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1、-基于单片机的敲击式语音门铃毕业设计论文-第 20 页XXXXX学院毕业设计论文作者 学号 系部 专业 题目 指导教师 评阅教师 完成时间： 年 月 日 毕业设计(论文)中文摘要(题目)：基于单片机的敲击式语音门铃摘要：敲击式语音门铃摒弃了传统的按钮触发方式,当来访客人习惯性地用手敲三下房门时,它便自动发出“叮咚!”声。这种门铃巧妙地解决了使用普通门铃时须在房门(尤其是铁制门)上打孔、固定安装按钮开关的麻烦和不便,从而杜绝了他人故意破坏按扭开关等现象。该门铃新颖而实用,具有推广价值。本论文设计采用单片机AT89C1051作为中心控制部分芯片，利用集成芯片LM324对振动传感器信号进行处理、模拟
2、输出“叮咚！”音频信号，使用LM386对输出信号进行发大驱动喇叭发音。此外，本设计也可以采用语音集成芯片，利用单片机输出管脚的电平值控制音频输出。还可做成报警设备等多种用途的语音系统。关键词：单片机AT89C1051 振动传感器 LM324 LM386毕业设计(论文)外文摘要Title : PERCUSSION VOICE DOORBELL BASED ON MCU Abstract: Percussion voice doorbell has discarded the traditional trigger manner, when the visiting guests used to
3、knock the door three times, it will automatically give the “Ding Dong! sound. This doorbell solve the trouble and inconvenience of the use of ordinary doorbell skillfully, the problems include that the door have to be holed (especially iron door), and have the button switch fixed installed. Accordin
4、gly putting an end to the phenomenon such as the intended breakage of others, etc. Its innovative and practical with the popularize value. This paper design use the MCU AT89C1051 as the central control chip, process the vibrated sensor signal with the use of integrated chip LM324, simulate output th
5、e audio signal as “Ding Dong! sound, and make the use of LM386 to amplify the output signal and drive the loudspeaker.Furthermore, this design can also use voice integrated chip, using the levels from SCM output pins to control audio output. We may also produce all-purpose voice systems such as alar
6、m equipment. keywords: MCUAT89C1051, Vibration sensor, LM324, LM386目录1引言2系统设计2.1 设计要求2.2 总体设计方案3硬件电路设计3.1振动信号电路设计3.1.1振动传感器介绍3.2驱动电路3.2.1 LM324的应用介绍3.2.2信号滤波技术3.2.3信号放大电路3.3语音发声电路3.3.1 LM386应用介绍3.3.2 扬声器电路4软件设计4.1 AT89C1051介绍4.2程序设计方法4.3 源程序清单5系统调试5.1硬件调试5.2软件调试结论致谢参考文献附录一 元器件清单附录二 电路原理图1. 引言敲击式语言门铃
7、摒弃了传统的按钮触发方式,当客人来访习惯性地用手敲三下房门时,它便自动发出叮咚!的声音。这种门铃巧妙地解决了使用普通门铃时须在房门(尤其是铁制门)上打孔、固定安装按钮开关的麻烦和不便,杜绝了他人故意破坏按扭开关等现象,新颖而实用,具有推广价值.本论文设计采用单片机AT89C1051作为中心控制部分芯片，利用集成芯片LM324对振动传感器信号进行处理、模拟输出“叮咚！”的音频信号，使用LM386对输出信号进行发大驱动喇叭发音。本设计也可以采用语音集成芯片，利用单片机输出管脚的电平值控制音频输出。还可做成报警设备等多种用途的语音系统。2系统设计 2.1 设计要求 一.敲击式门铃的信号控制灵敏度要高
8、；二.利用单片机的软件程序消除误抖动；三.信号放大滤波电路的运用。.2.2 总体设计方案 本设计分为三个组成部分：振动信号采集处理部分、MCU控制部分、语音信号输出部分。振动信号采集处理单片机控制处理语音信号输出图1（总设计方案原理图）3硬件电路设计 3.1振动信号电路设计 由于考虑到毕业设计论文的学习性原则，本设计采用机械振动式振动传感器，同时辅以LM324放大滤波电路的学习利用，以下章节为详细介绍。3.1.1振动传感器介绍 常用振动传感器有以下几种:一、压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐振频率较高，为了降低谐振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降
9、低两谐振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送到TTL电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可。图2（压电片谐振式原理图与电路图）二、机械振动式：传统的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。图3（机械振动式原理图与电路图）三、微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理，其工作性能更可靠。输出开关信号直接与TTL电路和或者单片机输入电路相连接，电路结构简单。输出阻抗高，静
