基于MCS51单片机的无线遥控语音播报电子万年历
摘要
本设计是基于MCS51系列单片机的无线遥控语音播报电子万年历。设计出的电子万年历可以显示时间、日期和温湿度，可以校准时间和日期，也能补偿闰年，同时还能设置闹钟，具有语音播报的功能。在这个设计中，需要对单片机以及其各种外围芯片，如时钟芯片和测量温度的芯片的使用进行深入了解和学习。本设计以万年历为核心控制模块，时钟模块，显示模块，语音播报模块，无线遥控模块等六个模块组成。其中的控制模块由MCS51单片机、LCD液晶显示屏、PT2262/PT2272无线遥控芯片、DS1302时钟芯片、SHT10温湿度传感器等组成。以MCS51单片机作为核心控制层，其价格便宜，功耗小，且相应的开发工具应用广泛，普及程度高。显示模块由LCD液晶显示屏构成，其成本不高，显示能力也强，同时，可视性也较好。本设计中的万年历，由于利用了51单片机，从而大幅缩减了硬件部分的复杂程度，所以，综合以上各种特性优点，设计出来的万年历也价格低廉，功能齐全，比较具有实用性。
关键字
51单片机；LCD；无线遥控；语音播报；温湿度传感器
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基于MCS51单片机的无线遥控语音播报电子万年历
MCS51 microcontroller-based wireless remote voice
broadcast e-calendar
Abstract
This design is based on wireless remote control of the MCS51 series microcontroller voice broadcast e-calendar.Design electronic calendar can display time, date, temperature and humidity, time and date can also compensate for leap years, while setting the alarm clock, voice broadcast feature.This design required on single-chip microcomputer and its various peripheral chips, if the clock chip and chip for measuring temperature using insight and learning.The design calendar as the core control module, clock module, display module, module voice broadcasts, six modules, such as the wireless remote control module.MCS51 microcontroller control modules, LCD liquid crystal display, PT2262/PT2272 wireless remote temperature and humidity sensor chips, clock chip DS1302, SHT10 and so on.MCS51 microcontroller as the core control, its cheap, small power consumption, and the wide range of application development tools, popularity is high. Displayed by the LCD liquid crystal display module, and its cost is not high, ability to display strong, while visibility is good.In the design of the calendar, as 51 single chip, greatly reduces the complexity of the hardware part, so the advantage above all characteristics, designed calendar is also cheap, functional, comparative relevance.
Keyword
51 single-chip computer; LCD; wireless remote control; Voice broadcasts; the temperature and humidity sensor
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基于MCS51单片机的无线遥控语音播报电子万年历
目录
第1章 绪论 .............................................................................................................................. 1
1.1 课题的提出与研究背景 ............................................................................................. 1
1.1.1课题的提出 ....................................................................................................... 1 1.1.2课题的研究背景 ............................................................................................... 1 1.2当前现状及未来发展趋势 .......................................................................................... 2 1.3 课题设计的要求和任务 ............................................................................................. 3 1.4章节内容安排 .............................................................................................................. 4 第2章 系统功能与元器件选择 .............................................................................................. 4
2.1系统的主要功能 .......................................................................................................... 4
