thiết kế và lập trình đồng hồ số hiển thị giờ phút giây cho atmega8

Giáo viên hướng dẫn Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho

Trang 1

i

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

Viết code cho mô hình

Thiết kế và làm khung cho sản phẩm

4 Kết quả

Sau khi tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài thiết kế đồng hồ số cùng với kiến thức và kĩ năng chuyên ngành em đã thực hiện thành công đề tài được giao là phân tích thiết kế và lập trình đồng hồ số hiển thị giờ, phút, giây cho ATMEGA8 ngoài ra em còn mở rộng phát triển thêm một số chức năng như báo thức, điều kiển bằng remote và đo nhiệt độ phòng, tuy sản phẩm đã hoàn thành như đúng mục tiêu nhưng không tránh khỏi những thiếu xót, e mong thầy cô cho em ý kiến để em hoàn thiện hơn

Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày 1 tháng 6 năm 2018

Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8

44Monday, June 10, 20248:50:39 PM8:50:39 PM44Monday, June 10, 20248:50:39 PM8:50:39 PM44Monday, June 10, 20248:50:39 PM8:50:39 PM

Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8

44Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Monday, June 10, 2024

Trang 2

Giáo viên hướng dẫn

Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8Thiet ke va lap trinh dong ho so hien thi gio phut, giay cho Atmega8442410068:50:39 PM8:50:39 PM442410068:50:39 PM8:50:39 PM442410068:50:39 PM8:50:39 PM

Trang 3

Trang 4

iv

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIÊN iii

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT 5

2.1 Giới thiệu vi điều kiển ATMEGA8 5

2.1.1 Các thông số cơ bản Vi điều khiển ATMEGA8 5

2.1.2 Sơ đồ chân của VXL ATMEGA8 6

2.1.3 Hệ thống Clock (tạo tần số dao động) 7

2.1.4 Nguồn RESET: 8

2.2 Giới thiệu về IC DS1307 8

2.2.1Giới thiệu chung DS 1307 8

2.2.2 Cơ chế hoạt động của DS1307 9

2.2.3 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển 10

2.3 Giới thiệu về LED ma trận 10

2.3.1 Hình ảnh Led ma trận 11

2.3.2 Nguyên tắc điều khiển led ma trận 11

2.3.3 Nguyên tắc tạo font chữ hiển thị 12

Trang 5

v

2.4.1Giới thiệu IC 74HC164 13

2.4.2 Sơ đồ chân của IC 74HC164 14

2.4.3 Nguyên tắc hoạt động của IC 74164 15

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 16

4.2 giới thiệu về phần mềm viết code cho ATMEGA8 26

4.3 Phần mềm nạp code cho ATMEGA8 27

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 33

Trang 6

Hình 2.6 : Ghép nối DS1307 với vi điều kiển 10

Hình 2.7: Sơ đồ chân led ma trận 8x8 11

Hình 2.8: Hình ảnh led ma trận 8x8 11

Hình 2.9: Hình ảnh IC74HC164 13

Hình 2.10: Sơ đồ chân của IC74HC164 14

Hình 2.11: Nguyên lí hoạt động của IC74HC164 15

Hình 3.1: sơ đồ mạch điều kiển 16

Hình 3.2: sơ đồ nguyên lí mạch hiển thị 17

Hình 3.3: Mạch điều kiển được thiết kế trên phần mềm Proteus 8.6 18

Hình 3.4 Mạch hiển thị được thiết kế trên phần mềm Proteus 8.6 18

Hình 3.5 Download phần mềm COREL X9 2017 19

Hình 3.6: Khung mica được thiết kế trên phần mềm COREL X92017 20

Hình 3.7 Mica sau khi được gia công đúng như bản vẽ thiết kế 20

Hình 3.8 Mạch in được xuất và in ra trên giấy decal A4 21

Hình 3.9 Dung dịch và hóa chất để làm mạch thủ công 22

Hình 3.10 In mực lên 2 tấm đồng 23

Hình 3.11: Các hình ảnh được của công đoạn tẩy rửa mạch in 24

Hình 3.12: Sản phẩm sau khi hoàn thành 25

Trang 7

vii

Hình 4.3: Mạch nạp USP ISP 28

Hình 4.4: Sơ đồ chân của mạch nạp USP ISP 28

Hình 4.5: Sơ đồ kết nối ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP 29

Hình 4.6: Kết nối ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP trên test board 30

Hình 4.7: Xét thạch anh nội 8Mhz cho ATMEGA8 32

Hình 4.8: Hoàn thành việc nạp code bằng cách nhấn vào biểu tượng auto 32

Trang 8

Trang 9

Đồng hồ mặt trời Đồng hồ nước Đồng hồ cát Đồng hồ lò xo

Đồng hồ số (đang thịnh hành ngày nay)

Đồng thời ĐỒNG HỒ còn là trang sức đeo tay có thể là kim loại, da hoặc cao cấp hơn đó là bằng vàng…

Nắm bắt được nhu cầu của công nghệ nhóm tôi nhận thấy một mô hình ĐỒNG HỒ SỐ xử dụng vi xử lí hiện thị rõ ràng và chính xác thời gian là điều cần thiết, cùng với kiến thức và sự nghiên cứu trong khoảng thời gian còn ngồi trên giảng đường nhóm tôi quyết định nghiên cứu về đề tài THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ để tập trung làm rõ, phân tích và tìm hiểu về mô hình này Tuy đề tài này đã có từ rất lâu cùng với sự phát triển của công nghệ như hiện nay với các thiết bị hiện đại gần như thông dụng như điện thoại thông minh, các màn hình ti vi siêu mỏng, các bộ điều kiển tinh vi trên xe hơi,… hay các công nghệ biến sử dụng biến tần trong các máy điều hòa, tủ lạnh,… Tất cả đều sử dụng các linh kiện điện tử, linh kiện bán dẫn hay các vi điều kiển để xử lí và điều kiển Và mô hình ĐỒNG HỒ SỐ này cũng vậy nó sử dụng các vi xử lí, chất bán dẫn và các linh kiện điện tử để điều kiển và hiển thị thông tin, nên tôi chọn đề tài này để tìm hiểu về những nền tảng của công nghệ rồi từ đó có thể ứng dụng và phát triển các mô hình khác trong tương lai

Trang 10

2

1.2 Giải quyết vấn đề 1.2.1 Mục tiêu của nhóm

Phần cứng: thiết kế được mạch điện hoàn chỉnh có hiển thị giờ, phút, giây, ngày tháng, năm và thứ trên led ma trận ngoài ra đồng hồ còn có chức năng hẹn giờ báo thức, có thể điều kiển bằng remote, đo hiệt độ phòng gần như chính xác

Phần mềm: sử dụng thành thạo ngôn ngữ C để lập trình cho đồng hồ hiển thị, ứng dụng ngắt TIMER, ngắt ngoài Sau khi lập trình thì thời gian chạy chính xác như mong muốn, sử dụng được các phần mềm đồ họa như corel để thiết kế hộp đựng cho đồng hồ số

1.2.2 Giới hạn đề tài trong phạm vi:

Hiển thị ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây, điều kiển bằng remote, điều chỉnh được độ sáng của led, đo nhiệ độ phòng và có báo thức nhưng chưa có hiển thị ngày âm lịch đây là hạn chế của nhóm cần được cải tiến và khắc phục

Trang 11

3

Khi cấp nguồn DC 5V cho bộ điều kiển thì khối CPU(vi xử lí ATMEGA8) sẽ cho đồng hồ hoạt động và hiển thì ra led ma trận khi ngưng cấp nguồn cho bộ điều kiển thì CPU sẽ vẫn tiếp tục hoạt động nhờ pin cmos 3v có trong mạch nhưng không hiển thị lên led ma trận mà chỉ khi cấp nguồn trở lại thì mạch hiển thị sẽ hoạt động, lúc này thời gian vẫn chạy đúng vì chương trình trong CPU không dừng lại vì có pin dự phòng 3V

5 IC 78HC164 có nhiệm vụ ghi lại thông tin được truyền từ vi xử lí sau đó xuất thông tin vừa nhận ra 5 led ma trận để hiển thị thông tin

