1136us 

也就是说，单片机上定时器的中断出发时间为1136us。如果单片机采用定时器为工作方式1，它以振荡器的十二分频信号为计数脉冲。设外接晶振的振荡器频率为f，则定时器的预置初始值有以下公式来确定： 

Temp = 65536-(50000/CurrentFre)*10/(12000000/SYSTEM_OSC) 

TH = Temp /256 

TL = Temp %256

4.1.2 节拍 

在音乐中，时间被分成均等的基本单位，每个单位叫做一个“拍子”或 称一拍。拍子的时值是以音符的时值来表示的，一拍的时值可以是四分音符（即以四分音符为一拍），也可以是二分音符（以二分音符为一拍）或八分音符（以八分音符为一拍）。 

拍子的时值是一个相对的时间概念，比如当乐 曲的规定速度为每分钟 60 拍时，每拍占用的时间是一秒，半拍是二分之一 秒；当规定速度为每分钟 120 拍时，每拍的时间是半秒，半拍就是四分之一 秒，依此类推。拍子的基本时值确定之后，各种时值的音符就与拍子联系在一起。例如，当以四分音符为一拍时，一个全音符相当于四拍，一个二分音符相当于两拍， 八分音符相当于半拍，十六分音符相当于四分之一拍；如果以八分音符做为 一拍，则全音符相当于八拍，二分音符是四拍，四分音符是两拍，十六分音符是半拍。 

对于一拍的发音时间，如果乐曲没有特殊说明，一般来说，一拍大约为400~450ms。

我们利用单片机的内部定时器TO，使其工作在计数器模式MODE l下．韧始化适当的计数值THO及TLO以计时这个半周期时间．每当计时时间到后就将输出脉冲的IO口反相．然后重复计时此半周期时间。 

再对IO口反相．就可在单片机IO引脚上得到此频率的脉冲。IO引脚脉冲接三极管作音频功放，然后辅出到扬声器．从而发出美妙的乐音。 

通过音频功放电路，把信号输出到扬声器，播出美妙的音乐。只要一按下按钮，就会有音乐播出，等一首歌播放完毕后，当再次按下按钮，就会播放下一首音乐，如此循环。本系统可以奏出五首不同旋律的歌曲。

4.2 编程软件KeilC51

KeilC51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍KeilC51开发系统各部分功能和使用。 KeilC51软件界面如图4.1：

图4.1 KeilC51软件界面

该软件是一款集编程和仿真于一体的软件，它支持汇编、C语言及二者的混合编程。

4.3画图软件Protel99SE

Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件。Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA软件设计，采用设计库管理模式，可以网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位设计软件，可以完成电路原理图设计，印刷电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。

Protel99SE软件的特点：

（1）可生成30多种格式的电气连接网络表；

（2）强大的全局编辑功能；

（3）在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；

（4）同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络

（5）既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；

（6）满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国际库）；方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3F5）;

（7）支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；

（8）强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；

（9）智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；

（10）提供大量的工业化标准电路板作为设计模板；

（11）放置汉字功能；

（12）可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；

（13）智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；

（14）方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；

（15）独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；

（16）强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；

（17）经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；

（18）反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；

   Protel99SE的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

   Protel99SE软件界面如图4.2。

图4.2 Prtel99SE软件界面

4.4 系统总体程序流程图

第5章 调试与实现

5.1调试过程

这是本设计较为困难的一部分，需要经过反反复复的调试，才能达到理想中的效果，以下将分文硬件与软件两部分介绍此次调试的过程，以及调试过程中遇到的困难和解决办法。

程序主要取自一个音乐播放程序，但没有功率放大部分，更没有多音乐轮流播放部分，按钮部分。 

在此基础之上，首先是对其进行一定的修改，在保留原来音乐播放程序的前提下，进行主程序的设计，首先对所有端口进行初始化操作，接着进入不断循环部分，直到按键按下，进入防止抖动程序，如果不是抖动，则进入音乐播放程序，直到音乐播放完毕，再次进入等待按键按下部分，直到第二次按键按下，再次进入防止抖动程序，如果不是抖动，则再次进入音乐播放程序，直到音乐播放完毕，直到第三次按键按下，最后一次次进入防止抖动程序，如果不是抖动，则最后一次次进入音乐播放程序，直到音乐播放完毕，回到循环起点，等待第四次按键按下部分，如此类推。 

