毕业设计论文_基于51单片机

南京信息职业技术学院毕业设计论文作者薛亮学号*****T32 系部电子信息学院专业无线电技术题目基于单片机的家用电器远程遥控装置的设计与制作指导教师李光明评阅教师完成时间：2010年2月11日目录第1章绪论 (5)1.1 概述 (5)1.2 设计要求及主要功能介绍 (5)1.3 MCS-51系列单片机简介 (7)第2章系统总体设计 (9)2.1 系统功能模块的划分 (9)2.2 系统原理框图 (9)2.3 系统软件主要特色 (10)第3章各模块详细设计 (12)3.1 振铃检测模块的设计 (12)3.2 双音多频模块的设计 (13)3.3 自动摘机及超时挂机模块的设计 (16)3.4 语音提示模块的设计 (17)3.5 密码设置模块的设计 (21)3.6 EEPROM及看门狗模块的设计 (23)3.7 继电器驱动模块的设计 (27)3.8 系统总程序的设计 (28)第4章系统的组装、调试和测试 (30)4.1 系统的组装、调试 (30)4.2 振铃检测及自动摘机功能的测试 (30)4.3 语音及双音多频功能的测试 (30)4.4 密码设置功能的测试 (30)4.5 EEPROM密码存储功能的测试 (31)4.6 继电器驱动、电器状态显示及语音提示功能的测试 (31)4.7 超时自动挂机功能的测试 (31)第5章系统方案总评 (32)结论 (33)致谢 (33)参考文献 (33)附录A 家用电器远程遥控装置的功能及使用 (35)1 家用电器远程遥控装置的功能 (35)2 家用电器远程遥控装置的使用方法 (36)图1 家用电器远程遥控装置原理图 (38)图2 家用电器远程遥控装置印制板图 (39)图3 家用电器远程遥控装置CPLD内部电气图 (40)表1 家用电器远程遥控装置元器件清单 (41)第1章绪论1.1 概述单片机以其强大的控制能力已经被广泛应用于诸多领域，从最初的8位控制器到现在的16位、32位控制器都还有很大的发展和应用空间。

遥控技术是通过一定的手段对被控物体实施一定距离的控制，操作人员可以在远离设备的地方对设备进行操作，从而实现远程控制。

单片机技术与遥控技术结合，并利用现有的电话网路便可实现对家用电器甚至是对工厂机器的远程操作。

电话遥控作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性：电话线路各地联网，不需进行专门的布线；不占用无线电频率资源；避免电磁污染等。

本设计是利用电话的双工通信特点进行遥控的：操作者可以通过各种提示音及时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作，实现了产品的交互式与智能化。

只要您处在可拨打电话的地方，您都可以通过手机或其他方式拨打家中的电话，对家中的电器进行控制：打开电饭煲煮饭、打开空调、打开照明电灯等，让您一回到家就可轻松享受温馨的生活。

1.2 设计要求及主要功能介绍1.2.1 设计要求根据题目要求，本设计需要完成的以下几项功能：（1）家用电器电话遥控设备有程控语音接口，并接入家中电话网络中（家用电话号码即为遥控设备控制电话号码）。

（2）当振铃9~10声后，遥控设备模拟摘机，并有语音提示。

（3）遥控设备的密码有两部分组成，硬件和软件部分，遥控设备的密码由这两部分组成。

软件部分密码存入在EEPROM中，硬件密码设置在遥控机器上，共有8位二进制构成2个8421BCD码，硬件密码用户可以随时改动，当遥控者正确输入密码后，方可进入遥控状态。

