Đồ án điện điện tử thiết kế mạch đồng hồ đo thời gian thực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đề tài : Thiết kế mạch đồng hồ đo thời gian thực GVHD : Nhóm SVHD: Hồng Thị Thơm Lê Văn Phi Nguyễn Anh Tuấn Trần Văn Bình Lớp : Điện – Điện tử Khoa : 59 DDT-2 Nhóm :1 I Đặt vấn đề: Đồng hồ trở nên phổ biến đóng vai trị quan trọng đời sống người, thiết bị cần thiết mà phải dung tới Một đồng hồ cơ, xem cách nhìn vào kim vạch chia thời gian gây khó khăn cho người bắt đầu sử dụng Nhưng với đồng hồ số, thời gian hiển thị rõ ràng chữ số dễ dàng Vận dụng kiến thức học, chúng em định thực thiết kế Đồng hồ đo thời gian thực đề hiển thị đếm GIỜ-PHÚTGIÂY Led7 đoạn Với việc dung vi mạch 89s52 giao tiếp với IC thời gian thực DS1307 IC DS1307 hoạt động tần số 32768kHz ni nguồn phịng 3V hoạt động thời gian dài Sau thời gian làm mô proteus, chúng em thiết kế đồng hồ đo thời gian thực Từ khóa :”IC 89S52”,”DS 1307”,”Đồng hồ đo thơi gian thực” II Giới thiệu: Với đời chip vi điều khiển làm cho công việc thiết kế ứng dụng trở nên nhỏ gọn mềm dẻo Chúng ứng dụng nhiều sản phẩm khác Và số đề tài thiết kế đồng hồ đo thời gian thực nước mà chúng em tìm được: Đồ án này[1] với hướng dẫn thầy Nguyễn Lê Cường sử dụng chủ yếu dựa vào vi điều khiểnMà thực tế IC ATMEGA16 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 So với 8051 giá thành AVR đắt Việc sử dụng AVR ATMEGA16 với việc có nhiều tính giá phải chăng, rẻ PIC đắt 8051 Đồ án này[2] với chip 8051, DS12887, Led 7đoạn DS 12887 chứa giá trị phút giây ngày, tháng, năm thời gian hoạt động đến năm 2100 Bộ đếm hoạt động với thời gian 10 năm khơng có nguốn điện ngồi cung cấp Nhưng theo em việc mơ proteus, việc sử dụng DS 1307 chạy ổn phù hợp với DS 12887 Đồng hồ thời gian thực RTC (Real Time Clock)[3] với việc sử dụng Led7 đoạn, với IC DS 12C887,IC ghi dịch 74HC591 vi điều khiển PIC16F877A.Việc sử dụng DS 12C887 ngắt lập trình phục vụ cho việc cập nhật thời gian hẹn IC 74HC591 làm tăng số lượng chân điều khiển cho vi điều khiển Thực chất việc sử dụng PIC16F877A cho thao tác truy cập thời gian, hiển thị chỉnh cho ứng dụng phí phạm, ứng dụng khơng u cầu thêm chức phụ vi điều khiển chức I/O Thiết kế dự án đồng hồ IC thời gian thực (DS 1307) cách sử dụng vi mô PIC[4], với việc DS1307 dễ sử dụng, điều làm cho kiểm sốt bố trí mạch dễ dàng Nhưng trạng thái mặc định DS1307 khơng xác định bạn phải xóa bit CH để bắt đầu dao động Đồng hồ thời gian thực này[5] sử dụng vi điều khiển 8051, RTC IC DS1307 P89V51RD2, sử dụng chip Dallas DS1307 với vi điều khiển Philips P89V51RD2 Vi điều khiển giao tiếp với DS1307 cách sử dụng giao thức truyền thơng I2C Giao diện I2C hoạt động với tốc độ truyền liệu lên đến 400k bit / giây Tất cài đặt liên quan đến thời gian ngày tháng, chúng tơi thực