Bản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ số

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Bản báo cáo môn Thiết kế mạch sử dụng máy tính Đề tài THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ Hà Nội , ngày 12, tháng 01, năm 2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU[.]

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Bản báo cáo mơn: Thiết kế mạch sử dụng máy tính Đề tài: THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ Hà Nội , ngày 12, tháng 01, năm 2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ 8051 1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CẤU TẠO 8051 1.1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI .4 1.1.2 CÁU TẠO 8051 1.2 SƠ ĐỒ CHÂN 8051 1.3 BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8052 10 CHƯƠNG GIỚI THIỆU IC 74LS47 12 2.1 SƠ ĐỒ CHÂN 12 2.2 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN 13 2.3 CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG 14 2.4 THÔNG SỐ KỸ THUẬT 15 CHƯƠNG GIỚI THIỆU LED ĐOẠN 16 3.1 CẤU TẠO .16 3.2 PHÂN LOẠI 18 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH 23 4.1 MẠCH NGUYÊN LÝ 23 4.2 MẠCH LAYOUT, 3D 24 4.3 CHƯƠNG TRÌNH CODE .29 TỔNG KẾT 30 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với tiến khoa học kỹ thuật công nghệ điện tử phát triển ngày rộng rãi đặc biệt kỹ thuật số Hầu hết thiết bị kỹ thuật từ phức tạp đơn giản thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phòng thiết bị gia đình dùng vi điều khiển Các ứng dụng mạch số đồng hồ số, mạch đếm sản phẩm, mạch đo nhiệt độ Trong trường học cơng sở, quan xí nghiệp Đồng hồ số dùng để xem báo Mục đích đồ án “Tìm hiểu 8051 xây dựng đồng hồ thời gian thực ứng dụng điều khiển” Mục tiêu nội dung đồ án Mục tiêu: Tìm hiểu cấu tạo chức vi điều kiển 8051 linh kiện liên quan Xây dựng thiết kế mạch đồng hồ số có chức xem Dựa kiến thức học lớp với hướng dẫn thầy Đặng Văn Hải Thầy giúp chúng em có thêm nhiều kiến thức kinh nghiêm quý báu để hỗ trợ cho việc học tập đời sống, vốn kiến thức cịn chưa rộng thời gian có hạn nên q trình làm chúng em cịn có nhiều sai sót Vì em mong thầy bảo chúng em thêm để đề tài hoàn thiện CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ 8051 1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CẤU TẠO 8051 1.1.1 LỊCH SỬ RA ĐỜI Intel 4004 vi xử lý thương mại hóa Intel năm 1971 Hình 1.1: Intel 4004 Vi điều khiển 8051 Intel thiết kế vào năm 1981 Đây vi điều khiển bit, xây dựng với 40 chân DIP (gói nội tuyến kép), 4kb nhớ ROM 128 byte nhớ RAM, định thời 16 bit Nó bao gồm bốn cổng bit song song, lập trình định địa theo yêu cầu Một dao động tinh thể chip tích hợp vi điều khiển có tần số tinh thể 12 MHz Hình 1.2: 8051 Đặc điểm chức hoạt động IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự nhau, ta giới thiệu 8051 với đặc điểm sau:  4KB EPROM nội  128 byte RAM nội  port xuất / nhập (/O port) bit  định thời 16 bit      Giao tiếp nối tiếp 64kb Rom 64kb Ram ngồi 210 vị trí nhớ để định vị bit, vị trí bit 4us cho hoạt động nhân chia 1.1.2 CÁU TẠO 8051 - Thành phần vi điểu khiển 8051 xử lý trung tâm hay gọi CPU CPU bao gồm:       Thanh ghi tích luỹ A Thanh ghi tích luỹ B, dùng cho phép nhân chia Đơn vị logic học ALU Từ trạng thái chương trình PSW bank ghi Con trở ngăn xếp Ngoài cịn có nhớ chương trình, giải mã lệnh, điều khiển thời gian logic Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ dao động Chương trình chạy cho dừng lại nhờ khối điều khiển bên Các nguồn ngắt biến cố bên ngoài, tràn đếm định thời giao diện nối tiếp định thời 16 bit hoạt động đếm Các cổng port 0, port l, port 2, port sử dụng vào mục đích điều khiển, cổng port có thêm đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với nhớ bên ngoài, để đầu nối giao diện nối tiếp đường dẫn ngắt bên ngồi Giao diện nối tiếp có chứa truyền nhận không đồng làm việc độc lập với Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp đặt dải rộng ấn định định thời, Trong vi điều khiển 8051 cịn có hai thành phần quan trọng khác nhớ ghi Bộ nhớ RAM ROM dùng để lưu liệu mã lệnh Các ghi dùng để lưu thông tin q trình xử lý Khi CPU làm việc, làm thay đổi nội dung ghi 1.2.SƠ ĐỒ CHÂN 8051 Sơ đồ chân 8051: Port 0: Port 0: (P0.0- P0.7) có ố chân từ 32-39 Port có chức năng:  Port xuất nhập liệu (P0.0-P0.7) → khơng sử dụng nhớ ngồi  Bus địa byte thấp bus liệu đa