总览：PCF8563T 是什么？

PCF8563T 是由 NXP（恩智浦） 公司生产的一款低功耗、I²C（Inter-Integrated Circuit） 接口的实时时钟/日历芯片。

它的核心功能是提供一个精确的时间基准,即使在主系统（如单片机、微控制器）断电的情况下，它也能依靠备用电源继续计时，它常被用于需要记录时间、日期的电子设备中，

• 工业控制器
• 数据记录器
• 消费电子产品（时钟、闹钟、家电）
• 服务器
• 任何需要“时间的嵌入式系统

核心特性与技术亮点

1. I²C 接口

   • 协议：采用标准的 I²C 通信协议（也常写作 I2C）。
   • 地址：它的 7 位从机地址是固定的 0xA2（写操作）和 `0xA3``（读操作），在总线上连接多个 I²C 设备时，这个地址是唯一的。
   • 优势：只需要两根信号线（SDA 数据线，SCL 时钟线）即可与主控 MCU 通信，大大简化了电路设计。

2. 低功耗设计

   • 这是 RTC 芯片最重要的特性之一，在标准模式下，工作电流仅为 ~300 nA（纳安），在低功耗模式下更是低至 ~50 nA。
   • 极低的功耗意味着它可以使用小容量的纽扣电池（如 CR2032）作为备用电源，并能维持数年之久，非常适合电池供电的便携式设备。

3. 内置功能

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 时间计数器：可提供秒、分、时、日、星期、月、年等时间信息。
   • 闰年自动补偿：内置了闰年计算逻辑，无需用户每年手动调整 2 月份的天数。
   • 闹钟功能：可以设置一个或多个闹钟时间，当当前时间与闹钟时间匹配时，芯片会通过一个中断引脚（INT）通知主控 MCU。
   • 定时器/脉冲输出：可以配置为产生一个周期性的中断脉冲，用于唤醒主控 MCU 或作为其他定时任务的触发信号。
   • 时钟检测器：可以检测主电源是否掉电，并设置一个标志位，通知主控 MCU 时间可能已经不准确，需要进行校准。
   • 768 kHz 晶振输入：使用标准的 32.768kHz 晶振作为时钟源，因为它可以被 2 的 15 次方（32768 = 2¹⁵）整除，方便 MCU 通过计数器精确地得到 1Hz 的秒信号。

4. 工作电压范围

   • 典型工作电压为 0V 到 5.5V，这使其能够兼容大多数 3.3V 和 5V 的 MCU 系统。

引脚功能

PCF8563T 通常采用 8 引脚的 SOIC 或 TSSOP 封装，引脚定义如下：

内部寄存器结构

PCF8563T 的所有功能都是通过对其内部寄存器进行读写来控制的，理解寄存器是使用它的关键。

1. 控制寄存器 1 和 2 (Control Register 1 & 2)

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 用于配置芯片的工作模式,如是否开启时钟、闹钟、定时器，以及中断标志的清除等。
   • 关键位：
     • STOP：停止/启动时钟计数器，初始化或需要暂停时钟时置 1。
     • TEST：测试模式，正常工作时应置 0。
     • AE：闹钟使能位。
     • TI/TP：定时器中断模式选择（脉冲或电平）。

2. 状态寄存器 (Status Register)

   • 用于读取芯片的当前状态,例如闹钟是否触发、定时器是否触发、时钟是否停止等。
   • 关键位：
     • AF：闹钟标志位，当闹钟触发时置 1。
     • TF：定时器标志位，当定时器触发时置 1。
     • TIF：定时器中断标志位。
     • AIE / TIE：闹钟/定时器中断使能位。

3. 时间/日期寄存器 (Time/Date Registers)

   • 一组连续的寄存器,用于存储当前的秒、分、时、日、星期、月、年信息。
   • 格式：通常采用 BCD（Binary-Coded Decimal，二进制编码的十进制）码格式存储。0x35 表示 35 秒。
   • 地址：从 0x02 到 0x08。

4. 闹钟寄存器 (Alarm Registers)

   • 用于设置闹钟的时间,可以设置闹钟到秒、分、时、日、星期级别。
   • 比较机制：寄存器中的值与当前时间寄存器中的值逐位比较，当匹配时，触发中断。
   • 特殊值：如果某个闹钟寄存器设置为 0xC0，表示该位不参与比较（“Don't Care”），设置闹钟的“分”为 0xC0，则每小时都会触发一次。

5. 定时器寄存器 (Timer Register)

