基于单片机的智能家居门铃系统设计

1、基于单片机的智能家居门铃系统设计点击链接下载protues仿真设计资料：https://download.csdn.net/download/m0_51061483/92081509

2、系统总体概述
2.1 设计背景与应用意义
随着智能家居的普及，家庭入口的交互设备逐渐从传统机械门铃升级为具备多模式控制、个性化铃声、可视化显示、智能联动等功能的电子门铃系统。传统门铃通常结构简单：按键按下即触发固定的铃声或电铃震铃，缺点是铃声单一、无法区分访客类型，也不具备用户可调节能力；在一些场景中（例如老人家庭、办公室、宿舍等），用户更希望门铃能支持多种铃声，按需选择更柔和或更响亮的提示音，同时希望能够快速操作且提供直观反馈。

本设计提出一种基于单片机的智能家居门铃系统，通过一个按键实现门铃铃声类型选择、模式切换和响铃控制；通过蜂鸣器输出不同音调组合模拟多种门铃效果；并利用数码管实时显示当前选择的铃声类型编号。系统还支持两种模式：正常模式下短按触发一次响铃，并实现“3秒内连续短按5次触发1分钟长响铃”的特殊功能；类型选择模式下长按进入、短按循环切换铃声类型、再次长按退出。

这种设计既保留了门铃操作的直觉性，又在有限硬件成本下实现了智能化体验，适用于家庭门铃、办公室提示器、宿舍提醒器、儿童房呼叫铃等应用场景。

2.2 系统需求与设计目标
本系统的主要目标包括：
（1）单键实现多功能：短按触发一次响铃；特定时间窗口内多次短按触发长响铃；长按实现模式切换。
（2）铃声类型可选择：至少5种不同铃声，铃声通过蜂鸣器不同音调与节奏组合实现。
（3）数码管实时显示：显示当前铃声类型编号，直观易读。
（4）模式清晰可靠：正常模式与类型选择模式逻辑明确，具有防抖、误触防护与状态提示。
（5）系统稳定性：按键识别准确，蜂鸣器播放不中断或可控中断，数码管刷新无明显闪烁。

2.3 系统总体结构
系统可分为以下模块：
（1）单片机控制核心：完成按键扫描、模式控制、铃声播放调度、显示刷新、定时计数等。
（2）按键输入模块：一个物理按键，支持短按、长按识别以及多次短按统计。
（3）蜂鸣器输出模块：被动蜂鸣器或有源蜂鸣器（推荐被动蜂鸣器以实现多音调），通过PWM/定时器输出不同频率音调。
（4）数码管显示模块：1位或2位数码管（本系统显示铃声类型编号，可用1位显示1~9；若类型超过9可用2位显示），采用动态扫描或静态驱动。
（5）电源与保护模块：为单片机与外设提供稳定电源，并抑制干扰。

在软件层面，系统采用“定时器节拍 + 状态机”实现功能：

• 使用定时器产生1ms或10ms系统节拍，用于按键去抖、长按计时、3秒窗口判断、蜂鸣器音符节奏控制、数码管动态扫描。
• 使用状态机管理两种工作模式（正常/选择），并对短按/长按事件分别处理。

3、系统功能设计详解
3.1 门铃声选择功能设计
3.1.1 铃声类型与编号规则
系统至少支持5种铃声类型，每种铃声通过若干“音符（频率）+持续时间”的组合构成。铃声编号建议从1开始，例如：
（1）铃声1：经典“叮咚”双音
（2）铃声2：三连音短促提示
（3）铃声3：上行音阶模拟欢快提示
（4）铃声4：下行音阶模拟柔和提示
（5）铃声5：长音+短音组合模拟商务提示
可扩展到6、7、8种铃声，只需在软件中增加音符序列即可。

