Đồng Hồ Thời Gian Thực Sử Dụng Module RTC DS1307

đề tài này sử dụng ds1307 để cập nhật thời gian thực hiện thị lên LCD với lập trình STM32, sử dùng ngôn ngữ CC++, thời gian sẽ được cập nhật liên tục khi cung cấp nguồn 3.3V liên tục cho module ds1307.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN CDIO CR397 ĐỀ TÀI Đồng Hồ Thời Gian Thực Sử Dụng Module RTC DS1307 Giảng viên hướng dẫn: Huỳnh Bá Cường Sinh viên thực hiện: Võ Hữu An Trần Văn Ty Năm học 2022-2023 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU .3 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 2.1 Module DS1307 .5 2.1.1 Giới thiệu chung 2.1.2 Cấu tạo đặc điểm 2.2 MCU STM32F103C6Tx 2.2.1 Giới thiệu tổng quan 2.2.2 Giới thiệu kit STM32C6Tx 2.3 Màn hình LCD 16x2 2.3.1 Thông số kĩ thuât .9 2.3.2 Chức chân LCD 1602: 11 2.4 Chuẩn giao tiếp I2C 11 2.4.1 Giới thiệu giao tiếp I2C 11 2.4.2 Một master với nhiều slave 15 2.4.3 Nhiều master với nhiều slave 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH .17 3.1 Giới thiệu phần mềm 17 3.1.1 Giới thiệu Proteus .17 3.1.2 Giới thiệu phần mềm STM32CubeMX .19 3.1.3 Phần mềm lập trình KelC 23 3.2 Sơ đồ khối chức 26 3.3 Sơ đồ nguyên lý 26 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO .30 LỜI NÓI ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Đồng hồ thời gian thực phần quan trọng hệ thống nhúng (embedded systems): Đồng hồ thời gian thực sử dụng hệ thống nhúng để đồng hoạt động, ghi lại thời gian cung cấp thơng tin thời gian xác Nghiên cứu đồng hồ thời gian thực giúp hiểu rõ cách thiết kế, triển khai quản lý hệ thống nhúng Ứng dụng mạng máy tính giao tiếp mạng: Đồng hồ thời gian thực thành phần quan trọng việc đồng hóa mạng giao tiếp mạng Nghiên cứu đồng hồ thời gian thực giúp cải thiện độ xác đồng hóa ứng dụng mạng, chẳng hạn giao tiếp VoIP, chia sẻ tệp sở liệu phân tán Ứng dụng hệ thống điều khiển thời gian thực: Đồng hồ thời gian thực thành phần quan trọng hệ thống điều khiển thời gian thực, hệ thống tự động hóa cơng nghiệp, hệ thống lái tự động xe robot Việc nghiên cứu đồng hồ thời gian thực giúp cải thiện hiệu suất, đáng tin cậy tính xác hệ thống Công nghệ Internet of Things (IoT): Trong môi trường IoT, nhiều thiết bị phải hoạt động đồng cung cấp thông tin thời gian xác Đồng hồ thời gian thực yếu tố quan trọng việc xác định đồng thời gian mạng IoT phức tạp Nghiên cứu đồng hồ thời gian thực ngữ cảnh IoT giúp tối ưu hóa hiệu suất đáng tin cậy mạng lưới IoT Quản lý đồng hóa liệu: Đồng hồ thời gian thực sử dụng để đồng hóa hoạt động 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động , cách ứng dụng DS1307 - Tư thuật toán tạo code C nạp vào chip STM32f103C6Tx để thị thời gian thực lên hình LCD 16x2 - Củng cố kiến thức linh kiện điện tử, rèn luyện kĩ vẽ mạch, in mạch làm mạch thực tế thông qua phần mềm thiết kế Protues 1.3 - Đối tượng nghiên cứu DS1307 - MCU STM32F103C6Tx - LCD 16x2 - Phần mềm STM32CubeMx - Phần mềm Keil C - Phần mềm mô Proteus 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Vẽ chạy mạch phần mền mô phỏng, - CHƯƠNG 2: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 2.1 Module DS1307 2.1.1 Giới thiệu chung Mạch thời gian thực RTC DS1307 sử dụng để cung cấp thông tin thời gian: ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây, cho Vi điều khiển qua giao tiếp I2C, mạch tích hợp sẵn pin backup để trì thời gian trường hợp khơng cấp nguồn, ngồi mạch cịn tích hợp thêm IC EEPROM AT24C32 để lưu trữ thơng tin cần, thích hợp cho ứng dụng điều khiển đồng liệu thời gian thực RTC Hình 2.1: DS1307 2.1.2 Cấu tạo đặc điểm 2.1.2a Cấu tạo DS1307 chip thời gian thực hay RTC (Read time clock) 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 Ngoài DS1307 chứa ghi điều khiển ngõ phụ 56 ghi trống ghi dùng RAM DS1307 đọc thơng qua chuẩn truyền thơng I2C nên để đọc ghi từ DS1307 thông qua chuẩn truyền thông Do giao tiếp chuẩn I2C nên cấu tạo bên ngồi đơn giản Ví dụ dạng đóng vỏ DS1307 sau : + hai dạng cấu tạo ds1307 chip có chân hay dùng dạng dip chân mơ tả sau : + x1 x2 đầu vào dao động cho ds1307 cần dao động thạch anh 32.768khz.