CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là thành công của của cuộc cách mạng kĩ thuật 4.0 làm cho thế giới chúng ta ngày càng thay đổi, cuộc sống trở nên văn minh, hiện đại hơn. Cùng với sự phát triển đó thì việc vận dụng các vi điều khiển để hỗ trợ và phục vụ cho các nhu cầu về đời sống hằng là điều tất yếu. Thế nên nhóm tôi thống nhất chọn đề tài Thi công mô hình đồng led ma trận với board STM32F4 với mục tiêu thi công sản phẩm kỹ thuật số có độ chính xác cao và thêm một số tích hợp thông tin được lập trình sẵn trên sản phẩm. Đề tài gắn liền với đời sống thực tế nên trang thiết bị cho phần chuẩn bị dễ dàng tìm kiếm cũng như phần kiến thức thiếu sót để hoàn thành sản phẩm và trên hết kiến thức về STM32F4 đang được học tại trường lớp, đây là cơ hội cải thiện kỹ năng và bù đắp thiếu sót trong quá trình học tập về board mạch này 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Thi công mô hình đồng hồ thay thế thế hệ cũ với độ chính xác cao. Mô hình hiển thị tích hợp thêm ngày tháng năm. Mô hình được thu gọn đáng kể. 1.3 Phạm vi nghiên cứu Phần cứng: Đấu nối các thiết bị ngoại vi với vi xử lý trung tâm. Xử lý các vấn đề do phần cứng phát sinh (Nhiễu). Phần mềm: Nghiên cứu, đưa ra giải pháp lập trình. 1.4 Kết quả đạt được Hiển thị được thời gian trên led 8x8. Điều chỉnh được thời gian theo ý muốn.
ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ - BÁO CÁO MÔN HỌC VI ĐIỀU KHIỂN Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐỒNG HỒ, HIỂN THỊ THƠNG TIN TRÊN LED MA TRẬN 8X8 Chương Mở đầu CHƯƠNG MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Kết đạt CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.2 Nguyên lý hoạt động 2.3 Nguyên nhân chọn thiết bị 2.4 STM32F407 Discovery 2.5 Real Time Clock RTC DS1307 2.5.1 Giới thiệu .5 2.5.2 Timekeeper Registers 2.6 Led Ma Trận 8x8 + MAX7219 2.6.1 Giới thiệu .6 2.6.2 Thông số kỹ thuật 2.7 Nút nhấn .7 2.7.1 Giới thiệu .7 2.7.2 Thông số kĩ thuật 2.8 Phần mềm hỗ trợ lập trình 2.8.1 STM32 CubeMX 2.8.2 Keil C CHƯƠNG THIẾT KẾ 3.1 Thống kê I/O .9 3.2 Cấu hình CubeMX .9 3.3 Sơ đồ giải thuật 11 3.4 Viết code cho hệ thống .11 3.5 Mạch thực tế .14 CHƯƠNG KẾT QUẢ 15 4.1 Kết thuật toán 15 4.2 Hình ảnh sản phẩm 15 4.3 Chức mơ hình 16 4.3.1 Hiển thị giờ, phút lên hình 16 4.3.2 Hiển thị ngày, tháng, năm lên hình 16 4.3.3 Cài đặt thời gian thời gian bị sai 17 4.4 Hạn chế .17 CHƯƠNG KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Chương trình minh hoạ DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Chương Mở đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt thành công của cách mạng kĩ thuật 4.0 làm cho giới ngày thay đổi, sống trở nên văn minh, đại Cùng với phát triển việc vận dụng vi điều khiển để hỗ trợ phục vụ cho nhu cầu đời sống điều tất yếu Thế nên nhóm tơi thống chọn đề tài " Thi cơng mơ hình đồng led ma trận " với board STM32F4 với mục tiêu thi công sản phẩm kỹ thuật số có độ xác cao thêm số tích hợp thơng tin lập trình sẵn sản phẩm Đề tài gắn liền với đời sống thực tế nên trang thiết bị cho phần chuẩn bị dễ dàng tìm kiếm phần kiến thức thiếu sót để hồn thành sản phẩm hết kiến thức STM32F4 học trường lớp, hội cải thiện kỹ bù đắp thiếu sót q trình học tập board mạch 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Thi công mơ hình đồng hồ thay thế hệ cũ với độ xác cao Mơ hình hiển thị tích hợp thêm ngày tháng năm Mơ hình thu gọn đáng kể 1.3 Phạm vi nghiên cứu Phần cứng: - Đấu nối thiết bị ngoại vi với vi xử lý trung tâm - Xử lý vấn đề phần cứng phát sinh (Nhiễu) Phần mềm: - Nghiên cứu, đưa giải pháp lập trình 1.4 Kết đạt - Hiển thị thời gian led 8x8 Điều chỉnh thời gian theo ý muốn Trang Chương Phát biểu vấn đề CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Khối hiển thị Khối nguồn Khối điều khiển trung tâm Điều khiển Reset Tạo thời gian thực Hình Sơ đồ khối hệ thống 2.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động sơ đồ tổng thể : Khi cho điện áp qua khối nguồn cho vi điều khiển, chương trình vi điều khiển làm việc, đồng thời tạo xung dao động tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động Chế độ ghi nhận liệu IC thời gian thực đưa tới vi điều khiển, điều kiện START STOP nhận dạng bắt đầu kết thúc truyền chuỗi, lúc ghi IC thời gian thực nhận giá trị thời gian thực (giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm) gửi đến vi điều khiển đồng thời lúc vi điều khiển gán giá trị tương đương giá trị thời gian thực gửi khối hiển thị Lúc IC ghi dịch khối điều khiển gửi tín hiệu đến khối hiển thị Các nút ấn khối điều khiển có nhiệm vụ điều chỉnh thời gian Khối Reset có nhiệm vụ đưa hệ thống trạng thái ban đầu Trang Chương Phát biểu vấn đề 2.3 Nguyên nhân chọn thiết bị - STM32F4 phần cứng trình học, chọn thiết bị học lựa chọn đắn vừa giúp nhóm bổ xung kiến thức thực tế vừa đảm bảo kiến thức cũ học thực hành trực tiếp thiết bị DS1307 thiết bị hiển thị thời gian thực có mức xác gần tuyệt đối, việc lập trình với vận hành tương đối dễ với sinh viên, thiết bị dùng đến nhiều thi cơng mơ hình đồng hồ Led 8*8 tương tự LCD nhóm định chọn thiết bị thiết bị có sẵn thư viện để trực tiếp thi cơng, q trình học nhóm tiếp xúc với nhiều thiết bị tương tự nên vận hành dễ dàng tương đối nhanh, tiết kiệm nhiều thời gian để hoàn thành báo cáo 2.4 STM32F407 Discovery Hình 2 STM32F407 Discovery Board STM32F407 Discovery phát triển dựa vi điều khiển họ ST, STM32F407VGT6, core ARM Cortex M4 32 bit Trên board tích hợp chức sau: - Mạch nạp code/ debug theo chuẩn ST-LINK/V2 - Khối cảm biến gia tốc trục xyz, ST MEMS digital accelerometer - Khối ST MEMS digital microphone - Một cảm biến audio chuyển từ tín hiệu âm sang tín hiệu số - 04 LEDs cho người dùng lập trình - Một pushbuttons lập trình push button reset Trang Chương Phát biểu vấn đề - USB OTG micro-AB connector Thông số kỹ thuật board STM32F4 DISCOVERY: - MB of Flash memory, 192KB of RAM in an LQFP100 package - Board power supply: through USB bus or from an external 5V supply voltage - External application power supply : 3V and 5V - I/O: PORTA→PORTE, 16 Pin/PORT + PH0 PH1 - MP45DT02, ST MEMS audio sensor, omnidirectional digital microphone - CS43L22, audio DAC with integrated class D speaker driver 2.5 Real Time Clock RTC DS1307 2.5.1 Giới thiệu - - Đồng hồ thời gian thực (RTC) sử dụng để theo dõi ngày Nó thường sử dụng máy tính, máy tính xách tay, điện thoại di động, thiết bị ứng dụng hệ thống nhúng, … Trong nhiều hệ thống nhúng, cần đặt dấu thời gian ghi liệu, tức giá trị