單片機(jī)控制的電子門鈴系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16589單片機(jī)控制的電子門鈴系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)案例 1167911.1系統(tǒng)總體框圖 1245571.2發(fā)射電路設(shè)計(jì) 2180441.3接收電路設(shè)計(jì) 389731.4主控電路設(shè)計(jì) 476291.5放音樂驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 81.1系統(tǒng)總體框圖本次的設(shè)計(jì)的主要組成部分分別是：STC89C51單片機(jī)、電源、復(fù)位電路、晶振電路、放歌模塊和無線解碼模塊組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖該設(shè)計(jì)的遙控器的信號(hào)是由編碼芯片來進(jìn)行編碼的，發(fā)射信號(hào)是由超再生無線模塊來進(jìn)完成的。遙控器的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2遙控器硬件結(jié)構(gòu)圖1.2發(fā)射電路設(shè)計(jì)由于無線[4]信號(hào)容易受到外界因素的干擾，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，信號(hào)的傳輸不僅要采用編碼的方式，還要保證各個(gè)系統(tǒng)之間的穩(wěn)定性，SC2262經(jīng)過不同的編碼組合，可以組合出上萬的編碼，完全能夠滿足上述的條件與需求。地址編碼輸入的三種狀態(tài)分別是0、1和開路，數(shù)據(jù)輸入的兩種狀態(tài)分別是0和1。具體的狀態(tài)是由各數(shù)據(jù)、地址的接腳狀態(tài)共同決定的。SC2262集成電路用于紅外遙控[5]的芯片是SC2262-IR，該芯片的價(jià)格低廉，比較通用。該三態(tài)地址端管腳組合的地址碼多達(dá)百萬計(jì)，SC2262-IR的數(shù)據(jù)端管腳最多可有6位(D0-D5)。SC2262-IR編碼芯片的特點(diǎn)：元器件少、消耗少、CMOS工藝制造、數(shù)據(jù)可達(dá)6位、RC振蕩電阻數(shù)據(jù)可達(dá)6位，地址碼百萬計(jì)。使用較為廣泛如：酒店呼叫系統(tǒng)、電子防盜系統(tǒng)、電子遙控玩具等其它的電器遙控類型等。SC2262引腳圖如圖3所示，表1為引腳介紹。圖3管腳圖表1管腳說明名稱管腳說明A0-A111-8、10-13地址管腳，可置為(懸空)、1、0。D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端。Vcc18電源正端（＋）。Vss9電源負(fù)端（－）。TE14編碼啟動(dòng)端，低電平有效，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射。OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2電阻決定振蕩頻率。OSC2Dout1517振蕩電阻振蕩器輸出端，。編碼輸出端。SC2262編碼電路和發(fā)射模塊的電源端都會(huì)被熱釋電模塊影響，當(dāng)出現(xiàn)情況異常時(shí)，電源端就會(huì)啟動(dòng)，SC2262芯片就會(huì)開始工作就會(huì)讓發(fā)射模塊進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。SC2262編碼電路的原理圖如圖4所示。圖4編碼與發(fā)射電路圖1.3接收電路設(shè)計(jì)接收電路的設(shè)計(jì)是通過現(xiàn)有的高頻接收模塊，穩(wěn)定性較高，可以極大的減少工作量,該電路的接收模塊是超再生接收，。經(jīng)過高頻的接收和解調(diào)之后的信號(hào)是SC2262編碼集成電路編碼出來的串行信號(hào)，想要還原出控制信號(hào)數(shù)據(jù)，必須還要經(jīng)過相對應(yīng)的解碼電路解碼。SC2272就承擔(dān)起解碼任務(wù)。SC2262編碼集成電路和SC2272解碼集成電路是一對專用于的編、解碼，當(dāng)接收模塊的八位地址數(shù)據(jù)與發(fā)射模塊的八位地址數(shù)據(jù)相同時(shí)，該電路會(huì)在17管腳輸出高電平，就表明解碼成功，同時(shí)在四位數(shù)據(jù)位上輸出相對應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)，后期可以根據(jù)解碼輸出的數(shù)據(jù)位輸出控制電路。SC2272還具有暫存功能和鎖存功能，暫存功能是指當(dāng)發(fā)射信號(hào)不再發(fā)射信號(hào)時(shí)，SC2272對應(yīng)數(shù)據(jù)輸出位就會(huì)變?yōu)榈碗娖?。而鎖存功能是指當(dāng)發(fā)射信號(hào)不在發(fā)射信號(hào)時(shí)，SC2272的數(shù)據(jù)輸出端仍可以保持之前的狀態(tài)，直到新的信號(hào)輸入被接收到。為了保證正確的解調(diào)出編碼信號(hào)，接收端還需要增加一級前置放大級，來增幅輸入SC2272的信號(hào)。SC2272的輸出端是通過各種接口來控制相對應(yīng)的負(fù)載。電路圖如圖5所示。圖5數(shù)據(jù)解碼與接收電路1.4主控電路設(shè)計(jì)主控電路設(shè)計(jì)是以STC89C51單片機(jī)為主的中央處理系統(tǒng)，單片機(jī)是一種多元件微型計(jì)算機(jī)，這些元件分別是時(shí)鐘部件繼承、定時(shí)器、ROM（程序存儲(chǔ)器）、CPU（中央處理器）、中斷系統(tǒng)、RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）和I/O接口電路。單片機(jī)具有小體積、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)并且物美價(jià)廉，因此在電子技術(shù)和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，在智能儀表[6]中單片機(jī)的應(yīng)用是最多、最活躍的其中之一。在控制領(lǐng)域中,現(xiàn)如今人們更注意計(jì)算機(jī)的低成本、物體大小、高性能。（一）STC89C51主要功能、性能參數(shù)如下：（1）內(nèi)置經(jīng)典的MSC-51內(nèi)核，機(jī)器周期：普通型為12時(shí)鐘，增強(qiáng)型為6時(shí)鐘可以任意選擇；（2）頻率范圍：0~40MHZ；（3）STC89C51RC對應(yīng)Flash空間：8KB；（4）內(nèi)部存儲(chǔ)器（RAM)：512B；（5）定時(shí)器\計(jì)數(shù)器：3個(gè)16；（6）通用異步通信口（UART）1個(gè)；（7）中斷源:8個(gè)；（8）有ISP(在系統(tǒng)可編程）\IAP(在應(yīng)用可編程),無需專用編程器\仿真器；（9）通用I\O口：32\36個(gè)；（10）外形封裝：PDIP封裝。（11）具有EEPROM功能（二）STC89C51單片機(jī)的引腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口是一個(gè)8位漏級開路雙向的I/O端口，名稱為P0.0~P0.7，P0口作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。當(dāng)P0口的管腳初寫入為1時(shí)，引腳的作用就是高阻抗輸入。P1口：端口P1是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，名稱為P1.0~P1.7，該端口的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL的邏輯電平。對P1端口管腳寫入1后，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，作為輸入使用。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，名稱為P2.0~P2.7，P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，名稱為P1.0~P1.7，P3端口的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P1.0RXD（串行輸入口）P1.1TXD（串行輸出口）P1.2/INT0（外部中斷0）P1.3/INT1（外部中斷1）P1.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P1.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P1.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P1.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）當(dāng)I/O端口作為輸入端口時(shí)，有兩種讀取模式：讀取端口和讀取引腳。讀端口時(shí)，事實(shí)上并不會(huì)從外部讀入數(shù)據(jù)，但是在經(jīng)過一些操作或轉(zhuǎn)換后，端口鎖存器的內(nèi)容就會(huì)被讀入到內(nèi)部總線，然后再寫回到端口鎖存器，僅當(dāng)讀取端口時(shí)，外部的數(shù)據(jù)才能夠?qū)嶋H的讀入內(nèi)部總線。RST：復(fù)位信號(hào)輸入端：需要在振蕩器復(fù)位器件時(shí)，給復(fù)位端加上一個(gè)短暫的高電平可使單片機(jī)的程序復(fù)位。ALE/PROG：作用是用來地址鎖存的，用來鎖存P0端口送出的低8位地址新用戶。/PSEN：為外部程序存取器。在程序存取指令時(shí)，周期內(nèi)每臺(tái)機(jī)器兩次/PSEN有效。/EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)，在低電平有效。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。STC89C51單片機(jī)正常工作時(shí)復(fù)位端電壓應(yīng)該保持在低電平狀態(tài)，當(dāng)該單片機(jī)的RST引入高電平，單片機(jī)的內(nèi)部就會(huì)執(zhí)行復(fù)位操作，通過撥動(dòng)按鍵開關(guān)，把電容直接短路，電源電壓加在電阻兩端，單片機(jī)復(fù)位端即可得到一個(gè)短暫的高電平而復(fù)位。最小系統(tǒng)電路如圖6所示。圖6單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、電源、晶振電路、復(fù)位電路。單片機(jī)復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)都是在最小系統(tǒng)為核心部分，再對最小系統(tǒng)進(jìn)行A/D擴(kuò)展和存儲(chǔ)擴(kuò)展進(jìn)行的。

STC89C51是一種低功耗、高性能并且片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，選擇該芯片所構(gòu)成的最小系統(tǒng)電路更加穩(wěn)定，性能更高；最小的系統(tǒng)電路是由單片機(jī)與時(shí)鐘和復(fù)位電路相連接，最小系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖(1)時(shí)鐘電路時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生一般由2種方式，分別是內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘是利用單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器然后在XTAL1和XTAl2兩端接接晶振就能構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器；外部時(shí)鐘是利用外部振蕩脈沖接入XTAL1或XTAL2，時(shí)鐘電路的結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。