[separator] + vbat nguồn nuôi cho chip nguồn từ ( 2v- 3.5v) ta lấy pin có nguồn 3v nguồn cho chip hoạt động liên tục khơng có nguồn vcc mà ds1307 hoạt động theo thời gian + vcc nguồn cho giao tiếp i2c điện áp cung cấp 5v chuẩn dùng chung với vi xử lý mà vcc khơng có mà vbat có ds1307 hoạt động bình thường mà khơng ghi đọc liệu + gnd nguồn mass chung cho vcc vbat + sqw/out ngõ phụ tạo xung dao động (xung vuông) + scl sda hai bus liệu ds1307 thông tin truyền ghi truyền qua đường truyền theo chuẩn i2c 2.1.2b Thông số kĩ thuật  Điện áp làm việc: 3.3V đến 5V  Bao gồm IC thời gian thực DS1307  Các thành phần cần thiết thạch anh 32768kHz, điện trở pull-up tụ lọc nguồn tích hợp board  LED báo nguồn  Có sẵn pin dự phịng trì thời gian điện  5-pin bao gồm giao thức I2C sẵn sàng giao tiếp: INT (QWO), SCL, SDA, VCC GND  Dễ dàng thêm đồng hồ thời gian thực để dự án bạn  Nhỏ gọn dễ dàng để lắp thêm vào bo mạch test board 2.2 MCU STM32F103C6Tx 2.2.1 Giới thiệu tổng quan - Stm32f103c8t6 vi điều khiển 32bit, thuộc họ f1 dòng chip stm32 hãng st - Lõi arm cotex m3 - Tốc độ tối đa 72mhz - Bộ nhớ :  64 kbytes nhớ flash  20 kbytes sram - Clock, reset quản lý nguồn  điện áp hoạt động từ 2.0 → 3.6v  sử dụng thạch anh từ 4mhz → 20mhz  thạch anh nội dùng dao động rc mode 8mhz 40khz - Chế độ điện áp thấp:  có mode: ngủ, ngừng hoạt động hoạt động chế độ chờ  cấp nguồn chân vbat pin để dùng rtc sử dụng liệu lưu trữ nguồn cấp - adc 12 bit với kênh cho  khoảng giá trị chuyển đổi từ – 3.6 v  có chế độ lấy mẫu kênh nhiều kênh - Dma:  kênh dma  có hỗ trợ dma cho adc, uart, i2c, spi - timer:  timer 16 bit hỗ trợ mode input capture/ output compare/ pwm  timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động với mode bảo vệ ngắt input, dead-time  watchdog timer để bảo vệ kiểm tra lỗi  systick timer 24 bit đếm xuống cho hàm delay,… - Có hỗ trợ kênh giao tiếp:  i2c  usart  spi  can  usb 2.0 full-speed interface - Kiểm tra lỗi crc 96-bit id 2.2.2 Giới thiệu kit STM32C6Tx Hình 2.2: Kit STM32F103C6Tx Các thơng số kĩ thuật:  Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn cấp cho Vi điều khiển  Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz  Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho ứng dụng RTC  Ra chân đầy đủ tất GPIO giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,  Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset  Kích thước: 53.34 x 15.24mm 2.3 Màn hình LCD 16x2 2.3.1 Thơng số kĩ tht 10 - Phần cứng phức tạp so với UART - Giao thức tiếng sử dụng rộng rãi 2.Nhược điểm - Tốc độ truyền liệu chậm SPI Kích thước khung liệu bị giới hạn bit Cần phần cứng phức tạp để triển khai so với SPI CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Giới thiệu phần mềm 3.1.1 Giới thiệu Proteus Hình 3.1 Giao diện Protues 8.11 Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, … 18 Proteus phần mềm mô mạch điện tử Lancenter Electronics, mô cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mơ mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus công cụ mô cho loại Vi Điều Khiển tốt, hỗ trợ dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngồi cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Proteus công cụ chuyên mô mạch điện tử ISIS nghiên cứu phát triển 12 năm có 12000 người dùng khắp giới Sức mạnh mơ hoạt động hệ vi điều khiển mà khơng cần thêm phần mềm phụ trợ Sau đó, phần mềm ISIS xuất file sang ARES phần mềm vẽ mạch in khác Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, thiết kế theo mạch mẫu (templates) Những khả khác ISIS là: • Tự động xếp đường mạch vẽ điểm giao đường mạch • Chọn đối tượng thiết lập thơng số cho đối tượng dễ dàng • Xuất file thống kê linh kiện cho mạch • Xuất file Netlist tương thích với chương trình làm mạch in thơng dụng • Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều cơng cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện lên đến hàng ngàn linh kiện • Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design) • Khả tự động đánh số linh kiện … 19 3.1.2 Giới thiệu phần mềm STM32CubeMX 3.1.2a Phần mềm Arduino IDE ? Phần mềm STM32CubeMX giúp người lập trình cấu hình chức cho dịng vi điều khiển STM32 thơng qua giao diện đồ họa tạo code từ cấu hình Nó giúp tự động giải xung đột Pin out giúp cho việc lập trình STM32 trở nên dễ dàng tiết kiệm nhiều thời gian nghiên cứu phát triển 3.1.2b Giao diện khởi động STM32CubeMX Tạo project Sau nhấn vào File -> New Project giao diện chọn vi điều khiển STM32 ra:  Chọn vi điều khiển: mục Part Number Search bạn nhập vào tên vi điều khiển mà muốn cấu hình (ví dụ vi điều khiển STM32F103C8 sử dụng khóa học lập trình STM32 TAPIT)  Bắt đầu Project: nhấn vào Start Project Bên cạnh đó, bạn lọc vi điều khiển theo thông số giá tiền (cost), số chân nhập xuất (IO), nhớ chương trình (Flash, Eeprom), nhớ liệu (Ram), tốc độ tối đa CPU (Freq.) mục MCU Filters Sau chọn xong vi điều khiển, bạn đọc thêm mơ tả tính (Features), sơ đồ khối (Block Diagram), tài liệu hãng (Dos &Resources) tải Datasheet để đọc 20