Mô hình ĐỒNG HỒ SỐ có thể điều kiển bằng nút nhấn khi muốn thay đổi thời gian và hẹn giờ báo thức hoặc cài đặt các chức năng như chỉnh độ sáng hay tắt mở âm thanh, ngoài ra mô hình ĐỒNG HỒ SỐ này còn có thể điều kiển từ xa bằng remote thông qua mắt hồng ngoại chính vì vậy mà bất kì remote nào cũng có thể học lệnh được từ vi xử lí thông qua một vài thao tác đơn giản Không những có chức năng hẹn giờ báo thức mà mô hình ĐỒNG HỒ SỐ này còn có thể đo nhiệt độ phòng gần như chính xác thông qua cảm biến nhiệt độ DS18B20 đang rất thông dụng hiện nay

ATMEGA8 cũng là một giải pháp tốt cùng với họ MSC51mà cụ thể là 89S52 và cũng nhằm phù hợp với yêu cầu đề tài

Việc lập trình cũng như thực hiện lắp mạch nguyên lí khi ta dùng ATMEGA8 cũng không khác nhiều so với các IC cùng họ MSC51

Nguyên nhân dẫn đến sự lựa chọn này là ở sự đáp ứng tốt khả năng xuất nhập của các PORT Và bộ nhớ lưu trữ 8 Kb Flash, 512 Bytes EEPROM, 1 Kb SRAM bên cạnh đó thì giá thành cũng khá phù hợp

Cùng với IC thời gian thực DS1307 cho phép tích hợp thời gian thực với các thanh ghi giờ, phút, giây,ngày, tháng, năm và thứ Sự kết hợp giữa vi xử lí ATMEGA8 cùng với IC thời gian thực DS1307 để thực hiện đề tài thiết kế đồng hồ số là cần thiết và hợp lí

Trang 12

Trang 13

5

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÍ THUYẾT

2.1 Giới thiệu vi điều kiển ATMEGA8

Hình 2.1: Vi xử lí ATMEGA8

Vi điều khiển AYMEGA8 là một bộ vi xử lý CMOS 8 bít chế tạo dựa trên kiến trúc AVR RISC Với khả năng xử lý hoàn toàn một lệnh trên một chu kỳ xung hệ thống đem lại sức xử lý 1MIPS trên mỗi MHz, cho phép chúng ta tối ưu hóa điện năng tiêu thụ so với tốc độ xử lý, Ở phiên bản Atmega8L cho phép chạy ở điện áp thấp: 2.7V – 5.5V0

2.1.1 Các thông số cơ bản Vi điều khiển ATMEGA8

- Tốc độ tối đa: 16MHz

- Dung lượng bộ nhớ chương trình: 8 KB - Bộ nhớ EEPROM: 512 Byte

- Dung lượng bộ nhớ RAM: 1 KB

Bộ nhớ chương trình có khả năng ghi 10.000 lần, bộ nhớ EEPROM có thể ghi 100.000 lần Hỗ trợ bootloader, có khả năng tự ghi vào bộ nhớ chương trình, cập nhật chương trình cho chip mà không cần mạch nạp

Trang 14

6 - Timer 8 bit: 2

- Timer 16 bit: 1 - ADC: 6 kênh, 10 bit

- Giao tiếp: TWI (I2C), UART, SPI Điện áp hoạt động:

Atmega8L: 2.7V – 5.5V Atmega8: 4.5V – 5.5V

2.1.2 Sơ đồ chân của VXL ATMEGA8

Hình 2.2 : Sơ đồ chân của vi điều kiển Atmega8

Trang 15

7

2.1.3 Hệ thống Clock (tạo tần số dao động)

Nguồn Clock: Chip có thể hoạt động với các nguồn Clock tương ứng với việc thiết lập các FUSE tương ứng:

Bảng 2.1 : Thiết lập thạch anh nội tương ứng cho vi điều kiển Atmega8

Ta chỉ tập trung vào hai nguồn clock đó là sử dụng thạch anh ngoài và sử dụng mạch RC tích hợp trong chip (dao động nội)

Sử dụng thạch anh ngoài:

Hình 2.3: Sơ đồ thạch anh nối ngoài của vi điều kiển

Trang 16

8

2.1.4 Nguồn RESET:

Atmega8 có 4 cách RESET:

- Reset khi cấp nguồn

- Reset ngoài (thông qua chân RESET) - Watchdog RESET

- Reset khi nguồn bị sụt áp

2.2 Giới thiệu về IC DS1307 2.2.1Giới thiệu chung DS 1307

Hình 2.4 : IC thời gian thực DS1307

DS1307 là chip thời gian thực hay RTC (Read time clock) Đây là một IC tích hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tuyệt đối cho thời gian : Thứ, ngày,tháng, năm, giờ, phút, giây DS1307 là chế tạo bởi Dallas Chip này có 7 thanh ghi 8 bit mỗi thanh ghi này chứa : Thứ , ngày, tháng, năm, giờ , phút, giây Ngoài ra DS1307 còn chứa 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống các thanh ghi này có thể dùng như là RAM DS1307 được đọc thông qua chuẩn truyền thông I2C nên do đó để đọc được

Trang 17

9

và ghi từ DS1307 thông qua chuẩn truyền thông này Do nó được giao tiếp chuẩn I2C nên cấu tạo bên ngoài nó rất đơn giản Ví dụ 1 dạng đóng vỏ của DS1307 như sau :

Hình 2.5 : Một vài dạng đóng vỏ của DS1307

2.2.2 Cơ chế hoạt động của DS1307

Chip này có 8 chân và chúng ta hay dùng là dạng Dip và các chân nó được mô tả như sau:

+ X1 và X2 là đầu vào dao động cho DS1307 Cần dao động thạch anh 32.768Khz.[separator]

+ Vbat là nguồn nuôi cho chip Nguồn này từ ( 2V- 3.5V) ta lấy pin có nguồn 3V Đây là nguồn cho chip hoạt động liên tục khi không có nguồn Vcc mà DS1307 vẫn hoạt động theo thời gian

+ Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C Điện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dùng chung với vi xử lý Nếu mà Vcc không có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động bình thường nhưng mà không ghi và đọc được dữ liệu

+ GND là nguồn Mass chung cho cả Vcc và Vbat

+ SQW/OUT là một ngõ ra phụ tạo xung dao động (xung vuông) Chân này không

Trang 18

2.2.3 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển

Do DS1307 giao tiếp chuẩn I2C nên việc ghép nối nó với vi điều khiển khá là đơn giản và theo datasheet thì tôi đưa ra sơ đồ sau :

Hình 2.6 : Ghép nối DS1307 với vi điều kiển

DS1307 nó chỉ giao tiếp với vi điều khiển với 2 đường truyền SCL và SDA nên do đó trên vi xử lý cần phải xác định chân nào trên vi xử lý nó có SCL và SDA để nối với DS1307 cái này đối với dòng PIC, AVR còn với dòng Psoc nó có sự khác tùy theo kiều Fimware hay harware mà các chân SDA và SCL nó sẽ nằm ở chân nào cái được thiết lập trong phần mềm

2.3 Giới thiệu về LED ma trận

LED MATRIX 8x8 đơn giản chỉ là 64 con LED được sắp xếp với nhau theo dạng ma trận, thành 8 hàng và 8 cột, tức là 16 chân

Trang 19

11

Hình 2.7: Sơ đồ chân led ma trận 8x8

2.3.1 Hình ảnh Led ma trận

Hình 2.8: Hình ảnh led ma trận 8x8

2.3.2Nguyên tắc điều khiển led ma trận

Trang 20

12

Cấu trúc và nguyên lý cấp nguồn cho led ma trận Led ma trận bao gồm các led đơn được xếp thành hàng và cột Các led đơn trong cùng một hàng thì được nối chung anot (catot) còn trong cùng một cột thì được nối chung catot (anot) Do đó để các led có thể sáng ta phải cấp nguồn cho led như sau :

cấp mức cao (thấp) cho hàng và mức thấp (cao) cho cột Với cách sắp xếp như trên tại một thời điểm ta không thể hiển thị một kí tự (với trên 2 hàng 2 cột) trên ma trận