圖8STC89C51內(nèi)部時(shí)鐘電路(2)復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能就是在該系統(tǒng)上電時(shí)提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使該系統(tǒng)內(nèi)部的電源保持穩(wěn)定，在穩(wěn)定后復(fù)位信號(hào)就會(huì)消失不見。復(fù)位電路一般上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位電路原理是2μs以上的電平信號(hào)被單片機(jī)RST引腳接收到，只要保證電容的充放電的時(shí)間大于2μs，就能保證實(shí)現(xiàn)復(fù)位。除了上電自動(dòng)復(fù)位外，有的時(shí)候還需要按鍵來使系統(tǒng)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)使用的就是按鍵復(fù)位的方式。按鍵復(fù)位是通過按鍵使電容處于一個(gè)短路的電路中釋放電能來加大電阻兩端的電壓來進(jìn)行復(fù)位操作。這次的復(fù)位操作是因?yàn)镽ST（9）端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵復(fù)位電路圖如圖9所示。圖9STC89C51復(fù)位電路（3）STC89C51中斷技術(shù)概述中斷技術(shù)[8]中的中斷就是“打斷”的意思，主要是用應(yīng)于“實(shí)時(shí)監(jiān)測”與“控制”，中斷的決定條件就是允許中斷的發(fā)生和發(fā)生條件，有了中斷就可以使單片機(jī)不用頻繁的查詢條件，就可以極大的提高單片機(jī)的工作效率，又能夠隨時(shí)的相應(yīng)中斷的要求。這些都是依靠片中斷系統(tǒng)來完成的。當(dāng)接收到中斷請求時(shí)，中斷的請求如果被中斷系統(tǒng)所允許，單片機(jī)就會(huì)先處理中斷請求然后再回頭處理主程序的斷點(diǎn)繼續(xù)工作。如果單片機(jī)沒有中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的大量時(shí)間可能會(huì)浪費(fèi)在查詢是否有服務(wù)請求發(fā)生的定時(shí)查詢操作上。不如采用中斷技術(shù)會(huì)極大的提高單片機(jī)的工作效率和大量的時(shí)間。1.5放音樂驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)播放模塊是由三極管和電阻驅(qū)動(dòng)構(gòu)成，三極管將信號(hào)放大，然后傳輸?shù)嚼?，喇叭它幾乎不存在噪聲，音響效果較好。聲音驅(qū)動(dòng)電路如圖10所示：圖10聲音驅(qū)動(dòng)電路聲音驅(qū)動(dòng)電路三極管：它的作用是把小信號(hào)放大成大信號(hào)，可用作無觸點(diǎn)開關(guān)，有三個(gè)極分別叫做集電極a、基極b、發(fā)射極e。排列方式有NPN和PNP兩種。下面我僅參考NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來闡述三極管放大電路的基本原理。（1）電流放大以共發(fā)射極的放大電路為例，即信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地，當(dāng)基極的電壓U1有很小變化的時(shí)候，基極的電流I1也會(huì)隨著電壓U1的變化而變化，在集電極電流I2受到基極電流I1的控制會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流I1越大集電極的電流I2也會(huì)越大，反之亦然；也就是說基極電流控制集電極電流的變化。但在集電極電流的變化比集電極電流的變化大得多，這就是三極管的放大電流作用，I1的變化量與I2的變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)α（α=ΔI1/ΔI2;Δ表示變化量），三極管的放大倍數(shù)α的數(shù)值一般在幾十到幾百倍。如果電流I2流過一個(gè)電阻R，那么也可以根據(jù)U=IR可以得到一個(gè)放大的電壓，這是三極管的放大電壓作用。三極管在放大信號(hào)的時(shí)候?yàn)榱朔乐狗糯笫д?，就需要擁有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫做建立偏置電路，所以需要考慮偏置電路存在的必要性。（2）偏置電路在實(shí)際的放大電路中，如果不加偏置電路的話，基極的電壓必須要超過三極管的閥值電壓，這是因?yàn)槿绻妷哼_(dá)不到閥值電壓的話，基極的電流就會(huì)被默認(rèn)為沒有電流，這樣的話基極的電流不會(huì)發(fā)生變化，就達(dá)不到放大的目的了，三極管的BE呈現(xiàn)非線性，所以在考慮到這種情況的發(fā)生，我們需要在三極管的基極增添一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娏鳎涂梢员ＷC這個(gè)電流與小信號(hào)相互疊加的時(shí)候，就能達(dá)到使基極的電流發(fā)生變化，從而使集電極的輸出被放大，就起到了放大的效果，還有一重原因是如果不增添偏置電路的話，集電極的電路電流就是零，無法在減少了，信號(hào)減小，集電極就不反應(yīng)，但是加上了偏置電流，讓集電極事先擁有一定的電流，集電極的電流就能夠減少，這樣就不僅僅能夠放大信號(hào)，還可以在輸入的集電極減少時(shí)，減小的信號(hào)也能放大，所以偏置電路是必要性的。偏置電路的存在是為了使電路能正常工作的附加電路，為了達(dá)到某些條件而設(shè)置的電路稱為偏置電路。（3）開關(guān)作用關(guān)于三極管的飽和情況，是因?yàn)殡娮枋枪潭ǖ闹?，所以最大電流為電源電壓與電阻的比值，集