基于PCF8563戶外型倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    關(guān)鍵詞：PCF8563 I2C 倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)

引言

倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)的任務(wù)，就是對(duì)某一設(shè)定日期進(jìn)行倒數(shù)，在顯示屏顯示當(dāng)前距離設(shè)定日期的時(shí)間；廣泛應(yīng)用于重大的節(jié)日或活動(dòng)，以增強(qiáng)人們的關(guān)切程度和緊迫感。戶外型倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)，首先要求在強(qiáng)日光下顯示屏的字符依然清晰可見，而且要求系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定地工作。本文介紹的系統(tǒng)正是針對(duì)這樣的要求而開發(fā)出來的。

1 總體設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由時(shí)鐘芯片、中央處理單元、譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示、鍵盤幾部分構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 時(shí)鐘芯片

PCF8563是Philips公司推出的一款帶I2C總線具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片，具有四種報(bào)警功能和定時(shí)功能；內(nèi)部時(shí)鐘電路、內(nèi)部振蕩電路、內(nèi)部低電壓檢測(cè)以兩線制I2C總線通信方式，不但使用外圍電路簡(jiǎn)潔，而且增加了芯片的可靠性。

PCF8563的SCL為時(shí)鐘輸入端，數(shù)據(jù)隨時(shí)鐘信號(hào)同步輸入器件或從器件輸出；SDA為雙向引腳，用于串行數(shù)據(jù)的輸入輸出；INT是中斷信號(hào)輸出端，可通過設(shè)置報(bào)警寄存器按指定時(shí)間在該腳產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，低電平有效；SDA、SCL、INT均為漏極開路，必須上拉電阻；X1、X2分別為反相放大器的輸入、輸出端；可在X1端接入32.768kHz的石英晶振，配置成片內(nèi)振蕩器。本系統(tǒng)PCF8563與89C51接口采用圖2所示接口方案。

圖2中，在X1、X2端接入32.768kHz的石英晶振，將時(shí)鐘源配置為片內(nèi)振蕩器。VDD與地之間國(guó)入1個(gè)1μF的大電容供電維持時(shí)鐘芯片，鋰電池（3.6V）同時(shí)開始工作，給時(shí)鐘芯片供電，使時(shí)鐘芯片工作不受影響。PCF8563與89C51接口采用3根口線，PCF8563的INT腳產(chǎn)生周期為1s的脈沖中斷信號(hào)給89C51的INT0引腳，89C51產(chǎn)生中斷后，通過I2C總線讀取PCF8563的基準(zhǔn)時(shí)間。

    2.2 顯示和鍵盤電路

譯碼、顯示、驅(qū)動(dòng)、鍵盤電路如圖3所示、單片機(jī)將讀入的PCF8563時(shí)間信息，經(jīng)過程序處理，輸出顯示信號(hào)到P1口（數(shù)據(jù)4位，選擇信號(hào)4位）。顯示信息包括倒計(jì)時(shí)信息（當(dāng)前距離設(shè)定時(shí)間的天數(shù)）和當(dāng)前時(shí)間的星期、時(shí)、分、秒信息。4位數(shù)據(jù)信號(hào)送入MC14513（BCD-鎖存/7段譯/碼驅(qū)動(dòng)器），共有10個(gè)MC14513：倒計(jì)時(shí)占用3個(gè)，時(shí)間時(shí)、分、秒各占用2個(gè)，星期占用1個(gè)。4位選擇信號(hào)送到74LS145譯碼器（4位鎖存/4-10線譯碼），選擇接收數(shù)據(jù)的MC14513芯片。 被選擇的MC14513譯碼驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)共陰數(shù)碼管字段（a、b、c、d、e、f、g）。

戶外顯示要求在強(qiáng)日光下依然清楚可見，所以我們采用超高度φ5 LED管組成LED點(diǎn)陣字符。其中每個(gè)字段由4塊LED點(diǎn)陣埠并聯(lián)組成，而每個(gè)LED點(diǎn)陣塊先由5個(gè)LED串聯(lián)1組，再將4個(gè)串聯(lián)組并聯(lián)而成。先用的超高亮度LED工作電流約為20mA，工作電壓約為2V，每字段的總電流約為320mA，工作電壓為10V;字段的驅(qū)動(dòng)，采用大電流反相驅(qū)動(dòng)器ULN2003（由7組NPN達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器組成）；倒計(jì)時(shí)信號(hào)經(jīng)MC14153輸入到ULN2003，ULN2003輸出接字段的陰極，字段陽極接電源正極；電源采用10A、5V的兩個(gè)開關(guān)電源串聯(lián)供電。



    鍵盤接口有4個(gè)鏈：1個(gè)設(shè)定/確認(rèn)鍵、1個(gè)修改+1鍵、1個(gè)修改-1鍵、1個(gè)移位鍵。對(duì)應(yīng)秒、分、時(shí)、倒計(jì)時(shí)、星期，有5個(gè)LED。LED亮，表示對(duì)應(yīng)的秒或分或星期或倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)可按修改鍵修改。設(shè)定/確認(rèn)鍵，有兩種狀態(tài)：設(shè)定和確認(rèn)。首先按下為設(shè)定時(shí)間狀態(tài)，再按下為確認(rèn)狀態(tài)。將設(shè)定時(shí)間數(shù)據(jù)處理后寫入PCF8563，兩種狀態(tài)互為循環(huán)。在設(shè)定時(shí)間狀態(tài)，首先次移位為秒位，對(duì)應(yīng)秒移位LED亮，按下移位鍵，移位LED燈接秒→分→時(shí)→倒計(jì)時(shí)→星期逐次循環(huán)；按下修改+1鍵或修改-1鍵可對(duì)相應(yīng)位的數(shù)據(jù)進(jìn)行+1或-1操作。