（4）遥控控制时，有语音提示。

正常控制时，有语音反馈信息。

（6）有显示功能，当操作执行后，遥控装置上有发光管显示，显示电器的工作状态。

（7）有摘机后超时自动挂机功能。

（8）本设备还可以作为家庭家用电器集中控制终端使用：用电话机即可正常控制。

1.2.2 功能介绍1．遥控设备自动摘机当用户拨打家中电话时，如果无人接听会在电话振铃8至10次后自动模拟摘机。

2．语音提示功能本系统设计有语音芯片ISD1420，内录有操作提示，设备自动摘机后，每步操作都会有语音提示，使用户能够正确的进行操作，实现了良好的人机交流。

3．用户密码修改为了用户操作安全，本设备设有安全密码，密码使用8位按键开关设置。

在每次开机时且未有电话打入时即可设置密码。

8号键为功能选择键，当拨动一下时，表示需要设置密码。

然后分别拨动各位上的按键一下，代表密码各位的数字（可任意设置1～15位密码），密码设置完毕后拨动8号按键一下，表示设置结束。

4．电器状态显示功能设备的正面面板上设计有四个发光LED灯，四个灯分别代表四个家用电器，灯的亮灭代表各个电器的开与关，这就实现了电器的状态显示，方便用户查看家用电器的开关状态，直观明了。

5．超时自挂机功能为了防止用户在操作完电器后忘记挂机而影响家中电话的正常使用，同时也是为了节省打电话所带来的费用，本设备设计有超时自挂机功能：设备接通后20s内无任何操作，设备会自动挂机。

1.3 MCS-51系列单片机简介MCS51单片机的基本结构如图1所示，其基本结构包括：● 8位CPU；● 片内震荡器及时钟电路；● 32根I/O口线；● 外部存储器ROM和RAM寻址范围各为64KB；● 2个16位定时器/计数器；● 5个中断源，2个中断优先级；● 全双工串行口；● 布尔处理器。

中断系统串行接口并行接口P0~P3INT1TXD INT0RXD图1 8051单片机的基本结构8051单片机的存储器结构特点之一是程序存储器和数据存储器分开，并有各自的寻址机构和寻址方式。

这种结构的单片机称为哈佛结构单片机。

8051单片机在物理上有四个存储空间：片内程序存储器和片外程序存储器；片内数据存储器和片外数据存储器。

8051单片机有4个8位的并行接口，记作P0，P1，P2和P3，共32根口线，实际上它们就是SFR中的4个。

这4个接口特性上主要差别是P0，P2和P3都具有第二功能，而P1口只能用做I/O口。

4个口的驱动能力也是不相同。

P1，P2和P3都能驱动3个LS TTL门，并且不需外加上拉电阻就能驱动MOS电路。

P0能驱动8个LS TTL门，但驱动MOS电路时，若作为地址/数据总线，则可以直接驱动；而作为I/O口时，需外接上拉电阻才能驱动MOS电路。

第2章系统总体设计2.1 系统功能模块的划分按照设计要求，系统可以分为以下几个基本功能模块：振铃检测模块、双音多频模块、自动摘机及超时挂机模块、语音提示模块、密码设置模块、EEPROM 及看门狗模块和继电器驱动模块等。

有些模块的功能是由硬件完成，有些模块的功能由软、硬件配合完成，有些模块则是由软件、硬件、机械三部分共同完成。

将系统拆分成以上的这些基本功能模块后，再根据各个模块所要完成的功能分别去设计，也就是按照“逐步求精”的思想去设计本系统，这将使设计工作细化，也有助于制定进度安排。

2.2 系统原理框图图2 系统原理框图2.3 系统软件主要特色软件在一个智能系统中扮演着举足轻重的作用，软件设计的好坏直接关系着整个系统的性能。

目前已经有很多种嵌入式实时多任务操作系统，如：Linux、RTX51及UC/OS等，可以更有效的利用系统的各种资源，简化编程，缩短开发周期。

签于本系统采用AT89C51单片机为控制器，本身的各种资源都很有限，引入一个操作系统代价太大，所以考虑直接来优化系统的软件结构，同样可以达到“多任务” 、“实时”等要求。

