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第一章绪论1.1音乐门铃、电子密码锁简介在现代电子产品中，由于电子音乐门铃具有悦耳动听，价格低廉，耗电少等优点，在现代家居中的应用越来越流行。本毕业设计是基于单片机的“叮咚”门铃，通过单片机控制输出频率，由音频功率放大器LM386放大给扬声器，使之发出不再是单调的提示音，而是不同凡响的流行音乐旋律。当有客人来访时，按一下按钮，门铃就会奏出优美的电子音乐。而电子密码锁是一种有别于传统机械锁而且能通过密码的输入来控制电路或者是芯片工作，继而控制机械开关的闭合，从而完成开锁、闭锁任务的电子类产品。它的类别众多，既有简单的电路产品，也有基于单片机芯片的产品。现在应用比较广泛的电子密码锁是以控制芯片为核心，通过程序的编译来实现的。它的性能和安全性远远的超过了机械锁。其特点如下：（1）保密性好，编码量多，远远大于弹子锁，随机开锁成功率几乎为零。（2）密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的更替而使锁的密级下降。（3）误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。（4）无活动零件，不会磨损，寿命长。（5）使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。(6)电子密码锁操作简单易行，一学即会。因此把门铃与电子密码锁进一步结合起来，就出现了新一代多功能的语音门铃。1.2语音门铃的发展趋势近几年来，随着市场上智能化楼房的不断升温，门铃系统已作为智能化的办公室与智能化的住宅小区的一个不可分割的组成部分，被各商家和用户所接受。人们渐渐开始习惯利用门铃系统来代替传统的铁钥匙去管理各种通道门，就促使门铃系统得到了突破性的发展。从以前的“叮咚”门铃，它价格便宜，性能可靠，耗电量少，安装也简便；然后就有了音乐门铃，按下再也不是“叮咚”声，而是悦耳的音乐，让客人可以耐心的等待；现在的门铃已经出现可视门铃，在屋里屋外都有可视机，并且可以对话，通过对话，主人可以在里屋按动旋纽开门，这样主人就不用亲自出来开门了，很方便。而目前门锁主要是老式的机械式锁，这样的锁钥匙也容易丢失，人们需要携带多把钥匙，使用很不方便，况且钥匙丢失后锁的安全性就大大降低。针对这些机械锁给人们带来的不便，为满足人们对锁的应用要求，增加锁的安全性，用密码代替钥匙的密码锁诞生了。它的到来给人们的生活带来了极大地的方便和安全，有极大地市场发展前景。随着电子元件的进一步发展，电子密码锁也被研究出了很多的种类，功能也逐渐强大，使用起来更加方便自如，保护性更强，从以前的单密码输入的发展到现在的密码加上有感应功能的元器件，实现了双重的电子加密，使用者只有密码或电子钥匙其中的一个，是不能打开锁的，由于电子元器件的发展和人们对保密性要求的提高就产生了更多的电子密码锁。出于安全、方便等方面的需要许多电子密码锁已相继问世。但这类产品的特点是针对特定有效卡、指纹或声音有效，且不能实现远程控制，只能适用于保密要求高且供个人使用的箱、柜、房间等，从这可以看出组合使用电子信息是电子密码锁将来的发展的趋势。微型计算机的出现和大量使用将人类社会带入一个新的时代，单片微型计算机（简称单片机）在其中扮演着十分重要的角色。由于单片机的控制功能强大、使用灵活、体积小、可靠性高、性价比高、用以产品化等特点，近年来在智能仪器仪表、机电一体化、实时控制、分布式多机系统、家用电气等各个领域都得到了广泛的应用，对各个行业的技术改造和产品的更新换代起着重要的推动作用，对人们生活质量的提高产生了深刻的影响。传统的门铃都是叮咚声，所具备的功能较少，也比较弱，而且结构很复杂。根本不能满足这个飞速发展的社会的需要，将来的门铃将会更智能化，更人性化，满足人类各种需要。1.3本设计所要实现的目标本次设计使用TTMEL公司的AT89S51实现基于单片机的多功能的语音门铃，其主要具有如下功能：（1）当有客人来访时，按一下按钮，门铃就会奏出优美的电子音乐，每按一下就会播放不同的音乐，共编有6首电子音乐。（2）密码通过键盘输入，若密码正确，则将锁打开。（3）报警、锁定键盘功能。密码输入错误数码显示器会出现错误提示，若密码输入错误次数超过3次，蜂鸣器报警并且锁定键盘。（4）电子密码锁的设计主要由三部分组成：4×4矩阵键盘接口电路、密码锁的控制电路、输出八段显示电路。另外系统还有LED提示灯，报警蜂鸣器等。（i）密码输入功能：按下一个数字键，一个“－”就显示在最右边的数码管上，同时将先前输入的所有“－”向左移动一位。（ii）密码清除功能：当按下清除键时，清除前面输入的所有值，并清除所有显示。（iii）开锁功能：当按下开锁键，系统将输入与密码进行检查核对，如果正确锁打开，否则不打开。主要的设计实施过程：首先，选用ATMEL公司的单片机AT89C51，以及选购其他电子元器件。第二步，使用Protel99设计硬件电路原理图。第三步，使用KeiluVision4软件编写单片机的汇编及C语言程序、仿真、软件调试。第四部，使用Proteus软件进行模拟软、硬件调试。最后，联合软、硬件调试电路板，完成本次毕业设计。第二章系统方案选择与论证2.1系统基本方案2.1.1系统框图简易的语音门铃由下面几个部分组成，如图2.1所示：图2-1电子密码锁控制系晶振电路：由石英振荡器和两个一样大小的电容组成；键盘模块：由16个轻触式开关组成；单片机控制模块：由ATMEL公司生产的AT89C51作为控制模块；显示模块：采用六个数码管时时显示当前输入数据；报警模块：采用发光二极管和蜂鸣器做声光报警；语音模块：由音频放大器和扬声器组成。2.1.2各模块方案选择与论证（1）单片机的选择方案一：采用AT89C51单片机，它可以与其它51系列的单片机兼容、内部ROM全部采用FLASHROM、最高时钟频率可达24MHz且能以3V超低压工作。但不支持ISP在线编程技术、内部ROM仅为4KB不利于功能扩展。方案二：采用AT98S51单片机，它具同时被AT98C51的全部功能外，还支持ISP在线编程技术且内部ROM为8KB有利于功能扩展。（2）键盘的选择单片机AT89C51键盘模块晶振电路报警模块音频放大器扬声器显示模块方案一：使用独立式按键来控制使用独立式按键来控制数码管的显示，这样需要很多的按键，每个按键实现一个能，易于控制，程序编写简单，但是每个按键都要接上拉电阻，占用了单片机大量的I/O接口资源，要对单片机外扩I/O口，并且在电路焊接方面又不方便，还要浪费大量的资源，提高了成本。方案二：采用矩阵式键来控制把按键按行列组成矩阵，在行列交点上都对应有一个键，这样使用的按键要少，为判定有无键被按下以及被按键的位置，这种称为键扫描法。这样虽然提高了编程难度，但是节约了单片机大量的I/O口，免去了上拉电阻为焊接带来了方便，提高了整块电路板的美观度。（3）显示模块的选择方案一：数码管静态显示采用LED数码管静态显示方法，电路容易理解，驱动程序简单，但需要每个数码管都要一块74LS47来驱动显示，增高了成本，浪费系统硬件资源，而需要占用单片机多个I/O口。方案二：数码管动态显示采用LED数码管动态扫显示方法，只需一块数码管驱动器芯片和一块译码器芯片就可以驱动多个数码管，价格便宜，只需要7个I/O口就可以同时驱动8个数码管显示。硬件利用效率高，驱动程序容易理解和编程。方案三：液晶显示采用LCD液晶显示，显示的位数多，由单片机驱动。此方案有美观、显示清晰多样的优点。但同时液晶显示器的驱动程序复杂，编程困难，成本高，价格昂贵，浪费大量的资源。（4）数码管驱动选择采用74LS47驱动数码管和74LS138译码器来控制数码管的COM端，因为74LS47只能驱动共阳数码管，而74LS138的输出为低电平有效。因此，在74LS138的输出端加入反向器才可以接到数码管的COM端。方案一：74LS04芯片的选择采用74LS04芯片做反向器，74LS47是集成六反向器芯片,刚好可驱动六个数码管,但是它的输入输出引脚两边均分布,造成跳线较多给电路焊接时带来麻烦影响了整块电路的美观度。方案二：三极管的选择三极管也具有反向的功能，采用的是PNP管，电路的连接中又方便，减少了跳线提高美观度。