1、 摘 要 伴随着科学技术的 飞速发展，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一个角落，智能 门铃系统进入住宅，它正全方位地改变人类的社会生活， 给人们带来便利 。由于人们生活水平的不断提高，越来越重视住宅的质量、安全性以及信息的获取和管理，这又大大促进了智能门铃系统的发展。各种方便于生活的智能门铃系统开始进入人们的生活，以单片机为核心的智能门铃系统就是其中之一。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果；它更让我们懂得，数字时代的发展将改变人类的生活，将加快科学技术的 发展。 单片微型计算机简称单片 机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、CPU、随机存取存储器 RA
2、M、只读存储器 ROM、 I/O 接口电路、定时器 /计数器以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机主要应用于控制领域，由于其具有可靠性高、体积小、价格低、易于产品化等特点，因而在智能仪器仪表、实时工业控制、智能终端、通信设备、导航系统、家用电器等自控领域获得广泛应用。 智能门铃系统是应用了单片机编程技术 、 串行通信而设计的一种电控信息管理的智能系统。本论文介绍了一种用单片机 Atmega16 来控制的智能门铃系统 的工作原理，并给出了其完整的硬件电路和软件的设计方案与实现方法。 通过对“智能门铃系统”课题的学习和设计，使我了解 89C51 单片机的特性；进一
3、步的掌握了单片机进行多机通信的原理，对以后的学习和工作做了一个很好的铺垫。 关键词 ： Atmege16， 单片机 ， 智能门铃 1 Abstract With the rapid development of science and technology, information and intelligence of wave is engulfing the world each corner, intelligent doorbell systems into a house, it is all-around change human social life and bring co
4、nvenience to people. As people living standard rise ceaselessly, pay more attention to the quality, safety and residence of the acquisition and management information, it greatly promote the development of intelligent doorbell system. All sorts of convenience in life of intelligent doorbell system b
5、egan to enter into peoples life, based on singlechip intelligent doorbell systems is one of them. It practical strong, the function is all ready, advanced technology, make people believe that this is the results of scientific and technological progress; It more let us know, digital age development w
6、ill change human life, it will speed up the development of science and technology. The single chip computer abbreviation microcontroller. It is composed of the microcomputer, each function components: the central processor, the CPU, random access memory (RAM and ROM ROM, I/O interface circuit, timer
7、/counter and serial communication interface, production in a piece of integrated chip, constitute a complete microcomputer. Intelligent doorbell system is applied the microcontroller programming technology, serial communication and design a electronic information intelligent management system. This
8、paper introduces a kind of MCU Atmega16 to control the working principle of intelligent doorbell system, and given its complete hardware circuit and software design and realization. Through the “intelligent doorbell system“ topic study and design, make me understand the characteristics of 89C51; Fur
9、ther grasp on the single-chip computer communication principle, more on the later study and work to make a very good matting. Keywords: Atmege16, microcontroller, intelligent the doorbell 2 摘 要 . 0 第一章、绪论 . 3 1.1 智能门铃设计的意义 . 3 1.2 智能门铃设计的原则 . 3 1.3 研究内容及步骤 . 4 1.4 设计要求 . 4 第二章、单片机简介 . 5 2.1 单片机定义 .
10、5 2.2 单片机应用领域 . 6 2.3 AVR 单片机介绍 . 7 第三章 、电子门铃的硬件设计 . 15 3.1 电路原理图 . 15 3.2 音频放大电路的设计 . 15 3.3 LM386 芯片的介绍 . 16 3.4 键盘电路的设计 . 19 3.5 系统板上硬件连线 . 19 第四章、电子门铃的软件设计 . 19 4.1 设计程序框图 . 19 4.2 方波输出软件分析 . 21 4.3 按键电路设计： . 21 第五章、检测与调试 . 23 5.1 硬件调试 . 23 5.2 软件调试 . 23 总 结 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附录一、电子门铃设计原理图
11、 . 27 附录二、程序代码 . 28 3 第 一 章 、 绪论 1.1 智能门铃设计的意义 单片微机的出现是计算机技术发展史上的一个重要的里程碑，它让计算机从海量的数值计算进入到智能化控制领域。作为 21 世纪的工科大学生，不仅要熟练地使用通用微机进行各种数据处理，还要把计算机技术运用到专业领域或相关领域，即具有“开发”能力。随着技术的发展，单片机作为小型智能化控制设备得到了越来越多的用途 ，特别是以单片机为核心的控制设备得到了实用性的发展，越来越用于社会和大众生活。 本设计 就是在 Atmege16 单片机的基础上将传统门铃智能化，以方便社会和大众生活，作为智能化的门铃 ， 实用性高，适用
12、于批量化和小型化生产。 1.2 智能门铃设计的原则 可靠性：系统应保证长期安全地运行。系统中的硬软件及信息资源应满足可靠性设计要求。 安全性：系统应具有必要的安全保护和保密措施。 抗干扰性：系统应具有较强的抗干扰性，对各类用户的误操作应有提示或自动消除的能力。 适应性：系统应对不断发展和完善的统计核算方法、调查 方法和指标体系具有广泛的适应性。 可扩充性：系统的硬软件应具有扩充升级的余地，不可因硬软件扩充、升级或改型而使原有系统失去作用。 实用性：注重采用成熟而实用的技术，使系统建设的投入产出比最高，能产生良好的社会效益和经济效益。 先进性：在实用的前提下，应尽可能跟踪国内外最先进的计算机硬软
13、件技术、信息技术及网络通信技术，使系统具有较高的性能指标。 易操作性：贯彻面向最终用户的原则，使用户操作简单直观，易于掌握。 4 1.3 研究内容及步骤 目前，单片机越来越广泛的运用到社会的各个领域，其中运用比较多的主要 在大众生 活方面、以单片机为控制中心的智能小系统。在本设计中， 采用了单片机控制多模块设计，便于检查和维修。 一个完整的电子门铃相当于一个简单的单片机系统，该系统有电子门铃设计电路、单片机、显示电路等构成。单片机是集成的 IC 芯片，只需根据实际设计要求选型。其他部分都需要根据应用要求和性能指标自行设计。 1.4 设计要求 当按钮 S1 按下时，扬声器用 700Hz 信号响
