【正文】 生活的電子音樂門鈴系統(tǒng)開始進(jìn)入人們的生活，以單片機(jī)為核心的電子音樂門鈴系統(tǒng)就是其中之一。由于人們生活水平的不斷提高，越來越重視住宅的質(zhì)量、安全性以及信息的獲取和管理，這又大大促進(jìn)了電子音樂門鈴系統(tǒng)的發(fā)展。本論文介紹了一種用單片機(jī)ATmega16來控制的智能門鈴系統(tǒng)的工作原理，并給出了其完整的硬件電路和軟件的設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)方法。單片機(jī)作為小型智能化控制設(shè)備，由于其體積小、易于控制，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)已深入到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域。作為智能化的門鈴，它擁有播放音樂和報(bào)警等多種功能，實(shí)用性高，物美價(jià)廉，適用于批量化和小型化生產(chǎn)。抗干擾性：系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾性，對(duì)各類用戶的誤操作應(yīng)有提示或自動(dòng)消除的能力。先進(jìn)性：在實(shí)用的前提下，應(yīng)盡可能跟蹤國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)、信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使系統(tǒng)具有較高的性能指標(biāo)。該設(shè)計(jì)的基本原理為以ATmega16單片機(jī)作為控制單元，控制報(bào)警系統(tǒng)，由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。軟件系統(tǒng)主要用C語言程序控制單片機(jī)使其正常工作。 第4章 詳細(xì)地對(duì)各模塊的流程圖及程序進(jìn)行了敘述。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。而傳統(tǒng)的8位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。而個(gè)人電腦中也會(huì)有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。特別是在1976 年推出MCS48單片機(jī)以后的三十年中，單片機(jī)的發(fā)展和其相關(guān)的技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)次的更新?lián)Q代。以Inter 公司MCS48 為代表。這個(gè)階段的單片機(jī)普遍帶有串行I/O 口、有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)集成的RAM、ROM 容量加大，尋址范圍可達(dá)64K 字節(jié)。在此階段，盡管8 位單片機(jī)的應(yīng)用已廣泛普及，但為了更好滿足測(cè)控系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用的要求，單片機(jī)集成的外圍接口電路有了更大的擴(kuò)充。滿足模擬量直接輸入的ADC 接口；滿足伺服驅(qū)動(dòng)輸出的PWM；保證程序可靠運(yùn)行的程序監(jiān)控定時(shí)器WDT（俗稱看門狗電路）。與此同時(shí)，一些公司面向更高層次的應(yīng)用，發(fā)展推出了16 位的單片機(jī)，典型代表有Inter 公司的 MCS96 系列的單片機(jī)。因此，面對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)象，不斷推出適合不同領(lǐng)域要求的，從簡(jiǎn)易性能到多全功能的單片機(jī)系列。在這類產(chǎn)品中采用專用單片機(jī)，具有低成本、資源有效利用、系統(tǒng)外圍電路少、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。單片嵌入式系統(tǒng)的核心――單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、擴(kuò)大存儲(chǔ)容量和加強(qiáng)I/O 功能等方向發(fā)展。CMOS 化已成為目前單片機(jī)及其外圍器件流行的半導(dǎo)體工藝。采用RISC 體系結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)指令后，單片機(jī)的指令絕大部分成為單周期指令，而通過增加程序存儲(chǔ)器的寬度（如從8 位增加到16 位），實(shí)現(xiàn)了一個(gè)地址單元存放一條指令。一方面可獲得很高的指令運(yùn)行速度，另一方面，在相同的運(yùn)行速度下，可大大降低時(shí)鐘頻率，有利于獲得良好的電磁兼容效果。有的單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了專門用于變頻控制的脈寬調(diào)制控制電路PWM。 。而該系列的高端產(chǎn)品ATmega256，片內(nèi)集成了8K 字節(jié)的SRAM，256K 字節(jié)的FlashROM 和4K 字節(jié)的EEPROM。但由于EPROM 需要使用12v 高電壓編程寫入、紫外線光照擦除、重寫入次數(shù)有限等缺點(diǎn)，這給使用帶來了不便。采用OTPROM 的微控制器，其芯片出廠時(shí)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器是“空的”，它允許用戶將自己編寫好的程序一次性的編程寫入，之后便再也無法修改了。為了片內(nèi)的程序防止被非法讀出復(fù)制，新型的單片機(jī)往往采用對(duì)片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器采用加鎖保密。ISP(In System Programmable)稱為在線系統(tǒng)可編程技術(shù)。在單時(shí)鐘、單指令運(yùn)行的RISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)中，可實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)通過串行電纜對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)的在線仿真調(diào)試。采用CMOS 工藝后，單片機(jī)具有極佳的低功耗和功耗管理功能。在不需要高速運(yùn)行時(shí)，則轉(zhuǎn)入子時(shí)鐘控制下，以節(jié)省功耗。CMOS 電路的功耗與電源電壓有關(guān)，降低系統(tǒng)的供電電壓，能大幅度減少器件的功耗。