Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực
Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Nội dung thiết kế: Chương I : Giới Thiệu Chung Chương II : Các linh kiện sử dụng mạch Chương III:Các khối mạch cần sử dụng sơ đồ mạch hoàn chỉnh Chương IV: Chương trình phần mềm Chương V : Tổng kết Lời nói đầu Ngày nhân loại trải qua phát triển vượt mặt.Trong điện tử, tự động hố đóng vai trị khơng nhỏ Điện tử góp phần vào q trình tự động hố thứ giúp người đại hoá sống Vận dụng kiến thức học trình học tập trường nhóm em thực đồ án I Đồ án áp dụng chủ yếu dựa vào vi điều khiển Mà thực tế IC ATMEGA16, nhằm mục đích giúp em hiểu cách tường tận về vi điều khiển, cách đọc, viết va nhận biết chân IC mà em học từ thầy cô trường, tìm hiểu nghiên cứu qua sách cách thức vận dụng thực tế Trong thực tế, ứng dụng vi điều khiển đa dạng phong phú.Từ ứng dụng đơn giản có vài thiết bị ngoại vi hệ thống điều khiển phức tạp Tuy nhiên pham vi trình độ em hạn chế, nên việc nghiên cứu tìm hiểu vi điều khiển cịn nhiều điều chưa biết Trong viết em, em xin giới thiêu ứng dụng IC ATMEGA16 để hiển thị đếm GIỜ-PHÚT-GIÂY Led 7thanh Tuy nhiên trình viêt trình độ hiểu biết chúng em cịn hạn chế, nên cịn xẩy nhiều sai sót mong thầy bạn góp ý bổ sung để chúng em hiểu biết trình học tâp Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 17 tháng 11 năm 2009 -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Mục Lục: Đề mục Nội dung thiết kế Lời nói đầu Mục lục Chương 1: Giới Thiệu Chung Sơ lược Sơ đồ khối Trang 2 4 Chương 2: Các linh kiện sử dụng mạch Vi điều khiển ATMEGA16: a Giới thiệu chung b Sơ đồ khối c Sơ đồ chân d Ý nghĩa chân IC tạo nguồn ổn áp chuẩn 7805 IC tạo thời gian thực DS1307 LED 7thanh 5 10 11 11 12 Chương 3:Các khối mạch cần sử dụng sơ đồ mạch hoàn chỉnh 1,Khối tạo nguồn 2,Khối Reset 3,Khối điều khiển 4,Khối tạo xung dao động 5,Khối hiển thị 6,Khối tạo thời gian thực Chương 4: Sơ đồ mạch hoàn chỉnh Sơ đồ mạch nguyên lý Sơ đồ mạch in 20 Chương 5: Chương trình phần mềm Sơ đồ thuật tốn Code chương trình cho AT16 20 20 21 21 22 23 24 25 26 27 28 -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Chương I : Giới Thiệu Chung 1) Sơ Lược: Trong công nghệ điện tử vi xử lý, vi điều khiển thành phần quan trọng khơng thể thiếu mang nhiều tính ưu việt: thay mạch điện phức tạp vi mạch nhỏ gọn với chi phí thấp hơn, ứng dụng lại đa dạng linh hoạt hơn, tiết kiệm lượng hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn,… Để học tập tốt hiểu sâu mơn học vi xử lý ngồi kiến thức sách cần có ứng dụng vào thực tế Trên sở chúng em tìm hiểu thiết kế sản phẩm mạch ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC dùng vi điều khiển AVR ATMEL Có khả điều chỉnh thay đổi thời gian So với mạch đồng hồ dùng họ vi điều khiển 8051 PIC AVR có ưu điểm ngơn ngữ lập trình viết C chương trình ngắn gọn hơn, so với 8051 tốc độ xử lý tín hiệu nhanh 2) Sơ đồ khối: Khối nguồn Khối hiển thị Tạo xung dao động Vi Điều Khiển Reset ATmega16 Điều khiển Tạo thời gian thực Chương II: Các linh kiện sử dụng mạch Vi điều khiển Atmega 16 a) Giới thiệu chung ATmega16 vi điều khiển bit dựa kiến trúc RISC Với khả thực lệnh vòng chu kỳ xung clock, ATmega16 đạt tốc độ 1MIPS MHz (1 triệu lệnh/s/MHz) -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực ATmega16 có đặc điểm sau: 16KB nhớ Flash với khả đọc ghi, 512 byte nhớ EEPROM, 1KB nhớ SRAM, 32 ghi chức chung, 32 đường vào chung, định thời/bộ đếm, ngắt nội ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp dây, kênh ADC 10 bit, ATmega 16 hỗ trợ đầy đủ chương trình cơng cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mơ phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm, v Cấu trúc nhân AVR CPU AVR có chức bảo đảm hoạt động xác chương trình Do phải có khả