2.1.1控制功能 ........................................................................................................... 4 2.1.2显示功能 ........................................................................................................... 5 2.1.3温度湿度检测功能 ........................................................................................... 5 2.1.4语音播报功能 ................................................................................................... 5 2.1.5按键功能 ........................................................................................................... 5 2.1.6无线遥控功能 ................................................................................................... 5 2.2元器件选择 .................................................................................................................. 5
2.2.1控制部分的选择 ............................................................................................... 5 2.2.2时钟芯片的选择 ............................................................................................... 6 2.2.3显示模块的选择 ............................................................................................... 6 2.2.4温度湿度检测芯片的选择 ............................................................................... 7 2.2.5语音播报器件的选择 ....................................................................................... 7 2.2.6无线遥控器件的选择 ....................................................................................... 7 2.2.7元器件的最终选择 ........................................................................................... 8
第3章 系统的硬件构成 .......................................................................................................... 8
3.1系统硬件的总体设计 .................................................................................................. 8 3.2 系统硬件的模块设计 ................................................................................................. 9
3.2.1 AT89S52单片机最小应用系统及其电路 ....................................................... 9 3.2.2 DS1302时钟电路的设计 ............................................................................... 12 3.2.3LCD液晶屏显示电路的设计 ......................................................................... 14 3.2.4无线遥控电路的设计 ..................................................................................... 17
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基于MCS51单片机的无线遥控语音播报电子万年历
3.2.5 SHT10的温湿度检测电路设计 ..................................................................... 18 3.2.6语音播报电路的设计 ..................................................................................... 22
第4章 系统软件的设计 ........................................................................................................ 24
4.1 主程序流程图 ........................................................................................................... 24 4.2公历转农历及时间调整流程图 ................................................................................ 25 4.3时钟电路流程图 ........................................................................................................ 28 4.4语音播报电路子程序 ................................................................................................ 28 4.5无线遥控子程序 ........................................................................................................ 29 4.6温湿度检测电路 ........................................................................................................ 30 4.7显示电路子程序 ........................................................................................................ 31 第5章 软件和硬件的调试 .................................................................................................... 32