cách sử dụng hai nút ấn.Tuy nhiên phụ kiện đắt tiền, phức tạp nên không phù hợp với sinh viên Qua báo đó, nhóm chúng em thiết kế Đồng hồ đo thời gian thực sử dụng IC 89S52 DS 1307 nhằm mục đích tạo tiện lợi đơn giản cho sinh viên, giá thành hợp lí III Cơ sở lý thuyết: Giới thiệu mạch:  Mạch đồng hồ hiển thị phút giây, có khả lưu điện  Mạch sử dụng vi điều khiển AT89s52 chip thời gian thực DS 1307 hoạt động tần số 32768 kHz ni nguồn dự phịng 3v hoạt động thời gian năm khơng có nguồn điện Giới thiệu linh kiện mạch: a) Vi điều khiển 89s52: Vi điều khiển 8051 đƣợc Intel cho đời vào năm 1980 thuộc vi điều khiển họ MCS-51 AT89S52 có đặc trưng chuẩn sau: - Kbyte ROM - 256 byte RAM - 32 đường xuất nhập - định thời (đếm) 16 - bit - Một port nối tiếp song công mạch dao động tạo xung clock chip Interrupt control: điều khiển ngắt Other register: ghi khác 256 byte RAM: RAM 256 byte Time 2, 1, 0: định thời 2, 1, CPU: đơn vị điều khiển trung tâm Ossilator: mạch dao động Bus control: điều khiển bus I/O ports: port xuất/nhập Serial port: port nối tiếp.[6] b) DS 1307: IC DS 1307 IC thơng dụng, cho khả xác thời gian Với nguồn nuôi pin 3V lưu điện vòng năm.[7] Chip IC DS 1307 c) Led đoạn: Ưu điểm: hiển thị rõ ràng thu hút ý nhìn xa Nhược điểm: mạch điện phức tạp cần thêm IC chốt Nguyên lý hoạt động: Khi cho điện áp qua khối nguồn cho vi điều khiển, chương trình vi điều khiển làm việc, đồng thời bộ tạo xung dao động tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động Chế độ ghi nhận liệu IC thời gian thực đua tới vi điều khiển, điều kiện START STOP đuợc nhận dạng bắt đầu kết thúc truyền chuỗi, lúc này 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 tuơng đuơng 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 đua hệ thống trạng thái ban đầu IV Phương pháp đề xuất: Cấu trúc hệ thống: a) Linh kiện: – Tụ hóa :10uf x – Tụ gốm: 22 x – Tụ gốm:100nf x2 – Tu hóa: 100uf x – Điện trở : +4,7k x 12 + 330 x – IC 89s52 + đế x 1( chính) – IC ổn áp7805 x – IC DS 1307 + đế x – Transictor :A1015 x – DIOT :1N4007 x – Pin 3V + đế x – Rào x – Led đoạn số x – Phím nhấn x – Thạch anh 12M x – Thạch anh 32768Hz x b) IC89S52: [8] – Chức năng: + Là vi điều khiển mạch + KB EPROM bên + 256 Byte RAM nội + Port xuất /nhập I/O bít + định thời 16 bit – Sơ đồ chân : – Nhóm chân nguồn: + VCC: chân 40, điện áp cung cấp 5VDC + GND: chân 20(hay nối Mass) – Nhóm chân dao động: gồm chân 18 chân 19 (Chân XTAL1 XTAL2), cho phép ghép nối thạch anh vào mạch dao động bên vi điều khiển, sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên để hoạt động, thường ghép nối với thạch anh tụ để tạo nguồn xung clock ổn định XTAL 1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại dao động đảo ngõ vào đến mạch tạo xung clock bên XTAL 2: Ngõ từ mạch khuếch đại dao động đảo + Chân chọn nhớ chương trình: chân 31 (EA/VPP): dùng để xác định chương trình thực lấy từ ROM nội hay ROM ngoại – Chân 31 nối mass: sử dụng nhớ chương trình bên ngồi vi điều khiển -Chân 31 nối VCC: sử dụng nhớ chương trình (4Kb) bên vi điều v RST(Chân RESET): Ngõ vào RST chân ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống thiết lập lại giá trị ban đầu ngõ mức tối thiểu chu kì máy +Chân cho phép nhớ chương trình PSEN: PSEN ( program store enable) tín hiệu xuất chân 29 dùng để truy xuất nhớ chương trình ngồi Chân thường nối với chân OE (output enable) ROM Khi vi điều khiển làm việc với nhớ chương trình ngồi, chân phát tín hiệu kích hoạt mức thấp kích hoạt lần chu kì máy Khi thực thi chương trình ROM nội, chân trì mức logic khơng tích cực (logic 1) (Khơng cần kết nối chân không sử dụng đến) v Chân ALE :(chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30) Khi Vi điều khiển truy xuất nhớ từ bên ngoài, port vừa có chức bus địa chỉ, vừa có chức bus liệu phải tách đường liệu địa Tín hiệu chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp đường địa đường liệu kết nối chúng với IC chốt Các xung tín hiệu ALE có tốc độ 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, dùng tín hiệu ngõ ALE làm xung clock cung cấp cho phần khác hệ thống *Ghi : khơng sử dụng bỏ trống chân + Nhóm chân điều khiển vào/ra: Ø Port 0: gồm chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng: -Chức xuất/nhập :các chân dùng để nhận tín hiệu từ bên ngồi vào để xử lí, dùng để xuất tín hiệu bên ngồi, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt – Chức bus liệu bus địa (AD7-AD0) : chân (hoặc Port 0) làm nhiệm vụ lấy liệu từ ROM RAM ngoại (nếu có kết nối với nhớ ngồi), đồng thời Port cịn dùng để định địa nhớ Ø Port (P1): gồm chân (từ chân đến chân , có chức làm đường xuất/nhập, khơng có chức khác Ø Port (P2) : gồm chân (từ chân 21 đến chân 28) có hai chức năng: -Chức xuất/nhập -Chức bus địa cao (A8-A15): kết nối với nhớ ngồi có dung lượng lớn,cần byte để định địa nhớ, byte thấp P0 đảm nhận, byte cao P2 đảm nhận Ø Port (P3): gồm chân (từ chân 10 đến 17): Chức xuất/nhập Với chân có chức riêng: P3.0 RxD : Ngõ vào nhận liệu nối tiếp P3.1 TxD : Ngõ xuất liệu nối tiếp P3.2 INT0: Ngõ vào ngắt cứng thứ P3.3 INT1: Ngõ vào ngắt cứng thứ P3.4 T0 : Ngõ vào Timer/Counter thứ P3.5 T1 : Ngõ vào Timer/Counter thứ P3.6 WR : Ngõ điều khiển ghi liệu lên nhớ P3.7 RD : Ngõ điều khiển đọc liệu từ nhớ bên P1.0 T2 : Ngõ vào Timer/Counter thứ P1.1 T2X : Ngõ Nạp lại/thu nhận Timer/Counter thứ 2 Ngun lí hoạt động: CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH BẮT ĐẦU CHẾ ĐỘ = KHỞI ĐỘNG RTC ĐỌC THỜI GIAN BÁO THỨC HIỂN THỊ THỜI GIAN LÊN LED ĐOẠN QUÉT PHÍM NHẤN TẠO CHỚP TẮT NẾU CHỈNH THỜI GIAN