基于AT89S52智能家居背景音乐控制器的设计与实现

论文导读：但背景音乐控制器的选择给人们带来一些问题，市面上的控制器要么价格便宜，但功能单一，要么功能完备，价格不菲。为此本文提出一种功能完备适合居家使用的智能家居背景音乐控制器的设计与实现方案。音频外理电路由音频处理器及其外围电路构，处理器选用的是仕栏电子公司的SC7313数控音频处理器，该芯片采用高性能的COMS工艺技术，具有低失真、低噪声和低直流电平漂移特，能实现音量、音调、平衡度和响度控制功能，最多可输入3路音频信号，4声道输出，其控制方式采用IIC总线接口方式。
关键词：AT89S52单片机，SC7313，智能家居，背景音乐控制器，IIC接口技术

　　1 引言
　　随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高，更加注重家庭氛围的营造，背景音乐系统已被广泛应用于千家万户。但背景音乐控制器的选择给人们带来一些问题，市面上的控制器要么价格便宜，但功能单一，要么功能完备，价格不菲。为此本文提出一种功能完备适合居家使用的智能家居背景音乐控制器的设计与实现方案。
　　智能家居背景音乐控制器采用全数字化设计理念，操作方便，支持机身按键、红外遥控、计算机通讯等多种操作控制方式；内部集成FM调频收音机功能；支
　　持定时开关机和背景音乐定制功能。论文检测。与传统的家庭背景音乐组合相比，极大的方便了用户的使用，更加符合现代人们对家居设备的使用要求。论文检测。
　　2 系统硬件分析与设计
　　智能家居背影音乐控制器的基本功是：可输入三路独立的音频信号，对音频信号进行音量、音调、平衡度和响度的控制，所有的控制均通过可与微机连接的串行IIC总线来操作；系统具有良好的人机界面，用户可通过PC机、遥控或系统自带的键盘实现操作；FM收音机功能；系统参数存储等功能；实时时钟功能，可实现系统的定时开关机和输入信号定制功能。为了达到系统总体功能要求，采用了模块化的设计思想，将系统分为主控电路、键盘接口电路、红外接收电路、音频处理电路、实时时钟电路、数据存储电路、FM收音机电路、液晶显示电路、继电路控制电路等几个部分。
　　2．1主控电路
　　 主控电路：该部分是智能数字功放的核心，该部分主要处理各种信息，接收用户操作指令并控制各个电路进行工作。其中主要的处理事件有接受PC机、遥控或键盘的操作信号，进行相关外理，与232串行通讯接口电路相连，接受PC发送过来的操作指令，与红外接收电路相连，接受红处遥控发送的操作指令，与键盘电路相连，读取键盘的操作信息；主控电路与音频控控制及功放电路进行通讯，选择外部分输入的音频信号，并对其进行音量、音调、平衡度和响度的控制；与万年历时钟电路通信，可获得时实时钟数据；与数据存储电路相连，将系统的相关参数进行存储；主控电路与FM收音机电路相连，可控收音机电路进行工作，并将接收到的电台信号作为一路输入信号送给音频处理电路；与液晶显示电路相连，主要显示当前用户操作信息和系统信息；与继电路控制电路相连主要实现系统的定进开关机功能。
　　 在实现过程中，本文选用AT89S52作为控制MCU，该处理器是低功耗，高性能的8位微处理器，且该处理器有8K的FALSH EPROM。该处理器与相关电路的连接系统框图如图1所示。
　　
　　图1 智能数字功放系统框图
　　在该系统中，MCU的P3.2为红外信号接收线，P1口、P30、P31为键盘控制线，P33、P34继电路控制电路控制线，P0口、P25、P26、P27为液晶显示数据、控制线，系统中数据存储电路、实时时钟电路、FM收音机电路、音频控制电路均采用IIC总线接口，共用P22、P23引脚。
　　2．2 红外接收电路
　　遥控信号使用一体化红外接收头进行接收，当接收到遥控信号，接收头解码输出一连窜标准的5V和0V的高地电平。一帧红外数据包括引导码、用户码、数据码和反数据码，编码总占32位。数据反码是数据码反相后的编码，编码时可用于数据的纠错。一帧完整的数据如图2所示。用户码或数据码的每一位都采用脉冲位置调制方式编码（即0和1的高电平脉宽不变，为0.56ms。位0的低电平脉宽为0.565ms,而位1的低电平脉宽为1.69ms），实现“1”和“0”的区分。红外解码数据直接送至单片机P32（外部中断0引脚），根据脉冲位置调制编码的特点，可以使用单片机外部中断的边沿触发方式，每一位编码的下降沿触发中断，并启用单片机定时功能，计时比较下降沿低电平的脉冲脉宽度即可识别编码数据的1和0，实现遥控信号的解码。
　　
　　图2红外信号数据编码格式
　　2．3音频处理电路
　　音频处理电路包括音频外理电路和功率放大电路二部分。音频外理电路由音频处理器及其外围电路构，处理器选用的是仕栏电子公司的SC7313数控音频处理器，该芯片采用高性能的COMS工艺技术，具有低失真、低噪声和低直流电平漂移特，能实现音量、音调、平衡度和响度控制功能，最多可输入3路音频信号，4声道输出，其控制方式采用IIC总线接口方式。音频外理电路如图3所示，通过J304接口，串行时钟端（SCL）与单片机的P20相连，串行数据端（SDA）与P21相连。
　　
　　 图3 音频处理电路
　　2．4数据存储电路
　　智能家居背景音乐控制器在每次开机后需要从存储电路中读取系统设置参数，保证系统处在正常的工作状态；在使用过程中，及时的存储用户的相关操作，以便下次开机系统工作在相同模式。同时为了实现系统掉电后数据仍被保存，为此，文中选择用了IIC控制总线芯片（AT24C02）作为数据存储电路。由于和音频外理器采用同一总线结构，为了节约IO口线，简化电路连接，存储电路与音频外理电路共用IO控制口，串行时钟端（SCL）与单片机的P20相连，串行数据端（SDA）与P21相连，写保护端（WP）直接接地。在工作过程中，系统参数的读写和存储实际上是对AT24C02进行读写(开机后读出数据，设置后写入数据)。AT24C02的读写操作分为当前地址单元读、随机读、顺序读，写操作分为字节写和页写，其中随机读的时序如图4所示，按字节写的时序如图5所示。
　　
　　 　　 图4 随机读的时序图
　　
　　 图5 按字节写时序图
　　2．5 FM收音机电路
　　当智能家居背景音乐控制器没有外接音频信号源时，FM收音机电路可接收调频收音机信号作为输入信号，本文选用了RDA5807P作为收音解码芯片，可接76MHz_108MHz频段的调频收音机信号。RDA5807可提供IIC总线和SPI总线的两种不同的接口控制模式，为了电路连接和编程控制简单，文中选用了和AT24C02存储器、SC7313音频处理器控制总线相同IIC总线接口模式，共用控制总线。串行时钟端（SCL）与单片机的P20相连，串行数据端（SDA）与P21相连，左右声道输出端（L-OUT、R-OUT）与SC7313的音频输入通道3（L3、R3）相连。
　　5807P Mode有5种状态：复位初始化（Reset&Initial）、设置频点（Tune）、搜台（Seek）、工作（Working）、休眠（Sleep）。在芯片上电和复位后，软件通过编写ENABLE（02H，bit 0）寄存器，将其置为1，即可使RDA5807P进入上电状态。软件通过编程相应寄存器，即可使RDA5807P进入Tune或Seek状态，这些操作之后，RDA5807P进入正常工作状态（Working）。软件通过将ENABLE置为0，可使RDA5807P进入睡眠状态，此时所有寄存器值保持不变（与未睡眠之前相同）。在睡眠状态时，软件可通过编写ENABLE为1，即可将RDA5807P回到正常工作状态,如图6所示。
　　
　　图6 RDA5807P的状态转移图
　　2．6 自动开关机控制电路
　　智能家居背景音乐控制器可实现定时开关机功能，并且根据用户的设定还可以定时播放某一通道的音乐、定时收听电台节目。自动开关机功能是主控电路MCU不断读取系统当前时间，与用户设定的开机关时间进行比较，当两个时间值相同时，控制继电器的通断来控制除主控电路以外的电路的供电，实现在自动开关机功能。自动开关机控制电路如图7所示，在设计该电路时，考虑系统与其它音源设备协同工作，所以提供了两路开关控制电路，除了控制本机的相关电路工作外，还可以扩展控制音源设备的电源通断，实现其定时开关机。当MCU读到当前系统时间与用户设定的开机时间相同时，MCU的P34输出低电平，三极管Q201饱和导通，继电器吸合，各工作电路得电开始工作。定时关机控制与之类似。
　　
　　图7继电器控制电路
　　3 系统软件设计
　　有了2.1节设计的硬件以后，要使系统正常的工作还需要相关的软件支持。论文检测。在此由于篇幅的原因只给出系统流程图，如图8所示：
　　
　　图8系统流程图
　　4、结束语
　　本文首先以模块化的桔构详细设计硬件的各个模块，并对关键信号进行了具体分板析，然后针对硬件系统给出相应的软件流程图。通过对该系统的设计与实现为人们在家居背影音乐控制的设计与应用提供了一定的帮助。

参考文献：
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[3]张敏，刘小俊，单联海.智能家居系统研究[J].中国水运，2007，（08）