5.1软件的调试 ................................................................................................................ 32
5.1.1调试主程序 ..................................................................................................... 32 5.1.2调试子程序 ..................................................................................................... 33 5.2 硬件调试 ................................................................................................................... 33 总结 .......................................................................................................................................... 34 致谢 .......................................................................................................................................... 35 参考文献 .................................................................................................................................. 36
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第1章 绪论
1.1 课题的提出与研究背景
1.1.1课题的提出
现今社会，在不断提高的生活水平和不断加快的生活节奏下，在繁忙的工作与生活中，人们对时间的要求也越来越高，对精炼准确的数字计时产品的消费需求，也是越来越大。因此，产生出了各式各样的计时产品，以此来更好的掌握和度量时间，从而更充分的利用时间，以提高工作效率和生活质量。
虽然，计时产品的形态是五花八门，但究其根底，也都主要只为了完成一种功能，就是计时的作用，只是相互之间的工作原理不同罢了。随着社会的发展以及科学技术的进步，只有单一功能的计时产品已经不能满足人们的需求了，这就使得计时产品中越来越多的加入了其他的生活辅助功能。最后，诞生了电子万年历。
在二十一世纪的今天，电子万年历，作为最具代表性的数字计时产品，是近代世界钟表界第三次革命的产物。第一次革命当属摆以及摆轮游丝的发明。其具有相对稳定的机械振荡频率源，使得钟和表的走时日差从分级缩小至秒级，其中代表性的产品要属带有摆或摆轮游丝的机械钟或表。第二次革命当归属于石英晶体振荡器的应用。由于石英晶体振荡器的应用，出现了石英电子钟表，这种钟表走时精度更高，其走时月差才相当于机械钟表的走时日差，从分级缩小为秒级。第三次革命，就要说单片机数码计时技术的应用了，这就是电子万年历的出现，它使得计时产品的走时日差从分缩小到了六百万分之一秒，计时产品从而从原有的传统的指针计时的方式，发展成为人们日常生活中更为熟悉的夜光数字显示的方式，这显得更加直观更加明了了，同时还增加了全自动形式的日期、星期、温度以及其他日常所需信息的显示功能，它的产生，更加符合了消费者对生活中的时间需求，也正因为如此，电子万年历的出现才带来了世界钟表计时业界跨跃性的发展和进步。
综合以上各种原因，提出了本设计课题：无线遥控语音播报电子万年历。 1.1.2课题的研究背景
电子技术的飞速发展，特别是伴随着大规模集成电路的产生而产生的微型计算机，给世界人类带来了诸多方便之处。单片微型计算机的应用随处可见，如在洗衣机中，在
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微波炉里，在汽车领域等。微型计算机的产生，就已经将质的飞跃带给了现代数字电子科学，而单片机的出现，尤其以较高的集成度以及其小体积、低功耗等特点出现，则更是引起了现代科技领域的空前的变化。
目前的电子万年历，正是采用独立的单片机芯片，来达到控制内部数据运行的目的，以LCD液晶显示屏显示公历日期、时间、周日以及温度等日常信息，其中糅合了多项先进的电子技术及现今经典工艺打造的现代数码计时产品。其大致可分为三类：
一类以LCD液晶显示屏方式，其分为静态显示和动态显示两种。静态显示是静态的每一位数码管都一直处于通电状态，只需输入一个新信号就会更新旧数据并显示之。动态显示是动态的每一位数码管在新数据输入之前处于断电的状态，当输入一个新信号后，再给所需点亮的数码管通电，方能点亮并显示之，其他的数码管以同样的方式在短时间内依次扫描点亮。
一类以时间显示，其分为数字式和数字、指针混合式两种。数字式是日期、时间、周日、温度等显示全部为LCD液晶显示屏。数字、指针混合式是日期、周日、温度等信息以LED数码管显示，时间以指针显示。
一类以外观方式，其分为全数码显示万年历和带画面电子万年历两种。全数码显示万年历以LCD液晶显示屏显示日期、时间、周日以及温度等日常信息，无附加信息。带画面电子万年历除了以LCD液晶显示屏显示日期、时间、周日以及温度等日常信息外，还糅合了多项先进电子技术及现代经典工艺，是带有艺术画面的产品。
这里所研究设计的电子万年历是具有时间、日期显示，无线遥控，语音播报，温度湿度检测等功能。
1.2当前现状及未来发展趋势
由于功能单一的钟表，在很大程度上难以满足人们日益增长的对时间的需求，近些年以来，伴随着电子科技的迅猛快速发展，特别是当大规模集成电路的发展及其所产生的钟表数字电子化的同时，由此而给人们日常工作和生活带来了极大的方便。
实时时钟，其英文形式REAL TIME CLOCK缩写为RTC。RTC集成电路属于高密度集成的专用时钟集成电路，它适合于任何需要微功耗及精准计时的场合，如：电视机、手机、数码相机、可编程时间控制器等。早期的RTC产品实际上是一个带有计算机通讯口的分频器。其通过分频和累加晶振所产生的振荡频率，得到时间和日期等信息，并通过计算机通讯口，从而送入处理器处理。此时的RTC具有以下特征：功耗较大；在控制口线上是并行口；为双列直插式封装； CMOS工艺采用为普通方式；芯片普遍没
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有现代RTC所具有的万年历及闰年月自动切换功能，同时，它也无法处理“2000年”问题。
新一代RTC在90年代中期出现，它采用了特殊CMOS工艺，功耗大幅降低，其典型值约为0.5μA，供电电压仅在1.4V以下，与计算机之间的通讯口也变为串行方式，出现了三线SIO/四线SPI，还有部分产品采用2线I2C总线，用SOP/SSOP方式封装，使得体积大幅缩小，其功能上，片内智能化程度也大幅提高，同时还具有万年历功能，输出控制也随之而变得灵活多样。
从此，电子钟表以晶振为基准，就可以具备像传统钟表控制摆长之类的方式，以达到调节精度的目的。电子万年历的设计主要是由单片机驱动时钟芯片来进行显示的。而目前的单片机正朝着高性能以及多品种方向快速发展，这种趋势将推动着RTC产品进一步的向着CMOS化，小体积、大容量、低功耗化，高性能、廉价化以及外围电路内装化等方面发展。
综合以上所述，此种万年历方便读取，显示直观，功能多样，电路简洁，价格低廉等优点，这正符合了电子产品的发展趋势，因此而具有广阔的市场前景。
