外國器件PCF8563I2C實時時鐘/日歷芯片在8051系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：PCF8563是PLILIPS公司生產(chǎn)的低功耗CMOS實時時鐘/日歷芯片，文中介紹了PCF8563的結(jié)構(gòu)、功能及工作原理。結(jié)合其在8051系統(tǒng)中的應(yīng)用實例，給出了PCF8563與8051單片機(jī)的硬件接口電路和C語言軟件編程程序。

關(guān)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(chǎn)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(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器器會自動產(chǎn)生增量。PCF8563可廣泛應(yīng)用于移動電話、便攜儀器、傳真機(jī)、電池電源等產(chǎn)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(nèi)置32.768kHz的振蕩器（帶有一個內(nèi)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(shè)計成可尋址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。當(dāng)一個RTC寄存器被讀時，所有計數(shù)器的內(nèi)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(yīng)的內(nèi)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(yīng)置邏輯。表3中的世紀(jì)位C=0指定世紀(jì)數(shù)為20XX，C=1指定世紀(jì)數(shù)為19XX。當(dāng)年寄存器中的99變00時，世紀(jì)位才會改變。

表1 PCF8563的管腳描述

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(jù)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(jù)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(chǎn)生信號的設(shè)備是傳送器，接收信號的設(shè)備是接收器，控制信號的設(shè)備是主設(shè)備，受控制信號的設(shè)備是從設(shè)備。

表2 寄存器概況

表3 BCD格式寄存器概況

2.2 啟動和停止條件

總線不忙時，數(shù)據(jù)線和時鐘線保持在高電平。數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)位，SDA線上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖高電平時應(yīng)保持穩(wěn)定，否則將成為控制信號，參見圖4。

2.4 標(biāo)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(jù)數(shù)量沒有限制。在每個8位字節(jié)后加一個標(biāo)志位，傳送器便產(chǎn)生一個高電平的標(biāo)志位，這時主設(shè)備產(chǎn)生一個附加標(biāo)志位時鐘脈沖。

從接受器必須在接收到每個字節(jié)后產(chǎn)生一個標(biāo)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(chǎn)生一個標(biāo)志位。在標(biāo)志位時鐘脈沖出現(xiàn)時，SDA線應(yīng)保持低電平（應(yīng)考慮起動和保持時間）。傳送器應(yīng)在從設(shè)備接收到最后一個字節(jié)時變?yōu)榈碗娖剑菇邮掌鳟a(chǎn)生標(biāo)志位，這時主設(shè)備即可產(chǎn)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(jù)前，接收的設(shè)備應(yīng)先標(biāo)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(jù)信號線SDA則為一條雙向信號線。PCF8563的從地址參見圖6。

3 應(yīng)用概述

圖7所示為PCF8563的具體應(yīng)用電路圖，對圖中石英晶片頻率的調(diào)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(yīng)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(dá)5分鐘/年。

方法2：OSCI微調(diào)電容。可通過調(diào)整OSCI管腳的微調(diào)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(jī)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(jù)字節(jié)為9個，發(fā)送的初始數(shù)據(jù)在rom_sed[9]中，rom_sed[9]定義了寄存器中當(dāng)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(jì)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(dāng)程序運(yùn)行一段時間（5分鐘）后，從地址寄存器02H開始讀數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(jù)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(xiàn)_clock());

scl=0;

return(flag);

}

byte I_receive(void) //字節(jié)數(shù)據(jù)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(xiàn)_send(rom_sed[i]));

else;

}

I_stop();

}

else;

}

else;

start: I_start();

if(～I(xiàn)_send(0xa2)) //pcf_write address

{if(～I(xiàn)_send(0x02)) //pcf_status register address

{I_start();

if(～I(xiàn)_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;

}