truy cập nhớ, thực q trình tính tốn, điều khiển thiết bị ngoại vi quản lý ngắt Cấu trúc tổng quát AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng nhớ bus cho chương trình liệu Các lệnh thực chu kỳ xung clock Bộ nhớ chương trình lưu nhớ Flash -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực ALU ALU làm việc trực tiếp với ghi chức chung Các phép toán thực chu kỳ xung clock Hoạt động ALU chia làm loại: đại số, logic theo bit Thanh ghi trạng thái Đây ghi trạng thái có bit lưu trữ trạng thái ALU sau phép tính số học logic C: Carry Flag ;cờ nhớ (Nếu phép tốn có nhớ cờ thiết lập) Z: Zero Flag ;Cờ zero (Nếu kết phép toán 0) N: Negative Flag (Nếu kết phép toán âm) V: Two’s complement overflow indicator (Cờ thiết lập tràn số bù 2)V, For signed tests (S=N XOR V) S: N H: Half Carry Flag (Được sử dụng số toán hạng rõ sau) T: Transfer bit used by BLD and BST instructions(Được sử dụng làm nơi chung gian lệnh BLD,BST) I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây bit cho phép toàn cục ngắt Nếu bit trạng thái logic khơng có ngắt phục vụ.) Các ghi chức chung -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Con trỏ ngăn xếp (SP) Là ghi 16 bit xem hai ghi chức đặc biệt bit Có địa ghi chức đặc biệt $3E (Trong nhớ RAM $5E) Có nhiệm vụ trỏ tới vùng nhớ RAM chứa ngăn xếp Khi chương trình phục vu ngắt chương trình trỏ PC lưu vào ngăn xếp trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí Và trỏ ngăn xếp giảm thực lệnh push Ngược lại thực lệnh POP trỏ ngăn xếp tăng thực lệnh RET RETI trỏ ngăn xếp tăng Như trỏ ngăn xếp cần chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước chương trình gọi ngắt cho phép phục vụ Và giá trị ngăn xếp phải lơn 60H (0x60) 5FH trỏ lại vùng ghi -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Quản lý ngắt Ngắt chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết tình trạng sẵn sxàng cho đổi liệu mình.Ví dụ:Khi truyền nhận UART nhận byte báo cho CPU biết thơng qua cờ RXC,hợc truyền byte cờ TX thiết lập…Khi có tín hiệu báo ngắt CPU tạm dừng công việc đạng thực lại lưu vị trí thực hiên chương trình (con trỏ PC) vào ngăn xếp sau trỏ tới vector phuc vụ ngắt thức chương trình phục vụ ngắt chơ tới gặp lệnh RETI (return from interrup) CPU lại lấy PC từ ngăn xếp tiếp tục thực chương trình mà trước có ngăt thực Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu lúc CPU lưu cờ báo ngắt lại thực ngắt theo mức ưu tiên Trong thực ngắt mà xuất ngắt xảy hai trường hợp Trường hớp ngắt có mức ưu tiên cao phục vụ Cịn mà có mức ưu tiên thấp bị bỏ qua.Bộ nhớ ngăn xếp vùng SRAM từ địa 0x60 trở lên Để truy nhập vào SRAM thơng thường ta dùng trỏ X,Y,Z để truy nhập vào SRAM theo kiểu ngăn xếp ta dùng trỏ SP Con trỏ ghi 16 bit truy nhập hai ghi bit chung có địa :SPL :0x3D/0x5D(IO/SRAM) SPH:0x3E/0x5E.Khi chương trình phục vu ngắt chương trình trỏ PC lưu vào ngăn xếp trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí.Và trỏ ngăn xếp giảm thực lệnh push Ngược lại thực lệnh POP trỏ ngăn xếp tăng thực lệnh RET RETI trỏ ngăn xếp tăng Như trỏ ngăn xếp cần chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước chương trình gọi ngắt cho phép phục vụ Và giá trị ngăn xếp phải lớn 60H (0x60) 5FH trỏ lại vùng ghi b) Sơ đồ khối: -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực c) Sơ đồ chân: -Hoangxudi@gmail.com Trang Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực c) Ý nghĩa chân: ChânVcc: Chân số 10 VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển Nguồn điện cấp +5V±0.5 Chân GND:Chân số11 chân số 31 nối GND(hay nối Mass) Khi thiết kế cần sử dụng mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản sử dụng IC ổn áp 7805 Port A (PA): Port A gồm chân (từ chân 33 đến 40) có chức năng: đầu vào cho chuyển đổi ADC Port B (PB): Port PB gồm chân (từ chân đến chân 8), ngồi có chức làm đường xuất/nhập cịn có nhiều chức phụ khác Port C (PC): Port C gồm chân (từ chân 22 đến chân 29) : Nếu giao tiếp JTAG kích hoạt điện trở PC5(TDI), PC3 (TMS) ,PC2 (TCK) kích hoạt khởi động lại (reset) -Hoangxudi@gmail.com Trang 10 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực DS1307 hỗ trợ bus dây chiều giao thức truyền liệu thiết bị gửi liệu lên bus gọi phát thiết bị nhận gọi thu thiết bị điều khiển trình gọi master thiết bị nhận điều khiển master gọi slave Các bus nhận điều khiển master,là thiết bị phát chuỗi xung clock(SCL),master điều khiển truy cập bus,tạo thị START STOP d) Sự truyền nhận liệu chuỗi bus dây : Tuỳ thuộc vào bit R/ w mà loại truyền liệu thực thi: • Truyền liệu từ master truyền slave nhận: Master truyền byte địa slave Tiếp sau byte liệu slave gửi lại bit thông báo nhận (bit acknowledge) sau byte liệu nhận liệu truyền từ bit có giá trị (MSB) • Truyền liệu từ slave master nhận: byte (địa slave) truyền tới slave master Sau slave gửi lại master bit acknowledge slave gửi byte liệu tới master Master gửi cho slave bit acknowledge sau byte nhận trừ byte cuối cùng,sau nhận byte cuối bit acknowledge khơng gửi Master phát tất chuỗi xung clock thị START STOP truyền kết thúc với thị STOP thị quay vòng START Khi thị START quay vịng truyền chuỗi liệu thực thi bus chưa giải phóng Dữ liệu truyền ln bắt đầu bit MSB e) DS1307 hoạt động chế độ sau: • Chế độ slave nhận( chế độ DS1307 ghi):chuỗi liệu chuỗi xung clock nhận thông qua SDA SCL Sau byte nhận bit acknowledge truyền điều kiện START STOP nhận dạng bắt đầu kết thúc truyền chuỗi nhận dạng địa thực phần cứng sau chấp nhận địa slave bit chiều Byte địa byte nhận sau điều kiện START phát từ master Byte địa có chứa bit địa DS1307, 1101000, bit chiều (R/ w) cho phép ghi sau nhận giải mã byte địa thiết bị phát tín hiệu acknowledge lên đường SDA Sau DS1307 nhận dạng địa bit ghi master gửi địa ghi tới DS1307 , tạo trỏ ghi DS1307 master truyền byte liệu cho DS1307 sau bit acknowledge nhận sau master truyền điều kiện STOP việc ghi -Hoangxudi@gmail.com Trang 17 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực hoàn thành • Chế độ slave phát ( chế độ DS1307 đọc): byte slave nhận tương tự chế độ slave ghi Tuy nhiên chế độ bit chiều lại chiều truyền ngược lại Chuỗi liệu phát SDA DS 1307 chuỗi xung clock vào chân SCL Các điều kiện START STOP nhận dạng bắt đầu kết thúc truyền chuỗi byte địa nhận master phát điều kiện START Byte địa chứa bit địa slave bit chiều cho phép đọc Sau nhận giải mã byte địa thiết bị nhận bit acknowledge đường SDA Sau DS1307 bắt đầu gửi liệu tới địa trỏ ghi thông qua trỏ ghi.Nếu trỏ ghi không viết vào trước chế độ đọc thiết lập địa đọc địa cuối chứa trỏ ghi DS1307 nhận tín hiệu Not Acknowledge kết thúc q trình đọc Đọc liệu-chế độ slave phát • Thời gian thực việc đọc,ghi liệu DS1307: sơ đồ đồng bộ: -Hoangxudi@gmail.com Trang 18 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực LED 7thanh: Led bao gồm nhiều loại led tích hợp bên led nối chung chân Trong thực tế có loại led loại anot chung loại katot chung Trong -Hoangxudi@gmail.com Trang 19 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực chương trình sử dụng loại anot chung , led có chung chân nguồn (chân dương) chân lại a,b,c,d,e,f,g led nối đất led sáng Để số tương ứng ta có bảng logic sau: Chương III : Các khối mạch cần sử dụng sơ đồ mạch hoàn chỉnh Khối tạo nguồn: Đây mạch dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5V Sử dụng IC7805 Đầu vào điện áp xoay chiều sau biến đổi qua máy biến thế, đưa vào Diod cầu dòng điện chiều( lúc điện áp nằm khoảng từ 7->10V) Sau qua IC ổn áp 7805 tạo nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch -Hoangxudi@gmail.com Trang 20