基于單片機的敲擊式語音門鈴畢業(yè)論文

1、 . . . XXXXX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文作者 學(xué)號系部 專業(yè)題目指導(dǎo)教師評閱教師完成時間： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要(題目)：基于單片機的敲擊式語音門鈴摘要：敲擊式語音門鈴摒棄了傳統(tǒng)的按鈕觸發(fā)方式,當(dāng)來訪客人習(xí)慣性地用手敲三下房門時,它便自動發(fā)出“叮咚!”聲。這種門鈴巧妙地解決了使用普通門鈴時須在房門(尤其是鐵制門)上打孔、固定安裝按鈕開關(guān)的麻煩和不便,從而杜絕了他人故意破壞按扭開關(guān)等現(xiàn)象。該門鈴新穎而實用,具有推廣價值。本論文設(shè)計采用單片機AT89C1051作為中心控制部分芯片，利用集成芯片LM324對振動傳感器信號進行處理、模擬輸出“叮咚！”音頻信號，使用LM386對輸出信號進

2、行發(fā)大驅(qū)動喇叭發(fā)音。此外，本設(shè)計也可以采用語音集成芯片，利用單片機輸出管腳的電平值控制音頻輸出。還可做成報警設(shè)備等多種用途的語音系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：單片機AT89C1051 振動傳感器 LM324 LM386畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要Title :PERCUSSION VOICE DOORBELL BASED ON MCUAbstract:Percussion voice doorbell has discarded the traditional trigger manner, when the visiting guests used to knock the door three times,

3、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. Accordingly putting an end to

4、the phenomenon such as the intended breakage of others, etc. Its innovative and practicalwith the popularize value. This paper design use the MCU AT89C1051 as the central control chip, processthe vibrated sensor signal with the use of integrated chip LM324, simulate output the audio signal as “Ding

5、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 alarm equipment. keywor

6、ds:MCUAT89C1051,Vibration sensor, LM324, LM386目錄1  引言2  系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計要求2.2 總體設(shè)計方案3  硬件電路設(shè)計3.1振動信號電路設(shè)計3.1.1振動傳感器介紹3.2驅(qū)動電路3.2.1 LM324的應(yīng)用介紹3.2.2信號濾波技術(shù)3.2.3信號放大電路3.3語音發(fā)聲電路3.3.1 LM386應(yīng)用介紹3.3.2 揚聲器電路4  軟件設(shè)計4.1 AT89C1051介紹4.2程序設(shè)計方法4.3 源程序清單5 系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試5.2軟件調(diào)試結(jié)論致參考

7、文獻附錄一 元器件清單附錄二 電路原理圖1. 引言敲擊式語言門鈴摒棄了傳統(tǒng)的按鈕觸發(fā)方式,當(dāng)客人來訪習(xí)慣性地用手敲三下房門時,它便自動發(fā)出"叮咚!"的聲音。這種門鈴巧妙地解決了使用普通門鈴時須在房門(尤其是鐵制門)上打孔、固定安裝按鈕開關(guān)的麻煩和不便,杜絕了他人故意破壞按扭開關(guān)等現(xiàn)象,新穎而實用,具有推廣價值.本論文設(shè)計采用單片機AT89C1051作為中心控制部分芯片，利用集成芯片LM324對振動傳感器信號進行處理、模擬輸出“叮咚！”的音頻信號，使用LM386對輸出信號進行發(fā)大驅(qū)動喇叭發(fā)音。本設(shè)計也可以采用語音集成芯片，利用單片機輸出管腳的電平值控制音頻輸出。還可做成報警設(shè)

8、備等多種用途的語音系統(tǒng)。2 系統(tǒng)設(shè)計2.1 設(shè)計要求一.敲擊式門鈴的信號控制靈敏度要高；二.利用單片機的軟件程序消除誤抖動；三.信號放大濾波電路的運用。.2.2 總體設(shè)計方案本設(shè)計分為三個組成部分：振動信號采集處理部分、MCU控制部分、語音信號輸出部分。振動信號采集處理單片機控制處理語音信號輸出圖1（總設(shè)計方案原理圖）3  硬件電路設(shè)計3.1振動信號電路設(shè)計由于考慮到畢業(yè)設(shè)計論文的學(xué)習(xí)性原則，本設(shè)計采用機械振動式振動傳感器，同時輔以LM324放大濾波電路的學(xué)習(xí)利用，以下章節(jié)為詳細介紹。3.1.1振動傳感器介紹常用振動傳感器有以下幾種:一、壓電片諧振式：使用壓電片接

