外國器件PCF8563I2C實時時鐘/日歷芯片在8051系統(tǒng)中的應用
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摘要：PCF8563是PLILIPS公司生產的低功耗CMOS實時時鐘/日歷芯片，文中介紹了PCF8563的結構、功能及工作原理。結合其在8051系統(tǒng)中的應用實例，給出了PCF8563與8051單片機的硬件接口電路和C語言軟件編程程序。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/255593.htm關鍵詞：I2C總線 串行接口 PCF8563 BCD碼 C語言
1 PCF8563簡介
PCF8563是PHILIPS公司生產的低功耗CMOS實時時鐘/日歷芯片，芯片最大總線速度為400kbits/s，每次讀寫數(shù)據后，其內嵌的字地址寄存器器會自動產生增量。PCF8563可廣泛應用于移動電話、便攜儀器、傳真機、電池電源等產品中。
PCF8563的引腳排列如圖1所示，各引腳功能說明如表1所列。
PCF8563有16個8位寄存器，其中包括：可自動增量的地址寄存器、內置32.768kHz的振蕩器（帶有一個內部集成電容）、分頻器（用于給實時時鐘RTC提供源時鐘）、可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400kHz的I2C總線接口。
所有16個寄存器設計成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。當一個RTC寄存器被讀時，所有計數(shù)器的內容將被鎖存，因此，在傳送條件下，可以禁止對時鐘/日歷芯片的錯讀。
表2、表3所列為各寄存器概況及對應的內存地址和功能，同時列出了它們的BCD格式編碼。表中“——”表示無效位，“0”表示此位應置邏輯。表3中的世紀位C=0指定世紀數(shù)為20XX，C=1指定世紀數(shù)為19XX。當年寄存器中的99變00時，世紀位才會改變。
表1 PCF8563的管腳描述
| 符 號 | 管腳號 | 描 述 |
| OSCI | 1 | 振蕩器輸入 |
| OSCO | 2 | 振蕩器輸出 |
| INT | 3 | 終端輸出（開漏：低電平有效） |
| Vss | 4 | 地 |
| SDA | 5 | 串行數(shù)據I/O |
| SCL | 6 | 串行時鐘輸入 |
| CLKOUT | 7 | 時鐘輸出（開漏） |
| VDD | 8 | 正電源 |
2 I2C總線
2.1 I2C總線特性
I2C總線用兩條線（SDA和SCL）在芯片和模塊間傳遞信息。SDA為串行數(shù)據線，SCL為串行時鐘線，這兩條線必須用一個上拉電阻與正電源相連，其數(shù)據只有在總線不忙時才可傳送。I2C總線的系統(tǒng)配置參見圖2，產生信號的設備是傳送器，接收信號的設備是接收器，控制信號的設備是主設備，受控制信號的設備是從設備。
表2 寄存器概況
| 地址 | 寄存器名稱 | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0 |
| 00H | 控制/狀態(tài)寄存器1 | TEST | 0 | STOP | 0 | TESTC | 0 | 0 | 0 |
| 01H | 控制/狀態(tài)寄存器2 | 0 | 0 | 0 | TI/TP | AF | TF | AIE | TIE |
| 0DH | CLKOUT頻率寄存器 | FE | — | — | — | — | — | FD1 | FD0 |
| 0EH | 定時器控制寄存器 | TE | — | — | — | — | — | TD1 | TD0 |
| 0FH | 定時器倒計數(shù)數(shù)值寄存器 | 定時器倒計數(shù)數(shù)值 | |||||||
表3 BCD格式寄存器概況
| 地 址 | 寄存器名稱 | Bit7 | Bit6 | Bit5 | Bit4 | Bit3 | Bit2 | Bit1 | Bit0 |
| 01H | 秒 | VL | 00～59BCD碼格式數(shù) | ||||||
| 03H | 分鐘 | - | 00～59BCD碼格式數(shù) | ||||||
| 04H | 小時 | - | - | 00～23BCD碼格式數(shù) | |||||
| 05H | 日 | - | - | 01～31BCD碼格式數(shù) | |||||
| 06H | 星期 | - | - | - | - | - | 0～6 | ||
| 07H | 月/世紀 | C | - | - | 01～12BCD碼格式數(shù) | ||||
| 08H | 年 | 00～99BCD碼格式數(shù) | |||||||
| 09H | 分鐘報警 | AE | 00～59BCD碼格式數(shù) | ||||||
| 0AH | 小時報警 | AE | - | 00～23BCD碼格式數(shù) | |||||
| 0BH | 日報警 | AE | - | 01～31BCD碼格式數(shù) | |||||
| 0CH | 星期報警 | AE | - | - | - | - | 0～6 | ||
2.2 啟動和停止條件
總線不忙時，數(shù)據線和時鐘線保持在高電平。數(shù)據線（SDA）在下降沿而時鐘線（SCL）為高電平時，為起動條件（S）；數(shù)據線在上升沿而時鐘線為高電平時為停止條件（P），參見圖3。
2.3 位傳送
每個時鐘脈沖傳送一個數(shù)據位，SDA線上的數(shù)據在時鐘脈沖高電平時應保持穩(wěn)定，否則將成為控制信號，參見圖4。
2.4 標志位
在起動條件和停止條件之間，傳送器傳送給接收器的數(shù)據數(shù)量沒有限制。在每個8位字節(jié)后加一個標志位，傳送器便產生一個高電平的標志位，這時主設備產生一個附加標志位時鐘脈沖。
從接受器必須在接收到每個字節(jié)后產生一個標志位，主接收器也必須在接收從傳送器傳送的每個字節(jié)后產生一個標志位。在標志位時鐘脈沖出現(xiàn)時，SDA線應保持低電平（應考慮起動和保持時間）。傳送器應在從設備接收到最后一個字節(jié)時變?yōu)榈碗娖?，而使接收器產生標志位，這時主設備即可產生停止條件。參見圖5。