SO SÁNH THỜI GIAN BÁO THỨC CHẾ ĐỘ = HIỂN THỊ BÌNH THƯỜNG CHẾ ĐỘ = GHỈNH GIÂY CHẾ ĐỘ = CHỈNH PHÚT CHẾ ĐỘ = CHỈNH GIỜ CHẾ ĐỘ = CHỈNH PHÚT BÁO THỨC CHẾ ĐỘ = CHỈNH GIỜ BÁO THỨC CTC KHỞI DỘNG ĐỌC GIÁ TRỊ GIÂY TỪ RTC SAU ĐÓ XÓA BIT TẠO GIAO ĐỘNG NẠP NGƯỢC TRỞ LẠI ĐỂ KHỞI DỘNG RTC KHOIDONGTRC: ĐỌC BYTE ĐẦU TIÊN TRONG RTC XÓA BIT ĐỂ KÍCH HOẠT BỘ TẠO GIAO ĐỘNG TRONG RTC GHI TRỞ LẠI RTC RET CTC ĐỌC THỜI GIAN TỪ RTC DOCTG: NẠP ĐỊA CHỈ GIÂY ( R4=00H ) GOI CTC ĐỌC BYTE DƯ LIỆU THEO ĐỊA CHỈ CHUYỂN GIÁ TRỊ DOC ĐƯỢC VÀO Ô NHỚ GIAY NẠP ĐỊA CHỈ PHÚT ( R4=01H ) GOI CTC ĐỌC BYTE DƯ LIỆU THEO ĐỊA CHỈ CHUYỂN GIÁ TRỊ DOC ĐƯỢC VÀO Ô NHỚ PHÚT NẠP ĐỊA CHỈ GIỜ ( R4=02H ) GOI CTC ĐỌC BYTE DƯ LIỆU THEO ĐỊA CHỈ CHUYỂN GIÁ TRỊ DOC ĐƯỢC VÀO Ô NHỚ GIỜ RET CTC ĐỌC BYTE DƯ LIỆU THEO ĐỊA CHỈ DOCBYTE: GỌI START BIT ( STARTB ) NẠP MẢ SLAVE DS1307 CHIỀU ĐỌC ( A= 11010000B ) GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU ( SBYTE ) NẠP MẢ ĐỊA CHỈ WORD ( A = R4 ) GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU GỌI STOP BIT ( STOPB ) KẾT THÚC VIỆC GI DỊA CHỈ WORD GỌI START BIT ( STARTB ) NẠP MẢ SLAVE DS1307 CHIỀU ĐỌC ( A= 11010001B ) GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU ( SBYTE ) GỌI CTC DỌC BYTE DỮ LIỆU CHUYỂN GIÁ TRỊ TỪ A VÀO Ô NHỚ ( MOV DH,A ) GỌI STOP BIT ( STOPB ) f RET KẾT THÚC VIỆC ĐỌC CTC GHI THỜI GIAN VÀO RTC NAPTG: GỌI START BIT ( STARTB ) NẠP MẢ SLAVE DS1307 CHIỀU GI ( A= 11010000B ) GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU ( SBYTE ) NẠP MẢ ĐỊA CHỈ WORD ( A = 00H ) GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU NẠP DỮ LIỆU GIÂY VÀO A GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU NẠP DỮ LIỆU PHÚT VÀO A GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU NẠP DỮ LIỆU GIỜ VÀO A GỌI CTC TRUYỀN BYTE DỮ LIỆU GỌI STOP BIT ( STOPB ) KẾT THÚC GHI THỜI GIAN RET CTC ĐỌC BYTE DƯ LIỆU RBYTE: NẠP SỐ LẦN LẶP TƯƠNG ỨNG VỚI SỐ BYTE ( R7 = ) BẬT BIT SCL CHUYỂN GIÁ TRỊ NHẬN ĐƯỢC TỪ SDA VÀO CỜ C XÓA BIT SCL DỊCH TRÁI CÓ CỜ C THANH GHI A GIẢM SỐ LẦN LẶP S R7 = Đ GOI CTC TẠO BIT THỪA NHẬN ( ASKB ) RET CTC GHI BYTE DƯ LIỆU SBYTE: NẠP SỐ LẦN LẶP TƯƠNG ỨNG VỚI SỐ BYTE ( R7 = ) XÓA BIT SCL CHUYỂN GIÁ TRỊ CỦA ACC.7 CHO SDA BẬT BIT SCL XÓA BIT SCL DỊCH TRÁI THANH GHI A GIẢM SỐ LẦN LẶP R7 = S Đ GOI CTC TẠO BIT THỪA NHẬN ( ASKB ) RET CTC CHỈNH THỜI GIAN CHINH: TĂNG NHẤN S Đ TĂNG THỜI GIAN CHỐNG DỘI GIẢM NHẤN S Đ GIẢM THỜI GIAN CHỐNG DỘI RET CTC TĂNG GIÁ TRỊ THỜI GIAN TANGTG: NẠP LẠI R5 = 25 BẬT BITCT Đ MO = TĂNG GIÂY THÊM GỚI HẠN ĐẾN 59H S Đ MO = TĂNG PHÚT THÊM GỚI HẠN ĐẾN 59H S Đ MO = TĂNG GIỜ THÊM GỚI HẠN ĐẾN 23H S Đ MO = TĂNG PHÚT BÁO THỨC GỚI HẠN 59H S Đ MO = TĂNG GIỜ BÁO THỨC GỚI HẠN ĐẾN 23H S Đ RET CTC GIẢM GIÁ TRỊ THỜI GIAN GIAMTG : NẠP LẠI R5 = 25 BẬT BITCT Đ MO = GIẢM GIÂY GỚI