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基于PCF8563户外型倒计时系统的设计
基于PCF8563户外型倒计时系统的设计 关键词：PCF8563 I2C 倒计时系统 引言 倒计时系统的任务，就是对某一设定日期进行倒数，在显示屏显示当前距 离设定日期的时间；广泛应用于重大的节日或活动，以增强人们的关切程度和紧 迫感。户外型倒计时系统，首先要求在强日光下显示屏的字符依然清晰可见，而 且要求系统能够长时间连续稳定地工作。本文介绍的系统正是针对这样的要求而 开发出来的。
1 总体设计方案 整个系统由时钟芯片、中央处理单元、译码、驱动、显示、键盘几部分构 成，系统框图如图1所示。
2 硬件电路设计 2.1 时钟芯片 PCF8563是Philips公司推出的一款带I2C总线具有极低功耗的多功能时钟/ 日历芯片，具有四种报警功能和定时功能；
内部时钟电路、内部振荡电路、内部 低电压检测以两线制I2C总线通信方式，不但使用外围电路简洁，而且增加了芯 片的可靠性。
PCF8563的SCL为时钟输入端，数据随时钟信号同步输入器件或从器件输 出；
SDA为双向引脚，用于串行数据的输入输出；
INT是中断信号输出端，可通 过设置报警寄存器按指定时间在该脚产生报警信号，低电平有效；
SDA、SCL、 INT均为漏极开路，必须上拉电阻；
X1、X2分别为反相放大器的输入、输出端；
可在X1端接入32.768kHz的石英晶振，配置成片内振荡器。本系统PCF8563与 89C51接口采用图2所示接口方案。
图2中，在X1、X2端接入32.768kHz的石英晶振，将时钟源配置为片内振 荡器。VDD与地之间国入1个1μF的大电容供电维持时钟芯片，锂电池（3.6V） 同时开始工作，给时钟芯片供电，使时钟芯片工作不受影响。PCF8563与89C51 接口采用3根口线，PCF8563的INT脚产生周期为1s的脉冲中断信号给89C51的INT0引脚，89C51产生中断后，通过I2C总线读取PCF8563的基准时间。
2.2 显示和键盘电路 译码、显示、驱动、键盘电路如图3所示、单片机将读入的PCF8563时间 信息，经过程序处理，输出显示信号到P1口（数据4位，选择信号4位）。显示信 息包括倒计时信息（当前距离设定时间的天数）和当前时间的星期、时、分、秒 信息。4位数据信号送入MC14513（BCD-锁存/7段译/码驱动器），共有10个 MC14513：倒计时占用3个，时间时、分、秒各占用2个，星期占用1个。4位选择 信号送到74LS145译码器（4位锁存/4-10线译码），选择接收数据的MC14513芯 片。
被选择的MC14513译码驱动对应共阴数码管字段（a、b、c、d、e、f、g）。
户外显示要求在强日光下依然清楚可见，所以我们采用超高度φ5 LED管 组成LED点阵字符。其中每个字段由4块LED点阵埠并联组成，而每个LED点阵 块先由5个LED串联1组，再将4个串联组并联而成。先用的超高亮度LED工作电 流约为20mA，工作电压约为2V，每字段的总电流约为320mA，工作电压为10V;
字段的驱动，采用大电流反相驱动器ULN2003（由7组NPN达林顿驱动器组成）；
倒计时信号经MC14153输入到ULN2003，ULN2003输出接字段的阴极，字段阳 极接电源正极；
电源采用10A、5V的两个开关电源串联供电。
键盘接口有4个链：1个设定/确认键、1个修改+1键、1个修改-1键、1个移位 键。对应秒、分、时、倒计时、星期，有5个LED。LED亮，表示对应的秒或分 或星期或倒计时数据可按修改键修改。设定/确认键，有两种状态：设定和确认。
首先按下为设定时间状态，再按下为确认状态。将设定时间数据处理后写入 PCF8563，两种状态互为循环。在设定时间状态，首先次移位为秒位，对应秒移 位LED亮，按下移位键，移位LED灯接秒→分→时→倒计时→星期逐次循环；
按 下修改+1键或修改-1键可对相应位的数据进行+1或-1操作。