10、态工作电流小。右图是说用MOST非门电路组成的震动检测电路，其输出的波形是幅度相同的震动脉冲信号。该信号送到单片机，有单片机软件检测震动信号的真伪，通过脉冲宽度、脉冲数量判断震动的类型。如果使用端口可编程的单片机，端口编程为输入状态时，可以直接检测震动信号，省去整形放大电路。图4（微型震动传感器原理图与电路图及输出信号）3.2驱动电路 3.2.1 LM324的应用介绍 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图3.1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”
11、为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3.2。 图3.1图3.2由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。下面介绍其应用实例。 一.反相交流放大器 图3.3此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。 放大器电压
12、放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定Rf。Co和Ci为耦合电容。 图3.4二.同相交流放大器同相交流放大器的特点是输入阻抗高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。 电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4，电路输入电阻为R3。R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。三.交流信号三分配放大器 此电路可将输入交流信号分成三路输出，三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信
13、号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高，运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，故各放大器电压放大倍数均为1，与分立元件组成的射极跟随器作用相同。 图3.5R1、R2组成1/2V+偏置，静态时A1输出端电压为1/2V+，故运放A2-A4输出端亦为1/2V+，通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出。 四. 测温电路 如图所示，感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/，即温度每上升1度，发射结电压变会下降2.5mV。运放A1连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管
14、BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低，输出端的电压也越低。图3.6这是一个线性放大过程，在A1输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。 五.有源带通滤波器 许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率 ，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1，品质因数 ，3dB带宽B=1/（*R3*C）也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/（2foAoC），R2=Q/（2Q2-Ao）*2foC），R3=2Q/（2f
15、oC）。上式中，当fo=1KHz时，C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频放大。 图3.7此电路亦可使用单电源，只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。 六.比较器 当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大(实际上是很大,如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍)。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。 图3.8图3.8中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1组成分压电路，为
16、运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当Ui U1时，运放A1输出高电平；当Ui U2，则当输入电压Ui越出U2，U1区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。 若选择U2 U1，则当输入电压在U2，U1区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电压指示器。 此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。 七.单稳态触发器 见附图3.9。此电路可用在一些自动控制系统中。电阻R1、R2组成分压电路，为运放A1负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准。
17、静态时，电容C1充电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+，故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通，电容C1通过D1迅速放电，使U2突然降至地电平，此时因为U1U2，故运放A1输出低电平。当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于U1时，既U2U1，A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发。显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短。 图3.9 图3.10 如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。刚加电时，U1U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2U1时
18、，A1输出才变为高电平。参考图2。 3.2.2振动信号处理电路 图3.11振动信号处理电路图3.3语音发声电路 单片机的语音模拟信号输出，利用LM386对输出信号进行放大处理，驱动扬声器。3.4.1 LM386应用介绍一、概述(Description):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。输入端以地位参考,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。
19、LM386的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。图3.12LM386外部封装及管脚排列图二、特性(Features):1.静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电； 2.工作电压范围宽,4-12V or 5-18V； 3.外围元件少；4.电压增益可调,20-200； 5.低失真度。LM386电源电压4-12V，音频功率0.5w。LM386音响功放是由NSC制造的，它的电源电压范围非常宽，最高可使用到15V，消耗静态电流为4mA，当电源电压为12V时，在8欧姆的负载情况下，可提供几百mW的功率。它的典型输入阻抗为50K。三.典型应用电路图3.13典型应用电路图3.4.1 扬声器电路图3.14扬
20、声器电路图4软件设计 本设计采用性价比较高的AT89C1051作为控制核心，采用伟福软件仿真调试程序。4.1 AT89C1051介绍AT89C1051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含1kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和64bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C1051可为您提供许多高性价比的解决方案，适用于多数嵌入式应用系统。并且AT89C1051也是一个功能强大的单片机，它有20个引脚，15个外部双向输入/输出
21、（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，同时内含两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。同时AT89C1051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的重启动方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。主要功能特性：兼容MCS51指令系统15个双向I/O口两个16位可编程定时/计数器时钟频率0-24MHz两个外部中断源低功耗睡眠功能1k可反复擦写(1000次)FlashROM6个中断源2.7-
22、6.V的宽工作电压范围64x8bit内部RAM内置一个模拟比较放大器 软件设置睡眠和唤醒功能下面是它的引脚功能: 图3.15AT89C1051U管脚排列图引脚功能说明Vcc: 电源电压GND：地P1口: P1口是一组8位双向I/O口,P1.2-1.7提供内部上拉电阻,P1.0和P1.1内部无上拉电阻,主要是考虑它们分别是内部精密比较器的同相输入端和反相输入端,如果需要应在外部接上拉电阻.P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并可直接驱动LED.当P1口引脚写入1时 可做输入端,当引脚P1.2-P1.7用做输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而输出电流.P3口: P3口的P3.0-P3.5,P
23、3.7是带有内部上拉电阻的7个双向I/O口, P3.6没有引出,它作为一个通用I/O口但不可访问,但是可以作为固定输入片内比较器的输出信号,P3口缓冲器可吸收20mA电流.当P3口写入:1时,它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口.做输入端时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流RST: 复位输入.引脚一旦变成两个机器周期以上高电平,所有的口都将复位到1状态,当震荡器正在工作时,持续两个周期以上的高电平变可完成复位,每个机器周期为12个震荡时钟周期.XTAL1: 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端. XTAL2: 振荡器反相放大器的输出端4.2程序设计方法 1采用单片机实定时/计数器
24、T0来产生700HZ和500HZ的频率，根据定时/计数器T0，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。2在设计过程，只有当P3.7口采集到振动信号时，才启动T0开始工作，当T0工作完毕，回到最初状态。3“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。4.3 源程序清单 T5HZ EQU 30H T7HZ EQU 31H T05SA EQU 32H T05SB EQU 33H FLAG BIT 00H STOP BIT 01H SP1 BIT P3.7
25、 ORG 00H LJMP START ORG 0BH LJMP INT_T0 START: MOV TMOD,#02H MOV TH0,#06H MOV TL0,#06H SETB ET0 SETB EA NSP: JNB SP1,NSP LCALL DELY10MS JNB SP1,NSP SETB TR0 MOV T5HZ,#00H MOV T7HZ,#00H MOV T05SA,#00H MOV T05SB,#00H CLR FLAG CLR STOP JNB STOP,$ LJMP NSP DELY10MS: MOV R6,#20 D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$