2.5 I2C總線協(xié)議
用I2C總線傳遞數(shù)據前，接收的設備應先標明地址，在I2C總線起動后，這個地址與第一個傳送字節(jié)一起被傳送出去。PCF8563可以作為一個從接收器或從傳送器，此時的時鐘信號線SCL只能輸入信號線，數(shù)據信號線SDA則為一條雙向信號線。PCF8563的從地址參見圖6。
3 應用概述
圖7所示為PCF8563的具體應用電路圖，對圖中石英晶片頻率的調整，筆者給出3種可行性方法，供參考：
方法1：定值OSCI電容。計算所需的電容平均值，用此值的定值電容，通電后在CLKOUT管腳上測出的頻率應為32.768kHz，測出的頻率值偏差取決于石英晶片本身，電容偏差和器件之間的偏差平均為±5×10 -6。平均偏差可達5分鐘/年。
方法2：OSCI微調電容?？赏ㄟ^調整OSCI管腳的微調電容式振蕩器的頻率來獲得更高的精度，此時可測出通電時管腳CLKOUT上的信號頻率為32.768kHz。
方法3：OSCI輸出。直接測量管腳OSCI的輸出。
4 程序范例
以下的C語言源程序是用8051單片機的普通I/O口（如P0.0/P0.4）模擬實現(xiàn)PCF8563的I2C時鐘/日歷芯片的操作，有字節(jié)寫/讀兩種狀態(tài)。程序中從地址的讀地址為0A3H，寫地址為0A2H.所發(fā)送的數(shù)據字節(jié)為9個，發(fā)送的初始數(shù)據在rom_sed[9]中，rom_sed[9]定義了寄存器中當前發(fā)送的值：控制/狀態(tài)寄存器1為0，控制/狀態(tài)寄存器2為0，秒寄存器為0，分鐘寄存器55，小時寄存器為23，日寄存器為31，星期寄存器為6，月/世紀寄存器為0x12，年寄存器為0x99（即1999年12月31日23點55分0秒），當程序運行一段時間（5分鐘）后，從地址寄存器02H開始讀數(shù)據，數(shù)據存放在rom_rec7中，發(fā)現(xiàn)變量rom_rec7變?yōu)?000年1月1日0點0分。若外轉帳電路有顯示，則時間可以顯示在面板上。
#included:.h>
#define byte unsigned char
sbit scl=0x81; //定義串行I/O口
sbit sda=0x80;
idata byte rom_sed[9];
idata byte rom_rec[7];
idata byte j,k;
bit flag,flag1;
void delay(void) //延時子程序
{data byte i;
for(i=0;i6;i++);
}
void I_start(void) //發(fā)送I2C總線起始條件子程序
{sda=1;
;
scl=1;
delay();
sda=0;
delay();
scl=0;
;
}
void I_stop(void) //I2C總線停止條件子程序
{sda=0;
;
scl=1;
delay();
sda=1;
delay();
}
bit I_send(byte I_data) //字節(jié)數(shù)據傳送子程序
{data byte i;
for(i=0,i8;i++)
{sda-(bit)(I_data0x80);
I_data=I_data1;
;
scl=1;
delay();
scl=0;
}
;;
sda=1; ;; //ready for receiving ACK bit
scl=1; ;; //start receiving ack bit
flag=0;
if(sda= =0)flag=0;
else flag=1; //return(～I_clock());
scl=0;
return(flag);
}
byte I_receive(void) //字節(jié)數(shù)據接收子程序
{ data byte i;
byte I_data=0;
sda=1;
for(i=0;I8;i++)
{ I_data*=2;
;
scl=0;
delay();
scl=1; ;;
if(sda= =1)I_data++;
;;
}
scl=0; ;;;
sda=0;
if(flag1= =0){;;scl=1;delay();scl=0;} //not last receic_byte ACK
else{sda=1; ;;scl=1;delay();scl=0;flag1=0;} //the last receive_byte ～ACK
return(I_data);
}
main() //主程序
{data byte i;
rom_sed[0]=0x00; rom_sed[1]=0x00;
rom_sed[2]=0x00; rom_sed[3]=0x55;
rom_sed[4]=0x23; rom_sed[5]=0x31;
rom_sed[6]=0x06; rom_sed[7]=0x92;
rom_sed[8]=0x99;
for(i=0;i255;i++)delay();
I_start();
if(～I_send(rom_sed[i]));
else;
}
I_stop();
}
else;
}
else;
start: I_start();
if(～I_send(0xa2)) //pcf_write address
{if(～I_send(0x02)) //pcf_status register address
{I_start();
if(～I_send(0xa3)) //write status register
{for(i=0;i7;i++)
{if(i= =6)flag1=1;
else flag1=0;
rom_rec[i]=I_receive();
switch(i)
{case 1:rom_rec[i]=rom_rec[i]0x7f;break;
ease2:
case3:rom_rec[i]=rom_rec[i]0x3f;break;
case4:rom_rec[i]=rom_rec[i]0x07;break;
case5:rom_rec[i]=rom_rec[i]0x9f;brealk;default:break;
}
}
I_stop()
}
}
}
goto start;
}
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