3 软件设计 PCF8563中共有16个寄存器，其中00～01H为控制寄存器，09～0CH为报 警寄存器，0DH为时钟输出寄存器，0E～0FH为定时器功能寄存器，02～08H为 秒～年时间寄存器。表1、表2列出了各寄存器概况及对应的内存地址和功能。表1 寄存器概况 表2 BCD格式寄存器概况 按I2C总线规约，PCF8563的从地址：读地址SLAR为A3H、写地址SLAW 为A2H，PCF8563I2C通信实现有字节写/读两种状态。适用80C51的虚拟I2C总线 软件包。本系统直接调用该I2C总线软件包的数据读写子程序（其中WRNBYT为 N字节的子程序，RDNBYT为读取N字节的字节），来实现PCF8563的I2C总线操 作。
根据硬件电路及资源分配，将I2C软件包中符号单元赋值如下：
SDA EQA P0.0 ；
数据传送 SCL EQU P0.1 ；
时钟控制状态 MIN DATA 30H ；
秒寄存器 SEC DATA 31H ；
分寄存器 HOUR DATA 32H ；
时寄存器 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为被控器的地址 NUMBYT DATA 38H ；
38H为数据字节计数器 MRT DATA 40H ；
接收数据缓冲区首地址 MTD DATA 50H ；
发送数据缓冲区首地址 ①PCF8563定时器工作模式MOV 51H ，#81H ；
设置PCF8563的0EH为81H，启动定时器，定时器频 率64Hz MOV 52H ，#64 ；
设置PCF8563的0FH为64，定时器倒计数值为64 MOV MTD ，#0EH ；
定时器控制寄存器字节首地址 MOV NUMBYT，#3 ；
写字节 MOV SLA ，#0A2H；
取写器件地址 LCALL WRNBYT ；
写8563 以上配置完成后，PCF8563的INT脚产生周期为1s，脉冲宽度（低电平）约 为15ms的脉冲中断信号。
②PCF8563当前时间设定子程序如下：
MOV 51H，#00H ；
启动时钟 MOV 52H，#11H ；
定时器为中断模式，脉冲形式 MOV 53H，MIN ；
将秒至年的时间写入发送缓冲区 MOV 54H，SEC MOV 55H，HOUR MOV 56H，DAY MOV 57H，WEEK MOV 58H，MON MOV 59H，YEAR MOV SLA，#0A2H ；
取写器件地址 MOV NUMBYT，#10；
写字节数MOV MTD，#00H ；
写入8563寄存器首地址为00H LCALL WRNBYT ；
写入8563 RET ③读出时钟芯片当前值子程序设计 MOV MTD，#02H ；
读时钟寄存器首字节地址02H MOV SLA，#0A2H ；
取写器件地址 MOV NUMBYT，#1 ；
写字节数 LCALL WRNBYT ；
写8563 MOV SLA，#0A3H ；
取读器件地址 MOV NUMBYT，#7 ；
读七个时钟信息 LCALL RDNBYT ；
读取时间并放入缓冲区 MOV A，40H ；
取滗字节 ANL A，#7FH ；
屏蔽无效位 MOV MIN，A ；
送秒寄存器 MOV A，41H ；
取分字节 ANL A，#7EH ；
屏蔽无效位 MOV MIN，A ；
送分寄存器 MOV A，42H ；
取小时字节 ANL A，#3FH ；
屏蔽无效位 MOV HOUR，A ；
送时寄存器 MOV A，43H ；
取天字节ANL A，#3FH ；
屏蔽无效位 MOV DAY，A ；
送天寄存器 MOV A，44H ;取星期字节 ANL A，#07H ；
屏蔽无效位 MOV WEEK，A ；
送星期寄存器 MOV A，45H ；
取月字节 ANL A，#1FH ；
屏蔽无效位 MOV MOTH，A ；
送月寄存器 RET 系统程序流程如图4所示，中断服务程序如5所示。
结语 此倒计时系统于广东省六届大运会中标，在整个运行过程正常稳定工作， 达到了大会提出的要求
