晶片介紹
外圍器件PCF8563I2C實時時鐘/日曆晶片
系統套用
摘要
文中介紹了PCF8563的結構、功能及工作原理。結合其在8051系統中的套用實例，給出了PCF8563與8051單片機的硬體接口電路和C語言軟體編程程式。
關鍵字
I2C匯流排串列接口PCF8563BCD碼 C語言
PCF8563簡介
PCF8563是PHILIPS公司生產的低功耗CMOS實時時鐘/日曆晶片，晶片最大匯流排速度為400kbits/s，每次讀寫數據後，其內嵌的字地址暫存器器會自動產生增量。PCF8563可廣泛套用於行動電話、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位暫存器，其中包括：可自動增量的地址暫存器、內置32.768kHz的振盪器（帶有一個內部集成電容）、分頻器（用於給實時時鐘RTC提供源時鐘）、可程式時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400kHz的I2C匯流排接口。所有16個暫存器設計成可定址的8位並行暫存器，但不是所有位都有用。當一個RTC暫存器被讀時，所有計數器的內容將被鎖存，因此，在傳送條件下，可以禁止對時鐘/日曆晶片的錯讀。表2、表3所列為各暫存器概況及對應的記憶體地址和功能，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指定世紀數為20XX，C=1指定世紀數為19XX。當年暫存器中的99變00時，世紀位才會改變。
其主要特性有：
1、寬電壓範圍 1.0~5.5V， 復位電壓標準值Vlow=0.9V。
2、超低功耗：典型值為 0.25uA (VDD=3.0V,Tamb=25℃)。
3、可程式時鐘輸出頻率為：32.768KHz 、1024Hz 、32Hz 、1Hz。
4、四種報警功能和定時器功能。
5、內含復位電路、振盪器電容和掉電檢測電路。
6、開漏中斷輸出。
7、400kHz I2C匯流排(VDD=1.8~5.5V)，其從地址讀 0A3H;寫 0A2H。
管腳描述
PCF8563 管腳圖| 符號 | 管腳號 | 描 述 |
| OSCI | 1 | 振盪器輸入 |
| OSCO | 2 | 振盪器輸出 |
| /INT | 3 | 中斷輸出（開漏：低電平有效） |
| VSS | 4 | 地 |
| SDA | 5 | 串列數據 I/O |
| SCL | 6 | 串列時鐘輸入 |
| CLKOUT | 7 | 時鐘輸出（開漏） |
| VDD | 8 | 正電源 |
工作原理
PCF8563 有 16 個8位暫存器：一個可自動增量的地址暫存器，一個內置 32.768KHz的振盪器（帶有一個內部集成的電容）一個分頻器（用於給實時時鐘RTC 提供源時鐘）一個可程式時鐘輸出，一個定時器，一個報警器，一個掉電檢測器和一個 400KHz I2C匯流排接口。
所有16 個暫存器設計成可定址的 8 位並行暫存器，但不是所有位都有用。前兩個暫存器（記憶體地址 00H，01H）用於控制暫存器和狀態暫存器，記憶體地址 02H~08H 用於時鐘計數器（秒~年計數器） ，地址 09H~0CH 用於報警暫存器（定義報警條件） ，地址 0DH 控制CLKOUT 管腳的輸出頻率，地址 0EH 和 0FH 分別用於定時器控制暫存器和定時器暫存器。秒、分鐘、小時、日、月、年、分鐘報警、小時報警、日報警暫存器，編碼格式為 BCD， 星期和星期報警暫存器不以 BCD 格式編碼。當一個 RTC 暫存器被讀時，所有計數器的內容被鎖存，因此，在傳送條件下，可以禁止對時鐘日曆晶片的錯讀。
暫存器概況
地址 暫存器名稱 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 00H 控制/狀態暫存器1 TEST 0 STOP 0 TESTC 0 0 0 01H 控制/狀態暫存器2 0 0 0 TI/TP AF TF AIE TIE 0DH CLKOUT頻率暫存器 FE — — — — — FD1 FD0 0EH定時器控制暫存器 TE — — — — — TD1 TD0 0FH 定時器倒計數數值暫存器 定時器倒計數數值
BCD暫存器
1.地址暫存器名稱 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0。
02H 秒：VL 00～59BCD碼格式數
03H 分：00～59BCD碼格式數
04H 時：00～23BCD碼格式數
05H 日：01～31BCD碼格式數
06H 星期：0～6
07H 月/世紀：C - - 01～12BCD碼格式數
08H 年：00～99BCD碼格式數
09H分鐘報警：AE - 00～59BCD碼格式數
0AH小時報警：AE - 00～23BCD碼格式數
0BH 日報警： AE -01～31BCD碼格式數
0CH 星期報警：AE - 0～6
2.開始和停止
