Hiện lớp mình có nhiều bạn làm đồ án về đồng hồ số nên mình xin post 1 số tài liệu về I2C và DS1307 để các bạn tham khảo giúp các bạn hoàn thành tốt đồ án.Trong phần 1 sẽ giới thiệu 1 tài liệu trên mạng nói về I2C và DS1307 bằng tiếng Việt
I, Nói qua về chuẩn giao tiếp Re
Giao thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductor và được gọi là bus I2C Vì nguồn gốc nó được thiết kê là để điều khiển liên thông IC (Inter-
Intergrated Circuit) nên nó được đặt tên là I2C Tất cả các chip có tích hợp và tương thích với I2C đều có thêm một giao diện tích hợp trên | Chip để truyền thông trực tiếp với các thiết bị tương thích I2C khác Việc truyền dữ liệu nói tiếp theo hai hướng 8 bit được thực thi theo 3 chế độ sau: Chuẩn (Standard)—100 Kbits/sec Nhanh (Fast)—400 Kbits/sec Tốc độ cao (High speed)—3.4 Mbits/sec Đường bus thực hiện truyền thông nôi tiếp 12C gồm hai đường là đường truyền đữ liệu nôi tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối tiếp SCL Vì cơ chế hoạt động là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung tín hiệu đồng bộ Các thiết bị hỗ trợ
I2C đều có một địa chỉ định nghĩa trước, trong đó một số bit địa chỉ là thấp có thể câu hình
Đơn vị hoặc thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn vị Chủ và cũng là đơn vị tạo xung
nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá trình truyền Nếu đơn vị Chủ muốn truyền
thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm thông tin địa chỉ của đơn vị mà nó muốn truyền trong dữ liệu truyền Đơn vị Tớ đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị Chủ có thể thiết lập
truyền thông và trao đổi dữ liệu Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép thực hiện nhiều đơn vị
Chủ và Tớ ở trên cùng Bus Quá trình truyền thông I2C được bắt đầu bằng tín hiệu start tao ra bởi đơn vi Chủ Sau đó đơn vị Chủ sẽ truyền đi đữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà nó muốn truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được truyền trước Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị Tớ sẽ thực hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu Tiếp theo sẽ là một bit ACK xác nhận bởi đơn vị nhận đã nhận được I byte trước đó hay không Đơn vị truyền (gửi) sẽ truyền đi 1 byte đữ liệu bắt đầu bởi MSB Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận ACK mới Khuôn mẫu 9 bít này (gồm 8 bit dữ liệu và I bit xác nhận) sẽ được lặp lại nếu cân truyền tiếp byte nữa Khi đơn vị Chủ đã trao đôi xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuôi cùng rồi sau đó sẽ tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền thông I2C là một giao diện truyền thông đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng truyền thông giữa các đơn vị trên cùng một bo mạch với khoảng cách ngắn và tốc độ thấp Ví dụ như truyện thông giữa CPU với các khối chức năng trên cùng một bo mạch như EEPROM, cảm biến, đồng hồ tạo thời gian
thực Hầu hết các thiết bị hỗ trợ I2C hoạt động ở tốc độ 400Kbps, một số cho phép hoạt
động ở tốc độ cao vài Mbps I2C khá đơn giản dé thực thi kết nối nhiều đơn vị vì nó hỗ trợ cơ
chế xác định địa chỉ
II, So lược về chip thời gian thực Ds1307
DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực ở
Trang 2xiq1 8 Vee
x2028 SQWI/OUT
Vear 3ã 6 SCL
GND 1 4— 5 spa
Các chân của DS1307 được mô tả như sau: s XI và X2: là 2 ngõ kết nói với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip ° VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip * GND: chan mass chung cho ca pin 3V va Vee * Vee: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển Chú ý là nếu Vec không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được) ° SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của xung được tạo có thể được lập trình Như vậy chân này hau như không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mach * SCL va SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao điện I2C s Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện đơn giản như sau:
Trang 4BIT7 | | | | | sito 00H | CH 10 SECONDS SECONDS 00-59 0 10 MINUTES MINUTES 00-59 12 10 HR 01-12 9 24 [ ap | (OHA HOURS 00-23 0 0 0 0 0 DAY A? 9 1-28/29 0 0 10 DATE DATE Đai 1 0 0 0 ÍwONm MONTH 01-12 10 YEAR YEAR 00-99 07H | OUT 0 0 |sowel| ° 0 RS1 | RS0
Tổ chức các thanh ghi thời gian Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00 Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa
mã BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là 5 (không có giây 60) nên chỉ cần 3 bit (các bit SECONDS 6:4) là có thể mã hóa được
(số 5 =101, 3 bit) Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi nay la 1 diéu khiển có tên CH (Clock halt — treo đồng hô), nếu bit này được set bằng 1 bộ đao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động Vì vậy, nhất thiết phải reset bit này xuông 0 ngay từ đầu Thanh ghi phút (MINUTES): có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCD của phút, bit 7 luôn luôn bằng 0 Thanh ghi giờ (HOURS): có thể nói đây là thanh ghi phức tạp nhất trong DS1307 Thanh ghi này có địa chỉ 02H Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này được dùng cho chữ số hàng đơn vị của giờ Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ (gọi là mode) là 12h (1h đến 12h)
và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 (hình 4) xác lập hệ thống giờ Nếu bit6=0 thì hệ thống 24h được
chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giá trị giờ Do giá trị lớn nhất của chữ số hàng chục trong trường hợp này là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5 và 4 là đủ để mã hóa Nếu bit6=1 thi hé thống 12h được chọn, với trường hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giờ, bit 5 (màu orange trong hình 4) chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM
Bit5 =0 là AM và bit5=1 là PM Bit 7 luôn bằng 0 Thanh ghi thir (DAY — ngày trong tuần): nằm ở địa chỉ 03H Thanh ghi DAY chỉ mang giá trị từ 1 đến 7 tương ứng từ Chủ nhật đến thứ 7 trong 1 tuần Vì thế, chỉ có 3 bit thấp trong thanh ghi này có nghĩa Các thanh ghi còn lại có cầu trúc tương tự, DATE chứa ngày trong tháng (1 đến 31), MONTH chứa tháng (1 đến 12) vàYEAR chứa năm (00 đến 99) Chú ý, DS1307 chỉ dùng cho 100 năm, nên giá trị
Trang 5hay thanh ghi địa chỉ (Address Register) Giá trị của thanh ghi này là địa chỉ của thanh ghi trong bộ nhớ mà người dùng muôn truy cập (lah OSCILLATOR AND DIVIDER cmon ~——| uggs ATC Vọc —————®\ Vượ ———>) POWER GND ——^ CONTROL LOGIC RAM (56 X8) SDA =S———— ADDRESS REGISTER FC Tt —T IV, THUAT TOAN GIAO TIEP I2C VỚI VI DIEU KHIEN 89852
Điều kiện START and STOP START va STOP 1a nhitng diéu kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trong mạng I2C START là điều kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu của giao tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp Hình 11 mô tả điều kiện START và điều kiện STOP khi giao tiếp I2C giữa DS1307 với Vi
sh sk
Trang 6/ SDA ! ae I | area | _ SCL I s | | \ / | I Ị SOL c——¬ c——¬ POA
START condition STOP condition AHöện
Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều ở mức cao (SDA = SCL = HIGH) Lúc này bus I2C được coi là “rỗi” (“dus free”), sẵn sàng cho một giao tiếp Hai điều kiện START và STOP là không thể thiếu trong việc giao tiếp giữa các thiết bị
ÚC, tất nhiên là trong giao tiếp này cũng không ngoại lệ e Điều kiện START: một sự chuyên đổi trạng thái từ cao xuông thâp trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao (cao
= 1; thấp =0) báo hiệu một điều kiện START s Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao * Cả hai điều kiện START và STOPđều được tạo ra bởi thiết bị chủ Sau tín hiệu START, bus I2C coi như đang trong trạng thái làm việc (busy) Bus I2C sẽ rỗi, sẵn sàng cho một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ s Sau khi có một điều kiện START, trong qua trình giao tiếp, khi có một tín hiệu START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục trong trạng thái bận Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng giống nhau là khởi tạo một giao tiếp Chế độ hoạt động soa | \ a 1 DIRECTION ACKNOWLEDGEMENT mĩ SIGNAL FROM —l 5 RECEIVER ACKNOWLEDGEMENT ' SIGNAL FROM RECEIVER
ễ ‘ LAL_ AURAL LAL ACK ACK
START REPEATED IF OO ee ATED
CONDITION F®“——— MORE BYTES ARE ‘START CONDITION
Trang 7Ché độ hoạt động của I2C DS1307 có thé hoạt động ở 2 chế độ sau: s Ở chế độ slave nhận (chế độ DS1307 ghi ): chuỗi dữ liệu và chuỗi xung clock sẽ được nhận thông qua SDA và SCL Sau mỗi byte được nhận thì 1 bit ACKnowledge sé duge truyền Các điều kiện START và STOP sẽ được nhận dạng khi bắt đầu và kết thúc 1 truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit một chiều s Chế độ slave phát ( chế độ DS1307 đọc ): byte đầu tiên slave nhận được tương tự như chế độ slave ghi Tuy nhiên trong chế độ này thì bit chiều lại chỉ chiều chuyền ngược lại Chuỗi dữ liệu được phat đi trên SDA bởi DS1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL
Để làm việc với DS1307, ta thực hiện các bước như sau: * START I2C s Ghi: 0DxH (Đây là địa chỉ của DS1307 do nhà sản xuất quy định trong giao tiếp I2C) với: x=0: Ghi dữ liệu vào DS1307 x=1: Đọc dữ liệu vào DS1307 s Ghi tham sô x này vào, có nghĩa là việc tiếp theo là chúng tag hi hay đọc dữ liệu từ con DS1307 tùy vào giá trị x=0 (ghi dữ liệu) hay x=l (đọc dữ liệu) s Ghi vào địa chỉ thanh ghi cần ghi hoặc cần đọc (bảng đồ thanh ghi cua DS1307 nay đã được giớ thiệu ở hình 3 & hình 4) s Ghi hoặc đọc dữ liệu s STOP I2C
Một vi du minh họa cho việc đọc ghi * Thanh ghi có địa chỉ 01H chứa Data về “phút”, muốn set phút vào DS1307 chúng ta làm theo quy trình: START—>Ghi: 0D0H—>Ghi tiếp:
01H->Ghi tiệp: —>Ghi tiệp hoặc STOP nêu chỉ muôn cài đặt thời gian cho phút ‹Rñ> <Slave Adđdress> <Word Address (n)> <Data(n)> <Data (n+1)> <Data (n+X)> [s [ trotooo [ o |A | xxx | A | xx©@x [ A | xxx | A | xxx [ A | P | S— START {( ] A- ACKNOWLEDGE J