   用于配置定时器功能,可以设置定时器的频率和使能。

6. 时钟输出寄存器 (Clockout Register)

   • 用于配置 CLKOUT 引脚的输出频率。

工作原理与典型应用电路

典型应用电路

          +-----------+
          |   MCU     |
          | (e.g., Arduino) |
          |           |
          |   SDA     |-----> SDA (PCF8563T)
          |   SCL     |-----> SCL (PCF8563T)
          |   INT     |<----- INT (PCF8563T)
          +-----------+
                     |
                     | I2C Bus
                     |
          +-----------+
          |  PCF8563T |
          |           |
 VDD --- | VDD       |
 GND --- | VSS       |
         |           |
         | OSC1 ----+---- 32.768kHz Crystal
         | OSC0 ----+---- 32.768kHz Crystal
         |           |
         | CLKOUT ---+---- (可选, 接其他电路)
         |           |
         | INT -----+---- (Open-drain, 需上拉电阻)
         +-----------+
                     |
                     |
          +-----------+
          |  Battery  |
          | (e.g., CR2032) |
          +-----------+

关键点：

• 主电源：VDD 连接到系统的主电源（如 3.3V）。
• 备用电源：VDD 引脚通过一个二极管（如 1N4148）连接到备用电池（如 3V CR2032），当主电源掉电时，二极管防止电池电流倒灌回主电源系统，芯片自动切换到电池供电。
• I²C 上拉电阻：SDA 和 SCL 线上必须接上拉电阻（通常是 4.7kΩ 或 10kΩ）到 VDD。
• INT 上拉电阻：INT 引脚是开漏输出，必须外接一个上拉电阻。

软件工作流程（以 MCU 为例）

1. 初始化：

   • MCU 通过 I²C 总线向 PCF8563T 的控制寄存器写入配置。
   • 第一步：向控制寄存器 1 的 STOP 位置 1，停止时钟。
   • 第二步：向时间/日期寄存器写入初始的准确时间（如 2025-10-27 15:30:00）。
   • 第三步：向控制寄存器 1 的 STOP 位置 0，启动时钟开始计时。

2. 读取时间：

   • MCU 通过 I²C 读取从 0x02 开始的时间/日期寄存器。
   • 将读到的 BCD 码转换为十进制，即可得到当前时间。

3. 设置闹钟：

   • 向闹钟寄存器写入目标时间（如 07:00:00）。
   • 向控制寄存器 1 的 AE 位置 1，使能闹钟功能。
   • 向控制寄存器 1 的 AIE 位置 1，使能闹钟中断。
   • 向状态寄存器的 AF 位写 0，清除之前的闹钟标志。

4. 处理中断：

   • 当 INT 引脚被拉低时，MCU 知道有中断发生。
   • MCU 通过 I²C 读取状态寄存器，检查是 AF（闹钟触发）还是 TF（定时器触发）。
   • 确认中断源后,执行相应操作（如点亮 LED、发出声音）。
   • 重要：必须向状态寄存器的相应标志位（AF 或 TF）写 0，以清除中断，否则 INT 引脚会一直保持低电平。

主要优势与局限性

优势：

• 低功耗：业界领先的低功耗设计。
• 功能丰富：集成了时间、日历、闹钟、定时器等多种功能。
• 接口简单：I²C 接口易于使用，引脚少。
• 可靠性高：带闰年自动补偿，精度高。
• 广泛可用：历史悠久，资料丰富，易于采购。

局限性：

• 无温度补偿：作为最基础的 RTC，它没有内置温度传感器和补偿算法，其精度主要取决于外部 32.768kHz 晶振的精度，在温度变化较大的环境中，可能会有几分钟的误差（通常为 ±2ppm ~ ±20ppm）。
• 无备用电池充电管理：芯片本身不具备为备用电池充电的功能，需要外部电路来实现。
• 无高精度校准接口：无法像更高级的 RTC 那样通过软件进行频率校准。

与其他 RTC 芯片的比较

PCF8563T 是一款非常经典且性价比极高的 RTC 芯片，它凭借其极低的功耗、丰富的功能和简单的 I²C 接口，在过去几十年里被广泛应用于各类嵌入式系统中，虽然在高精度应用上不如 DS3231 等带温度补偿的芯片，但对于绝大多数消费类和工业控制应用来说，它的性能已经完全足够，并且是成本效益极高的选择，理解其寄存器结构和 I²C 通信协议是成功应用该芯片的关键。