1.3 课题设计的要求和任务
1.3.1课题设计的要求
本课题设计主要是研究基于MCS51单片机的无线遥控语音播报电子万年历，所设计的电子万年历具备如下基本功能：
①用LCD液晶显示屏显示年、月、日、时、分、秒、周日的数字万年历，能实现十二小时制与二十四小时制的切换；
②能对年、月、日、时、分、秒、周日进行校准，用按键及遥控可实现时间与日期的调整，同时公历与农历能够进行自动关联；
③具备温度和湿度的检测及其显示的功能，能语音播报当前时间； ④能任意设定报时时间，能区分平年、闰年和大小月份；
⑤能够实现掉电保护，在停电后保持时钟正常运行，可以不显示； ⑥LCD液晶显示屏能任意时间用按键或遥控使其关闭，但时钟正常运行。 1.3.2课题设计的任务 系统的硬件电路设计
①以MCS51单片机为控制单元的最小应用电路的设计； ②由DS1302时钟芯片组成的时钟模块的电路设计；
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③针对电子万年历而设计的LCD液晶显示屏电路； ④针对电子万年历而设计的无线遥控电路；
⑤SHT10温湿度传感器的温度和湿度检测模块的设计； ⑥语音播报控制电路及其播报电路的设计。 ⑦系统软件程序的设计 主程序的设计；
①时间显示的程序设计； ②公历日转农历日的程序设计；
③温度和湿度检测以及其显示的程序设计； ④语音播报的程序设计。 ⑤LCD液晶显示的程序设计 ⑥无线遥控的程序设计
1.4章节内容安排
本设计以MCS51单片机为基础，综合了DS1302高精度时钟芯片， SHT10温湿度传感器，以及WTH080语音芯片和PT2262/PT2272无线遥控芯片，设计出多功能、高精度的语音播报电子万年历。
章节内容安排如下：
①简要的介绍一下MCS51系列的单片机在国内外的主要应用及其发展前景,然后再对本设计的结构进行扼要的说明；
②根据设计的万年历的功能和要求提出本设计的总体的设计原理； ③依据策划的详细的设计方案来绘制各个模块的电路原理图；
④进一步对无线遥控语音播报电子万年历的功能需要做深入的研究，从而制定出其功能实现的流程，画出其各个部分的程序流程图，而后根据流程图编写程序。
⑤一切准备就绪之后，进行最后的硬件测试及软件调试，并完善之； ⑤对本设计做出最后总结，并记录下设计的心得体会。
第2章 系统功能与元器件选择
2.1系统的主要功能
2.1.1控制功能
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以MCS51单片机为核心控制单元，来达到设计所需的各种功能要求。 2.1.2显示功能
需要在LCD液晶显示屏上显示年、月、日、时、分、秒、周日及温度湿度。 2.1.3温度湿度检测功能
实时检测万年历所在环境的温度和湿度，并显示出来。 2.1.4语音播报功能
在遥控器上按下播报按键以后，能实时播报日期、时间及当场环境下的温度和适度。 2.1.5按键功能
按键能实现控制开关，时间和日期的调整，公历与农历之间的转换，小时制的切换等功能。
2.1.6无线遥控功能
无线遥控能达到按键所能达到的功能，还应有按键所不能实现的语音播报功能等。
2.2元器件选择
2.2.1控制部分的选择
MCS51系列单片机包括了多个品种，其中的8051是最早且最具典型的产品，该系列的其它类型单片机都是在8051的基础上，再进行功能的增加或删减而改变来的，所以，人们大都习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机。
MCS51单片机分为两大系列，即51子系列与52子系列。51子系列为基本型，根据片内ROM的配置，对应的芯片为8031、8051、8751、8951，其RAM大小为128B，计数器是两个16位的，中断源有5个；52子系列为增强型，根据片内ROM的配置，对应的芯片为8032、8052、8752、8952，其RAM大小为256B，计数器是三个16位的，中断源有6个。所以，我们有两种选择：
①以89C51芯片作为硬件的核心控制单元，采用Flash ROM，其内部具有4KB ROM 的存储空间，能在3V的超低压下工作，而且与MCS51系列单片机完全兼容，只是当
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运用于电路设计中时，由于不具备ISP在线编程技术, 当我们对电路进行调试时，对芯片进行的多次的拔插会对其造成一定的损坏。
②采用AT89S52芯片，片内ROM全都采用Flash ROM，同样能在3V的超底压下工作，与MCS51系列的单片机完全兼容。该芯片内部存储器为8KB 的ROM 存储空间，具有89C51所具有的功能，并且具有在线编程的可擦除技术，当使用者在对电路进行调试时，无需对芯片进行多次拔插，所以，此种情况下不会对芯片造成损坏。
在本次设计中，由于需要写入到单片机里的程序容量比较大，从而需要足够大的ROM 空间，同时也需要对程序不断的修改和写入，所以，选择使用AT89S52作为主控制模块。
2.2.2时钟芯片的选择
①直接采用单片机内部的定时计数器，使用程序实现年、月、日、时、分、秒及周日的计数。这种方案减少了芯片的使用数量，节约了设计成本，但是，实现计时的时间误差较大，所以不采用此方案。
②采用DS1302时钟芯片。DS1302 是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、时、分、秒、周日进行计时，具有闰年补偿的功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的主要特点：采用了串行数据传输，可以为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能，所以，在此设计中选用DS1302时钟芯片。
2.2.3显示模块的选择
①采用点阵数码管作为显示器。点阵数码管由很多的发光二极管组成，它比较适合显示文字类的信息，但是在显示数字类的信息上却显得太过于浪费，并且这种点阵数码管的价格也相对较高，所以，用作显示器，我们一般不采用这种。
②采用LED数码管动态扫描来作为显示器。动态扫描主要是利用了人眼的视觉暂留特性，只要每秒扫描次数大于25，人们看起来就感觉数码管一直在亮。其暂留特性的时值大约是二十四分之一秒。LED数码管的价格适中，作为显示器，对于显示数字最合适，并且在用动态扫描法与单片机连接时，需要占用的单片机口线较少。
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③采用LCD液晶显示屏，这种液晶显示屏拥有强大的显示功能，可以显示大量的文字、图形等，显示形式多样化，画面清晰可见，但是价格相对来说，也稍微贵些。
本设计中的电子万年历需要显示的信息类型比较多，如果采用数码管，那需要的数量就会很多，综合考虑之下，采用LCD液晶显示屏。
2.2.4温度湿度检测芯片的选择
①温度采用热敏电阻作为传感器。用热敏电阻与一个相对应阻值的电阻串联分压，利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性，来采集这两个电阻变化的分压值，最后再进行A/D转换。只是用A/D转换电路时，增加了硬件的使用成本，而且热敏电阻的感温特性也不是严格线性的，使用过程中会产生较大的测量误差。
②温度检测还可采用DS18B20数字式温度传感器，此类传感器为数字式的，而且只需要一条数据线就能进行数据传输，容易与单片机连接，还可以减掉A/D模块，缩小硬件的成本，简化系统电路。此外，数字式温度传感器的测量精度也较高，测量范围也较广。
③采用温湿度传感器SHT10。SHT10系列为贴片型温湿度传感器芯片，功耗低，可完全浸没。它是全量程标定，两线式数字输出，温度测量范围为-40~+123.8℃，测量精度为±0.5℃，湿度测量范围为0~100%RH，测量精度为±4.5%RH。