3.1.2 选择方式
在类型选择模式下，短按按键使铃声类型编号循环加1：

• 当前类型从1递增到N
• 超过N后回到1
  每次切换后数码管立即更新显示，以便用户确认。为了提升交互体验，还可以在切换时播放一个极短提示音（如“滴”），但需要避免与门铃声混淆。

3.2 蜂鸣器播放功能设计
3.2.1 蜂鸣器选型与播放方式
蜂鸣器分为：
（1）有源蜂鸣器：输入高电平即可发出固定频率声音，不能播放不同音调，不适合多铃声。
（2）被动蜂鸣器：需要外部PWM/方波驱动，可输出不同频率音调，适合模拟多种铃声。

本系统要求通过不同音调模拟多铃声效果，因此推荐使用被动蜂鸣器。单片机通过定时器输出PWM方波到蜂鸣器驱动端，改变PWM频率即可改变音调。

3.2.2 铃声的音符模型
铃声可抽象为“音符序列”，每个音符包含：

• frequency：频率（Hz），0表示静音/间隔
• duration：持续时间（ms）
  系统播放时按照顺序输出频率并保持对应时间，直到序列结束。

这种模型优势是：
（1）铃声数据结构清晰，易扩展。
（2）播放控制统一，避免每种铃声写大量硬编码延时。
（3）可做音量与节奏参数调整（例如整体加快或减慢）。

3.3 数码管实时显示功能设计
数码管显示当前铃声类型编号，便于用户识别。显示策略包括：
（1）静态显示：如果使用单片机IO足够，可以直接驱动一位数码管的段选，结构简单且不会闪烁。
（2）动态扫描：如果有多位数码管或需要节省IO，可用位选+段选扫描，定时器中断每1ms~5ms刷新一次。

由于系统需要同时进行蜂鸣器播放与按键识别，建议采用定时器中断进行数码管刷新，保证刷新频率稳定，避免主循环阻塞造成闪烁。

3.4 模式切换功能设计
系统包含两种模式：正常模式与类型选择模式。核心交互规则如下：

（1）正常模式：

• 短按按键：门铃声响一次（播放完整铃声序列一次）。
• 3秒内连续短按5次：触发“长响铃”，门铃声持续响1分钟（可以循环播放铃声或连续播放某种铃声）。

（2）类型选择模式：

• 长按按键2秒以上：进入选择模式（从正常模式进入）。
• 在选择模式下：短按循环选择铃声类型并显示编号。
• 再次长按2秒以上：退出选择模式并回到正常模式。

3.4.1 短按与长按判定
短按与长按是本系统的关键识别逻辑。推荐判定方法：

• 定时器周期扫描按键状态（例如每10ms一次）。
• 若检测到按键按下持续时间达到2秒（2000ms），判定为长按事件。
• 若按键按下后在2秒内释放，判定为短按事件。
  同时加入按键去抖（例如按下稳定20ms以上才认为有效），避免误触发。

3.4.2 3秒内5次短按检测
该功能实现逻辑类似“快速连击”：

• 在正常模式下，每发生一次短按事件，计数short_press_count加1。
• 首次短按时启动3秒窗口计时器（3000ms）。
• 如果在窗口时间内累计短按次数达到5次，则触发长响铃并清零计数。
• 如果窗口时间到期仍未达到5次，则清零计数并结束窗口。

此功能的难点在于：
（1）短按必须识别稳定，否则可能误判次数。
（2）窗口时间必须准确，建议使用系统tick计数实现。
（3）触发长响铃后应禁止重复触发或设定冷却时间，避免用户持续连按造成状态混乱。

3.4.3 1分钟长响铃策略
“响1分钟”可以有两种实现方式：
（1）循环播放当前铃声：播放完一个铃声后继续重复，直到1分钟结束。
（2）持续播放长音或特殊长铃声：用固定音符循环产生连续提示音。

