基于单片机和PCF8563芯片的报警系统

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摘 要：本文使用STC89C52RC单片机和PCF8563时钟芯片，设计数字式报警系统，灵活编程，满足我台机房的值班需求，即发射机在执行实验任务结束倒频的整点报时提醒，告知值班员提前做好准备。

关键词：单片机；PCF8563芯片

中图分类号：TP277

我台机房发射机系100KW短波PSM发射机，平时负责对国内部分地区实行播音。偶尔时段会进行实验任务，即临时改变播音频率，以达到所要求的效果。经过一段时间的观察，我们发现这种操作的时间是分段的，如9：17开始执行实验任务，10：00结束；11：23开始任务，12点结束；19：22开始，20：00结束等等。待实验任务结束时，值班员要在整点把发射机恢复到之前的频率。这个操作非常重要，值班员要提前做好准备，不能耽误，否则便会造成人为过错后果严重。我机房为了防止这种失误的发生，使用51单片机和PCF8563芯片设计了具有特殊的报警系统：当按下按钮后，系统开始计时，并将报警点定在57分钟，也就是在整点之前3分钟。比如9：17开始实验任务，9：57报警；16：27开始实验任务，16：57报警。使值班员有3分钟的准备时间思考操作的具体环节。这套系统使用方便，只需要按一下按钮就可以完成时间的设置工作，若使用其他常规的闹铃，每次都要设置时钟和分钟，使用起来相当麻烦。相比之下，本系统的简单性体现的很明显。

1 硬件原理及电路设计

1.1 STC89C52RC单片机原理及功能

本系统的核心控制器是51单片机，其功能如下：8位CPU・4kbytes程序存储器（ROM）（52为8K）；128bytes的数据存储器（RAM）（52有256bytes的RAM）；32条I/O口线・111条指令，大部分为单字节指令；21个专用寄存器；2个可编程定时/计数器・5个中断源，2个优先级（52有6个）；一个全双工串行通信口；外部数据存储器寻址空间为64kB；外部程序存储器寻址空间为64kB；逻辑操作位寻址功能・双列直插40PinDIP封装；单一+5V电源供电；CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器；RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式；五个中断源的中断控制系统；一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信；片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。

1.2 PCF8563时钟芯片介绍

PCF8563芯片是PHILIPS公司推出的一款工业级内含I2C总线接口功能的具有极低功耗的多功能时钟/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。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。其主要特性有：（1）宽电压范围1.0～5.5V，复位电压标准值Vlow=0.9V。（2）超低功耗：典型值为0.25uA（VDD=3.0V，Tamb=25℃）。（3）可编程时钟输出频率为：32.768KHz、1024Hz、32Hz、1Hz。（4）四种报警功能和定时器功能。（5）内含复位电路、振荡器电容和掉电检测电路。（6）开漏中断输出。（7）400kHz I2C总线（VDD=1.8～5.5V），其从地址读0A3H；写0A2H。该芯片使用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。

1.3 电路设计

在上图中，时钟芯片PCF8563的引脚1和引脚2接晶振为芯片提供基准的晶振信号。外接电容C1，C2和晶振Y2。引脚3是中断信号，在本系统中保留。引脚4的地信号。引脚5和引脚6是I2C总线，STOP和START状态之间总线空置，数据线（SDA）和时钟线（SCL）保持在高电平。SCL高电平时SDA下降沿，为启动条件（S）；SCL高电平时SDA上升沿为停止条件（P）。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，在START和STOP之间，发射器发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，发射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。“从接收器”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“从发射器”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）。发射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。他们与单片机相连进行数据传输，包括控制信号和数据信号。引脚7是时钟输出信号，可以供给外接设备。引脚8是电源，接5伏电源并且与地信号之间接入2个电容C3，C4，这2个电容可以消除电源信号带来的纹波干扰，保证时间的稳定。单片机芯片连接有复位电路，晶振电路，按钮电路和LCM显示电路。电容C7，C8和晶振Y1组成晶振电路连接单片机的引脚18和19。按钮S5和电容C9和电阻R2组成复位电路，与单片机引脚9相连，当系统死机时复位。LCM的引脚1接地；引脚2接5伏电源；引脚3和18接可调电阻，实现背光亮度的调节；引脚4是片选信号，接单片机P35脚；引脚5是读写选择信号，在本系统中只涉及单片机向LCM写入数据，不涉及从LCM读取数据，因此接地信号，保持写状态；引脚7到14是8位数据线与单片机的P0口相连，负责数据的读写传输；引脚15接地，16和17悬空；引脚19和20分别是电源和地信号。K1是继电器，他的线包接5伏电压和单片机的P16引脚相连，当P16引脚输出低电平时，继电器吸合，常开接点闭合，扬声器开始发出嗡鸣声报警。

2 软件设计

2.1 功能需求

本系统的软件要实现以下功能：第一PCF8563芯片的初始化，对其设置当前时分秒；I2C总线协议，主要是底层通讯子函数，这样在主函数中可直接调用。第二LCM接口程序，向其写数据和写指令的子函数。第三扫描按钮的程序，有效的检测到按钮的触发信号。第四定时后的倒计时程序。本系统的软件代码非常繁琐，要编写如下代码：I2C总线的驱动函数，数据发送函数，数据接收函数，字符串发送接收函数；LCM底层数据及控制的读取和发送函数，驱动函数，初始化，显示，清零函数；PCF8563芯片的初始化函数，单片机对芯片写函数，度函数，对时间字符串的拆分函数；按钮扫描函数，时间在线更改函数等等。下文只列出关键的代码，另一些程序由于篇幅原因在此不再赘述。

2.2 具体代码

3 结束语

实践证明，本方案所设计的报警系统，可以有效的提醒值班员，帮助他们提前做好操作的准备，避免人为过失的发生。极大地提高值班的安全性。

参考文献：

[1]韩宝安.基于GPRS短信报警系统的设计研究[J].计算机光盘软件与应用，2014（01）：266-267.

[2]张利成，张瑞成.基于单片机的浴室控制系统设计[J].计算机光盘软件与应用，2013（24）：285-286.

作者简介：李金彤（1976.10-），男，河北衡水人，本科，机房发射中心主任，工程师，研究方向：无线电技术应用与研究。

作者单位：国家新闻出版广电总局723台，河北平山 050408