在keil软件经不断改进后，生成hex文件，再用开发板烧入程序，并通过stc-isp烧录软件烧录后，最终得以完成。 

再把烧录好的STCC51芯片摆放到已经焊接好的电路板上，按下遥控按钮，听到第一首音乐，在第一首音乐播放完毕后，再按下按钮，听到第二首音乐，在第二首音乐播放完毕后，再次按下按钮，听到第三首音乐，在第五首音乐播放完毕后，再按下按钮，听到第一首音乐，如此类推。 

程序在开始之初是用简单的中断延迟来实现，对于编歌曲来讲需要很大的工作量，在网上查找大量的资料之后，找到了一个做音乐播放器的程序，他也是基于中断延迟来实现播放功能，但是他对于歌曲编辑的灵活性，有很大的发展空间，所以我就采用了他的部分程序。 

其次是主程序的编辑，原来的音乐播放程序只是假单的等待按钮按下后，直接播放一首完整的歌曲后紧接着另外一首完整的歌曲歌。但是这次的设计是要制作一个门铃，而不是音乐播放，考虑到设计需要，我们要实现的功能是按下按钮，播放一小段音乐，停止，等待下一个按钮，再播放，不断循环。 

所以，主要考虑到的是如何在播放完一首歌曲后，进入在此等待状态。对于该段程序中的主要保护手段，就是按钮防治抖动部分，因此在等待按钮按下后，采用一小段的延迟程序，再次判定是否有按钮的按下，在进入播放程序。 

5.2焊接遇到的主要技术问题

（1）元器件的装插焊接应遵循先小后大，先轻后重，先低后高，先里后外的原则，这样有利于装配顺利进行。

（2）在瓷介电容、电解电容及三极管等元件立式安装时，引线不能太长，否则降低元器件的稳定性；但也不能过短，以免焊接时因过热损坏元器件。一般要求距离电路板面2mm，并且要注意电解电容的正负极性，不能插错。

（3）集成电路的焊接，在焊接时，首先要弄清引线脚的排列顺序，并与线路板上的焊盘引脚对准，核对无误后，先固定IC，然后再重复检查，确认后再焊接其余脚位。由于IC引线脚较密，焊接完后要检查有无虚焊，连焊等现象，确保焊接质量。

（4）焊锡之前应该先插上电烙铁的插头，给电烙铁加热。

（5）焊接时，焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。

（6）焊接时，焊锡与电烙铁接触时间不要太长，以免焊锡过多或是造成漏锡；也不要过短，以免造成虚焊。

（7）元件的腿尽量要直，而且不要伸出太长，以1毫米为好，多余的可以剪掉。

（8）焊完时，焊锡最好呈圆滑的圆锥状，而且还要有金属光泽。

5.3 功能的调试方法

遥控器的调试是装上 12v 电池，然后找一个小音箱，将音响插上电源同时声音调到最大，让遥控器与音箱离的进一下，之后按下遥控器的按键。如果音箱会发出滋滋的干扰声，证明有信号发出，就可以调试主控板了。

主控板装上3节 5 号电池，首先检测主控板有无焊接短路，然后通电，保持遥控器与主控板比较近的距离，按下遥控按键，看主机有无音乐发出，如果没有那就给P2.5引脚高电平看下有无音乐发出，如果有证明是接收电路有问题，如果没有证明是放音驱动有问题。

最后都调试好，就开始测试遥控距离，影响遥控具体的主要因素是天线，分别测试，要有足够的耐心，最终得出接收天线大约20cm左右，发射天线35cm左右的长度是遥控距离比较远的。