单片机的开发语言主要有汇编语言和C语言，本系统选用的是C语言。

目前很多人认为汇编语言没有太多的语法，使用起来简单明了，但是对于一个较大规模的软件系统使用汇编语言开发将遇到很大的困难：开发周期长、代码可读性差、不易维护等；而C语言就克服了汇编语言的诸多缺点，和汇编语言相比，C语言的开发具有以下几个显著的优点：（1）C语言是一种结构化的编程语言，可以减轻程序员的负担，让程序员把更多的精力放在功能的实现上；（2）代码的可读性好、容易理解、结构清晰、易于维护；（3）可移植性好，因为C语言不依赖于任何一种硬件系统。

鉴于以上几点，本系统的软件部分全部采用C语言来编写。

并且使用Keil C51编译器可以产生高效、紧凑的代码，执行效率远远超过使用汇编语言编写的程序。

系统软件的流程图如图3：图3 系统软件的流程图第3章各模块详细设计3.1 振铃检测模块的设计振铃的检测是用来判断电话网络是否有电话打入并判断是否启动系统对家用电器进行遥控。

3.1.1 振铃检测模块的功能需求当用户被呼叫时，电话交换机发来铃流信号，振铃为48±3伏的正弦波，谐铃失真不大于10%，电压有效值90±15V。

振铃以5秒为周期，即1秒送，4秒断。

输入至光电耦合器。

经过光耦的隔离转换，从光电耦合器输出的波形是时通时断的近似正弦波，经过反向器及RC回路进行滤波输出方波信号。

方波信号就可以直接输人至单片机的T1中断计数器输入口，完成整个振铃音检测和计数的过程。

3.1.2 振铃检测模块原理图图4 振铃检测电路3.1.3 振铃检测模块软件设计//振铃检测子程序//主要检测是否振铃达到8次void check_ring_8(void){ TMOD=0X50; //TIMER1工作方式设定TH1=0XFF;TL1=0XF9;TR1=1; //开启计数器while(!TF1){if(P0==0x7f) //在有电话来之前检测是否修改密码{ delay(120);if(P0==0x7f){code_signal=1;///code_signal修改密码标志while(P0==0x7f);break;}}}TF1=0; //软件清除中断标志位}3.2 双音多频模块的设计双音多频模块的主要器件为MT8870，它主要用来对电话网络信号解码编码。

3.2.1 MT8870工作原理MT8870是Mitei公司生产的一种功能较强的DTMF发送与接收器。

它体积小、抗干扰性强。

晶振频率为3.58 MHz。

输出为二进制编码信号，便于与计算机接口，是目前国际流行的DTMF解码器件。

发送：当MT8870作为DTMF发送器时，数据总线Q1～Q4上四位二进制码被锁存在发送数据寄存器中，发送的DTMF信号频率由3.58 MHz的晶振分频产生。

当按下相应的键时，MT8870会按照表1输出相对应的一组高低频率的信号送到电话网络中去。

表1 MT8870解码表接收：当MT8870作为DTMF发送器时，MT8870会检测出电话网络传送来的一组高低频率信号，并按表1解码，再根据表2进行编码，编码后的数据从MT8870的数据总线Q1～Q4输出，由此便实现了解码。

3.2.2 双音多频模块硬件原理图3图5 双音多频电路3.2.2 双音多频模块有关软件设计MT_8870解码程序如下：void MT_8870(uchar *TAB) // MT_8870解码电话中输入的数字{uchar i;for(i=0;;i++){while(!start) //等待P3.2电平置高{no_signal=check_15s();if(no_signal) break;}time_no=0; //未超时而检测到信号即刻清除time_s=0; // 计时数据if(no_signal) break; //15s内没有操作就跳出循环/****************************************************/ TAB[i]=translate(); //存储MT8870解码数据while(start)；//等待一次解码过程的结束if(TAB[i]==0x0a) break;//密码含有#键即刻结束解码}}3.3 自动摘机及超时挂机模块的设计在本系统中，摘机和挂机实际上就是对家用电器控制的“开始”和“结束”：自动摘机表示系统启动控制；超时挂机表示对家用电器操作结束。