Do đó để có thể hiển thị một kí tự trên led ma trận thì ta phải lợi dụng hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc Ta phải để cho từng hàng của kí tự lần lượt kiện thị trên led ma trận với tần số cao Trước tiên ta phải xác định mức logic cần cấp cho từng hàng của led ma trận để hiển thị ký tự rồi lưu các giá trị logic này lại Sau đó khi cần hiển thị ký tự thì ta lần lượt đưa các giá trị này ra các chân cấp nguồn cho hàng đồng thời cấp nguồn cho cột tương ứng với nó

2.3.3 Nguyên tắc tạo font chữ hiển thị

Để cụ thể hơn ta xét ví dụ hiển thị chữ R trên led ma trận 8x8 theo cách quét lần lượt từng cột ma trận

Bảng 2.1: Tạo font chữ cho kí tự

Trang 21

13

Do quét theo từng cột nên ta sẽ phải xác định mức logic cần cấp cho tất cả các led trong từng cột Giả thiết các led cùng hàng mắc chung anot, các led trong cùng một cột mắc chung catot Khi đó nếu muốn một led nào đó trong cột sáng thì ta phải cấp điện áp mức cao vào hàng tương ứng

Nhìn vào bảng trên ta thấy muốn hiển thị chữ R phải cấp nguồn cho các led trong từng cột như sau :

Cột 5: L , H , H , L , L , L , H , L Cột 4: H , L , L , H , L , H , L , L Cột 3: H , L , L , H , H , L , L , L Cột 2: H , L , L , H , L , L , L , L Cột 1: H , H , H , H , H , H , H , L

Các led trong các cột khác được cấp điện áp mức thấp Các giá trị này cần được lưu lại trong bộ nhớ của vi điều khiển để khi cần ta có thể lấy ra

2.4 Giới thiệu IC 74HC164 2.4.1Giới thiệu IC 74HC164

IC 74164 là một thanh ghi dịch vào nối tiếp-ra song song (Serial-in Parallelout), làm việc được ở tần số cao nhờ sử dụng Diode Schottky bên trong Dữ liệu nối tiếp được

nhập vào thông qua cổng AND 2 ngõ vào, việc nhập này đồng bộ với cạnh lên xung Ck

Trang 22

14

2.4.2 Sơ đồ chân của IC 74HC164

IC 74164 có sơ đồ chân, sơ đồ nội bộ như sau:

Hình 2.10: Sơ đồ chân của IC74HC164

VCC, GND: dùng cấp nguồn cho IC hoạt động VCC được nối đến cực dương của nguồn (+5V do là IC họ TTL), GND được nối đến cực âm của nguồn (0V) Đối với các IC số thuộc họ TTL thì đòi hỏi phải có nguồn cung cấp chính xác (5V± 5%)

A, B: ngõ vào dữ liệu nối tiếp của IC 74164, đây là hai ngõ vào của một cổng AND 2 ngõ vào Dữ liệu muốn đến được Flip-Flop đầu tiên để bắt đầu quá trình ghi dịch thì phải qua cổng AND 2 ngõ vào này

Clk: chân nhận xung clock (tác động cạnh lên) Dữ liệu ở hai ngõ vào A, B được đưa đến ngõ ra (đồng thời dữ liệu ở các ngõ ra còn lại dịch phải một bit) đồng bộ với xung đưa vào chân này Điều này có nghĩa là IC sẽ thực hiện việc ghi dịch mỗi khi có cạnh lên xung clock tác động

Clr: chân reset IC, chân này tác động ở mức thấp Khi chân Clr ở mức logic cao thì IC được phép hoạt động bình thường (ghi dịch), nhưng khi chân này được đưa xuống mứclogic thấp thì IC bị reset ngay lập tức: tất cả các ngõ ra của nó đều bị kéo xuống mức logic thấp Việc reset này không đồng bộ với xung clock đưa vào IC, nghĩa là ở bất kỳ trạng thái nào của xung clock (dù đang ở mức logic cao hay thấp hoặc đang chuyển trạng thái) ta đều thực hiện được việc reset IC bằng cách hạ chân Clr này xuống mức thấp

QA ~ QH : các ngõ ra song song của IC Các ngõ này có thể được lấy ra cùng lúc hoặc từng ngõ tuỳ vào yêu cầu của người sử dụng