第6章 结束语

6.1 意见及改进

该电路用超再生无线技术，接收由解调、放大、整形、声响电路组成，性能稳定，遥控距离远，功耗低等特点。但随着微电子技术、无线技术和网络技术的飞速发展以及人们生活水平的大幅度提高，无线音乐门铃将满足不了人们的生活需要，无线可视门铃已逐渐走进人们的生活。随着生活节奏的加快，有访客而主人不在家，则需要一种能够纪录来客的录象门铃，也可作为防盗设备。就该电路而言，可以加上红外接收管，只要有人即可使门铃音乐响起。超外差无线技术比超再生更加稳定，可以将无线技术换一下。

6.2 设计的收获与体会

1、通过这次毕业设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 

    3、我在做毕业设计的同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完毕业设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件印象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

   4、经过毕业设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间也失落过，也曾一度热情高涨。这一路走下来，点点滴滴我至今历历在目。

    生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。

致 谢

毕业论文暂告收尾，这也意味着我在学校的三年的学习生活即将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的。老师的谆谆诱导、同学的出谋划策，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的指导老师宋艳。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，她都费尽心血。没有宋艳老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。，他们培养了我才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。感谢各位同学，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！

参考文献

[1] 周良权 傅恩锡 李世馨 编 模拟电子技术基础（第三版）[M].北京:高等教育出版社,2005

[2] 张玉莲 编 电子CAD(Protel99SE)实训指导书（第一版）[M].西安电子科技大学出版社，2007

[3] 林春景 编模拟电子线路(21世纪普通高等教育电子信息类规划教材) （第一版）[M]. 机械工业出版社，2009

[4] 全国大学生电子设计竞赛组委会编. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编. 北京：北京理工大学出版社，2005年3月第1版

[5] 苏成富. 多功能音乐门铃[J]. 电机电器技术，2000，第3期：20-21. 

[6] 魏俊民．机电一体化系统设计[D]．北京：中国纺织出版社，l998. 

[7] 侯文芳.Protel99SE在电子技术实验中的应用[J].科技信息，2011，第2期：

1-238. 

[8] 王毅．单片机器件应用手册[D]．北京：人民邮电出版社，1994. 

[9] 吴宁.  80X86/Pentium 微型计算机原理及应用[M]. 北京：电子工业出版社，2004：1-249.              

[10]肖金球. 单片机原理与接口技术[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004:1-323.

附录一：原理图

附录二：仿真图

附录三：源程序

include

#define sound_amount 5 //歌曲的数量

sbit pause=P2^5;       //播放\暂停

sbit speaker=P2^7;     //无源蜂鸣器

//////////////////////////////////////////////

unsigned char timer0h,timer0l,time;//timer0h,timer0l为定时器T0的高低位初值,time为对应的节拍时间

unsigned char music_num,num;       //music_num为歌曲编号,music_num=0表示刚开机时的状态,num是查找歌曲数据表的地址

signed char fre;                   //对应频率数据表的地址

bit play_enable;                   //歌曲播放的使能标志位,用于播放\暂停

void delay(unsigned char t);       //延时子函数,控制发音的时间长度

void delayms(unsigned int t);       //普通延时子程序,可用于按键消抖

void song(void);                   //演奏一个音符

void music_play(void);               //播放歌曲

//////////////////////////////////////////////

//每三个数字,代表一个音符

//第一个数字是音符的数值1234567之一(第几个音),代表哆来咪发...

//第二个数字是0123之一,代表低音\中音\高音\超高音(第几个八度)

//第三个数字是时间长度,以半拍为单位,乐曲数据表的结尾是三个0

//////////////////////////////////////////////

//《祝你生日快乐》

unsigned char code song1[]={

     5,1,1, 5,1,1, 6,1,2, 5,1,2, 1,2,2, 7,1,4,

     5,1,1, 5,1,1, 6,1,2, 5,1,2, 2,2,2, 1,2,4,

     5,1,1, 5,1,1, 5,2,2, 3,2,2, 1,2,2, 7,1,2, 6,1,2,

     4,2,1, 4,2,1, 3,2,2, 1,2,2, 2,2,2, 1,2,4, 0,0,0};

//《世上只有妈妈好》

unsigned char code song2[]={

     6,2,3, 5,2,1, 3,2,2, 5,2,2, 1,3,2, 6,2,1,