BÁO cáo VI điều KHIỂN thiết kế mạch đồng hồ thời gian thực hiển thị giờ, phút, giây và ngày, tháng, năm trên LCD

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO VI ĐIỀU KHIỂN Môn: Kỹ thuật vi điều khiển THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2022 TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO VI ĐIỀU KHIỂN Môn: Kỹ thuật vi điều khiển GVHD: TS TRẦN CƠNG THỊNH NHĨM SVTH : 08 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2022 DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM Số thứ tự Họ tên SV Nguyễn Thành Lan ( nhóm trưởng Trần Trí Cườn Bùi Việt Đức Viên Vĩ Hào Nguyễn Tiến Phát Tài Trương Lâm Minh Thiện Trương Nguyễ Bảo Trâm ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin cảm ơn đến TS Trần Công Thịnh người thầy tận tình dạy dìu dắt nhóm em suốt thời gian học tập thực báo cáo Cảm ơn lời chia sẻ tận tình, tâm huyết thầy giúp nhóm em hoàn thành báo cáo tốt Đây chắn kiến thức có giá trị sâu sắc, hành trang để chúng em vững bước sau Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời tự cảm ơn đến thành viên nhóm ln đồn kết kiên trì suốt thời gian làm báo cáo Làm việc nhóm giúp khả tư sáng tạo người ngày phát triển làm báo cáo cách hiệu đạt yêu cầu đưa TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2022 Đại diện (Đã ký) Nguyễn Thành Lan (Trưởng nhóm) iii LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan nghiên cứu riêng nhóm tơi hướng dẫn khoa học TS Trần Công Thịnh Các nội dung tự tìm hiểu, kết phân tích đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá nhóm tự thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, báo cáo sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận hay chép hình thức nhóm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung báo cáo nhóm Trường Đại học Tơn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền nhóm tơi gây q trình thực TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2022 Đại diện (Đã Ký) Nguyễn Thành Lan (Trưởng nhóm) iv PHẦN XÁC NHẬN VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN Phần xác nhận GV hướng dẫn _ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Phần đánh giá GV chấm _ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 v MỤC LỤC I GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỀ TÀI II NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ NHIỆM VỤ: PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ: III TỔNG QUAN SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: a) PIC 16F877A Khái niệm: b) Các thông số kỹ thuật: c) d) Trình phiên dịch PIC16F877A: 11 Cổng nối tiếp PIC16F877A .11 e) Giao tiếp I2C PIC16F877A 11 f) Ngắt PIC16F877A 11 a) REAL TIME CLOCK DS1307 12 Định nghĩa: 12 b) c) Một số tính quan trọng: 12 Các chân chức năng: 13 a) LCD LMD16L 14 Định nghĩa 14 b) c) Cấu tạo, chức 14 Nguyên lý hoạt động 16 d) Ứng dụng 17 THẠCH ANH: 18 ĐIỆN TRỞ: 18 IV THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ 19 MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH THỜI GIAN THỰC: 19 MẠCH HIỂN THỊ LCD: 20 V THIẾT KẾ PHẦN MỀM 21 LƯU ĐỒ MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG THIẾT BỊ: 21 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH: 21 VI GIẢI THÍCH CHƯƠNG TRÌNH: 31 KẾT LUẬN: 31 vii GIỚI THIỆU NỘI DUNG ĐỀ TÀI I Vấn đề thời gian thực dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà người sử dụng Cái hay ta làm đồng hồ đếm thời gian thực biết thời gian xác bao nhiêu, cho dù không cấp nguồn cho đồng hồ chạy lúc sau bật nguồn lên chạy IC đếm thời gian thực luôn chạy pin AI NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ Nhiệm vụ: Nhiệm vụ báo cáo môn học kỹ thuật vi điều khiển thiết kế mạch đồng hồ thời gian thực hiển thị giờ, phút, giây ngày, tháng, năm LCD Phân tích nhiệm vụ: Các nội dung cần nắm bắt: - Hiểu vận dụng linh kiện có mạch, từ tìm ngun lí hoạt động mạch - Biết nguyên lí hoạt động PIC 16F877A, thời gian thực DS1307, hình hiển thị LCD BI TỔNG QUAN SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: PIC 16F877A a) Khái niệm: PIC16F877A Vi điều khiển PIC 40 chân sử dụng hầu hết dự án ứng dụng nhúng Nó có năm cổng cổng A đến cổng E Nó có ba định thời có định thời bit định