STOP和START狀態之間匯流排空置，數據線（SDA）和時鐘線（SCL）保持在高電平。SCL高電平時SDA下降沿，為啟動條件（S）；SCL高電平時SDA上升沿為停止條件（P），參見下圖。
開始和停止定義3. 位傳送
每個時鐘脈衝傳送一個數據位，SDA線上的數據在時鐘脈衝高電平時應保持穩定，否則將成為控制信號，參見圖4。
4.標誌位
在START和STOP之間，發射器傳送給接收器的數據數量沒有限制。在每個8位位元組後加一個標誌位，發射器便產生一個高電平的標誌位，這時主設備產生一個附加標誌位時鐘脈衝。
“從接收器”必須在接收到每個位元組後產生一個標誌位，“主接收器”也必須在接收“從發射器”傳送的每個位元組後產生一個標誌位。
在標誌位時鐘脈衝出現時，SDA線應保持低電平（應考慮起動和保持時間）。
發射器應在從設備接收到最後一個位元組時變為低電平，而使接收器產生標誌位，這時主設備即可產生停止條件。參見圖5。
5. I2C匯流排協定
用I2C匯流排傳遞數據前，接收的設備應先標明地址，在I2C匯流排起動後，這個地址與第一個傳送位元組一起被傳送出去。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，數據信號線SDA則為一條雙向信號線。PCF8563的從地址參見圖6。
套用概述
圖7所示為PCF8563的具體套用電路圖，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，通電後在CLKOUT管腳上測出的頻率應為32.768kHz，測出的頻率值偏差取決於石英晶片本身，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。可通過調整OSCI管腳的微調電容式振盪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。
程式示例
以下的C語言源程式是用8051單片機的普通I/O口（如P0.0/P0.4）模擬實現PCF8563的I2C時鐘/日曆晶片的操作，有位元組寫/讀兩種狀態。程式中從地址的讀地址為0A3H，寫地址為0A2H.所傳送的數據位元組為9個，傳送的初始數據在rom_sed[9]中，rom_sed[9]定義了暫存器中當前傳送的值：控制/狀態暫存器1為0，控制/狀態暫存器2為0，秒暫存器為0，分鐘暫存器55，小時暫存器為23，日暫存器為31，星期暫存器為6，月/世紀暫存器為0x12，年暫存器為0x99（即1999年12月31日23點55分0秒），當程式運行一段時間（5分鐘）後，從地址暫存器02H開始讀數據，數據存放在rom_rec7中，發現變數rom_rec7變為2000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。
#include<d:.h>
#define byte unsignedchar sbit scl=0x81; //定義串列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)//延時子程式
{
data byte i;
for(i=0;i<6;i++);
}
void I_start(void)//傳送I2C匯流排起始條件子程式
{sda=1; ;
scl=1;
delay();
sda=0;
delay();
scl=0; ;
}
void I_stop(void) //I2C匯流排停止條件子程式
{
sda=0; ;
scl=1;
delay();
sda=1;
delay();
}
bit I_send(byte I_data) //位元組數據傳送子程式
{
data byte i;
for(i=0,i<8;i++)
{
sda-(bit)(I_data&0x80);
I_data=I_data<<1; ;
scl=1;
delay();
scl=0; } ;;
sda=1; ;; //readyfor 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) //位元組數據接收子程式
{
data byte i;
byteI_data=0;
sda=1;
for(i=0;I<8;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() //主程式
{
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;i<255;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;i<7;i++)
{
if(i= =6)
flag1=1;
else
flag1=0;
rom_rec[i]=I_receive();
switch(i)
{
case1:rom_rec[i]=rom_rec[i]&0x7f;break;
case2:
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;
}