为了保持门铃风格一致，建议采用循环播放当前铃声类型，用户选什么铃声，长响铃也以相同铃声循环播放，交互一致性更好。

在长响铃期间，可允许用户短按停止（扩展功能），但题目未要求。若不实现停止机制，则长响铃结束后自动回到正常模式等待下一次触发。

4、系统电路设计
4.1 电路设计总体说明
硬件电路设计围绕“单片机+按键+蜂鸣器+数码管”四个核心模块展开，并通过定时器实现多任务控制。在电路设计过程中，需要重点考虑：
（1）蜂鸣器驱动电流：若蜂鸣器电流较大，单片机IO不能直接驱动，需加三极管/MOSFET驱动。
（2）数码管电流与驱动能力：段电流一般在5mA~15mA，动态扫描需考虑峰值电流，建议使用限流电阻并可加入驱动管。
（3）按键抗干扰与去抖：硬件上可加RC滤波，软件上必须去抖。
（4）电源去耦：蜂鸣器发声会引起电源波动，必须加去耦电容与电源隔离。

4.2 单片机最小系统模块
4.2.1 单片机选型与资源需求
单片机可选用常见51系列（如STC89C52、AT89C51等），需要资源：

• 至少1个定时器用于系统节拍/蜂鸣器PWM
• 若使用动态扫描数码管，需要周期中断刷新
• GPIO用于按键输入、蜂鸣器输出、数码管段选与位选

如果采用同一定时器产生系统tick并在tick中进行任务调度，可以减少对定时器资源的占用。也可以采用两个定时器：

• Timer0：1ms系统tick（按键扫描、窗口计时、数码管刷新）
• Timer1：蜂鸣器PWM输出（输出音调）
  这种方式更清晰，音调更稳定。

4.2.2 时钟电路
推荐使用11.0592MHz或12MHz晶振。

• 晶振两端连接至XTAL1/XTAL2
• 匹配电容一般为20pF~33pF
  时钟频率影响定时器定时精度，从而影响音调频率与按键计时准确性。

4.2.3 复位电路
采用RC上电复位，保证系统上电可靠启动。复位电路建议加入手动复位按键，便于调试和快速恢复。

4.2.4 电源去耦与滤波

• 单片机VCC旁放置0.1uF陶瓷电容
• 电源输入放置10uF~47uF电解电容
• 蜂鸣器与数码管驱动可能引起电源电流波动，去耦设计能减少噪声影响，提高系统稳定性。

4.3 按键输入模块
4.3.1 按键硬件结构
系统只使用一个按键，可采用上拉输入方式：

• 按键一端接地
• 另一端接单片机IO并通过上拉电阻接VCC
  按下时IO读到低电平，松开时为高电平。

4.3.2 硬件防抖与保护
按键会有机械抖动，建议：

• 在IO端加小电容（如0.01uF~0.1uF）与上拉电阻形成RC滤波
• 或仅使用软件去抖也可以，但硬件滤波可提升抗干扰能力
  同时建议对外部按键线路增加串联电阻（几十欧姆）和ESD保护（可选），提升抗静电与耐久性。

4.4 蜂鸣器播放模块
4.4.1 蜂鸣器驱动电路
推荐使用被动蜂鸣器，由单片机输出PWM驱动。若蜂鸣器电流较小，可直接用IO输出；若电流较大或音量不足，需要增加驱动：

• NPN三极管（如8050、9013）作为低端开关
• 基极串联电阻（1k~4.7k）限制基极电流
• 蜂鸣器一端接VCC，另一端接三极管集电极，发射极接GND
  这样单片机只需提供PWM信号即可。

4.4.2 音调输出原理
被动蜂鸣器的音调由PWM频率决定。常用音符频率范围为几百Hz到几kHz。为了模拟门铃音效，通常选择：

• 523Hz（C5）
• 659Hz（E5）
• 784Hz（G5）
• 880Hz（A5）
  等频率组合。

通过改变PWM频率并控制持续时间，即可形成丰富的铃声效果。

4.5 数码管显示模块
4.5.1 数码管类型选择
可使用1位共阴或共阳数码管，用于显示铃声编号1_{9。若铃声类型超过9，可使用2位数码管显示两位数（01}12等）。题目要求显示铃声类型编号，因此1位即可满足“5种及以上”。