目前，單片機(jī)與外圍器件接口技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方面是由并行外圍總線接口向串行外圍總線接口的發(fā)展。SOC(System On Chip)是一種高度集成化、固件化的芯片級(jí)集成技術(shù)，其核心思想是把除了無法集成的某些外部電路和機(jī)械部分之外的所有電子系統(tǒng)電路全部集成在一片芯片中。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄象機(jī)、攝象機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。(3)在家用電器中的應(yīng)用：可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。如音樂集成單片機(jī)，看似簡(jiǎn)單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機(jī)的原理），就需要復(fù)雜的類似于計(jì)算機(jī)的原理?，F(xiàn)今的單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，因此成本也相對(duì)于別的新產(chǎn)品低，同時(shí)穩(wěn)定性也會(huì)更加的好。AVR結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)主要的存儲(chǔ)空間。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引導(dǎo)Flash區(qū)(Boot FlasMemory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。這三個(gè)存儲(chǔ)器空間都為線性的平面結(jié)構(gòu)。其外部引腳封裝如圖21 所示。端口（PA7..PA0） 端口A作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。在復(fù)位過程中，即使 系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。 端口D 也可以用做其他不同的特殊功能。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。四個(gè)端口的第一功能是通用的雙向數(shù)字輸入/輸出（I/O）口，其中每一位都可以由指令設(shè)置為獨(dú)立的輸入口，或輸出口。而早期單片機(jī)I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力只有5mA，驅(qū)動(dòng)LED 時(shí)，還需要增加外部的驅(qū)動(dòng)電路和器件。程序存儲(chǔ)器Flash。一. 運(yùn)算邏輯單元ALU運(yùn)算邏輯單元ALU 的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，可對(duì)半字節(jié)（4 位）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。它可執(zhí)行置位、清零、取反等操作。取出的指令存放在指令寄存器中，然后送入指令譯碼器產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制CPU的運(yùn)行（執(zhí)行指令）。AVR 采用一級(jí)流水線技術(shù)，在當(dāng)前指令執(zhí)行的時(shí)候，就取出下一條將要執(zhí)行的指令，加上大多數(shù)AVR指令的長(zhǎng)度是一個(gè)字，就使得AVR CPU 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。AVR CPU 中的ALU 與這32 個(gè)通用工作寄存器組直接相連，為了使ALU 能夠高效和靈活地對(duì)寄存器組進(jìn)行訪問操作，通用寄存器組提供和支持ALU 使用4 種不同的數(shù)據(jù)輸入/輸出的操作方式：1. 提供一個(gè)8 位源操作數(shù)，并保存的一個(gè)8 位結(jié)果2. 提供兩個(gè)8 位源操作數(shù)，并保存的一個(gè)8 位結(jié)果3. 提供兩個(gè)8 位源操作數(shù)，并保存的一個(gè)16 位結(jié)果4. 提供一個(gè)16 位源操作數(shù)，并保存的一個(gè)16 位結(jié)果 系統(tǒng)時(shí)鐘部件1. 系統(tǒng)時(shí)鐘ATmega16 的片內(nèi)含有4 種頻率（1/2/4/8M）的RC 振蕩源，可直接作為系統(tǒng)的工作時(shí)鐘使用。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的執(zhí)行節(jié)拍就越快，處理速度也越快。2. 內(nèi)部看門狗時(shí)鐘AVR 片內(nèi)還集成了一個(gè)1MHz獨(dú)立的時(shí)鐘電路，它僅供片內(nèi)的看門狗定時(shí)器（WDT）使用。它僅僅由一片單片機(jī)芯片、兩個(gè)電阻、一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容構(gòu)成，見圖213。我們可以編寫一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，其功能讓發(fā)光二極管每間隔1 秒閃爍一次，循環(huán)往復(fù)。由于其先進(jìn) 的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。工作于16 MHz 時(shí)性能高達(dá)16 MIPS具有獨(dú)立鎖定位的可選Boot 代碼區(qū)通過片上Boot 程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程真正的同時(shí)讀寫操作 至于中斷的使用，80C51 系列硬件結(jié)構(gòu)中已保留標(biāo)準(zhǔn)中斷服務(wù)子程序的地址。具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC 兩個(gè)可編程的串行USART 6種睡眠模式: 空閑模式、ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、Standby 模式以及擴(kuò)展的Standby 模式。 0 8 MHz ATmega16L 空閑模式: mA 在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。C1，C2的典型值為20PF。s。