基于單片機和PCF8563芯片的報警系統(tǒng)

摘 要：本文使用STC89C52RC單片機和PCF8563時鐘芯片，設(shè)計數(shù)字式報警系統(tǒng)，靈活編程，滿足我臺機房的值班需求，即發(fā)射機在執(zhí)行實驗任務(wù)結(jié)束倒頻的整點報時提醒，告知值班員提前做好準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：單片機；PCF8563芯片

中圖分類號：TP277

我臺機房發(fā)射機系100KW短波PSM發(fā)射機，平時負(fù)責(zé)對國內(nèi)部分地區(qū)實行播音。偶爾時段會進(jìn)行實驗任務(wù)，即臨時改變播音頻率，以達(dá)到所要求的效果。經(jīng)過一段時間的觀察，我們發(fā)現(xiàn)這種操作的時間是分段的，如9：17開始執(zhí)行實驗任務(wù)，10：00結(jié)束；11：23開始任務(wù)，12點結(jié)束；19：22開始，20：00結(jié)束等等。待實驗任務(wù)結(jié)束時，值班員要在整點把發(fā)射機恢復(fù)到之前的頻率。這個操作非常重要，值班員要提前做好準(zhǔn)備，不能耽誤，否則便會造成人為過錯后果嚴(yán)重。我機房為了防止這種失誤的發(fā)生，使用51單片機和PCF8563芯片設(shè)計了具有特殊的報警系統(tǒng)：當(dāng)按下按鈕后，系統(tǒng)開始計時，并將報警點定在57分鐘，也就是在整點之前3分鐘。比如9：17開始實驗任務(wù)，9：57報警；16：27開始實驗任務(wù)，16：57報警。使值班員有3分鐘的準(zhǔn)備時間思考操作的具體環(huán)節(jié)。這套系統(tǒng)使用方便，只需要按一下按鈕就可以完成時間的設(shè)置工作，若使用其他常規(guī)的鬧鈴，每次都要設(shè)置時鐘和分鐘，使用起來相當(dāng)麻煩。相比之下，本系統(tǒng)的簡單性體現(xiàn)的很明顯。

1 硬件原理及電路設(shè)計

1.1 STC89C52RC單片機原理及功能

本系統(tǒng)的核心控制器是51單片機，其功能如下：8位CPU·4kbytes程序存儲器（ROM）（52為8K）；128bytes的數(shù)據(jù)存儲器（RAM）（52有256bytes的RAM）；32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節(jié)指令；21個專用寄存器；2個可編程定時/計數(shù)器·5個中斷源，2個優(yōu)先級（52有6個）；一個全雙工串行通信口；外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB；外部程序存儲器尋址空間為64kB；邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝；單一+5V電源供電；CPU：由運算和控制邏輯組成，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；I/O口：四個8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個定時/記數(shù)器，既可以工作在定時模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。

1.2 PCF8563時鐘芯片介紹

PCF8563芯片是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片。芯片最大總線速度為400kbits/s，每次讀寫數(shù)據(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器器會自動產(chǎn)生增量。有16個8位寄存器，其中包括：可自動增量的地址寄存器、內(nèi)置32.768kHz的振蕩器（帶有一個內(nèi)部集成電容）、分頻器（用于給實時時鐘RTC提供源時鐘）、可編程時鐘輸出、定時器、報警器、掉電檢測器和400kHz的I2C總線接口。其主要特性有：（1）寬電壓范圍1.0～5.5V，復(fù)位電壓標(biāo)準(zhǔn)值Vlow=0.9V。（2）超低功耗：典型值為0.25uA（VDD=3.0V，Tamb=25℃）。（3）可編程時鐘輸出頻率為：32.768KHz、1024Hz、32Hz、1Hz。（4）四種報警功能和定時器功能。（5）內(nèi)含復(fù)位電路、振蕩器電容和掉電檢測電路。（6）開漏中斷輸出。（7）400kHz I2C總線（VDD=1.8～5.5V），其從地址讀0A3H；寫0A2H。該芯片使用I2C總線協(xié)議，用I2C總線傳遞數(shù)據(jù)前，接收的設(shè)備應(yīng)先標(biāo)明地址，在I2C總線起動后，這個地址與第一個傳送字節(jié)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(shù)據(jù)信號線SDA則為一條雙向信號線。