由于SHT10传感器具有两线制的串行接口，这使得外围系统的集成变得快速而简单。同时它的微小的体积及其极低的功耗更是降低了硬件电路的复杂程度。综合考虑以上方案及各种因素，选用SHT10温湿度传感器。
2.2.5语音播报器件的选择
在本设计中，采用的是最小封装的WTH080语音芯片，这种芯片具有可编程一次性烧录的特点，它的语音长度可达80秒（6KHz采样率），具有PWM和DAC两种音频输出方式，内部有集成时钟振荡器，最大可存放700个语音文件，最多可加载63段地址的语音，具有按键控制模式、一线串口控制模式以及两线串口控制模式等不同的控制模式，拥有7种按键触发方式，支持播放不同采样频率的语音文件，支持BUSY状态输出功能，其工作电压为DC2.4～5.0V。
2.2.6无线遥控器件的选择
一般情况下，一个完整的遥控电路是由发射部分和接收部分组成。
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其中，无线电发射部分由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器和一个能产生低频调制信号的低频振荡器组成。用于产生载频振荡的电路一般有多谐振荡器、互振荡器和石英晶体振荡器等。由低频振荡器的振荡产生的低频调制波，一般为宽度一定的方波。若是多路控制，并且可以采用每一路宽度均不同的方波，或是频率均不同的方波，以此去调制高频载波，来组成一组组的已调制波，用其作为控制信号向空中发射。
接收电路按照工作方式的不同来划分，可以分成超外差接收方式与超再生接收方式两种。超外差的原理是利用本地产生的振荡波与输入的信号混频，将输入信号的频率变换为某个预定频率的电路。其优点如下：容易得到足够大并且比较稳定的放大量；具有较高的选择性和良好的频率特性；易于调整。缺点是电路较为复杂，同时也并存着一些特殊的干扰，如像频干扰、组合频率干扰和中频干扰等。超再生电路实质上属于一个受控的、间歇振荡的高频振荡器，这个高频振荡器属于电容三点式的振荡器，其振荡频率与发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡过程中伴随产生的，反过来又起着控制高频振荡器的振荡和间歇的作用。超再生式的接收方式具有性能适中、电路简单、成本低廉的特点，所以，在实际应用中被广泛采用。[1]
2.2.7元器件的最终选择
综合以上各种方案所述，对于本次课题设计所涉及的元器件最终的选定方案为: 采用AT89S52单片机作为主控制系统，以 DS1302时钟芯片来提供时钟，采用温湿度传感器SHT10实现温度和适度的检测功能，用最小封装的WTH080语音芯片提供语音功能，以LCD液晶显示屏作为显示设备，加上PT2262/PT2272配合使用，从而达到无线遥控的目的。
第3章 系统的硬件构成
3.1系统硬件的总体设计
本设计中，关于无线遥控语音播报电子万年历的设计，主要在于硬件电路中显示时钟的时间、日期及文字方面的信息。在设计的时候需要利用单片机的内外部中断，从而达到控制时钟芯片、液晶显示芯片的显示的功能。为了更方便的对时间、日期等信息进行调整，加入无线遥控的功能。
对于硬件部分，其电路框图的设计主要包括以下几方面：单片机最小应用系统及其显示电路，DS1302时钟电路，温湿度传感器SHT10的电路，WTH080语音芯片的电路，
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PT2262/PT2272无线遥控及相应的按键电路。单片机采用AT89S52，以12MHz高精度的晶振来获得较稳定的时钟频率，从而减小测量误差。时钟电路是以DS1302作为主控芯片，显示部分用LCD1602液晶屏。
LCD液晶显示模块 AT89S52 主控模块 DS1320时钟温湿度采集键盘及无线遥控模块 语音播报模
图3-1 总体模块设计框图
AT89S52单片机主控制系统电路图如下：
图3-2 主控制系统
3.2 系统硬件的模块设计
3.2.1 AT89S52单片机最小应用系统及其电路
AT89S52单片机是ATMEL所生产的一种高性能、低功耗的CMOS八位微控制器，
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能在3V的超低压工作，它具有8K的在系统可编程Flash存储器，是使用ATMEL公司的高密度、非易失性存储器技术而制造的。与工业上的80C51系列产品的指令和引脚完全兼容。片内Flash允许程序存储器在系统内可编程，同样也适于常规编程器。在单片机芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，这使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制系统的应用提供高了灵活而强有效的解决方案。
AT89S52的特点：40个引脚，8KB Flash片内程序存储器，256B的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路以及片内时钟振荡器。其引脚图如下所示：
图3-3 AT89S52单片机的内部引脚
AT89S52单片机的最小应用系统电路包括三个部分：电源电路、时钟电路和复位电路。其最小系统电路如下：
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图3-4 单片机的最小系统
1.电源电路
AT89S51单片机的工作电压范围为4.0V—5.5V，所以，通常给单片机外接+5V直流电源，连接在VCC(40脚），电源接地端为VSS(20脚）。
2.时钟电路
时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度，产生单片机的时钟信号，用来提供单片机片内各种微操作的时间基准。时钟信号通常有两种电路形式得到：内部振荡和外部振荡。
图3-5 时钟电路
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3.复位电路
复位电路是用来确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。要使单片机的内部某些特殊功能寄存器初始化，必须采用复位的方式。复位后就可以使CPU和系统各部件处于确定的初始状态，并从这一初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外部电路来实现的。在正常运行的情况下，只要RST引脚上出现了两个机器周期时间或是两个以上的高电平，就可以引起系统复位。但是，如果RST引脚上持续为高电平，单片机就能处于循环复位的状态，复位后，系统将输入/输出(1/0)端口的寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF置为不定值，其余寄存器全部清零。内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。复位操作有两种，即上电复位、手动(开关)复位。通常，在单片机工作出现混乱或“死机”时，使用手动复位可实现单片机“重启”。
图3-6 复位电路
3.2.2 DS1302时钟电路的设计 1. DS1302外部引脚及内部结构
DS1302时钟芯片的外部引脚如下图所示：
图3-7 DS1302外部引脚图
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Vcc1：主电源。
Vcc2：备份电源。当 Vcc2>Vcc1+0.2V 时， 由 Vcc2向 DS1302供电，当 Vcc2< Vcc1时，由 Vcc1向 DS1302供电。
SCLK：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； I/O：三线接口时的双向数据线；
CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两 个功能开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；提供结束单字节或多字节数据传输的方法。
DS1302时钟芯片的内部结构如下图所示：
图3-8 DS1302内部结构图
2. DS1302时钟芯片的控制字节
DS1302的控制字节的高有效位（位7）必须是1，当它为0时，则不能把数据写入DS1302；位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1则表示存取RAM数据；位5至位1指示操作单元的地址；最低有效位（位0）若是为0，则表示要进行写操作，为1则表示进行读操作。控制字节总是从最低位开始输出。
DS1302时钟芯片的控制字格式如表3-1所示：
表3-1 DS1302的控制字格式
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RAM
———
A4 A3 A2 A1 A0 RD WR
CK
3. 数据输入输出（I/O）
从控制指令输入以后的下一个SCLK时钟的上升沿开时，数据被写入DS1302时钟芯片，数据输入从低位，即位0开始。同样，在紧跟着输入的8位控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿，读出DS1302的数据，读出数据时从低位（位0）到高位（位
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7）。
4. DS1302时钟芯片的寄存器
DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，其数据位是以BCD码的形式存放的，其日历、时间的寄存器及其控制字见表3-2所示。
表3-2 DS1302日历时间寄存器
此外，DS1302 还有控制寄存器、年份寄存器、时钟突发寄存器、充电寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器能一次性顺序读写除了充电寄存器以外所有的寄存器的内容。DS1302中的寄存器与RAM相关的可以分为两类：一类属于单个RAM单元，共有31个，每个单元组态占一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中的奇数是读操作，偶数是写操作；另一类属于突发方式下的RAM寄存器，在此方式之下，可以一次性读写所有RAM的31个字节，其命令控制字为FEH(写)和FFH(读)。
3.2.3LCD液晶屏显示电路的设计 1. LCD1602特性
LCD1602具有以下特性： +5V电压，对比度可调；内含复位电路；提供各种控制命令，如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等；有80字节显示数据存储器DDRAM；内建有192个5×7点阵的字符发生器CGROM；8个可由用户自定义的5×7的字符发生器CGRAM。它其具有微功耗、小体积、显示内容丰富、超薄轻巧等特点。
2. LCD1602内部字符发生存储器
1602液晶模块的内部字符发生存储器（CGROM）存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文大小写字母、常用符号、日文假名等，每个字符都有其固定代码，比如：大写英文字母“A”，其代码为“01000001B（41H）”，显示的时
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候，模块显示出来的就是41H地址中的点阵字符图形，我们看到的就是字母“A”了。字符代码0x00～0x0F为用户自定义的字符图形RAM。
3. LCD1602液晶显示电路
1602数据端的D0~D7口是和单片机的P2口相连接的。基本的操作时序是：读数据状态时输入RS=L，RW=H，E=H；写入数据时输入RS=H；RW=L；在与单片机连接运行过程中，要进行上电保护，对其进行初始化。其与单片机的连接显示电路图如下：
图3-9 LCD1602液晶显示电路
4. LCD1602控制芯片指令功能
对DDRAM的内容和地址操作，1602的控制芯片HD44780的指令集及其设置说明，共有11条指令，基本的操作时序如下：
读状态时，输入RS=L，RW=H，E=H；输出DB0～DB7为状态字。
写指令时输入RS=L，RW=L，E为下降沿脉冲，DB0～DB7为指令码时，输出无读数据；输入RS=H，RW=H，E=H时，输出DB0～DB7为数据。
写数据时输入RS=H，RW=L，E为下降沿脉冲，DB0～DB7为数据时，输出无数据。
①清屏指令
指令功能 清屏
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 0
DB4 0
DB3 0
DB2 0
DB1 0
DB0 1
指令编码
执行时间/ms 1.64
功能：
<1> 清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入“空白”的字符码20H; <2> 光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方; <3> 将地址计数器(AC)的值设为0。 ②光标归位指令
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指令功能 光标归位
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
指令编码 执行时间
DB5 0
DB4 0
DB3 0
DB2 0
DB1 1
DB0 x
/ms 1.64
功能：
<1> 把光标撤回到显示器的左上方; <2> 把地址计数器(AC)的值设置为0; <3> 保持DDRAM的内容不变 ③输入模式设置指令
指令功能 模式设置
RS 0
R/W 0
DB7 0
DB6 0
DB5 0
DB4 0
DB3 0
DB2 1
DB1 I/D
DB0 S
指令编码
执行时间/us 40
功能：
设定每次写入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否移动。 参数设定的情况：
I/D为 0时，写入新数据后光标左移；为1时写入新数据后光标右移。
S为0时，写入新数据后显示屏不移动；为1时，写入新数据后显示屏整体右移1个字。
④显示开关控制指令
指令功能 显示开关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
40
RS
R/W
DB7
DB6
指令编码 DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
DB0
/us 执行时间
功能：
控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。 参数设定的情况
D为0时，显示功能关；为1时显示功能开。 C 为0时，无光标；为1时，有光标。 B为0时，光标不闪烁；为1时，光标闪烁。 ⑤设置显示屏或光标移动方向指令
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指令功能 设定显示屏或光标移动方向
0
0
0
0
RS
R/W
DB7
DB6
指令编码 DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
执行DB0 时间
/us
0 1 S/C R/L X X 40
功能：
使光标移位或使整个显示屏幕移位。 参数设定的情况：
S/C= 0，R/L= 0时，光标左移1格，且AC值减1； S/C= 0，R/L= 1时，光标右移1格，且AC值加1；
S/C =1，R/L =0时，显示器上字符均左移一格，但光标不变； S/C= 1，R/L =1时，显示器上字符均右移一格，但光标不变。 ⑥功能设置指令
指令指令编码
功能 功能RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 设定
0
0
0
0
1
DL
N
F
X
功能：
设定数据总线位数、显示的行数及字型。 参数设定的情况
DL为0时，数据总线为4位；为1时，数据总线为8位。 N为0时，显示1行；为1时，显示2行。
F为0时，5×7点阵/每字符；为1时，5×10点阵/每字符。 ⑦设定CGRAM地址指令
指令指令编码
功能 设定RS R/W DB7 DB6 DB5
DB4
DB3
DB2
DB1
CGRAM0
0
0
1
CGRAM的地址（6位）
地址
功能：
设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。 3.2.4无线遥控电路的设计
执行时间DB0 /us X
40
执行时间DB0
/us 40
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本次设计中，在总电路里加入了无线遥控的电路，主要是用来控制液晶显示屏上的时间和日期。以下是无线遥控的发射电路和接收电路的原理图：
图3-10 发射电路
图3-11 接收电路
3.2.5 SHT10的温湿度检测电路设计
SHT10传感器包括一个电容性聚合体湿度敏感元件、一个用能隙材料制成的温度敏感元件，并在同一芯片上，与14位的A／D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。每个传感器芯片都在极为精确的湿度腔室中进行标定，以镜面冷凝式湿度计为参照。校准系数以程序形式存储在OTP内存中，在校正的过程中使用。两线制的串行接口，使外围系统集成变得快速而简单。其微小体积、极低功耗的特点为各类应用首选［2］。
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图3-12 SHT10传感器原理图
1. SHT1O温度传感器的引脚及接口电路 ①典型应用电路
SHT10温湿度传感器的典型应用电路如下图所示：
图3-13 SHT10典型应用电路
②电源引脚（VDD、GND）
SHT10的供电电压为2.4V～5.5V。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。
③串行接口
串行时钟输入（SCK）。SCK是单片机与SHT10之间通信的同步时钟，其接口包括全静态逻辑，无最小时钟频率。
串行数据（DATA）。DATA引脚是个三态门，用于单片机与SHT10之间的数据传输。DATA的状态改变发生在SCK的下降沿之后，在SCK的上升沿有效。在数据传输期间，当SCK为高电平时，DATA数据线上必须保持稳定状态。
2温湿度传感器SHT10的命令
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①SHT10命令如下所示：
表3-3 SHT10命令
命令 保留 测量温度 测量湿度 读状态寄存器 写状态寄存器
保留
软复位，复位接口、清除状态寄存器为默认
值，下一个命令前等待至少11ms
代码 0000x 00011 00101 00111 00110 0101x~1110x
11110
②命令时序
发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化，其时序为：当SCK为高电平时DT翻转保持低电平，紧接着SCK产生1个发脉冲，随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。时序图如下：
图3-14 SHT10启动传输时序图
紧接着的命令包括3个地址位（仅支持“000”）和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为：在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA拉为低电平（ACK位）,在第9个SCK时钟的下降沿之后释放DATA（此时为高电平）。
③测量时序（RH和T）
“000 00101”为相对湿度（RH）量，“000 00101”为温度（θ）测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，测量时间随内部晶振的速度而变化。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。接下来传输2字节的测量数据和1字节的CRC校验。单片机必须通过拉低DATA来确认每个字节。确认CRC数据位之后，通信结束。测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式[3]。
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图3-15 测量时序概览图
④复位时序
如果与SHT10的通信发生中断，可以通过随后的信号序列来复位串口。保持DATA为高电平，触发SCK时钟9次或更多，接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。这组序列仅仅复位串口，状态寄存器的内容仍然保留[3]。
图3-16 复位时序图
4. 关于SHT10温湿度传感器的几点说明[3]
①CRC-8校验。整个数据的传输过程都由8位校验保证，确保任何错误的数据都能够被检测到并删除。
②为保持自身发热温升小于0.1℃，SHT10的激活时间不超过10%。如12位精度测量，每秒最多测量2次。
③转换为物理量输出相对湿度输出转换公式为：
其中，RHlinear为25℃时相对湿度的线性值，SORH为传感器输出的相对湿度的数值,c1，c2,c3为系数。
当测量温度与25℃相差较大时，则需要考虑传感器的温度系数：
其中，RHtrue为温度不等于25℃时相对湿度的实际值，θc为当前温度，t1、t2是系数。
温度输出转换公式为：
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其中，θ为实际温度，SOθ为传感器输出的温度数值，θ1,θ2为系数。
由于湿度与温度经由同一块芯片测量而得，因此SHT10可以同时实现高质量的露点测量。
3.2.6语音播报电路的设计 1. WTH080语音芯片的主要特点
WTH080芯片具有以下特点：可编程一次性烧录语音芯片；语音长度可达80秒；PWM和DAC两种音频输出方式；内部集成时钟振荡器；最大可存放700个语音文件；最多可加载63段地址的语音；具有按键控制模式、一线串口控制模式以及两线串口控制模式等；触发防抖时间：50us（串口）和10ms（按键）；7种按键触发方式；支持播放不同采样率的语音文件；支持BUSY状态输出功能；支持USB端口下载；工作电压：DC2.4～5.0V。
2. WTH080语音芯片的控制模式 ①按键控制
在按键控制模式下，任意控制端均可设置为脉冲可重复、脉冲不可重复、脉冲保持、脉冲不保持、电平保持可循环、电平保持不可循环、下一曲可循环等 7 种触发方式。
②一线口控制
一线串口控制模式是通过在 DATA 线上发送不同的脉冲数量以达到控制语音地址的目的，该控制模式具有控制端口少，可控制语音地址数量多等优点，也容易受到外界脉冲信号的干扰。
一线串口控制时序中，先发送 200us 的/RESET 信号，等待 5ms 后发送 DATA，DATA 中每个脉冲保持在 100us 的高电平，两个脉冲之间的间隔时间需要 100us。发送脉冲后等待 200us，开始播放地址语音，再过 200us 后 BUSY 信号发生变化。其时序如下所示：