hợp (AD0- AD7) → có sử dụng nhớ ngồi + Lưu ý: Khi Port đóng vai trị port xuất nhập liệu phải sử dụng điện trở kéo lên bền ngồi Khi lập trình cho ROM chip Port đống vai trị ngõ vào liệu (D0 Sơ đồ chân 89C51 - D7) Port 1: Port (P1.0 - P1.7) có số chân từ → Port có chức năng: Port xuất nhập liệu (P1.0- PI.7) → sử dụng khơng sử dụng nhớ ngồi - Khi lập trình cho ROM chip Port đống vai trò ngõ vào địa byte thấp (A0 - A7) Port 2: Port2 (P2.0- P2.7) có số chân từ 21 → 28 Port cố hai chức năng:  Port xuất nhập liệu (P2.0- P2.7) → khơng sử dụng bộnhớ ngồi  - Bus địa byte cao (A8- A15) → có sử dụng nhớ ngồi Khi lập trình cho ROM chip Port đóng vai trị ngõ vào địa byte cao (A8- A11) tín hiệu điều khiển Port 3: - Bảng chức chân Port 3: Bit P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Tên RxD TxD INT0\ INT1\ T0 T1 WR\ RD\ Địa B0H B1H B2H B3H B4H B5H B6H B7H Chức Chân nhận liệu port nối tiếp Chân phát liệu port nối tiếp Ngõ vào nhát Ngõ vào nhát Ngõ vào định thời/đếm Ngõ vào định thời/đếm Điều khiển ghi nhớ liệu (RAM) Điều khiển đọc nhớ liệu (RAM) Chân PSEN: chân 29, có tín hiệu điều khiển, tín hiệu phép nhớ chương trình mở rộng thường nối lên chân OE EPROM phép đọc byte mã lệnh PSEN mức thấp thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân chương trình đọc từ Eprom qua bus chốt vào ghi lệnh 8051 để giải mã lệnh Khi thi hành chương trình Rom nội PSEN thụ động (mức cao) Chân ALE: (chốt) Tín hiệu ALE chân 30 tương hợp với thiết bị làm việc với xử lý 8585,8088,8051 dùng ALE cách tương tự cho làm việc giải kênh Bus địa liệu port dùng chế đọ chuyển đổi nó: vừa Bus liệu vừa byte thấp địa chỉ, ALE tín hiệu để chốt địa vào vào ghi bên nửa đầu chu kỳ nhớ Sau đương port dùng để xuất nhập liệu nửa sau chu kỳ nhớ Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động chíp làm xung nhịp cho hệ thống Nếu xung 8051 12MHZ ALE có tân số 2MHZ Chỉ ngoại trừ thi hành lệnh Movx, xung ALE bị Chân làm ngõ vào cho xung lập trình cho Eprom 8051 Chân EA: (truy xuất ngồi):Tín hiệu vào EA chân 31 thường mắc lên mức cao(+5V) mức thấp(GND) Nếu mức cao, 8051 thi hành chương trình từ Rom nội khoảng địa thấp(4K) Nếu mức thấp chương trình thi hành từ nhớ mở rộng Khi dùng 8031, EA nối mức thấp khơng có nhớ chương trình chíp Nếu EA nối mức thấp nhớ bên chương trình 8051 bị cấm thi hành chương trình Eprom mở rộng Người ta cịn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V lập trình cho Eprom 8051 Chân RST(reset): Khi tín hiệu đưa lên mức cao(ít phải chu kỳ máy), ghi 8051 tải giá trị thích hợp đẻ khởi động hệ thống Các ngõ vào dao động chip:Như thấy hình trên,8051 có dao động chip Nó thường nối với thạch anh gia hai chân 18 19, Các tụ cần thiết vẽ Tân số thạch anh thông thường 12MHZ Các chân nguồn: 8051 vận hành với nguồn đơn +5V(VCC) nối vào chân 40 chân 20 nối GND 1.3 BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8052 Bộ vi điều khiển 8052 thành viên khác họ 8051, 8052 có tất đặc tính chuẩn 8051 ngồi có thêm 128 byte RAM định thời Hay nói cách khác 8052 có 256 byte RAM định thời Nó có 8K byte ROM Trên chíp thay 4K byte 8051 10 Đặc tính 8051 8052 8031 ROM chíp 4K byte 8K byte OK RAM 128 byte 256 byte 128 byte Bộ định thời Chân vào 32 32 32 Cổng nối tiếp 1 Hình 3.2: Cấu tạo bên LED đoạn 17 3.2 PHÂN LOẠI Dựa vào cực nối, phân loại LED đoạn sau: Loại dương chung (Common Anode): Trong hình hiển thị Anode chung, tất kết nối Anode LED nối với mức logic “1”, phân đoạn LED riêng lẻ sáng cách áp dụng cho tín hiệu logic “0” mức thấp “LOW” thơng qua điện trở giới hạn dịng điện để giúp phù hợp với cực Cathode với đoạn LED cụ thể từ a đến g 18 Loại âm chung (Common Cathode): Trong hình Cathode chung tất cực Cathode đèn LED nối chung với với mức logic “0” nối Mass (Ground) Các chân lại chân Anode nối với tín hiệu logic mức cao (HIGHT) hay mức logic thông qua điện trở giới hạn dịng điện để đưa điện áp vào phân cực Anode từ a đến G để hiển thị tùy ý Cấu tạo Led đoạn: Chân ngõ LED đoạn có 10 chân, chân nối với LED (A, B, C, D, E, F, G, DP) Tùy vào loại LED đoạn, hai chân đánh dấu COM dương chung âm chung LED 19 3.3 NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG Hình 3.3: Vị trí sáng chân LED đoạn Nguyên tắc chung : muốn LED sáng LED phải phân cực thuận.Do muốn tạo chữ số ta cần cho LED vị trí tương ứng sáng lên Bảng mô tả cách tạo chữ số để hiển thị lên LED đoạn: 20