4.5.2 驱动与限流
数码管每段需要串联限流电阻（通常220Ω~1kΩ，根据电源与亮度需求选择）。
如果采用动态扫描：

• 段选线共用
• 位选通过三极管控制每位公共端
  动态扫描时每位只在部分时间点亮，需要适当提高段电流（但仍需符合器件能力），并保证刷新频率足够高。

4.5.3 显示刷新策略
数码管刷新建议由定时器中断实现，例如每1ms扫描一次位选，整屏刷新频率达到500Hz以上，不会闪烁。若只用1位数码管，也可以静态显示，程序更简单，但动态扫描更便于扩展到多位。

4.6 电源与整体抗干扰设计
门铃系统虽然电路简单，但蜂鸣器与数码管都会造成电源波动和电磁干扰，尤其在低成本供电环境下容易导致单片机误复位、显示闪烁或按键误判。因此建议：
（1）电源输入端加入稳压与滤波
（2）蜂鸣器与单片机电源去耦独立，或在蜂鸣器供电端串电阻/电感与电容形成滤波
（3）按键线尽量短，远离蜂鸣器驱动线
（4）地线采用单点汇聚或合理布局，减少噪声回流影响

5、程序设计
5.1 程序总体设计思想
系统软件采用“定时器节拍 + 事件驱动 + 状态机”实现。整体思路如下：
（1）定时器产生固定时间基准（如1ms tick）。
（2）按键扫描模块在tick中执行，输出短按事件、长按事件。
（3）模式管理模块根据事件切换模式或触发铃声播放。
（4）铃声播放模块采用音符序列驱动，根据节拍更新蜂鸣器频率与持续时间。
（5）数码管显示模块独立刷新，实时显示铃声编号。

这种结构的优势是：

• 不依赖阻塞延时，系统响应快
• 播放铃声时仍能识别按键（可扩展停止功能）
• 显示稳定，不受主循环影响
• 功能扩展容易，例如加入夜间静音、音量档位等

5.2 按键扫描与事件识别模块
5.2.1 去抖策略
按键机械抖动会导致按下瞬间读到多个跳变，若不处理会产生多次触发。常用软件去抖方法：

• 每10ms采样一次按键状态
• 若连续检测到同状态3次以上（30ms）才确认状态变化

5.2.2 长按识别
长按阈值为2秒：

• 按键持续按下时间 >= 2000ms → 长按事件
• 长按事件只触发一次，避免一直按住重复触发
  当按键释放后，清零计时并允许下一次长按判定。

5.2.3 短按识别
按键按下后在2秒内释放且通过去抖判定为有效，则产生短按事件。短按事件用于：

• 正常模式：播放一次门铃
• 选择模式：切换铃声类型编号
  同时短按事件参与“3秒内5次短按统计”。

5.3 模式控制模块
5.3.1 模式状态定义
系统模式可定义为：

• MODE_NORMAL：正常模式
• MODE_SELECT：类型选择模式
  在MODE_NORMAL中，短按触发铃声，长按进入选择模式。
  在MODE_SELECT中，短按切换铃声类型，长按退出选择模式。

5.3.2 状态切换逻辑

• 如果当前MODE_NORMAL且收到长按事件 → MODE_SELECT
• 如果当前MODE_SELECT且收到长按事件 → MODE_NORMAL
  进入选择模式时，可清除短按连击统计，避免模式切换后误触发长响铃。

