基于單片機的敲擊式語音門鈴畢業(yè)設計論文

1、xxxxx學院畢業(yè)設計論文作者 學號 系部 專業(yè) 題目 指導教師 評閱教師 完成時間： 年 月 日 畢業(yè)設計(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,當來訪客人習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、固定安裝按鈕開關的麻煩和不便,從而杜絕了他人故意破壞按扭開關等現(xiàn)象。該門鈴新穎而實用,具有推廣價值。本論文設計采用單片機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對輸出信號進行發(fā)

2、大驅動喇叭發(fā)音。此外，本設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。還可做成報警設備等多種用途的語音系統(tǒng)。關鍵詞：單片機at89c1051 振動傳感器 lm324 lm386畢業(yè)設計(論文)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 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 the p

4、henomenon 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 the audio signal as “ding don

5、g! 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. keywords: mcua

6、t89c1051, vibration sensor, lm324, lm386目錄1引言2系統(tǒng)設計2.1 設計要求2.2 總體設計方案3硬件電路設計3.1振動信號電路設計3.1.1振動傳感器介紹3.2驅動電路3.2.1 lm324的應用介紹3.2.2信號濾波技術3.2.3信號放大電路3.3語音發(fā)聲電路3.3.1 lm386應用介紹3.3.2 揚聲器電路4軟件設計4.1 at89c1051介紹4.2程序設計方法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)試結論致謝參考文獻附錄一 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,當客人來訪習慣性地用手敲三下

7、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、固定安裝按鈕開關的麻煩和不便,杜絕了他人故意破壞按扭開關等現(xiàn)象,新穎而實用,具有推廣價值.本論文設計采用單片機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)大驅動喇叭發(fā)音。本設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。還可做成報警設備等多種用途的語音系統(tǒng)。2系統(tǒng)設計 2.1 設計要求 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

8、電路的運用。.2.2 總體設計方案 本設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（總設計方案原理圖）3硬件電路設計 3.1振動信號電路設計 由于考慮到畢業(yè)設計論文的學習性原則，本設計采用機械振動式振動傳感器，同時輔以lm324放大濾波電路的學習利用，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，結構

9、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內(nèi)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封處理，其工作性能更可靠。輸出開關信號直接與ttl電路和或者單片機輸入電路相連接，電路結構簡單。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

10、電路，其輸出的波形是幅度相同的震動脈沖信號。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及輸出信號）3.2驅動電路 3.2.1 lm324的應用介紹 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。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，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，“

11、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相同。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范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。下面介紹其應用實例。 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。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/

12、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與信號源內(nèi)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的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。三.交流信號三分配放大器 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

13、把輸出端直接接到負輸入端，信號輸入至正輸入端，相當于同相放大狀態(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相同。 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)射結電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mv/，即溫度每上升1度，發(fā)射結電壓變會下降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

14、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，品質因數(shù) ，3db帶寬b=1/（*r3*c）也可根據(jù)設計確定的q、fo、ao值，去求出帶通濾波器的各元件參數(shù)值。r1=q/（2foaoc），r2=q/（2q2-ao）*2foc），r3=2q/（2foc）。上式中，當fo=1khz時，c取0.01uf。

15、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設定比較電平u1；電阻r2、r2組成分壓電路，

16、為運放a2設定比較電平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ui u1時，運放a1輸出高電平；當ui u2，則當輸入電壓ui越出u2，u1區(qū)間范圍時，led點亮，這便是一個電壓雙限指示器。 若選擇u2 u1，則當輸入電壓在u2，u1區(qū)間范圍時，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。靜態(tài)時，電容c1充電完畢，運放a1正輸入端電壓u2等于

17、電源電壓v+，故a1輸出高電平。當輸入電壓ui變?yōu)榈碗娖綍r，二極管d1導通，電容c1通過d1迅速放電，使u2突然降至地電平，此時因為u1u2，故運放a1輸出低電平。當輸入電壓變高時，二極管d1截止，電源電壓r3給電容c1充電，當c1上充電電壓大于u1時，既u2u1，a1輸出又變?yōu)楦唠娖?，從而結束了一次單穩(wěn)觸發(fā)。顯然，提高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，u1u2，運放a1輸出低電平，隨著電容c1不斷充電，u2不斷升高，當u2u1時，a1輸出才變?yōu)楦唠娖健⒖紙D2。 3.2.2振動信號

