I2C实时时钟/日历芯片在8051系统中的应用

1 PCF8563简介

PCF8563是PHILIPS公司生产的低功耗CMOS实时时钟/日历芯片，芯片最大总线速度为400kbits/s，每次读写数据后，其内嵌的字地址寄存器器会自动产生增量。PCF8563可广泛应用于移动电话、便携仪器、传真机、电池电源等产品中。

PCF8563的引脚排列如图1所示，各引脚功能说明如表1所列。

PCF8563有16个8位寄存器，其中包括：可自动增量的地址寄存器、内置32.768kHz的振荡器（带有一个内部集成电容）、分频器（用于给实时时钟RTC提供源时钟）、可编程时钟输出、定时器、报警器、掉电检测器和400kHz的I2C总线接口。

所有16个寄存器设计成可寻址的8位并行寄存器，但不是所有位都有用。当一个RTC寄存器被读时，所有计数器的内容将被锁存，因此，在传送条件下，可以禁止对时钟/日历芯片的错读。

表2、表3所列为各寄存器概况及对应的内存地址和功能，同时列出了它们的BCD格式编码。表中“——”表示无效位，“0”表示此位应置逻辑。表3中的世纪位C=0指定世纪数为20XX，C=1指定世纪数为19XX。当年寄存器中的99变00时，世纪位才会改变。

2 I2C总线

2.1 I2C总线特性

I2C 总线用两条线（SDA和SCL）在芯片和模块间传递信息。SDA为串行数据线，SCL为串行时钟线，这两条线必须用一个上拉电阻与正电源相连，其数据只有在总线不忙时才可传送。I2C总线的系统配置参见图2，产生信号的设备是传送器，接收信号的设备是接收器，控制信号的设备是主设备，受控制信号的设备是从设备。

2.2 启动和停止条件

总线不忙时，数据线和时钟线保持在高电平。数据线（SDA）在下降沿而时钟线（SCL）为高电平时，为起动条件（S）；数据线在上升沿而时钟线为高电平时为停止条件（P），参见图3。

2.3 位传送

每个时钟脉冲传送一个数据位，SDA线上的数据在时钟脉冲高电平时应保持稳定，否则将成为控制信号，参见图4。

2.4 标志位

在起动条件和停止条件之间，传送器传送给接收器的数据数量没有限制。在每个8位字节后加一个标志位，传送器便产生一个高电平的标志位，这时主设备产生一个附加标志位时钟脉冲。

从接受器必须在接收到每个字节后产生一个标志位，主接收器也必须在接收从传送器传送的每个字节后产生一个标志位。在标志位时钟脉冲出现时，SDA线应保持低电平（应考虑起动和保持时间）。传送器应在从设备接收到最后一个字节时变为低电平，而使接收器产生标志位，这时主设备即可产生停止条件。参见图5。

2.5 I2C总线协议

用I2C 总线传递数据前，接收的设备应先标明地址，在I2C总线起动后，这个地址与第一个传送字节一起被传送出去。PCF8563可以作为一个从接收器或从传送器，此时的时钟信号线SCL只能输入信号线，数据信号线SDA则为一条双向信号线。PCF8563的从地址参见图6。

3 应用概述

图7所示为PCF8563的具体应用电路图，对图中石英晶片频率的调整，笔者给出3种可行性方法，供参考：

方法1：定值OSCI电容。计算所需的电容平均值，用此值的定值电容，通电后在CLKOUT管脚上测出的频率应为32.768kHz，测出的频率值偏差取决于石英晶片本身，电容偏差和器件之间的偏差平均为±5×10 -6。平均偏差可达5分钟/年。

方法2：OSCI微调电容。可通过调整OSCI管脚的微调电容式振荡器的频率来获得更高的精度，此时可测出通电时管脚CLKOUT上的信号频率为32.768kHz。

方法3：OSCI输出。直接测量管脚OSCI的输出。

4 程序范例

以下的C语言源程序是用8051单片机的普通I/O口（如P0.0/P0.4）模拟实现 PCF8563的I2C时钟/日历芯片的操作，有字节写/读两种状态。程序中从地址的读地址为0A3H，写地址为0A2H.所发送的数据字节为9个，发送的初始数据在rom_sed[9]中，rom_sed[9]定义了寄存器中当前发送的值：控制/状态寄存器1为0，控制/状态寄存器2为0，秒寄存器为 0，分钟寄存器55，小时寄存器为23，日寄存器为31，星期寄存器为6，月/世纪寄存器为0x12，年寄存器为0x99（即1999年12月31日23 点55分0秒），当程序运行一段时间（5分钟）后，从地址寄存器 02H开始读数据，数据存放在rom_rec7中，发现变量rom_rec7变为2000年1月1日0点0分。若外转帐电路有显示，则时间可以显示在面板上。
#include<d:.h>
#define byte unsigned char
sbit scl=0x81; //定义串行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) //延时子程序
{data byte i;
for(i=0;i<6;i++);
}
void I_start(void) //发送I2C总线起始条件子程序
{sda=1;
;
scl=1;
delay();
sda=0;
delay();
scl=0;
;
}

void I_stop(void) //I2C总线停止条件子程序
{sda=0;
;
scl=1;
delay();
sda=1;
delay();
}
bit I_send(byte I_data) //字节数据传送子程序
{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; ;; //ready for 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) //字节数据接收子程序
{ data byte i;
byte I_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;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)
{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;
}