5.4 “3秒内5次短按触发1分钟响铃”模块
该模块的关键变量包括：

• press_count：窗口内短按次数
• window_timer：3秒窗口剩余时间
  流程：
  （1）在正常模式下收到短按事件：press_count++
  （2）如果press_count==1：window_timer=3000ms启动窗口
  （3）如果press_count>=5且window_timer>0：触发长响铃任务（60秒），并清零press_count与window_timer
  （4）如果window_timer到期：清零press_count与window_timer
  为避免误触发，可在长响铃期间禁止统计短按次数，或直接忽略短按事件（题目未要求停止功能）。

5.5 铃声播放模块设计
5.5.1 音符结构定义
每种铃声由若干音符组成：

• freq：频率Hz（0表示停顿）
• dur：持续时间ms

播放时维护当前音符索引与剩余时间。每当剩余时间为0，就切换到下一个音符并设置PWM频率；如果音符序列结束，则播放完成。

5.5.2 1分钟长响铃实现
长响铃可以实现为：

• 设置ring_long_time = 60000ms
• 在该时间内反复播放一次铃声序列
  每次铃声序列播放完，如果剩余时间仍大于0，则重新从音符0开始播放。

这样既能保持铃声风格一致，又能实现“响1分钟”的要求。

5.6 蜂鸣器PWM输出模块
蜂鸣器的音调依赖定时器输出频率。可采用：

• Timer1输出方波：定时器溢出中断翻转蜂鸣器IO，实现50%占空比方波
  频率计算：
  若定时器溢出中断周期为T，则翻转输出形成方波周期为2T，输出频率为1/(2T)。因此只要改变定时器重装值即可控制蜂鸣器音调。

播放模块在切换音符时调用“Buzzer_SetFreq(freq)”改变Timer1重装值，实现不同音调。

5.7 数码管显示模块程序设计
数码管显示需要：

• 数字到段码映射表（0~9）
• 定时扫描（若多位）
  系统显示内容为铃声类型编号（1~N），因此只需显示1位。若扩展到2位，则需要位选扫描。显示模块建议每1ms刷新一次，保证亮度稳定。

6、程序示例代码（C语言，适用于51单片机）
说明：以下代码为功能完整的框架示例，包含按键事件识别、模式管理、短按连击统计、铃声播放调度、蜂鸣器频率设置与数码管显示。硬件引脚需根据实际电路调整。为了更易读，代码采用模块化写法。

6.1 硬件定义与全局变量

#include <REGX52.H>

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int  u16;
typedef unsigned long u32;

// ========== 硬件引脚定义 ==========
sbit KEY  = P3^2;     // 按键输入（低电平按下）
sbit BUZ  = P3^7;     // 蜂鸣器输出（翻转输出或PWM）
/*
  数码管段选（示例）：P0输出段码
  数码管位选：P2.0（如果只有1位，可直接固定）
*/
#define SEG_PORT P0
sbit DIG1 = P2^0;     // 位选（1位数码管时也可保留）

// ========== 系统模式 ==========
#define MODE_NORMAL  0
#define MODE_SELECT  1

volatile u8 g_mode = MODE_NORMAL;

// ========== 铃声类型 ==========
#define RING_TYPE_MIN  1
#define RING_TYPE_MAX  5
volatile u8 g_ring_type = 1;

// ========== 系统tick ==========
volatile u32 g_tick_ms = 0;

// ========== 事件标志 ==========
volatile bit evt_short_press = 0;
volatile bit evt_long_press  = 0;

// ========== 连击统计 ==========
volatile u8  g_press_count = 0;
volatile u16 g_window_timer = 0;  // 3秒窗口剩余ms

// ========== 长响铃计时 ==========
volatile bit g_long_ring_active = 0;
volatile u32 g_long_ring_remain = 0; // 60s剩余ms

6.2 数码管段码表与显示函数

// 共阴极段码：0~9（a b c d e f g），dp未用
code u8 seg_lut[10] = {
    0x3F, //0
    0x06, //1
    0x5B, //2
    0x4F, //3
    0x66, //4
    0x6D, //5
    0x7D, //6
    0x07, //7
    0x7F, //8
    0x6F  //9
};

volatile u8 g_disp_num = 1;

void Display_Refresh(void)
{
    // 1位数码管静态显示（如需动态扫描可扩展）
    DIG1 = 0; // 选通
    if(g_disp_num <= 9) {
        SEG_PORT = seg_lut[g_disp_num];
    } else {
        SEG_PORT = 0x00; // 超出范围熄灭或显示空
    }
}

6.3 蜂鸣器频率控制（Timer1翻转输出）

// 根据freq设置Timer1重装值（示例：12MHz晶振，定时器方式1）
// 注意：该函数是演示框架，实际需要根据晶振频率计算
void Buzzer_SetFreq(u16 freq)
{
    if(freq == 0) {
        TR1 = 0;      // 停止Timer1
        BUZ = 0;      // 静音
        return;
    }

    // 计算：定时器溢出频率 = freq * 2（因为每次溢出翻转一次）
    // 以12MHz为例：计数频率=1MHz（12T结构），周期1us
    // 溢出周期T = 1/(2*freq)
    // 计数值 = T(us) = 500000/freq
    // 重装值 = 65536 - 500000/freq
    u32 cnt = 500000UL / freq;
    u16 reload = 65536 - (u16)cnt;

    TH1 = (u8)(reload >> 8);
    TL1 = (u8)(reload & 0xFF);

    TR1 = 1;
}

void Timer1_Init(void)
{
    TMOD &= 0x0F;
    TMOD |= 0x10; // Timer1方式1
    TR1 = 0;
    ET1 = 1;
}

// Timer1中断翻转输出
void Timer1_ISR(void) interrupt 3
{
    BUZ = ~BUZ;
}

6.4 铃声音符数据结构与铃声表

typedef struct {
    u16 freq;   // Hz
    u16 dur;    // ms
} Note;

// 铃声1：叮（659Hz）咚（523Hz）
code Note ring1[] = {
    {659, 200}, {0, 50}, {523, 350}, {0, 100}
};
// 铃声2：三连短音
code Note ring2[] = {
    {784, 120}, {0, 60}, {784, 120}, {0, 60}, {784, 120}, {0, 200}
};
// 铃声3：上行音阶
code Note ring3[] = {
    {523, 150}, {587, 150}, {659, 150}, {784, 250}, {0, 200}
};
// 铃声4：下行音阶
code Note ring4[] = {
    {784, 150}, {659, 150}, {587, 150}, {523, 250}, {0, 200}
};
// 铃声5：长音+短音
code Note ring5[] = {
    {659, 400}, {0, 80}, {659, 150}, {0, 80}, {523, 220}, {0, 200}
};

code Note* ring_table[] = { ring1, ring2, ring3, ring4, ring5 };
code u8    ring_len[]   = { sizeof(ring1)/sizeof(Note),
                            sizeof(ring2)/sizeof(Note),
                            sizeof(ring3)/sizeof(Note),
                            sizeof(ring4)/sizeof(Note),
                            sizeof(ring5)/sizeof(Note) };

6.5 铃声播放状态机

volatile bit g_playing = 0;
volatile u8  g_note_idx = 0;
volatile u16 g_note_remain = 0;

void Ring_PlayStart(void)
{
    g_playing = 1;
    g_note_idx = 0;
    g_note_remain = 0; // 立即加载第一个音符
}

void Ring_Stop(void)
{
    g_playing = 0;
    g_note_idx = 0;
    g_note_remain = 0;
    Buzzer_SetFreq(0);
}

// 每1ms调用一次
void Ring_PlayTask_1ms(void)
{
    if(!g_playing) return;

    if(g_note_remain > 0) {
        g_note_remain--;
        return;
    }

    // 当前音符播放完，加载下一个音符
    {
        u8 type = g_ring_type;
        if(type < RING_TYPE_MIN) type = RING_TYPE_MIN;
        if(type > RING_TYPE_MAX) type = RING_TYPE_MAX;

