基于51单片机的无线遥控音乐门铃设计毕业论文
基于51单片机的无线遥控音乐门铃设计
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.这种门铃具有功耗低,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，使声音悦耳动听，满足不同人的生活需要，具有广阔的发展前景.
随着微电子技术、无线技术的发展，由开始的按钮门铃到现在的可视对讲门铃、智能数码门铃，发展速度不断飚升。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STC89C51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 theintelligent residential,people urgently need a not only safe and reliable,easy to useand 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 adoptssuper regeneration wireless module with encoding function,combined with SCMinterrupt 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 low power consumption,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 controlmachine horn is equal to one,can be placed on a220V AC power supply in indoorplaces,this design can also be powered by batteries,more convenient!Can alsotransform the doorbell music,make a pleasant voice,to meet different needs of life,with broad prospects for development.
With the development of microelectronic technology,wireless technology,by the button doorbell began to visualdoorbell,nowthe intelligent digitaldoorbell,soaringdevelopment sp eed.In view of the current worldwide economic severe form andoperation 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 doorbellenterprises 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,towardthe product intelligent,digital,information-based directiondevelopment. This design uses STC89C51 microcontroller as the main controller,external andtransistor 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.
Key Words:Wireless remote control doorbell music chip
目录
摘要 ....................................................................................................................................... - 1 -Abstract .................................................................................................................................. - 2 -第一章绪论 ......................................................................................................................... - 1 -1.1 课题选题背景 ............................................................................................................... - 1 -1.2 国内外研究状况 ........................................................................................................... - 1 -1.3 研究无线遥控音乐门铃的意义 ................................................................................... - 2 -第二章设计任务 ................................................................................................................. - 2 -第三章硬件电路设计 ......................................................................................................... - 3 -3.1系统总体框图 ................................................................................................................ - 3 -3.2 电源电路设计 ............................................................................................................. - 4 -3.3 发射电路设计 ............................................................................................................... - 4 -3.4 接收电路设计 ............................................................................................................... - 6 -3.5 主控电路设计 ............................................................................................................... - 7 -3.6 放音驱动电路设计 ..................................................................................................... - 11 -第四章系统软件设计 ....................................................................................................... - 13 -4.1单片机发声概述 .......................................................................................................... - 13 -
4.1.1 音调 ................................................................................................................ - 13 -
4.1.2 节拍 ................................................................................................................ - 14 -4.2 编程软件Keil C51 .................................................................................................... - 15 -4.3 画图软件Protel99SE ................................................................................................ - 16 -4.4 Protel使用常见问题 ................................................................................................ - 17 -4.5 系统总体程序流程图 ................................................................................................. - 19 -第五章调试与实现 ........................................................................................................... - 20 -
5.1 焊接遇到的主要技术问题 ......................................................................................... - 20 -5.2 功能的调试方法 ......................................................................................................... - 21 -第六章结束语 ................................................................................................................... - 21 -
6.1 意见及改进 ................................................................................................................. - 21 -6.2设计的收获与体会 ...................................................................................................... - 21 -结论与展望 ......................................................................................................................... - 23 -致谢 ..................................................................................................................................... - 24 -参考文献 ............................................................................................................................. - 25 -附录一：原理图 ................................................................................................................. - 26 -附录二：仿真图 ................................................................................................................. - 27 -附录三：源程序 ................................................................................................................. - 28 -
第一章绪论
1.1 课题选题背景
随着时代的发展和进步，控制智能化、仪器小型化、功耗微小化得到广泛关注。在这些领域中，单片机起到了举足轻重的作用，这就把单片机的应用提升到重要的地位，单片机应用系统设计就成为新的技术热点。
全球经济国际化和社会信息化的浪潮汹涌澎湃。住宅功能也日益增强，智能住宅与智能小区应运而生。欧美、日本等发达国家从七十年代就开始加强这方面的研究，并专门成立了现代住宅开发公司，建造了一大批样板智能住宅。我国对智能住宅的研究还刚刚起步，但其发展相当迅速，一具有一定智能化水平的住宅在我国一些大城市（如上海、南京、广州等）兴建。九五年七月华东建筑设计研究院编制了上海市《智能建筑设计标准》，九八年三月十日江苏省地方标准《建筑智能化系统工程设计标准》颁布实施；国标《智能建筑设计标准》九九年十二月一日在沪审查通过。这无疑为广大电子设计人员及工程施工人员提供了标准依据。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，不断满足人们信息共享及先进的物业管理的必然要求，相信经过致力智能建筑的设计者和建设者的共同努力，不远的将来会在中国的大地上涌现出一大批智能化住宅。
个人认为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，另一面便于加强城市规划和管理。作为一个应用电子学习者，目前最迫切的任务是如何使智能小区设计的功能设定恰到好处、技术路线恰当其分，使智能住宅产品得到市场的最大认同。让我们迎接我国的智能化住宅和智能小区建设春天的到来！
由于电子音乐门铃具有铃声悦耳动听，价格低廉、耗电少等优点，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。
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。
第二章设计任务
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。
第三章硬件电路设计
3.1系统总体框图
本设计采用STC89C51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2 遥控器硬件结构图
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。
图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Dout 输出，通过红外发射管发射出去。
Dout 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：
220V
~
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。图4为2262引脚图，表1为引脚介绍。
图4 管脚图
SC2262的电源端与发射模块的电源端受制于热释电模块，一旦发现异常就会开启SC2262芯片与发射模块的电源，一但SC2262芯片工作则会把已经固定的编码信号通过发射电路发送出去。其原理图如图5所示。
62
A T A D
图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6所示。
图6数据解码与接收电路
3.5 主控电路设计
STC89C51为主要的中央处理系统，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，这些元件包括中央处理器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）STC89C51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）STC89C51RC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）STC89C51单片机的引脚说明：
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
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。STC89C51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。
STC89C51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STC89C51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STC89C51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7所示。
图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。
STC89C51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STC89C52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8所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。
图8单片机最小系统原理框图
(1) 时钟电路
STC89C51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2-4所示。在STC89C51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9 STC89C51内部时钟电路
(2) 复位电路
当在STC89C51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10k Ω。
图10 STC89C51复位电路
（3） STC89C51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11为整个中断响应和处理过程。
图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的限制（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13 三极管引脚介绍
第四章系统软件设计
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MODEl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Keil C51
Keil C51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。Keil C51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Keil C51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Keil C51开发系统各部分功能和使用。Keil_c软件界面如图14：
图14 Keil_c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PORTEL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设计软件，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位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制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国标库）； * 方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE3f5）；
(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做为设计模版；
(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15。
图15 Prtel99SE软件界面
4.4 Protel使用常见问题
1.原理图常见错误：
(1)ERC报告管脚没有接入信号：
a.创建封装时给管脚定义了I/O属性；