P - STOP 01 BYTES + ACKNOWLEDGE)
“RW - READ/WRITE OR DIRECTION BIT, ADDRESS = DOh
Nếu muốn Ghi vào địa chỉ 01H rồi kế tiếp Ghi vào địa chỉ 04H chẳng hạn thì chúng ta phải START lại từ đầu—>Ghi vào 0D0H (đề xác định sẽ Ghi vào DS1307 _ hướng giao tiếp là Ghi vào) —Ghi tiếp 04H—›Ghi dữ liệu của thanh ghi cần cài dat—STOP DC + Tuong tự, nếu chúng ta muốn đọc thì trước hết chúng ta phải ghi vào địa chỉ cần đọc: tức là vẫn tiếp tục tiến hành 3 thủ tục START—›Ghi 0D0H—›Ghi vào địa chỉ (địa chỉ của thanh ghi mà ta muốn đọc dữ liệu) Sau đó, mới START lại rồi ghi lại 0DIH (lúc này mới thông báo là ta sẽ đọc từ DS1307), tiếp theo cứ đọc bình thường (thanh ghi đọc được sẽ là thanh ghi có địa chỉ ta mới vừa ghi vào), tiếp tục đọc thì địa chỉ cần đọc sẽ tự động tăng lên cho đến khi STOP I2C
Trang 8' AT89S52 00H SEC | GIAO 20H SEC 01H MIN | BUSIC ) TIEP 2 = 02H HOUR pc 4 21H MIN 22H DS1307 HOUR RAM CUA $9852 MODE xu — — INC LY pOIMA BCD PHIM SANG HEX DEC — Le HIEN THI (QUET 6 LED 7 BOAN) HH-H-Hï
Dựa vào sơ đồ khối của giao tiếp trên, điều cơ bản là chúng ta phải viết một phần mềm khởi tạo DS1307, thực ra là chương trình giao tiếp I2C, đọc giá trị trong Ram của con DS1307 lưu tạm thời vào trong Ram của 89552 Sau đó, viết thêm một phần mềm để đọc nội dung trong Ram nay dua ra hiển thị bằng phương pháp quét Dé đơn giản, việc đọc dữ liệu từ DS1307
lưu vào trong Ram của 89S52 và hiển thị giờ phút giây, được chia ra làm 2 chương trình con nhỏ, nếu có phím nhấn thì sẽ nhảy đến chương trình con xử lý phím nhắn riêng
VI,THIẾT KÉ PHÀN MÈM
Trang 9START — Ỷ ĐỌC DỮ LIỆU TỪ DS1307 LƯU VÀO RAM CUA 89852 Ỷ ĐỌC DỮ LIỆU TỪ RAM CUA 89552 VA HIEN THI RA LED 7 DOAN BANG PP QUET |
Giải thích lưu đồ chính này: Bắt đầu, chương trình sẽ gọi chương trình con đọc dữ liệu từ con DS1307 với chuẩn giao tiếp I2C bằng phương pháp đã được trình bày cụ thể ở mục 4 (thuật toán giao tiếp), sau đó, sẽ gọi chương trình con để quét Led 7 đoạn hiện thị 6 số: 2 số hiển thị giá trị của Giờ, 2 số hiển thị giá trị của Phút, 2 số hiển thị giá trị của Giây Nếu phím MODE (chọn chế độ cài đặt) không được nhấn thì vòng lặp của chương trình này sẽ chạy vô tận Nếu phím MODE được nhấn, nó sẽ nhảy tới chương trình con cài đặt giờ hay phút còn tùy thuộc vào số lần nhắn phím MODE Sau đây ta đi vào chỉ tiết của tùng khối nhỏ:
ĐỌC DỮ LIỆU TỪ DS1307 LƯU VÀO TRONG RAM CỦA 89552 Xem lưu đồ chương trình như hình dưới Ở đây, các chương trình con nhỏ hơn, chẳng hạn như: CTC
Trang 10CErannx) SEND_BYTE READ_BYTE SEND_START - ! GAN SEC =A GAN A-0D0H 1 SEND_BYTE READ_BYTE
SEND_STOP GAN MIN= A
SEND_START READ BYTE
Trang 11HIEN THI LUU GIA TRI CUA GIO‘ (HOUR) VÀO MOT BIEN TẠM X ‡
CTC CHUYEN BOI NVA BYTE
CAO TRONG BIẾN TAM X
SANG MÃ LED? BOAN HANG CHUC CUA HOUR) DELAY
Hinh 19: Luu dé CTC hién thi bang pp quét LED 7 doan
Hình 20: Lưu đồ CTC chuyển đổi BCD sang 7 đoạn
CTC CHUYEN BOI NUA BYTE THAP TRONG BIEN TAM X
SANG MA LED 7 BOAN J CHO LEDS CHÁY THISO HANG DON VI CUA HOUR) J i HIEN THI PHUT,
Vill, CAI BAT THOI GIAN
Trong lưu đồ giải thuật trên hình trên —”> CTC LÁY NỮA BYTE CAO CUA SÓ BCD
LAY NOIDUNG BIEN TAM X GHI VÀO A ‡ LÁY NỮA BYTE CAO CỦA A Ỷ
Trang 12oe ] | Hen thicis | €iaTriDoc<=HOUR
Trang 13oe ] | Hen thicis | €iaTriDoc<=HOUR