        // 当前铃声数据指针与长度
        {
            code Note* seq = ring_table[type - 1];
            u8 len = ring_len[type - 1];

            if(g_note_idx >= len) {
                // 一次铃声播放结束
                if(g_long_ring_active && g_long_ring_remain > 0) {
                    // 长响铃期间循环
                    g_note_idx = 0;
                } else {
                    Ring_Stop();
                    return;
                }
            }

            // 加载音符
            {
                u16 f = seq[g_note_idx].freq;
                u16 d = seq[g_note_idx].dur;
                Buzzer_SetFreq(f);
                g_note_remain = d;
                g_note_idx++;
            }
        }
    }
}

6.6 按键扫描与短按/长按事件识别

// 每10ms扫描一次
void Key_Scan_10ms(void)
{
    static u8  key_last = 1;
    static u8  stable_cnt = 0;
    static u16 press_time = 0;
    static bit long_fired = 0;

    u8 key_now = KEY; // 1松开，0按下

    // 去抖：连续3次一致才确认变化
    if(key_now == key_last) {
        if(stable_cnt < 3) stable_cnt++;
    } else {
        stable_cnt = 0;
        key_last = key_now;
    }

    if(stable_cnt < 3) return;

    // 状态确认后逻辑处理
    if(key_now == 0) {
        // 按下
        if(press_time < 3000) press_time += 10;
        if(!long_fired && press_time >= 2000) {
            evt_long_press = 1;
            long_fired = 1;
        }
    } else {
        // 松开
        if(press_time > 0 && press_time < 2000) {
            // 短按
            evt_short_press = 1;
        }
        press_time = 0;
        long_fired = 0;
    }
}

6.7 正常模式与选择模式逻辑处理

void Mode_ProcessEvents(void)
{
    if(evt_long_press) {
        evt_long_press = 0;

        if(g_mode == MODE_NORMAL) {
            g_mode = MODE_SELECT;
            // 进入选择模式清空连击统计
            g_press_count = 0;
            g_window_timer = 0;
            g_long_ring_active = 0;
            g_long_ring_remain = 0;
            // 可选：提示音
            // Ring_PlayStart();
        } else {
            g_mode = MODE_NORMAL;
            g_press_count = 0;
            g_window_timer = 0;
        }
    }

    if(evt_short_press) {
        evt_short_press = 0;

        if(g_mode == MODE_SELECT) {
            // 选择铃声类型
            g_ring_type++;
            if(g_ring_type > RING_TYPE_MAX) g_ring_type = RING_TYPE_MIN;
            g_disp_num = g_ring_type;
            // 可选：短提示音
        } else {
            // 正常模式：短按响一次
            if(!g_long_ring_active) {
                Ring_PlayStart();
            }

            // 连击统计（仅正常模式下）
            g_press_count++;
            if(g_press_count == 1) {
                g_window_timer = 3000; // 开始3秒窗口
            }

            if(g_window_timer > 0 && g_press_count >= 5) {
                // 触发长响铃
                g_long_ring_active = 1;
                g_long_ring_remain = 60000; // 60秒
                Ring_PlayStart();

                // 清空计数
                g_press_count = 0;
                g_window_timer = 0;
            }
        }
    }
}

6.8 系统定时器（1ms tick）与任务调度

void Timer0_Init_1ms(void)
{
    TMOD &= 0xF0;
    TMOD |= 0x01; // Timer0方式1

    // 12MHz晶振下1ms：计数频率1MHz，计数1000次溢出
    // 重装值 = 65536 - 1000 = 64536 = 0xFC18
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x18;

    ET0 = 1;
    EA  = 1;
    TR0 = 1;
}

void Timer0_ISR(void) interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC;
    TL0 = 0x18;

    g_tick_ms++;