14、500ms， 500Hz 信号响 500ms 交替发出门铃声。当应答按钮 S2 按下，或扬声器发声 6 秒后，停止发声。定时器 T0 和 T1 都工作在方式 1，从而实现电子门铃的设计 5 第二章、单片机简介 2.1 单片机定义 单片机是指一个集成在一块 芯片 上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： CPU、 内存 、内部和外部 总线 系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、 定时器 ，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成 在一块芯片上。 单片机也被称为微控制
15、器 ，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系 统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位
16、单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。 90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM系列的广泛应用， 32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至 1 美元，最高 端的型号也只有 10 美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机
17、上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于 嵌入式系统 ，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1-2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的 单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 PC 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。 6 2.2 单片
18、机应用领域 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不 用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： (1)在智能仪器
19、仪表上的应用 ： 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的 传感器 ，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控 制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（ 功率计 ， 示波器 ，各种分析仪）。 (2)在工业控制中的应用 ： 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 (3)在家用电器中的应用 ： 可以这样
20、说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 (4)在计算机网络和通信领域中的应用 ： 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型 程控交换机 、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 （ 5） 单片机在医用设备领域中的应用 ： 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，
21、超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 （ 6） 在各种大型电器中的模块化应用 ： 某些专用单片机设计用于实 现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯7 片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于 ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。 现今的单片机技术已经相当
22、成熟，因此成本也相对于 别的新产品低，同时稳定性也会更加的好。基于这些考虑，本设计使用 具有精简指令集的 AVR 单片机 进行控制。 2.3 AVR 单片机介绍 AVR 单片机是增强型内置 FLASH 的 RISC(ReducedInstruction Set CPU)精简指令集高速 8 位单片机，硬件采用哈佛 (Harward)结构，达到一个时钟周期可以执行一条指令，绝大部分指令都为单周期指令。支持在系统编程 ISP，其中 MEGA 系列还支持在应用编程 IAP。内置的 FLASH 程序存储器可擦写 1 000 次以上，给用户的开发生产和维护带来方便。可擦写 10 万 次的 E2PROM，为
23、掉电后数据的保存带来方便。 AVR 单片机有丰富的片内资源，如 RTC， WATCHDOG， AD 转换器， PWM， USART， SPI， TWI 接口等， I O 口功能强、驱动能力强。 Atmege16 就是基于 AVR 指令集的高速低功耗处理器： 2.3.1Atmega16 特点： 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微处理器 先进的 RISC 结构 131 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32 个 8 位通用工作寄存器 全静态工作 工作于 16 MHz 时性能高达 16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器 非易失性程序和数据存储器 16K 字节的系统内可编程 Flash
24、 具有独立锁定位的可选 Boot 代码区 通过片上 Boot 程序实现系统内编程 真正的同时读写操作 512 字节的 EEPROM 8 1K 字节的片内 SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 JTAG 接口 ( 与 IEEE 1149.1 标准兼容 ) 通过 JTAG 接口实现对 Flash、 EEPROM、熔丝位和锁定位的编程 外设特点 两个具有独立预分频器和比较器功能的 8 位定时器 / 计数器 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 / 计数器 具有独立振荡器的实时计数器 RTC 四通道 PWM 8 路 10 位 ADC 8 个单端通道 两个可编程的串行 U
25、SART 可工作于主机 / 从机模式的 SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比较器 特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的 RC 振荡器 片内 / 片外中断源 6 种睡眠模式 : 空闲模式、 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电 模式 2.3.2 单片机引脚 VCC 数字电路的电源 GND 地 端口 A(PA7.PA0) 端口 A 做为 A/D 转换器的模拟输入端。端口 A 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输
26、出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 A 处于高阻状态。 端口 B(PB7.PB0) 端口 B 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流 。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 B 处于高阻状态。端口 B 也可以用做其他不同的特殊功能 见表 1.1 所示： 端口 C(PC7.PC0) 端口 C 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输9 出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被
27、外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 C 处于高阻状态。如果 JTAG 接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。 端口 D(PD7.PD0) 端口 D 为 8 位双向 I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 D 处于高阻状态。 RESET 复位输入 引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。 持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。 XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。 XTAL2 反向 振荡放大器的输出端。 AVCC AVCC 是端口 A 与 A/D 转换器的电源。不使用 ADC 时，该引脚应直接与 VCC 连接。使用 ADC 时应通过一个低通滤波器与 VCC 连接。 AREF A/D 的模拟基准输入引脚。 Atmeg16 的引脚图如图 1-1 所示： 图 2-1 atmeg16 引脚图