18、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，驅動揚聲器。3.4.1 lm386應用介紹一、概述(description):lm386是美國國家半導體公司生產(chǎn)的音頻功率放大 器,主要應用于低電壓消費類產(chǎn)品。為使外圍元件最少,電壓增益內(nèi)置為20。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

19、3.12lm386外部封裝及管腳排列圖二、特性(features):1.靜態(tài)功耗低,約為4ma,可用于電池供電； 2.工作電壓范圍寬,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，它的電源電壓范圍非常寬，最高可使用到15v，消耗靜態(tài)電流為4ma，當電源電壓為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.典型應用電路圖3.13典型應用電路圖3.4.1 揚聲器電路圖3.14揚聲器電路圖4軟件設計 本設計采用性價比較高的at89c

20、1051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cmos8位單片機，片內(nèi)含1kbytes的可反復擦寫的只讀flash程序存儲器和64bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)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，

21、同時內(nèi)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，片內(nèi)ram將被凍結，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復位方可繼續(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1k可反復擦寫(1000次)flashrom6個中斷源2.7-6.v的寬工作電壓范圍64x8bit內(nèi)部ram內(nèi)置一個

22、模擬比較放大器 軟件設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提供內(nèi)部上拉電阻,p1.0和p1.1內(nèi)部無上拉電阻,主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端和反相輸入端,如果需要應在外部接上拉電阻.p1口輸出緩沖器可吸收20ma電流并可直接驅動led.當p1口引腳寫入1時 可做輸入端,當引腳p1.2-p1.7用做輸入并被外部拉低時,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流.p3口: p3口的p3.0-p3.5,p3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個雙向i/o口, p3.6

23、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內(nèi)比較器的輸出信號,p3口緩沖器可吸收20ma電流.當p3口寫入:1時,它們被內(nèi)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口將用上拉電阻輸出電流rst: 復位輸入.引腳一旦變成兩個機器周期以上高電平,所有的口都將復位到1狀態(tài),當震蕩器正在工作時,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及內(nèi)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)

24、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在設計過程，只有當p3.7口采集到振動信號時，才啟動t0開始工作，當t0工作完畢，回到最初狀態(tài)。3“?！焙汀斑恕甭曇舾髡加?.5秒，因此定時/計數(shù)器t0要完成0.5秒的定時，對于以250us為基準定時2000次才可以。4.3 源程序清單 t5hz equ 30h t7hz equ 31h t05sa equ 32h t05sb equ 33h flag bit 00h stop bit 01h sp1 bit p3.7 org 00h ljmp start org 0bh

25、 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,$ djnz r6,d1 ret int_t0: inc

26、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 mov a,t5hz cjne a,#04h,done m

27、ov t5hz,#00h cpl p1.0 ljmp done done: reti 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

28、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。結論近了尾聲。經(jīng)過幾個月的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來還有很多知識比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的

29、過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質?？傊?，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。由于條件的局限性，我的論文特別在實物制作調(diào)試仿真部分還沒有完成。沒有能更好的從實踐中再發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，我將繼續(xù)努力。致謝在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里

30、非常感謝幫助我的廣大同學們。 在此還要非常感謝我的校內(nèi)指導老師（湯老師）對我悉心的指導，感謝老師給我的熱心幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并及時向老師多次請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，將使我終身受益。 還要感謝我實習所在的單位的同事和領導，他們不但給與支持和幫助，還為我們學生提供了一個良好的學習平臺和時間。在次忠心感謝所有幫助過我的所有人， 謝謝你們！ 參 考 文 獻1 余永權. atmel89系列（mcs-51兼容）flash單片機原理及應用. 電子工業(yè)出版社. 1997 24-302 胡漢才. 單片機原理及其接口技術. 清華大學出版社.1996年 5-153 李鐘實. 實用電子報警器精選百例. 北京：科學技術文獻出版社.2002(4) 1-204 陳愛第. protel99實用培訓教