    // 数码管刷新（静态也可每ms写一次保持亮度）
    Display_Refresh();

    // 铃声播放任务
    Ring_PlayTask_1ms();

    // 3秒窗口计时
    if(g_window_timer > 0) g_window_timer--;

    // 长响铃计时
    if(g_long_ring_active) {
        if(g_long_ring_remain > 0) {
            g_long_ring_remain--;
        } else {
            g_long_ring_active = 0;
            Ring_Stop();
        }
    }

    // 每10ms按键扫描
    if((g_tick_ms % 10) == 0) {
        Key_Scan_10ms();
    }
}

6.9 主程序

void main(void)
{
    // 初始化
    g_ring_type = 1;
    g_disp_num = g_ring_type;
    g_mode = MODE_NORMAL;

    Timer1_Init();
    Timer0_Init_1ms();

    while(1)
    {
        // 事件处理放在主循环，避免在中断里做复杂逻辑
        Mode_ProcessEvents();

        // 可扩展：进入选择模式时可以让数码管闪烁提示
        // 可扩展：长响铃时显示某个特殊符号或闪烁
    }
}

7、系统关键设计要点与可靠性分析
7.1 按键识别可靠性
单键多功能系统的体验取决于按键识别准确性。必须保证：
（1）去抖充分：避免一次按下被识别为多次短按。
（2）长按阈值稳定：2秒长按必须可靠识别，不被短按误判。
（3）松手触发短按：短按事件建议在“释放时”产生，避免按下时立即触发影响长按判定。
（4）模式切换时清空窗口计数：防止选择模式下短按影响正常模式连击统计。

7.2 蜂鸣器播放的稳定性
蜂鸣器音调由Timer1控制，应保证：
（1）Timer1中断频率足够高且不被长时间阻塞。
（2）切换音符时更新重装值及时，避免音符间断裂。
（3）如果使用三极管驱动，注意基极电阻匹配，防止失真或音量不足。

7.3 数码管显示无闪烁
数码管刷新要稳定，建议刷新频率>100Hz。使用1ms tick刷新可达到极高刷新频率，不会闪烁。若扩展到多位动态扫描，需控制扫描顺序与段码更新时序，避免鬼影。

7.4 “3秒5次短按”误触发控制
该功能属于较复杂交互，容易受到抖动和误触影响。建议：
（1）短按事件必须经过可靠去抖。
（2）连击窗口只在正常模式启用。
（3）触发长响铃后进入长响铃状态，停止连击统计。
（4）可选增加冷却时间（例如长响铃结束后2秒内不再响应连击），防止连续触发。

7.5 可扩展与智能家居联动方向（工程拓展）
虽然题目要求仅蜂鸣器与数码管显示，但在智能家居应用中可进一步扩展：
（1）加入无线模块（433MHz、蓝牙、WiFi）与手机联动
（2）加入语音提示模块或MP3模块实现更真实铃声
（3）加入门磁传感器或人体红外，实现智能触发
（4）增加夜间模式：夜间音量降低或仅闪灯提示
（5）加入电池供电与低功耗策略，实现无线门铃终端

8、总结
本设计实现了一套基于单片机的智能家居门铃系统，通过一个按键完成门铃声播放、铃声类型选择与模式切换，并通过蜂鸣器输出不同音调组合模拟不少于5种门铃声效果，同时使用数码管实时显示当前铃声类型编号，使操作直观、反馈清晰。系统在正常模式下支持短按响一次以及“3秒内连续短按5次触发1分钟响铃”的增强功能，在类型选择模式下通过长按进入与退出并通过短按循环选择铃声类型，满足题目提出的交互要求。通过模块化的电路设计与基于定时器节拍的程序架构，系统具有良好的可扩展性与工程可实现性，能够作为智能家居门铃的基础方案或教学实验项目，为后续加入无线联动、音量控制、更多铃声与多种提示方式提供稳定可靠的平台。