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種功能，由上面的硬件復(fù)位后的各狀態(tài)可知寄存器及存儲(chǔ)器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能的實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟復(fù)位功能。 PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單,靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 報(bào)警頻率模塊主要包括輸入端clr、clk、sound[7…0]，輸出alarm主要是接一個(gè)發(fā)聲設(shè)備。蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理：1．壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成?！　弘姺澍Q片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場(chǎng)上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺”現(xiàn)象。非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動(dòng)的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來完成。二、從電路或軟件的角度應(yīng)解決的問題1．消除抖動(dòng)影響。為了確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。通常采用軟件延時(shí)的方法：在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序后，再確認(rèn)電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理工作，消除了抖動(dòng)的影響。通常采取的策略：?jiǎn)捂I按下有效，多鍵同時(shí)按下無效。否則的話，鍵功能程序的執(zhí)行次數(shù)將是不可預(yù)知，由按鍵時(shí)間決定。模塊的實(shí)現(xiàn)方法是先判斷是否有按鍵按下，如有按鍵按下則延時(shí)一段時(shí)間，待抖動(dòng)過去之后再讀行線狀態(tài)，如果仍有低電平行線，則確定有按鍵按下，然后產(chǎn)生一個(gè)有按鍵按下的信號(hào)。即要產(chǎn)生音頻輸出方波，首先要算出某一音頻的周期，然后將此周期除以2，得到半個(gè)周期的時(shí)間。 ： (1)要產(chǎn)生音頻脈沖，只要算出某一音頻的脈沖（1/頻率），然后將此周期除以2，即為半周期的時(shí)間，利用定時(shí)器計(jì)時(shí)這個(gè)半周期的時(shí)間，每當(dāng)計(jì)時(shí)到后就將輸出脈沖的I/O反相，然后重復(fù)計(jì)時(shí)此半周期的時(shí)間再對(duì)I/O反相，就可以在I/O腳上得到此頻率的脈沖。1/，只要設(shè)定延遲時(shí)間就可求得節(jié)拍的時(shí)間。 .把T值表建立在TABLE1，構(gòu)成發(fā)音符的計(jì)數(shù)值放在“TABLE”。 //定義數(shù)據(jù)端口為輸出 KEY_PORTO=0xF0。 //無鍵按下則返回FALSE KEY_DDR=OUT。 //延時(shí)消抖 if(Mkey_press()==TRUE) //如果有鍵按下 { do { i=(i1|i7)。 //防止讀入出錯(cuò)，加入延時(shí) keycode=KEY_PORTI。 //等待按鍵釋放（為了防止按一次，執(zhí)行多次的現(xiàn)象） Delayms(15)。 break。 break。 break。 break。 break。 break。 break。 break。 //初始化開發(fā)板 One_smg_display(8,1)。 ，第一遍音樂響完后，再次按下按鈕，第二首不同的音樂響起，以此類推，五首不同音樂循環(huán)播放，說明成功。在做本次課程設(shè)計(jì)的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)資料了。雖然過去從未獨(dú)立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。在初次交稿時(shí)，出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，后來在老師和同學(xué)的幫助下，都一一完成。在這里要特別感謝我的指導(dǎo)老師姜?jiǎng)P老師，要不是他一次次耐心的開導(dǎo)鼓勵(lì)我，讓我在一次次摔跤中站立起來，我是不會(huì)有今天這成績(jī)的，這對(duì)我今后的生活以及工作都將有很大作用。馬潮．AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.[10] 李泓．AVR單片機(jī)入門與實(shí)踐，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.[11] 沈文，詹衛(wèi)前．AVR單片機(jī)C語言開發(fā)入門與指導(dǎo)，北京：清華大學(xué)出版社，2003.[12] 周立功．AVR嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程，北京：北京航空航天大學(xué)出版社2005. [13] 黃任．AVR單片機(jī)與CPLD/FPGA綜合應(yīng)用入門，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.[14] 金春林，邱慧芳，張皆喜．AVR系列單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用，北京:清華大學(xué)出版社，2003.[15] 劉蘭香，張秋生． ATmega單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006附錄（一）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟(jì)從資本經(jīng)濟(jì)帶入到知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。而計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)革命的最重要標(biāo)志則是計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用的誕生。如果將滿足海量數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，那么則可把嵌入到對(duì)象體系(如艦船、飛機(jī)、機(jī)車等)中的計(jì)