摘 要：本文使用STC89C52RC單片機(jī)和PCF8563時(shí)鐘芯片，設(shè)計(jì)數(shù)字式報(bào)警系統(tǒng)，靈活編程，滿足我臺(tái)機(jī)房的值班需求，即發(fā)射機(jī)在執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)結(jié)束倒頻的整點(diǎn)報(bào)時(shí)提醒，告知值班員提前做好準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；PCF8563芯片

中圖分類號(hào)：TP277

我臺(tái)機(jī)房發(fā)射機(jī)系100KW短波PSM發(fā)射機(jī)，平時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)國(guó)內(nèi)部分地區(qū)實(shí)行播音。偶爾時(shí)段會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)，即臨時(shí)改變播音頻率，以達(dá)到所要求的效果。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的觀察，我們發(fā)現(xiàn)這種操作的時(shí)間是分段的，如9：17開(kāi)始執(zhí)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)，10：00結(jié)束；11：23開(kāi)始任務(wù)，12點(diǎn)結(jié)束；19：22開(kāi)始，20：00結(jié)束等等。待實(shí)驗(yàn)任務(wù)結(jié)束時(shí)，值班員要在整點(diǎn)把發(fā)射機(jī)恢復(fù)到之前的頻率。這個(gè)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(huì)造成人為過(guò)錯(cuò)后果嚴(yán)重。我機(jī)房為了防止這種失誤的發(fā)生，使用51單片機(jī)和PCF8563芯片設(shè)計(jì)了具有特殊的報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)按下按鈕后，系統(tǒng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并將報(bào)警點(diǎn)定在57分鐘，也就是在整點(diǎn)之前3分鐘。比如9：17開(kāi)始實(shí)驗(yàn)任務(wù)，9：57報(bào)警；16：27開(kāi)始實(shí)驗(yàn)任務(wù)，16：57報(bào)警。使值班員有3分鐘的準(zhǔn)備時(shí)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(shí)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(shí)鐘和分鐘，使用起來(lái)相當(dāng)麻煩。相比之下，本系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性體現(xiàn)的很明顯。

1 硬件原理及電路設(shè)計(jì)

1.1 STC89C52RC單片機(jī)原理及功能

本系統(tǒng)的核心控制器是51單片機(jī)，其功能如下：8位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器（ROM）（52為8K）；128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)專用寄存器；2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52有6個(gè)）；一個(gè)全雙工串行通信口；外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB；外部程序存儲(chǔ)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(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)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(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)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(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時(shí)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(shí)鐘芯片介紹

PCF8563芯片是PHILIPS公司推出的一款工業(yè)級(jí)內(nèi)含I2C總線接口功能的具有極低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片。芯片最大總線速度為400kbits/s，每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后，其內(nèi)嵌的字地址寄存器器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量。有16個(gè)8位寄存器，其中包括：可自動(dòng)增量的地址寄存器、內(nèi)置32.768kHz的振蕩器（帶有一個(gè)內(nèi)部集成電容）、分頻器（用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘）、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、報(bào)警器、掉電檢測(cè)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(shí)鐘輸出頻率為：32.768KHz、1024Hz、32Hz、1Hz。（4）四種報(bào)警功能和定時(shí)器功能。（5）內(nèi)含復(fù)位電路、振蕩器電容和掉電檢測(cè)電路。（6）開(kāi)漏中斷輸出。（7）400kHz I2C總線（VDD=1.8～5.5V），其從地址讀0A3H；寫(xiě)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(dòng)后，這個(gè)地址與第一個(gè)傳送字節(jié)一起被傳送出去。PCF8563可以作為一個(gè)從接收器或從傳送器，此時(shí)的時(shí)鐘信號(hào)線SCL只能輸入信號(hào)線，數(shù)據(jù)信號(hào)線SDA則為一條雙向信號(hào)線。

1.3 電路設(shè)計(jì)

在上圖中，時(shí)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(hào)。外接電容C1，C2和晶振Y2。引腳3是中斷信號(hào)，在本系統(tǒng)中保留。引腳4的地信號(hào)。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(shí)鐘線（SCL）保持在高電平。SCL高電平時(shí)SDA下降沿，為啟動(dòng)條件（S）；SCL高電平時(shí)SDA上升沿為停止條件（P）。每個(gè)時(shí)鐘脈沖傳送一個(gè)數(shù)據(jù)位，SDA線上的數(shù)據(jù)在時(shí)鐘脈沖高電平時(shí)應(yīng)保持穩(wěn)定，否則將成為控制信號(hào)，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(méi)有限制。在每個(gè)8位字節(jié)后加一個(gè)標(biāo)志位，發(fā)射器便產(chǎn)生一個(gè)高電平的標(biāo)志位，這時(shí)主設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)附加標(biāo)志位時(shí)鐘脈沖。“從接收器”必須在接收到每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志位，“主接收器”也必須在接收“從發(fā)射器”傳送的每個(gè)字節(jié)后產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志位。在標(biāo)志位時(shí)鐘脈沖出現(xiàn)時(shí)，SDA線應(yīng)保持低電平（應(yīng)考慮起動(dòng)和保持時(shí)間）。發(fā)射器應(yīng)在從設(shè)備接收到最后一個(gè)字節(jié)時(shí)變?yōu)榈碗娖?，而使接收器產(chǎn)生標(biāo)志位，這時(shí)主設(shè)備即可產(chǎn)生停止條件。他們與單片機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。引腳7是時(shí)鐘輸出信號(hào)，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(hào)之間接入2個(gè)電容C3，C4，這2個(gè)電容可以消除電源信號(hào)帶來(lái)的紋波干擾，保證時(shí)間的穩(wěn)定。單片機(jī)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(jī)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(jī)引腳9相連，當(dāng)系統(tǒng)死機(jī)時(shí)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(shí)現(xiàn)背光亮度的調(diào)節(jié)；引腳4是片選信號(hào)，接單片機(jī)P35腳；引腳5是讀寫(xiě)選擇信號(hào)，在本系統(tǒng)中只涉及單片機(jī)向LCM寫(xiě)入數(shù)據(jù)，不涉及從LCM讀取數(shù)據(jù)，因此接地信號(hào)，保持寫(xiě)狀態(tài)；引腳7到14是8位數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口相連，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)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(hào)。K1是繼電器，他的線包接5伏電壓和單片機(jī)的P16引腳相連，當(dāng)P16引腳輸出低電平時(shí)，繼電器吸合，常開(kāi)接點(diǎn)閉合，揚(yáng)聲器開(kāi)始發(fā)出嗡鳴聲報(bào)警。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 功能需求

本系統(tǒng)的軟件要實(shí)現(xiàn)以下功能：第一PCF8563芯片的初始化，對(duì)其設(shè)置當(dāng)前時(shí)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(xiě)數(shù)據(jù)和寫(xiě)指令的子函數(shù)。第三掃描按鈕的程序，有效的檢測(cè)到按鈕的觸發(fā)信號(hào)。第四定時(shí)后的倒計(jì)時(shí)程序。本系統(tǒng)的軟件代碼非常繁瑣，要編寫(xiě)如下代碼：I2C總線的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jī)對(duì)芯片寫(xiě)函數(shù)，度函數(shù)，對(duì)時(shí)間字符串的拆分函數(shù)；按鈕掃描函數(shù)，時(shí)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(yǔ)

實(shí)踐證明，本方案所設(shè)計(jì)的報(bào)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(guò)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(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014（01）：266-267.

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

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

作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局723臺(tái)，河北平山 050408