（5）报警模块的选择方案一：采用语音报警，虽然可以使整个系统更加完美，但是会使程序更加复杂而且提高了整个系统的造价。方案二：采用发光二极管和蜂鸣器来报警，可以发出声光报警且降低了成本。（6）语音模块的选择方案一：用电阻和三极管来控制扬声器，从而发出声音。方案二：利用音频功率放大器的输出大信号和大功率，对音频信号有效不失真的进行放大以推动扬声器发出声音，少了噪声的干扰。2.1.3系统各模块的最终方案结合整个系统的功能、成本、美观度等综合考虑，用AT89S51单片机为主控模块、用4×4键盘输入、用74LS47、74LS138和三极管来驱动六个数码管做显示模块、用发光二极管和蜂鸣器做为报警模块。系统框图如图2.图2-2系统框图4×4键盘输入时钟电路声光报警LM386扬声器六位数码管显示AT89C51第三章系统主要硬件介绍3.1芯片AT89C51介绍该设计所用主要芯片是AT89C51，现对各组成部分的情况介绍如下：中央处理器，内部数据存储器，内部程序存储器，定时器，串行口，中断控制系统，以及时钟复位电路等等。3.1.1AT89C51主要功能1、为一般控制应用的8位单芯片2、晶片内部具时钟振荡器及时钟电路3、内部程式存储器（ROM）为4KB4、内部数据存储器（RAM）为128B5、外部程序存储器可扩充至64KB6、外部数据存储器可扩充至64KB7、32条双向输入输出线，且每条均可以单独做I/O的控制8、5个中断源，两个优先级嵌套中断结构9、2组独立的16位定时器10、1个全多工串行通信端口11、一个具有位寻址功能、适合逻辑运算的位处理机12、21个特殊功能寄存器3.1.2AT89C51芯片的定义与功能AT89C51芯片引脚图如图3-1所示，芯片引脚介绍如下：（1）主电源引脚Vcc（40脚）：单片机供电电源引脚，一般接+5V电源正端；Vss（39脚）：单片机供电电源引脚，一般接+5V电源地端；（2）外接晶体振荡器引脚XTAL1（19脚）：晶体1反相振荡放大器输入和内部时钟发生电路输入。XTAL2（20脚）：晶体2反相振荡放大器输出。（3）控制线ALE：地址锁存使能，ALE是英文AddressLatchEnable的缩写，表示地址锁存器启用信号。在正常情况ALE输出的信号定值为1/6振荡频率而且可以用作外部时钟或者定时。在访问外部存储器时，ALE输出的脉冲下降沿用于锁存P0口输出的低8位地址线，与P2口结合形成16位地址总线；但是每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略，这时不宜作为时钟输出。图3-1AT89C51引脚图PSEN：片外程序存储器读选通信号输出端，此为ProgramStoreEnable的缩写，其意为程序储存启用。当从外部程序存储器读取指令或常数期间，该信号在每个机器周期两次有效，通过数据总线P0口读回指令或常数。在访问外部数据存储器时，该信号将不出现。/EA：片外程序存储器选用端，低电平有效。该引脚为高电平时，访问内部程序存储器，当PC（程序计数器）值超过片内程序存储器空间是，则自动转向外部程序存储器的程序。该引脚为低电平时，只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。RST/VPD：复位/备用电源线。RST的含义为复位（RESET）,VPD的含义为备用电源，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护输入端。复位分为上电复位和系统运行中复位。最简单的复位电路形式是次引脚和Vss引脚之间连接一个约8.2千欧的下拉电阻，与Vcc引脚之间连接一个约10uF的电容，以保证可靠的复位。单片机系统正常运行时，该引脚上出现持续两个机械周期的高电平，可使单片机回复到初始状态，实现单片机的复位操作，这种形式的复位称为系统运行中复位。AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作。（4）输入/输出口PORT0（P0.0～P0.7）