1.3 電路設(shè)計

在上圖中，時鐘芯片PCF8563的引腳1和引腳2接晶振為芯片提供基準(zhǔn)的晶振信號。外接電容C1，C2和晶振Y2。引腳3是中斷信號，在本系統(tǒng)中保留。引腳4的地信號。引腳5和引腳6是I2C總線，STOP和START狀態(tài)之間總線空置，數(shù)據(jù)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）。每個時鐘脈沖傳送一個數(shù)據(jù)位，SDA線上的數(shù)據(jù)在時鐘脈沖高電平時應(yīng)保持穩(wěn)定，否則將成為控制信號，在START和STOP之間，發(fā)射器發(fā)送給接收器的數(shù)據(jù)數(shù)量沒有限制。在每個8位字節(jié)后加一個標(biāo)志位，發(fā)射器便產(chǎn)生一個高電平的標(biāo)志位，這時主設(shè)備產(chǎn)生一個附加標(biāo)志位時鐘脈沖?！皬慕邮掌鳌北仨氃诮邮盏矫總€字節(jié)后產(chǎn)生一個標(biāo)志位，“主接收器”也必須在接收“從發(fā)射器”傳送的每個字節(jié)后產(chǎn)生一個標(biāo)志位。在標(biāo)志位時鐘脈沖出現(xiàn)時，SDA線應(yīng)保持低電平（應(yīng)考慮起動和保持時間）。發(fā)射器應(yīng)在從設(shè)備接收到最后一個字節(jié)時變?yōu)榈碗娖?，而使接收器產(chǎn)生標(biāo)志位，這時主設(shè)備即可產(chǎn)生停止條件。他們與單片機相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括控制信號和數(shù)據(jù)信號。引腳7是時鐘輸出信號，可以供給外接設(shè)備。引腳8是電源，接5伏電源并且與地信號之間接入2個電容C3，C4，這2個電容可以消除電源信號帶來的紋波干擾，保證時間的穩(wěn)定。單片機芯片連接有復(fù)位電路，晶振電路，按鈕電路和LCM顯示電路。電容C7，C8和晶振Y1組成晶振電路連接單片機的引腳18和19。按鈕S5和電容C9和電阻R2組成復(fù)位電路，與單片機引腳9相連，當(dāng)系統(tǒng)死機時復(fù)位。LCM的引腳1接地；引腳2接5伏電源；引腳3和18接可調(diào)電阻，實現(xiàn)背光亮度的調(diào)節(jié)；引腳4是片選信號，接單片機P35腳；引腳5是讀寫選擇信號，在本系統(tǒng)中只涉及單片機向LCM寫入數(shù)據(jù)，不涉及從LCM讀取數(shù)據(jù)，因此接地信號，保持寫狀態(tài)；引腳7到14是8位數(shù)據(jù)線與單片機的P0口相連，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀寫傳輸；引腳15接地，16和17懸空；引腳19和20分別是電源和地信號。K1是繼電器，他的線包接5伏電壓和單片機的P16引腳相連，當(dāng)P16引腳輸出低電平時，繼電器吸合，常開接點閉合，揚聲器開始發(fā)出嗡鳴聲報警。

2 軟件設(shè)計

2.1 功能需求

本系統(tǒng)的軟件要實現(xiàn)以下功能：第一PCF8563芯片的初始化，對其設(shè)置當(dāng)前時分秒；I2C總線協(xié)議，主要是底層通訊子函數(shù)，這樣在主函數(shù)中可直接調(diào)用。第二LCM接口程序，向其寫數(shù)據(jù)和寫指令的子函數(shù)。第三掃描按鈕的程序，有效的檢測到按鈕的觸發(fā)信號。第四定時后的倒計時程序。本系統(tǒng)的軟件代碼非常繁瑣，要編寫如下代碼：I2C總線的驅(qū)動函數(shù)，數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，數(shù)據(jù)接收函數(shù)，字符串發(fā)送接收函數(shù)；LCM底層數(shù)據(jù)及控制的讀取和發(fā)送函數(shù)，驅(qū)動函數(shù)，初始化，顯示，清零函數(shù)；PCF8563芯片的初始化函數(shù)，單片機對芯片寫函數(shù)，度函數(shù)，對時間字符串的拆分函數(shù)；按鈕掃描函數(shù)，時間在線更改函數(shù)等等。下文只列出關(guān)鍵的代碼，另一些程序由于篇幅原因在此不再贅述。

2.2 具體代碼

3 結(jié)束語

實踐證明，本方案所設(shè)計的報警系統(tǒng)，可以有效的提醒值班員，幫助他們提前做好操作的準(zhǔn)備，避免人為過失的發(fā)生。極大地提高值班的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓寶安.基于GPRS短信報警系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2014（01）：266-267.

[2]張利成，張瑞成.基于單片機的浴室控制系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用，2013（24）：285-286.

作者簡介：李金彤（1976.10-），男，河北衡水人，本科，機房發(fā)射中心主任，工程師，研究方向：無線電技術(shù)應(yīng)用與研究。

作者單位：國家新聞出版廣電總局723臺，河北平山 050408