基于单片机的门铃设计

华北理工大学轻工学院QingGongCollegeNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyEDA辅助设计结课报告项目名称：基于单片机的门铃设计专业班级：学号：姓名：成绩：一、项目说明本项目设计的是一个电子门铃，门铃在生活中应用广泛，因为其造价低廉，深受大众喜爱。本设计是利用单片机芯片控制频率，经过三极管放大给扬声器发出声音，通过按下S2键，使门铃发声，发出10个连续的嘟嘟声。S3的作用是开关门铃，门铃通电的初始状态为开启状态，当S3键按下的时候，门铃系统关闭，在关闭状态下，按动S2按钮，门铃不会发出呼叫声。再按动S3按键，门铃系统开启，此时如果按下S2键，门铃会再次发出嘟嘟声以示呼叫。二、项目原理图1、原理图P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78REST9P3.010P3.111P3.212P3.313P3.414P3.515P3.616P3.717XTAL218XTAL119VSS20P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE30EA31P0.732P0.633P0.534P0.435P0.336P0.237P0.138P0.039VCC40U1STC89C52OSC11OSC2211.0592MHzS0VCC10uFC310KR1S1S2S3VCC30pFC130pFC2GNDVCC1KR2beep123US1GNDVCCQ1GND图1项目原理图2、各部分说明（1）电源部分电源采用的是DC-002，没有采用传统的供电，程序下载，串口通信三合一模块。DC-002的作用仅仅是给电路板供电，相较传统的供电系统，降低了电路本的成本。电路原理图如下：123US1GNDVCC图2电源部分原理图（2）STC89C52芯片STC89C52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含具有如下特点：40个引脚（引脚图如图3-1所示），4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDTC）电路，片内时钟振荡器[3]。此外，STC89C52设计和配置了振荡频率可为0HZ并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图3STC89C52芯片原理图（3）单片机复位部分1）复位功能：单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始。2）复位原理：单片机复位时只要保持RST引脚接2us的高电平即可。在单片机启动0.1S后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前充的电量。随着时间的推移，电容的电压在0.1S内，从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。VCC10uFC1S110KR2GND图4复位电路原理图（4）单片机晶振部分外接晶振引脚XTAL1和TXAL2接外部晶振和微调电容的一端。振荡电路的频率就是晶体的固有频率。晶振电路结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率。晶振提高频率越高，单片机运行速度越快。单片机一切指令的执行都是建立在晶振提供的时钟频率上。图5晶振电路原理图（5）蜂鸣器部分我选用的是有源蜂鸣器，直接接上额定电源就可以连续发声，由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，我采用的是三极管来放大电流。1KR3Q1BEEP8550VCCGND图6蜂鸣器电路原理图（6）按键部分1）键盘设计：键盘在单片机应用系统中是一个关键的部件，它能实现向计算机输入数据，传送命令等功能，是人工干预计算机的主要手段。我选用的是贴片按键，只使用了两个按键，S2用来执行程序，使蜂鸣器发出嘟嘟呼叫声，S3用来开启关闭门铃系统，键盘系统设计简单，既降低了造价成本，又能满足系统所需要求。以下为按键电路原理图：S2S3图7按键电路原理图2）去抖动键盘编程中主要考虑去抖动的问题。当测试表明有键被按下之后，紧接着就进行去抖动处理。因为键是机械开关结构，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。为保证键识别的准确，在电压信号抖动的情况下不能进行行状态输入。硬件方法就是加去抖动电路，从根本上避免抖动的产生。软件消抖，在第一次检测到有键按下时，执行一段延时程序之后，再检测此按键，如果第二次检测结果仍为按下状态，CPU便确认此按键己按下，消除了抖动。三、项目中的器件及其封装1、材料清单，如表1所示。表1项目材料清单CommentDesignatorFootprintQuantityB04SOT-232TYBeepWH06-2110uf/25v5*11C1RB.2/.4130pf/50v5%C2、C308052PNPQ1TO92A1B730805FR1AXIAL-0.31SW-PBS1，S2，S3SW-PB-2763STC89C52U1PDIP40CZ1DC-002US1DIP1XTALY1HC-49S1B010805F1%R2AXIAL-0.312、项目中元器件及其封装（1）STC89C52单片机插座封装12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940图8STC89C52单片机插座封装图（2）0805电阻封装21图90805电阻封装图(3)电解电容封装21图10电解电容封装图（4）电源封装321图11电源封装图（5）蜂鸣器封装12图12蜂鸣器封装图（6）晶振封装图12图13晶振封装图（7）贴片电容封装21图14贴片电容封装图（8）贴片按键封装图12图15贴片按键封装图（9）贴片三极管封装图123图16贴片三极管封装图四、项目中完成情况1、PCB照片（1）正面照片图17PCB板正面照片（2）反面照片图18PCB板反面照片（3）成品照片图19PCB板成品照片2、SmarPDF导出图（1）整个PCB图20整个PCB导出图（2）TopLayer图21顶层导出图（3）TopOverLayer图22顶层丝印层导出图（4）BottomLayer图23底层导出图（5）BottomOverLayer底层丝印层无信息五、心得体会1、项目完成过程中遇到的问题及解决办法总体来说，此次单片机课程设计使我收获良多，虽然课程设计的过程中遇到了很多困难与问题，但我最终还是完成了设计的任务及要求。具体来说可以分为以下几点：第一：因对课本理论的掌握度不够导致编程出现错误；通过和同学商讨，网上查资料最终解决困难。第二：原理图连线时候，出现漂浮的线，通过向老师询问后解决。第三：不会布VCC的较粗的电源线，问了老师后解决。第四：不会画蜂鸣器的封装，最后上网上淘宝搜索了蜂鸣器的封装尺寸画了出来。第五：焊接板子完发现三极管的封装和器件引脚不匹配，故又买了导线进行连接，只是有点儿丑。2、项目完成过程中的收获及体会PCB的设计至今为止已经进入了令人鼓舞的阶段，在进行了长达一个月的时间的摸索与实验，使我不仅仅是对于单片机入门软件与PCB硬件的常用设计与功能，还使我对于一项设计研究的制作过程所需要的详细步骤和具体的实现方法的力度的掌握。当然在这次宝贵的课程设计活动中，经验才是对于我们最大的收获，而且还增强了自身对未知问题以及对知识的深化认识的能力，用受益匪浅这个词语来概括这次难忘的活动我觉得再合适不过了。但是，光是完成了作品还是不可以自我满足的，在从一开始的时候就怀着将作品制作得更加人性化，更加令人满意，更加地使功能完美这个最终目的下，随着对单片机和PCB这两门学科的认识加深，到达了拓展的程度，我想这个目的将在不远的时期内被实现。总之，这次设计从软件编写、调试到软硬件联机调试，我倾注了大量的时间和心血。真是曾经为程序的编写而冥思查找过，曾经为无法找出错误而郁闷苦恼过，也曾经为某一功能不能实现而犹豫彷徨过，但最终成功了。我不仅品味到了结果的喜悦，更明白了过程的弥足珍贵。