3 軟件設(shè)計(jì)

PCF8563中共有16個(gè)寄存器，其中00～01H為控制寄存器，09～0CH為報(bào)警寄存器，0DH為時(shí)鐘輸出寄存器，0E～0FH為定時(shí)器功能寄存器，02～08H為秒～年時(shí)間寄存器。表1、表2列出了各寄存器概況及對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址和功能。

表1 寄存器概況

表2 BCD格式寄存器概況

按I2C總線規(guī)約，PCF8563的從地址：讀地址SLAR為A3H、寫地址SLAW為A2H，PCF8563I2C通信實(shí)現(xiàn)有字節(jié)寫/讀兩種狀態(tài)。適用80C51的虛擬I2C總線軟件包。本系統(tǒng)直接調(diào)用該I2C總線軟件包的數(shù)據(jù)讀寫子程序（其中WRNBYT為N字節(jié)的子程序，RDNBYT為讀取N字節(jié)的字節(jié)），來實(shí)現(xiàn)PCF8563的I2C總線操作。

根據(jù)硬件電路及資源分配，將I2C軟件包中符號(hào)單元賦值如下：

SDA EQA P0.0 ；數(shù)據(jù)傳送

SCL EQU P0.1 ；時(shí)鐘控制狀態(tài)

MIN DATA 30H ；秒寄存器

SEC DATA 31H ；分寄存器

HOUR DATA 32H ；時(shí)寄存器

DAY DATA 33H ；日寄存器

WEEK DATA 34H ；周寄存器

MONTH DATA 35H ；月寄存器

YEAR DATA 36H ；年寄存器

SLA DATA 37H ；37H為被控器的地址

NUMBYT DATA 38H ；38H為數(shù)據(jù)字節(jié)計(jì)數(shù)器

MRT DATA 40H ；接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

MTD DATA 50H ；發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

①PCF8563定時(shí)器工作模式

MOV 51H ，#81H ；設(shè)置PCF8563的0EH為81H，啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)器頻率64Hz

MOV 52H ，#64 ；設(shè)置PCF8563的0FH為64，定時(shí)器倒計(jì)數(shù)值為64

MOV MTD ，#0EH ；定時(shí)器控制寄存器字節(jié)首地址

MOV NUMBYT，#3 ；寫字節(jié)

MOV SLA ，#0A2H；取寫器件地址

LCALL WRNBYT ；寫8563

    以上配置完成后，PCF8563的INT腳產(chǎn)生周期為1s，脈沖寬度（低電平）約為15ms的脈沖中斷信號(hào)。

②PCF8563當(dāng)前時(shí)間設(shè)定子程序如下：

MOV 51H，#00H ；啟動(dòng)時(shí)鐘

MOV 52H，#11H ；定時(shí)器為中斷模式，脈沖形式

MOV 53H，MIN ；將秒至年的時(shí)間寫入發(fā)送緩沖區(qū)

MOV 54H，SEC

MOV 55H，HOUR

MOV 56H，DAY

MOV 57H，WEEK

MOV 58H，MON

MOV 59H，YEAR

MOV SLA，#0A2H ；取寫器件地址

MOV NUMBYT，#10；寫字節(jié)數(shù)

MOV MTD，#00H ；寫入8563寄存器首地址為00H

LCALL WRNBYT ；寫入8563

RET

③讀出時(shí)鐘芯片當(dāng)前值子程序設(shè)計(jì)

MOV MTD，#02H ；讀時(shí)鐘寄存器首字節(jié)地址02H

MOV SLA，#0A2H ；取寫器件地址

MOV NUMBYT，#1 ；寫字節(jié)數(shù)

LCALL WRNBYT ；寫8563

MOV SLA，#0A3H ；取讀器件地址

MOV NUMBYT，#7 ；讀七個(gè)時(shí)鐘信息

LCALL RDNBYT ；讀取時(shí)間并放入緩沖區(qū)

MOV A，40H ；取潷字節(jié)

ANL A，#7FH ；屏蔽無效位

MOV MIN，A ；送秒寄存器

MOV A，41H ；取分字節(jié)

ANL A，#7EH ；屏蔽無效位

MOV MIN，A ；送分寄存器

MOV A，42H ；取小時(shí)字節(jié)

ANL A，#3FH ；屏蔽無效位

MOV HOUR，A ；送時(shí)寄存器

MOV A，43H ；取天字節(jié)

ANL A，#3FH ；屏蔽無效位

MOV DAY，A ；送天寄存器

MOV A，44H ;取星期字節(jié)

ANL A，#07H ；屏蔽無效位

MOV WEEK，A ；送星期寄存器

MOV A，45H ；取月字節(jié)

ANL A，#1FH ；屏蔽無效位

MOV MOTH，A ；送月寄存器

RET

系統(tǒng)程序流程如圖4所示，中斷服務(wù)程序如5所示。

結(jié)語

此倒計(jì)時(shí)系統(tǒng)于廣東省六屆大運(yùn)會(huì)中標(biāo)，在整個(gè)運(yùn)行過程正常穩(wěn)定工作，達(dá)到了大會(huì)提出的要求。