HẠN ĐẾN 00H S Đ MO = GIẢM PHÚT GỚI HẠN ĐẾN 00H S Đ MO = GIẢM GIỜ GỚI HẠN ĐẾN 00H S Đ MO = GIẢM PHÚT BÁO THỨC GỚI HẠN 01H S Đ MO = S RET Mơ hình thực: GIẢM GIỜ BÁO THỨC GỚI HẠN ĐẾN 01H V Kết nghiên cứu thảo luận: Sau thực lắp ráp mạch, mạch hoạt động với lý thuyết học Mạch hoạt động với nguồn 3V cho khối vi xử lí khối hiển thị, sử dụng tốt với ứng dụng thực tế Để thiết kế cho phù hợp với ứng dụng thực tế mạch ta thay đổicác linh kiện khối hiển thị sử dụng led đoạn lớn thiết kế xếp bắt mắt hơn, nhằm mục đích giúp cho người dễ quan sát VI Kết luận: Đối tượng nghiên cứu: Ngày người 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 hoá thứ giúp người đại hoá sống thứ thiếu để người phát triển Kết nghiên cứu: Sau tháng làm đề tài, với nỗ lực học hỏi thân bảo tận tình giáo Hồng Thị Thơm, đề tài “Thiết kế đồng hồ đo thời gian thực” chúng em hoàn thành thời gian thực thành công hệ thống đồng hồ hiển thị thời gian thực Qua đề tài em có hiểu biết tốt lĩnh vực vi điều khiển cách ghép nối linh kiện điện tử thành sản phẩm hồn thiện Vì thời gian có hạn kiến thức kinh nghiệm thân hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Rất mong thầy bạn xem xét đóng góp ý kiến quý báu để đồ án hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Nha Trang hết lòng truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt tháng vừa qua Đặc biệt, em xin cảm ơn bảo tận tình giáo Hồng Thị Thơm bạn Tài liệu tham khảo: [1] GVHD Nguyễn Lê Cường, nhóm SVTH Hồng Xn Diệu, Thạch Khánh Linh, Trần Mỹ Hiền, Ngô Thị Dung, Bùi Thanh Hiền, Tống Thị Thiện lớp C6ĐTVT Đồ án “Thiết kế mạch đồng hồ thời gian thực”, Link: file:///D:/Downloads/tailieumienphi.vn_do_an_thiet_ke_mach_dong_ho_thoi_gian_t huc_truong_dai_hoc_dien_luc.pdf [2] GVHD N.T.B Thiện, nhóm SVTH Tạ Tấn Vàng, Nguyễn Tấn Vinh, Nguyễn Mạnh Tú lớp DHDT6LTA Đồ án “Mạch đồng hồ thời gian thực” Link: file:///D:/Downloads/tailieumienphi.vn_do_an_mach_dong_ho_thoi_gian_thuc.pdf [3] Nguyễn Trung Chính,thiết kế “Đồng hồ thời gian thực RTC (Real Time Clock)” Link: file:///D:/Downloads/tailieumienphi.vn_dong_ho_thoi_gian_thuc_real_time_clock_v ersion_1_0_vuson_tk.pdf [4] Join Main, thiết kế dự án “Đồng hồ đo thời gian thực IC(DS 1307) sử dụng vi điều khiển PIC” Link: https://www.best-microcontroller-projects.com/real-time-clock-ic.html [5] Avinash Patil, thiết kế dự án “Đồng hồ thời gian sử dụng vi điều khiển 8051 RTC IC DS 1307” Link: https://www.engineersgarage.com/contribution/real-time-clock-using- 8051-microcontroller-rtc-ds1307 [6],[8] Các thông in AT89S52 Link: https://vi.scribd.com/doc/148706639/Vi-%C4%91i%E1%BB%81u-khi %E1%BB%83n-At89s52 [7] Các thông tin DS 1307 Link: https://semiconvn.com/home/hoc-thiet-ke-vi-mach/bai-hc-vi-mch/9765chc-nng-va-hot-ng-ca-rtc-ds1307.html