26、DJNZ R6,D1 RET INT_T0: INC T05SA MOV A,T05SA CJNE A,#100,NEXT MOV T05SA,#00H INC T05SB MOV A,T05SB CJNE A,#20,NEXT MOV T05SB,#00H JB FLAG,STP CPL FLAG LJMP NEXT STP: SETB STOP CLR TR0 LJMP DONE NEXT: JB FLAG,S5HZ INC T7HZ MOV A,T7HZ CJNE A,#03H,DONE MOV T7HZ,#00H CPL P1.0 LJMP DONE S5HZ: INC T5HZ MO
27、V A,T5HZ CJNE A,#04H,DONE MOV T5HZ,#00H CPL P1.0 LJMP DONE DONE: RETI END5系统调试 5.1硬件调试 一把“单片机系统”区域中的P1.0端口用导线连接到“音频放大模块”区域中的SPK IN端口上； 二在“音频放大模块”区域中的SPK OUT端口上接上一个8欧或者是16欧的喇叭； 三把“单片机系统”区域中的P3.7端口用导线连接到振动信号区域中的信号输出端口上； 5.2软件调试 1. 延时10ms程序调试：时间从开始执行延时循环指令到结束，共用时间为9981us约10ms，见图左下角的执行时间变化。改变寄存器R6,R7值则改
28、变延时时间。2. 定时中断模拟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。结论近了尾声。经过几个月的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉随着毕业日子的到来，毕业设计也接得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来还有很多知识比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼
29、高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。由于条件的局限性，我的论文特别在实物制作调试仿真部分还没有完成。没有能更好的从实践中再发现问题，解决问题，我将继续努力。致谢在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一
30、起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的广大同学们。 在此还要非常感谢我的校内指导老师（汤老师）对我悉心的指导，感谢老师给我的热心帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并及时向老师多次请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，将使我终身受益。 还要感
31、谢我实习所在的单位的同事和领导，他们不但给与支持和帮助，还为我们学生提供了一个良好的学习平台和时间。在次忠心感谢所有帮助过我的所有人， 谢谢你们！ 参 考 文 献1 余永权. ATMEL89系列（MCS-51兼容）FLASH单片机原理及应用. 电子工业出版社. 1997 24-302 胡汉才. 单片机原理及其接口技术. 清华大学出版社.1996年 5-153 李钟实. 实用电子报警器精选百例. 北京：科学技术文献出版社.2002(4) 1-204 陈爱第. Protel99实用培训教程. 人民邮电出版社. 2000 15-19 5 阎石. 数字电子技术基础. 高等教育出版社. 1998(2)
32、10-196何立民编著. 单片机应用系统设计M. 北京:北京航空航大学出版社,1990. 3-67王幸之,忘雷编著. 单片机抗干扰应用系统抗干扰技术M. 北京:北京航空航天大学出版社,2000. 55-608徐淑华,程退安,姚万生. 单片微型机原理及应用M. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1994. 11-179何立民. 单片机高级教程 第1版北京：北京航空航天大学出版社，2001 57-65 10赵晓安. MCS-51单片机原理及应用. 天津：天津大学出版社，2001.3 28-3111李广第 单片机基础 第1版北京：北京航空航天大学出版社，1999 4-3412徐惠民、安德宁 单片微型计算
33、机原理接口与应用 第1版 北京：北京邮电大学出版社，1996 58-64 13夏继强. 单片机实验与实践教程. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001 31-4014李广弟等 单片机基础M 北京航空航天大学出版社 2001年 209-21115彭容修 数字电子技术基础M 第一版 武汉理工大学出版社 2000年 79-8216刘守义单片机应用技术M成都：西安电子科技大学出版社2002 165-17017赵秀珍编著，单片微型计算机原理及其应用M 中国水利水电出版社，2001 111-11718张毅刚主编，MCS-51单片机应用设计M 哈尔滨工大学出版社，1990 119-12519曹巧媛，单片机
34、原理及应用M，北京：电子工业出版社，1997 103-10520马家辰 MCS-51单片机原理与接口技术M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 86-97附录一 元器件清单NumberPart TypeDesignatorDescription1152C1电容20.047uFC10电容330PC11电容4104C2电容510uFC3电容6104C4电容710uFC5电容80.1uFC6电容947uFC7电容1030PC8电容1110uFC9电容12SPEAKERLS1喇叭1327KR1电阻1410KR2电阻15620R3电阻1668KR4电阻1720KR5电阻1810KR6电阻19470R7电阻2010R8电阻21LM324NU1运放22LM386U2运放23LM324NU3运放24AT89C1051U4单片机2512MY1晶振附录二