cảm biến, toạ độ GPS,… Để lấy dấu thời gian, cần sử dụng RTC (đồng hồ thời gian thực) Một số vi điều khiển LPC2148,;ƠC1768,… có RTC chip Nhưng vi điều khiển khác PIC, ATMega 16/32, chúng khơng có RTC chip Vì vậy, nên sử dụng chip RTC bên ngồi Hình DS1307 (RTC) Trang Chương Phát biểu vấn đề Hình Sơ đồ chân DS1307 2.5.2 Timekeeper Registers - Định dạng theo kiểu BCD (Binary Coded Decimal value) Có tổng cộng ghi để đọc thời gian, tháng, năm điều khiển Sau đặt giá trị ghi này, chúng tự cập nhật ta đọc ghi để nhận giá trị cập nhật Hình Timekeeper Register 2.6 Led Ma Trận 8x8 + MAX7219 2.6.1 Giới thiệu - - Mạch hiển thị led ma trận + MAX7219 bao gồm led ma trận điều khiển IC MAX7219 tương tự 74HC595 chuyên dùng cho ứng dụng Led Driver Mạch hiển thị led ma trận có ngõ vào tín hiệu nối tiếp, ghi dịch chuyển tín hiệu nên cần GPIO để điều khiển, ngồi IC MAX7219 cịn có đệm Static RAM 8×8 giúp cho việc hiển thị trở nên mượt hơn, mạch có khả nối tiếp thêm nhiều mạch tiếp sau cổng nối tiếp tín hiệu đầu cần Trang Chương Phát biểu vấn đề 2.6.2 Thông số kỹ thuật - IC MAX7219 Nguồn cấp : 5VDC Tín hiệu : nối tiếp Serial ba chân DIN, CS,CLK, mức tín hiệu TTL Ma trận: Led ma trận 8x8 màu đỏ Kích thước: 12.8 x 3.2 x 1.3cm Hình LED ma trận 8x8 + MAX7219 2.7 Nút nhấn 2.7.1 Giới thiệu - Nếu bạn biết đến cơng tắc đóng / mở nút nhấn hoạt động tương tự Thay có chân cơng tắc, nút nhấn có chân chia làm cặp Những chân cặp nối với nhau, chân khác cặp ngược lại Khi bạn nhấn nút, chân nút nhấn nối với nhau, cho phép dòng điện từ chân tới chân cịn lại 2.7.2 Thơng số kĩ thuật - Số chân: chân - Màu sắc: Đen - Kích thước: 6x6x4.3mm Hình 2.7 Nút nhấn chân Trang Chương Phát biểu vấn đề 2.8 Phần mềm hỗ trợ lập trình 2.8.1 STM32 CubeMX STM32CubeMX cơng cụ hỗ trợ cấu hình tạo code cho MCU STM32 Tất công việc cấu hình, nâng cấp thực qua giao diện đồ họa Việc giúp cho việc lập trình STM32 dễ dàng hơn, rút ngắn thời gian nghiên cứu phát triển Hình Phần mềm CubeMX 2.8.2 Keil C Hiện có nhiều trình biên dịch ngôn ngữ C cho 8051 Mikro C, IAR,SDCC, Reads 51…µVision mơi trường phát triển tích hợp (IDE: Integrated Development Environment, trình soạn thảo ngơn ngữ C, trình biên dịch debug) cơng ty Keil Software, thường gọi Keil C Hình Phần mềm KeilC V5 Trang Chương Phát biểu vấn đề CHƯƠNG THIẾT KẾ 3.1 Thống kê I/O Dựa vào sơ đồ nguyên lý nhóm em có thống kê I/O ngõ vào ngõ vi xử lý : - Ngõ vào : + SDA SCL ngõ vào DS1307 nối với chân PB6(SCL) PB7(SDA) vi xử lý + INPUT: Nút Mode, nút Mode1, nút Up, nút Down nối với PA1, PA0, PB1 PB2 vi xử lý - Ngõ : PA2,PA3,PA4 nối vào Led ma trận 3.2 Cấu hình CubeMX Hình Khai báo I2C Trang ... nhận giá trị cập nhật Hình Timekeeper Register 2.6 Led Ma Trận 8x8 + MAX7219 2.6.1 Giới thiệu - - Mạch hiển thị led ma trận + MAX7219 bao gồm led ma trận điều khiển IC MAX7219 tương tự 74HC595... Chương Kết 4.3 Chức mơ hình 4.3.1 Hiển thị giờ, phút lên hình Hình Hiển thị thời gian giờ, phút lên hình 4.3.2 Hiển thị ngày, tháng, năm lên hình Hình 4 Hiển thị thời gian ngày,tháng,năm lên hình. .. 2.6.2 Thông số kỹ thuật - IC MAX7219 Nguồn cấp : 5VDC Tín hiệu : nối tiếp Serial ba chân DIN, CS,CLK, mức tín hiệu TTL Ma trận: Led ma trận 8x8 màu đỏ Kích thước: 12.8 x 3.2 x 1.3cm Hình LED ma trận