9、收振動信號，壓電片的諧振頻率較高，為了降低諧振頻率，使用加大壓電片振動體的質(zhì)量來實現(xiàn)，并使用彈簧球代替附加物，降低兩諧振頻率，增強了振動效果。其優(yōu)點是靈敏度較高，結(jié)構(gòu)簡單。但是需要信號放大后送到TTL電路或者單片機電路中，不過使用一個三極管單級放大即可。圖2（壓電片諧振式原理圖與電路圖）二、機械振動式：傳統(tǒng)的振動檢測方式，受到振動以后，彈簧球在較長的時間進行減幅振動，這種振動便于被檢測電路檢測到。振動輸出開關(guān)信號，輸出阻抗與配合輸出的電阻阻值所決定，根據(jù)檢測電路的輸入阻抗，可以做成高阻抗輸出方式。圖3（機械振動式原理圖與電路圖）三、微型振動傳感器：將機械式振動傳感器微型化，將振動體碳化并進行密

10、封處理，其工作性能更可靠。輸出開關(guān)信號直接與TTL電路和或者單片機輸入電路相連接，電路結(jié)構(gòu)簡單。輸出阻抗高，靜態(tài)工作電流小。右圖是說用MOST非門電路組成的震動檢測電路，其輸出的波形是幅度一樣的震動脈沖信號。該信號送到單片機，有單片機軟件檢測震動信號的真?zhèn)?，通過脈沖寬度、脈沖數(shù)量判斷震動的類型。如果使用端口可編程的單片機，端口編程為輸入狀態(tài)時，可以直接檢測震動信號，省去整形放大電路。圖4（微型震動傳感器原理圖與電路圖與輸出信號）3.2驅(qū)動電路3.2.1 LM324的應(yīng)用介紹 LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它的部包含四組形式完全一樣的運算放大器，除電源共

11、用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖3.1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位一樣。LM324的引腳排列見圖3.2。圖3.1圖3.2由于LM324四運放電路具有電源電壓圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。下面介紹其應(yīng)用實例。一.反相交流放大器圖3.3此放大器可代替晶體管進行交流放大，可用于擴音機前置放大等。

12、電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電，由R1、R2組成1/2V+偏置，C1是消振電容。 放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源阻相等，然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。 圖3.4二.同相交流放大器同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路，通過R3對運放進行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4，電路輸入電阻為R3。R4的阻值圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。三.交流信號三分配放

13、大器此電路可將輸入交流信號分成三路輸出，三路信號可分別用作指示、控制、分析等用途。而對信號源的影響極小。因運放Ai輸入電阻高，運放A1-A4均把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放大狀態(tài)時Rf=0的情況，故各放大器電壓放大倍數(shù)均為1，與分立元件組成的射極跟隨器作用一樣。圖3.5R1、R2組成1/2V+偏置，靜態(tài)時A1輸出端電壓為1/2V+，故運放A2-A4輸出端亦為1/2V+，通過輸入輸出電容的隔直作用，取出交流信號，形成三路分配輸出。四. 測溫電路如圖所示，感溫探頭采用一只硅三極管3DG6，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結(jié)電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mV/，即溫度每上升1

14、度，發(fā)射結(jié)電壓變會下降2.5mV。運放A1連接成同相直流放大形式，溫度越高，晶體管BG1壓降越小，運放A1同相輸入端的電壓就越低，輸出端的電壓也越低。圖3.6這是一個線性放大過程，在A1輸出端接上測量或處理電路，便可對溫度進行指示或進行其它自動控制。五.有源帶通濾波器許多音響裝置的頻譜分析器均使用此電路作為帶通濾波器，以選出各個不同頻段的信號，在顯示上利用發(fā)光二極管點亮的多少來指示出信號幅度的大小。這種有源帶通濾波器的中心頻率，在中心頻率fo處的電壓增益Ao=B3/2B1，品質(zhì)因數(shù)，3dB帶寬B=1/（*R3*C）也可根據(jù)設(shè)計確定的Q、fo、Ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。R1=Q/（

15、2foAoC），R2=Q/（2Q2-Ao）*2foC），R3=2Q/（2foC）。上式中，當(dāng)fo=1KHz時，C取0.01Uf。此電路亦可用于一般的選頻放大。圖3.7此電路亦可使用單電源，只需將運放正輸入端偏置在1/2V+并將電阻R2下端接到運放正輸入端既可。六.比較器當(dāng)去掉運放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大時(即開環(huán)狀態(tài)),理論上認為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實際上是很大,如LM324運放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB，既10萬倍)。此時運放便形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當(dāng)正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，運放輸出低電平。圖3.8圖3.8中使

16、用兩個運放組成一個電壓上下限比較器，電阻R1、R1組成分壓電路，為運放A1設(shè)定比較電平U1；電阻R2、R2組成分壓電路，為運放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時加到A1的正輸入端和A2的負輸入端之間，當(dāng)Ui >U1時，運放A1輸出高電平；當(dāng)Ui <U2時，運放A2輸出高電平。運放A1、A2只要有一個輸出高電平，晶體管BG1就會導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED就會點亮。若選擇U1>U2，則當(dāng)輸入電壓Ui越出U2，U1區(qū)間圍時，LED點亮，這便是一個電壓雙限指示器。若選擇U2 > U1，則當(dāng)輸入電壓在U2，U1區(qū)間圍時，LED點亮，這是一個“窗口”電壓指示器。此電路與各類傳感器配

17、合使用，稍加變通，便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。七.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器見附圖3.9。此電路可用在一些自動控制系統(tǒng)中。電阻R1、R2組成分壓電路，為運放A1負輸入端提供偏置電壓U1，作為比較電壓基準(zhǔn)。靜態(tài)時，電容C1充電完畢，運放A1正輸入端電壓U2等于電源電壓V+，故A1輸出高電平。當(dāng)輸入電壓Ui變?yōu)榈碗娖綍r，二極管D1導(dǎo)通，電容C1通過D1迅速放電，使U2突然降至地電平，此時因為U1>U2，故運放A1輸出低電平。當(dāng)輸入電壓變高時，二極管D1截止，電源電壓R3給電容C1充電，當(dāng)C1上充電電壓大于U1時，既U2>U1，A1輸出又變?yōu)楦唠娖剑瑥亩Y(jié)束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提

18、高U1或增大R2、C1的數(shù)值，都會使單穩(wěn)延時時間增長，反之則縮短。圖3.9圖3.10如果將二極管D1去掉，則此電路具有加電延時功能。剛加電時，U1>U2，運放A1輸出低電平，隨著電容C1不斷充電，U2不斷升高，當(dāng)U2>U1時，A1輸出才變?yōu)楦唠娖健⒖紙D2。3.2.2振動信號處理電路圖3.11振動信號處理電路圖3.3語音發(fā)聲電路單片機的語音模擬信號輸出，利用LM386對輸出信號進行放大處理，驅(qū)動揚聲器。3.4.1 LM386應(yīng)用介紹一、概述(Description):LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應(yīng)用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益置為20

19、。但在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容,便可將電壓增益調(diào)為任意值,直至 200。輸入端以地位參考,同時輸出端被自動偏置到電源電壓的一半,在6V電源電壓下,它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場 合。 LM386的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。圖3.12LM386外部封裝與管腳排列圖二、特性(Features):1.靜態(tài)功耗低,約為4mA,可用于電池供電；2.工作電壓圍寬,4-12V or 5-18V；3.外圍元件少；4.電壓增益可調(diào),20-200；5.低失真度。LM386電源電壓4-12V，音頻功率0.5w。LM386音響功放是由NSC制造的，它的電源電壓

20、圍非常寬，最高可使用到15V，消耗靜態(tài)電流為4mA，當(dāng)電源電壓為12V時，在8歐姆的負載情況下，可提供幾百mW的功率。它的典型輸入阻抗為50K。三.典型應(yīng)用電路圖3.13典型應(yīng)用電路圖3.4.1 揚聲器電路圖3.14揚聲器電路圖4  軟件設(shè)計本設(shè)計采用性價比較高的AT89C1051作為控制核心，采用偉福軟件仿真調(diào)試程序。4.1 AT89C1051介紹AT89C1051是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片含1k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀Flash程序存儲器和64 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度

21、、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大AT89C1051可為您提供許多高性價比的解決方案，適用于多數(shù)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。并且AT89C1051也是一個功能強大的單片機，它有20個引腳，15個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O口，同時含兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器,兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。同時AT89C1051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的重啟動方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片RAM

22、將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運行。主要功能特性：   · 兼容MCS51指令系統(tǒng)   · 15個雙向I/O口  · 兩個16位可編程定時/計數(shù)器   · 時鐘頻率0-24MHz   · 兩個外部中斷源   · 低功耗睡眠功能    

23、;· 1k可反復(fù)擦寫(>1000次)Flash ROM   · 6個中斷源  · 2.7-6.V的寬工作電壓圍   · 64x8bit部RAM · 置一個模擬比較放大器  · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能下面是它的引腳功能:圖3.15AT89C1051U管腳排列圖引腳功能說明Vcc: 電源電壓GND：地P1口: P1口是一組8位雙向I/O口,P1.2-1.7

24、提供部上拉電阻,P1.0和P1.1部無上拉電阻,主要是考慮它們分別是部精密比較器的同相輸入端和反相輸入端,如果需要應(yīng)在外部接上拉電阻.P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并可直接驅(qū)動LED.當(dāng)P1口引腳寫入1時 可做輸入端,當(dāng)引腳P1.2-P1.7用做輸入并被外部拉低時,它們將因部的上拉電阻而輸出電流.P3口: P3口的P3.0-P3.5,P3.7是帶有部上拉電阻的7個雙向I/O口, P3.6沒有引出,它作為一個通用I/O口但不可訪問,但是可以作為固定輸入片比較器的輸出信號,P3口緩沖器可吸收20mA電流.當(dāng)P3口寫入:1時,它們被部上拉電阻拉高并可作為輸入端口.做輸入端時,被外部拉低的P3口將

25、用上拉電阻輸出電流RST: 復(fù)位輸入.引腳一旦變成兩個機器周期以上高電平,所有的口都將復(fù)位到1狀態(tài),當(dāng)震蕩器正在工作時,持續(xù)兩個周期以上的高電平變可完成復(fù)位,每個機器周期為12個震蕩時鐘周期.XTAL1: 振蕩器反相放大器的與部時鐘發(fā)生器的輸入端. XTAL2: 振蕩器反相放大器的輸出端4.2程序設(shè)計方法 1采用單片機實定時/計數(shù)器T0來產(chǎn)生700HZ和500HZ的頻率，根據(jù)定時/計數(shù)器T0，取定時250us，因此，700HZ的頻率要經(jīng)過3次250us的定時，而500HZ的頻率要經(jīng)過4次250us的定時。2在設(shè)計過程，只有當(dāng)P3.7口采集到振動信號時，才啟動T0開始工作，當(dāng)T0工作完畢，回到最

26、初狀態(tài)。3“叮”和“咚”聲音各占用0.5秒，因此定時/計數(shù)器T0要完成0.5秒的定時，對于以250us為基準(zhǔn)定時2000次才可以。4.3 源程序清單 T5HZ                  EQU 30H T7HZ                  EQU

27、 31H T05SA                EQU 32H T05SB                 EQU 33H FLAG             

28、;    BIT 00H STOP                  BIT 01H SP1                      BIT P3.7    

29、                         ORG 00H                         

30、60;   LJMP START                             ORG 0BH                  

31、           LJMP INT_T0 START:               MOV TMOD,#02H                     &#

32、160;       MOV TH0,#06H                             MOV TL0,#06H            

33、0;                SETB ET0                             SETB EA NSP:    

34、;               JNB SP1,NSP                             LCALL DELY10MS     

35、                        JNB SP1,NSP                          

36、;   SETB TR0                             MOV T5HZ,#00H                 

37、0;           MOV T7HZ,#00H                             MOV T05SA,#00H        

38、60;                    MOV T05SB,#00H                             CLR

39、FLAG                             CLR STOP                     

40、60;                         JNB STOP,$                        

41、60;    LJMP NSP DELY10MS:       MOV R6,#20 D1:                      MOV R7,#248            

42、0;                DJNZ R7,$                             DJNZ R6,D1     

43、;                        RET INT_T0:             INC T05SA            

44、                 MOV A,T05SA                             CJNE A,#100,NEXT   

45、;                          MOV T05SA,#00H                       &

46、#160;     INC T05SB                             MOV A,T05SB               &

47、#160;             CJNE A,#20,NEXT                             MOV T05SB,#00H     

48、0;                       FLAG,STP                           

49、  CPL FLAG                             LJMP NEXT STP:                  

50、;  SETB STOP                             CLR TR0                   

51、60;         LJMP DONE NEXT:                FLAG,S5HZ                       

52、      INC T7HZ                             MOV A,T7HZ               &#

53、160;             CJNE A,#03H,DONE                             MOV T7HZ,#00H      

54、;                       CPL P1.0                           &

55、#160; LJMP DONE S5HZ:                 INC T5HZ                             MOV A,T5HZ

56、                             CJNE A,#04H,DONE                     

57、;        MOV T5HZ,#00H                             CPL P1.0            

58、0;                LJMP DONE DONE:                RETI                 

59、            END5  系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試一把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P1.0端口用導(dǎo)線連接到“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK IN端口上；二在“音頻放大模塊”區(qū)域中的SPK OUT端口上接上一個8歐或者是16歐的喇叭； 三把“單片機系統(tǒng)”區(qū)域中的P3.7端口用導(dǎo)線連接到振動信號區(qū)域中的信號輸出端口上； 5.2軟件調(diào)試1. 延時10ms程序調(diào)試：時間從開始執(zhí)行延時循環(huán)指令到結(jié)束，共用時間為9981us約10ms，見圖左下角的執(zhí)行時間變化。改變寄存器R6,R7值則改變延時時間。2. 定時中斷模擬700HZ和500HZ的頻率，根據(jù)定時/計數(shù)器T0，我們?nèi)《〞r250us，因此，700HZ的頻率要經(jīng)過3次250us的定時，而500HZ的頻率要經(jīng)過4次250us的定時。結(jié)論近了尾聲。經(jīng)過幾