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基于PCF8563户外型倒计时系统的设计
摘要：介绍基于PCF8563设计户外侄计时系统的硬件接口电路及PCF8563软件编程。该系统在强日光下显示屏的字符清晰可见，能够长时间连续稳定地工作。关键词：PCF8563I2C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φ5LED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
地址寄存器名称位7位6位5位4位3位2位1位000H控制/状态寄存器1TFST0STOP0TESTC00001H控制/状态寄存器2000TT/TPAFTFAIETIE0DHCLKOU输出寄存器FE-----FD1FD00EH定时器控制寄存器TE-----TD1TD00FH定时器倒计数数值寄存器定时器倒计数数值（二制）
表2BCD格式寄存器概况
地址寄存器名称位7位6位5位4位3位2位1位002h秒VL00～59BCD码格式数03h分-00～59BCD码格式数04h时--00～23BCD码格式数05h日--00～59BCD码格式数06h星期-----0～607h月/世纪C--01～12BCD码格式数08h年00～99BCD码格式数09h分钟报警AE00～59BCD码格式数0Ah小时报警AE-00～23BCD码格式数0BH日报警AE-01～31BCD码格式数0CH星期报警AE----0～6
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：
SDAEQAP0.0；数据传送
SCLEQUP0.1；时钟控制状态
MINDATA30H；秒寄存器
SECDATA31H；分寄存器
HOURDATA32H；时寄存器
DAYDATA33H；日寄存器
WEEKDATA34H；周寄存器
MONTHDATA35H；月寄存器
YEARDATA36H；年寄存器
SLADATA37H；37H为被控器的地址
NUMBYTDATA38H；38H为数据字节计数器
MRTDATA40H；接收数据缓冲区首地址
MTDDATA50H；发送数据缓冲区首地址
①PCF8563定时器工作模式
MOV51H，#81H；设置PCF8563的0EH为81H，启动定时器，定时器频率64Hz
MOV52H，#64；设置PCF8563的0FH为64，定时器倒计数值为64
MOVMTD，#0EH；定时器控制寄存器字节首地址
MOVNUMBYT，#3；写字节
MOVSLA，#0A2H；取写器件地址
LCALLWRNBYT；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：
MOV51H，#00H；启动时钟
MOV52H，#11H；定时器为中断模式，脉冲形式
MOV53H，MIN；将秒至年的时间写入发送缓冲区
MOV54H，SEC
MOV55H，HOUR
MOV56H，DAY
MOV57H，WEEK
MOV58H，MON
MOV59H，YEAR
MOVSLA，#0A2H；取写器件地址
MOVNUMBYT，#10；写字节数
MOVMTD，#00H；写入8563寄存器首地址为00H
LCALLWRNBYT；写入8563
RET
③读出时钟芯片当前值子程序设计
MOVMTD，#02H；读时钟寄存器首字节地址02H
MOVSLA，#0A2H；取写器件地址
MOVNUMBYT，#1；写字节数
LCALLWRNBYT；写8563
MOVSLA，#0A3H；取读器件地址
MOVNUMBYT，#7；读七个时钟信息
LCALLRDNBYT；读取时间并放入缓冲区
MOVA，40H；取滗字节
ANLA，#7FH；屏蔽无效位
MOVMIN，A；送秒寄存器
MOVA，41H；取分字节
ANLA，#7EH；屏蔽无效位
MOVMIN，A；送分寄存器
MOVA，42H；取小时字节
ANLA，#3FH；屏蔽无效位
MOVHOUR，A；送时寄存器
MOVA，43H；取天字节
ANLA，#3FH；屏蔽无效位
MOVDAY，A；送天寄存器
MOVA，44H;取星期字节
ANLA，#07H；屏蔽无效位
MOVWEEK，A；送星期寄存器
MOVA，45H；取月字节
ANLA，#1FH；屏蔽无效位
MOVMOTH，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.
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