图3-17 一线口控制时序图
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③两线串口与控制
两线串口控制模式由 DI 及 CLK 发送数据信号控制语音地址，同时由 DO 返回相关操作数据。在发送 DI 前先将 CLK 拉高 100us，以唤醒芯片工作，继而发送周期为 200us 的 CLK 信号跟 DI，在接收到 DI 数据 100us 后 DO 返回 DI 所发送的数据。整个数据需要发送 24bit，数据发送完成后 200us，开始播放地址语音。 时钟周期的工作范围为 50～4000us。
图3-18 两线口控制时序图
3. WTH080语音芯片的复位及输出状态 ①复位
可通过 PC 软件设置 P02 为复位控制端口，负脉冲触发，保持 5ms 以上有效。
图3-19 复位电路图
②输出状态
P05、P06、P07、P08、P10、P11、P12 均可以设置为输出端口，其中可设置的状态有：待机状态高电平/低电平；播放语音时输出低电平 ；播放语音时输出高电平；LED 闪光频率6Hz、3Hz、1.5Hz、0.75Hz。
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第4章 系统软件的设计
由于本设计的功能要求，运用的模块较多，程序比较复杂，因此在这里只用流程图表示。
4.1 主程序流程图
有于本电路中需要实现的功能比较多，必须进行模块化的程序编写。因而主程序中主要是对各种子程序的初始化操作，以及对各种子程序功能的调用操作。主程序实现的具体功能与实现方式见以下流程图。
图4-1 主程序流程图
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4.2公历转农历及时间调整流程图
本设计采用的是按年查表法，从而最大限度地缩减表格所占的程序空间。 农历月大月30 天，小月29 天，可以用1 B表示农历月的大小月信息。农历的一年，有闰月的情况下是13 个月，否则是12 个月，用13B表示农历一年。用4B来表示闰月的月份值，为0 表示本年没有闰月。
以农历的正月初一对应的公历日作为参照日，公历月最多为31天，用5 B来表示。春节不是在1 月就是在2 月，在此，用2B 来表示春节， 2B表示月份。
计算公历日所对应的农历日的方法：先算出公历日离当年1月1号的天数，查表得到当年的春节日期，算出春节离1月1号的天数，两者相减即可推出公历日离春节的天数。以后，只要依照大小月和闰月信息减一月天数，调整一月农历月份即可推算出公历日所对应的农历日，若公历日不到春节日期，那么公历年要比农历年大一年，农历大小月取前一年的信息，农历月从12 月向前推算。
通过计算可以直接得到公历日所对应的星期天。理论上，公元0 年1 月1 日为星期日，只要得出公历日离公元0 年1 月1 日的天数，用来除以7 ，得出的余数就是星期几。以下是公历转农历的程序流程图：
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图4-2 公历转农历子程序流程图
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图4-3 时间日期调整主程序
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4.3时钟电路流程图
本设计采用DS1302时钟芯片，不需要在单片机程序中编写时钟程序，只对芯片进行一定的初始化，对其产生的时间进行读取，有需要再调整即可。
图4-4 DS1302子程序流程图
4.4语音播报电路子程序
语音播报电路主要用于当按键按下时，输出所录制好的闹铃语音或报时。
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图4-5 语音播报子程序流程图
4.5无线遥控子程序
无线遥控主要用于人机界面的输入，无线遥控子程序主要用于按键的检测。其过程为：扫描按键，去抖延时，再检测，执行对应程序。值得说明的是此流程图中省略了无线发射和接收的部分。
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图4-6 无线遥控子程序
4.6温湿度检测电路
单片机将温湿度数据(SOT)从SHTIO读入，然后计算，判断标志位TEMP—SORH的状态(初始化标志位TEMP—SORH为高)，分别进行显示温度和读取湿度数据(SORH)、计算湿度、显示湿度。系统主程序流程图如下所示：
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图4-7 SHT10温湿度检测子程序流程图
4.7显示电路子程序
LCD液晶显示子程序分为以下几个部分：液晶初始化，读忙，写指令和写数据操作。在执行每条指令之前，要确定模块的忙标志为低电平（不忙），否侧此指令无效。
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图4-8 LCD显示子程序流程图
第5章 软件和硬件的调试
5.1软件的调试
5.1.1调试主程序
调试中，主程序应在子程序调试通过后再进行调试，确保能正常实现各种功能。即
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时间日期和温湿度能正常显示。
5.1.2调试子程序
子程序的正确运行，是主程序能正常驱使各功能实现的前提。所以，调试子程序应放在调试主程序的前面。先明确每个子程序要实现的功能，再从语法上分析子程序的调用，返回值以及与子程序的设置相关的标志位的变化是否和预期值相一致。然后采用跟踪运行或运行至光标处的方法检查从主程序进入子程序内部的运行过程，再通过单步运行等方法检查子程序内部的运行情况和返回主程序的过程。
5.2 硬件调试
先检查电路在理论设计上是否可行，若可行，接下来就检查电路的连接是否正常，特别是电源的正负极、按键开关电路、LCD1602显示电路、程序是否写入芯片，是否存在虚焊等。通过反复调试，发现并解决软硬件存在的各类问题，以满足课题设计的预期目的。
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总结
本课题设计的是基于MCS51系列的单片机的无线遥控语音播报电子万年历。可以显示我们日常生活中所需要知道的时间、时刻及日期，可以进行时间和日期校准，也能对闰年起到补偿作用，还具有温湿度显示的功能，同时还能设置闹钟，实现语音播报的功能。在设计中，需要对单片机以及其各种外围芯片，如时钟芯片、温湿度传感器芯片、语音芯片以及LCD液晶显示的使用进行深入了解和学习。在设计过程中，通过不断的学习和思考，向老师请教，和同学讨论，从而完善设计要求。在此过程中，得到了实际动手的经验，真正实现了理论与实践相结合，为毕业以后的工作和学习打下了一定的基础。
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致谢
通过一个学期的不懈努力，毕业设计终于宣告结束，在此，我要感谢的人太多了。首先，要感谢学校和学院，为我们的毕业设计提供了实验室和实验设备，是毕业设计的顺利进行和成功完成有了充分的保障。然后要感谢张建军老师，作为指导老师，他向我们提供了设计课题以及与设计相关的部分查阅资料，在课题的选题及设计过程中，还不时的给予亲切的关怀和悉心的指导，让我们很是感动。感谢图书馆，为我们提供了丰富的图书文献，在设计中可以随时查阅想要的资料，为我们解决问题提供了很多的方便之处。最后还要感谢周围的同学，他们的热心帮助，为我的设计中遇到的问题提供了很多的解决方法。
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参考文献
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