thời 16 Bit Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp giao thức nối tiếp, giao thức song song, giao thức I2C PIC16F877A hỗ trợ ngắt chân phần cứng ngắt định thời b) Các thông số kỹ thuật: CPU Cấu trúc Kích thước nhớ chương trình (Kbyte) RAM (bytes) EEPROM/HEF Số chân Tốc độ CPU tối đa (MHz) Chọn chân ngoại vi (PPS) Bộ tạo dao động bên Số so sánh Số opamp Số kênh ADC Độ phân giải ADC tối đa (bit) Khởi tạo LCD Các bước phải thực để khởi tạo hình LCD đưa bước phổ biến cho hầu hết ứng dụng: - B1: Gửi 38H đến dòng liệu bit để khởi tạo - B2: Gửi 0FH để bật LCD, trỏ BẬT trỏ nhấp nháy ON - B3:Gửi 06H để tăng vị trí trỏ - B4: Gửi 01H để xóa hình trả trỏ Đưa liệu vào LCD Các bước để gửi liệu đến mô-đun LCD đưa Mơ-đun LCD có chân RS, R / W E Chính trạng thái logic chân làm cho mô-đun xác định xem đầu vào liệu cho lệnh hay liệu hiển thị - Đặt R / W mức thấp - Đặt RS = byte liệu lệnh tạo RS = byte liệu liệu hiển thị - Đặt byte liệu ghi liệu - Xung E từ cao xuống thấp - Lặp lại bước để gửi liệu khác d) Ứng dụng Cơng nghệ hình tinh thể lỏng ứng dụng rộng rãi ngày nay, Phổ biến mà người dùng thấy smartphone, máy vi tính, laptop hay tivi siêu mỏng Đặc biệt lĩnh vực quảng cáo, trình chiếu chuyên dụng cơng nghệ tinh thể lỏng ứng dụng sản xuất hình quảng cáo chuyên dụng Tuy công nghệ khác cao cấp OLED, AMOLED hay Super AMOLED phát triển mạnh mẽ cơng nghệ LCD đóng vai trị quan trọng giá thành sản xuất độ bền tối ưu Thạch anh: Trong mạch ta sử dụng hai thạch anh, loại 12Mhz để tạo dao động cho AT89C51, loại 32,768 Mhz để tạo dao động cho DS1307 Thạch anh 12 Mhz Thạch anh 32,768 Mhz Điện trở: Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng đƣợc làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà ngƣời ta tạo loại điện trở có trị số khác IV THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ Mạch vi điều khiển mạch thời gian thực: Về mạch vi điều khiển, ta thấy: - Được kích thạch anh 32,768 KHz, Port D sử dụng để kết nối LCD - Các Port A kết nối với mạch thời gian thực Về mạch thời gian thực, ta thấy hai chân SDA SCL nối vao hai chân SDA SCL VDK Mss DS1307 chung với mass VDK cực âm pin 3v Cổng Slave Song song Đọc / Ghi Bộ chuyển đổi A / D Nhận / Truyền nối tiếp PWM (CCP1 / CCP2) Thao tác ghi EEPROM REAL TIME CLOCK DS1307 a) Định nghĩa: - Module DS1307 module RTC giá phải sử dụng phổ biến Đây IC tích hợp cho thời gian tính xác thời gian tuyệt đối cho thời gian : Thứ, ngày,tháng, năm, giờ, phút, giây - DS1307 chế tạo Dallas Chip có ghi bit ghi chứa : Thứ , ngày, tháng, năm, , phút, giây b) Một số tính quan trọng: - Khả tạo sóng vng lập trình - Dòng điện thấp, 500mA chế độ lưu pin - Khả thiết lập ngày đến năm 2100 - Sử dụng chuẩn giao tiếp I2C - Module DS1307 sử dụng pin CR2023 volt Bộ nhớ EEPROM 24c32 nhúng mơ-đun tiết kiệm 32kb liệu - Ngồi ra, bạn đo nhiệt độ môi trường cách sử dụng cảm biến DS18B20 tích hợp sẵn board mạch - DS1307 IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian ngày tháng với 56 bytes SRAM Địa liệu đƣợc truyền nối tiếp qua đường bus chiều Nó cung cấp thơng tin giờ, phút,giây, thứ, ngày, tháng, năm Ngày cuối tháng tự động đƣợc điều chỉnh với tháng nhỏ 31 ngày, bao gồm việc tự động nhảy năm Đồng hồ hoạt động dạng 24h 12h với thị AM/PM DS1307 có mạch cảm biến điện áp dùng để dị điện áp lỗi tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp - DS1307 hoạt động với vai trò slave đường bus nối tiếp Việc truy cập thi hành với thị START mã thiết bị định cung cấp địa ghi Tiếp theo ghi truy cập liên tục đến thị STOP thực thi c) Các chân chức năng: Sơ đồ chân DS1307 - X1 X2: ngõ kết nối với thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip - VBAT: cực dương nguồn pin 3V nuôi chip - GND: chân mass chung cho pin 3V Vcc - Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường 5V dùng chung với vi điều khiển Chú ý Vcc khơng cấp nguồn VBAT cấp DS1307 hoạt động (nhưng không ghi đọc được) - SQW/OUT: ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số xung tạo lập trình Như chân không liên quan đến chức DS1307 đồng hồ thời gian thực, bỏ trống chân nối mạch - SCL SDA đường giao xung nhịp liệu giao diện I2C mà tìm hiểu TWI AVR LCD LMD16L a) Định nghĩa LCD ( Liquid Crystal Dislay) viết tắt hình tinh thể lỏng Nó loại mơ-đun hình điện tử sử dụng loạt ứng dụng mạch thiết bị khác điện thoại di động, máy tính, tv b) - Cấu tạo, chức Điện áp hoạt động hình LCD 4.7V-5.3V Nó bao gồm hai hàng hàng tạo 16 ký tự - Việc sử dụng dịng điện 1mA khơng có đèn - Mọi nhân vật tạo hộp × pixel - Bảng chữ & số hình LCD chữ số - Là hình hoạt động hai chế độ 4-bit & 8-bit - Chúng đạt với Đèn xanh lam & xanh lục Các chân chức năng: - Chân số - VSS : chân nối đất cho LCD nối với GND mạch điều khiển - Chân số - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, nối với VCC=5V mạch điều khiển - Chân số - VE : điều chỉnh độ tương phản LCD - Chân số - RS : chân chọn ghi, nối với logic "0" logic "1": + Logic “0”: Bus DB0 - DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi”- write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0 - DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD - Chân số - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), nối với logic “0” để ghi nối với logic “1” đọc - Chân số - E : chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0- DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân sau: + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp - Chân số đến 14 - D0 đến D7: đường bus liệu dùng để trao đổi thơng tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus là: Chế độ bit (dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7) Chế độ bit (dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7) - Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn - Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn c) Nguyên lý hoạt động Mô-đun LCD 16x2 có hướng dẫn lệnh đặt trước Mỗi lệnh làm cho mô-đun thực nhiệm vụ cụ thể Các lệnh thường sử dụng chức chúng thể sau: Lệnh Chức 0F LCD bật, trỏ bật, trỏ nhấp nháy bật Xóa tồn hình Quay hình 04 Giảm trỏ Tăng trỏ Tăng trỏ 0E Màn hình bật, trỏ nhấp nháy tắt 80 Bật trỏ trở vị trí hàng C0 Bắt trỏ trở vị trí hàng 38 Sử dụng hàng ma trận 5x7 83 Con trỏ hàng vị trí 3C Kích hoạt dịng Tắt hình hiển thị trỏ C1 Nhảy đến dịng vị trí OC Bật hình hiển thị, tắt trỏ C2 Nhảy đến hàng 2, vị trí Khởi tạo LCD Các bước phải thực để khởi tạo hình LCD đưa bước phổ biến cho hầu hết ứng dụng: - B1: Gửi 38H đến dòng liệu bit để khởi tạo - B2: Gửi 0FH để bật LCD, trỏ BẬT trỏ nhấp nháy ON - B3:Gửi 06H để tăng vị trí trỏ - B4: Gửi 01H để xóa hình trả trỏ Đưa liệu vào LCD Các bước để gửi liệu đến mô-đun LCD đưa Mô-đun LCD có chân RS, R / W E Chính trạng thái logic chân làm cho mô-đun xác định xem đầu vào liệu cho lệnh hay liệu hiển thị - Đặt R / W mức thấp - Đặt RS = byte liệu lệnh tạo RS = byte liệu liệu hiển thị - Đặt byte liệu ghi liệu - Xung E từ cao xuống thấp - Lặp lại bước để gửi liệu khác d) Ứng dụng Cơng nghệ hình tinh thể lỏng ứng dụng rộng rãi ngày nay, Phổ biến mà người dùng thấy smartphone, máy vi tính, laptop hay tivi siêu mỏng Đặc biệt lĩnh vực quảng cáo, trình chiếu chuyên dụng cơng nghệ tinh thể lỏng ứng dụng sản xuất hình quảng cáo chuyên dụng Tuy công nghệ khác cao cấp OLED, AMOLED hay Super AMOLED phát triển mạnh mẽ công nghệ LCD đóng vai trị quan trọng giá thành sản xuất độ bền tối ưu Thạch anh: Trong mạch ta sử dụng hai thạch anh, loại 12Mhz để tạo dao động cho AT89C51, loại 32,768 Mhz để tạo dao động cho DS1307 Thạch anh 12 Mhz Thạch anh 32,768 Mhz Điện trở: Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng đƣợc làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà ngƣời ta tạo loại điện trở có trị số khác ... PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ Nhiệm vụ: Nhiệm vụ báo cáo môn học kỹ thuật vi điều khiển thiết kế mạch đồng hồ thời gian thực hiển thị giờ, phút, giây ngày, tháng, năm LCD Phân tích nhiệm vụ: Các nội dung... Mạch vi điều khiển mạch thời gian thực: Về mạch vi điều khiển, ta thấy: - Được kích thạch anh 32,768 KHz, Port D sử dụng để kết nối LCD - Các Port A kết nối với mạch thời gian thực Về mạch thời gian. .. 18 IV THIẾT KẾ PHẦN THIẾT BỊ 19 MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN VÀ MẠCH THỜI GIAN THỰC: 19 MẠCH HIỂN THỊ LCD: 20 V THIẾT KẾ PHẦN MỀM 21 LƯU ĐỒ MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG THIẾT BỊ: