đề tài đồng hồ hiển thị giờ phút giây thông qua led 7 đoạn

Thực tế ngày nay, tất cả các thiết bị điện tử điều được tích hợp, được đơn giản hoá đi nhờ vào chip vi điều khiển.. LỜI CẢM ƠNTrong suốt quá trình thực hiện đồ án được giao, chúng em đã

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO

TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN TP HCM

KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài:

ĐỒNG HỒ HIỂN THỊ GIỜ PHÚT GIÂY

THÔNG QUA LED 7 ĐOẠN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯƠNG DẪN

CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2008

LỜI NÓI ĐẦU

Lời đầu tiên em xin cảm ơn thầy cô giáo chuyên ngành điện tử, cảm

ơn thầy đã hướng dẫn tận tình chúng em trong quá trình thực hiện đồ án này

Thực tế ngày nay, tất cả các thiết bị điện tử điều được tích hợp, được đơn giản hoá đi nhờ vào chip vi điều khiển Đồng hồ là một thiết bị tối cần thiết trong một xã hội công nghiệp Ưùng dụng vi điều khiển để làm một đồnghồ thời gian thực là một đề tài rất hấp dẫn đối với chúng em Đồng hồ thời gian thực là một thiết bị ,vận dụng rất phổ biến,được sử dụng rộng rãi với nhiều chức năng hiện đại nhỏ gọn .Tuy nhiên để làm được một đồng hồ như thế đòi hỏi người thiết kế phải có một kiến thức khá tổng quát và áp dụng được nhiều kiến thức chuyên môn đã học

Do kiến thức còn hạn hẹp và trình độ về chuyên môn còn hạn chế nên sẽ khó tránh khỏi những thiếu xót,khiết điểm.rất mong được sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình từ phía các thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn

Tp.HCM, Tháng 12 năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án được giao, chúng em đã nhận đượcnhiều sự giúp đỡ của thầy , và các thầy cơ trong khoa điện tử cùng với sự giúp

đỡ của bạn bè xung quanh

Trước tiên , chúng em chân thành cảm ơn thầy đã tận tình hướng dẫn ,thảo luận và giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đồ án

Chúng em cũng chân thành cảm ơn các thầy, cơ trong khoa đã tạo điềukiện thuận lợi về thời gian và tận tình cung cấp các tài liệu mới liên quan nhằmgiúp chúng em cĩ thể hồn thành tốt đồ án được giao

Chân thành cảm ơn các bạn đã giúp đỡ chúng mình trong thời gian vừaqua

XIN CẢM ƠN!!!

MỤC LỤC

Chương 1 GIOI THIEU CHUNG

1 Đặt vấn đề:

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử đã,đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống xã hội

Việc gia công, xử lý các tín hiệu điện tử hiện đại đều dựa trên cơ sở nguyên lý số Vì các thiết bị làm việc dựa trên cơ sở nguyên lý số có ưu điểm hơn hẳn so với các thiết bị làm việc dưạ trên cơ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt

là trong kỹ thuật tính toán

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử đã cho ra đời nhiều vi mạch

số cỡ lớn với giá thành rẻ và khả năng lập trình cao đã mang lại những thay đổi lớn trong ngành điện tử Mạch số ở những mức độ khác nhau đã đang thâm nhập trong các lĩnh vực điện tử thông dụng và chuyên nghiệp một cách nhanh chóng Các trường kỹ thuật là nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ và được học sinh, sinh viên ưa chuộng do lợi ích và tính khả thi của nó Vì thế sự hiểu biết sâu sắc về kỹ thuật số là không thể thiếu đối với sinh viên ngành điện tử hiện nay Nhu cầu hiểu biết về kỹ thuật số không chỉ riêng đối với những người theo chuyên ngành điện tử mà còn đối với những cán bộ kỹ thuật khác có sử dụng thiết bị điện tử

2 Mục đích yêu cầu:

Sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và ích lợi của mạch số cũng chính lý do để chọn và thực hiện đề án “thiết kế mạch đồng hồ số” nhằm ứng dụng kiến thức đã học về kỹ thuật số và vi điều khiển vào thực tế

Yêu cầu đồ án này là thiết kế Đồng Hồ Số sử dụng vi xử lí 89C51 Phải chạy đúng giời

Chương 2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

2.1 Vi điều khiển AT89C51

2.1.1 Giới thiệu chung

Đặc điểm và chức năng hoạt động của IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau, ở đây đây ta giới thiệu AT89C51

AT89C51 là phiên bản 8051 có ROM trên chíp là bộ nhớ Flash phiên bảnnày rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể xóa được trong vài giây

AT89C51 có các đặc trưng sau : 4kbyte flash , 128 byte Ram , 32 đường xuất nhập , hai bộ định thời đếm 16 bit , mỗi cấu trúc ngắc hai mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt , một port nối tiếp song công, mạch doa động và tạo xung clock trên chip

Ngoài ra AT89C51 được thiết kế với clock tĩnh cho hoạt đôộng có tần số giảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mền chế độ nghĩ dừng của CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời / đếm , port nối tiếp và hệ thống ngắt vẫn tiếp tục hoạt động Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hóa các hoạt động khác của chip cho đến khi resetcứng tiếp theo

Các đặc điểm của 89C51 được tóm tắt như sau :

-4 KB bộ nhớ có thể lập tringf lại được , có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xóa-Tần số hoạt động từ 0Hz đến 24MHz

-3 mức khóa bộ nhớ lập trình

-2 bộ Timer/counter 16 bit

-128 Bytes RAM nội

-Giao tiếp nội tiếp

-4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

-64 KB vùng nhớ mã ngoài

-64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

-Xử lý Booleam (hoạt động trên bit đơn)

-4 micro giây hoạt động nhân hoặc chia

-210 vị trí nhớ có thể định vị bit

2.1.2 Cấu trúc bên trong của IC 98C51

Hinh 2.1 So do khoi Chip AT89C51

2.1.3Sơ đồ chân AT89C5

Hinh 2.2 So do chan Chip AT89C51

AT89C51 có 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa là 1 chân có 2 chức năng ), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ

Port 2 : chân 21 đến 28 (P2.0…P2.7)

Port 2 là port có tác dụng kép Được dùng như các đường xuất nhập hoặc byte cao của port địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng

Port 3 : là port xuất nhập 8 bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong Các

chân của bus này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính riêng biệt của 89c51

Bang

2.1

Chuc nang cac Port trong Chip AT89C51

P3.4 T0 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời

1P3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời

0

Nhóm chân nguồn, dao động và điều khiển :

VCC : chân 40 được nối lên nguồn 5v

GND : Chân 20 nối đất

RTST : ngõ vào reset Mức cao trên chân này trong hai chu kỳ máy trong

khi bộ dao động đang hoạt động sẽ reset AT89C51

Hinh 2.3 Mạch reset tác động bằng tay và tự động reset khi khởi động máy

Xung của ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (address latch enable) cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ nhớ ngoài Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trinh (PROG) trong thời gian lập trình Flash

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có ngõ ra bằng 1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung clock Tuy nhiên cần lưu úy là xung ALE sẽ bị bổ qua trong mỗi chu kỳ truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

Khi cần hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hóa bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặt biệt có địa chỉ byte là 8EH Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực hiện lệnh MOVX hoặc MOVC Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mức cao Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang chế độ thực thi chương trình ngoài

(29)

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN(progam store enable) điều khiển truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài Khi AT89C51 đang thực thi

chương trình trong bộ nhớ chương trình ngoài, PSEN tích cực hai lần cho mỗi

chu kỳ máy, ngoại trừ trường hộp 2 tác động của PSEN bị bỏ qua cho mỗi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

EA

/Vpp(31)

Chân cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài EA

phải được nối với GND để cho phép chip vi ddieuf khiển tìm nạp lệnh các vị trí nhớ của bộ nhớ chương trình ngoài , bắt đầu từ địa chỉ 0000H cho đến FFFFH Tuy nhiên cần lưu úy là nếu các bit khóa 1 (clock bit 1) được lập trình, EA

sẽ được chốt bên trong khi reset

Hình 2.4 khối dao động

Không có yêu cầu nào về chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu xung clock bên ngoài dotín hiệu này là một flip-flop chia hai trước khi đến mạch tạo xung clock bên trong , tuy nhiên các chi tiết kỹ thuật về thời gian mức thấp và mức cao , điên ápcực tiểu và cực đại cần được xem xét

2.1.4 Các thanh ghi bộ định thời (Timer):

AT89C51 có 2 bộ định thời:

- Timer 0: là một bộ đếm lên tuần tự 16 bit , giá tri đếm chứa 2 thanh ghi TH0,TL0

- Timer 1: là một bộ đếm tuần tự 16 bit chứa trong TH1 và TL1

AT89C51 có hai thanh ghi bộ định thời/đếm 16 bit được dùng cho định thời hoặc đếm sự kiện

- Thanh ghi chế độ định thời (TMOD) :

T

M1 M0

Không được định địa chỉ bit

Được dùng để định chế độ hoạt động cho các timer

+ T/C : bit chọn chức năng đếm hoặc định thời cho timer.

+ Gate : bit điều khiển cổng cho bộ định thồi

- Thanh ghi điều khiển định thời TCON (Timer control) ::

0

IE1

IT1

IE0

IT0

Chứa các bit điều khiểu và trạng thái của timer 0 và 1 ở 4 bit cao , 4 bit thấp được dùng cho chức năng ngắt (interrupt)

Chức năng từng bit :

+ TFx : cờ tràn của timer x (x là 0 hay 1)

+ TRx = 0 : không cho phép timer chạy

+ TRx = 1 : cho phép timer chạy

2.1.4 Các thanh ghi port nối tiếp (serial port)

* Thanh ghi SBUF ( Serial Buffer) :

- ở địa chỉ 99H là bộ đệm nhập xuất nối tiếp Khi xuất dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhập dữ liệu thì đọc từ SBUF

- các chế độ hoạt động khoác nhau của port nội tiếp được lập trình thông qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON (Serial Control) ở địa chỉ 98 H Đây là thanh ghi được định địa chỉ từng bit

* Thanh ghi điều khiển port nối tiếp SCON

thông đa xử lý ở các chế độ 2 và 3 ; bit RI sẽ không được tích cực nếu bit thứ 9 nhận được là 0

+ REN : bit cho phép thu

REN = 1 : cho phép thu

REN = 0 : không cho phép thu

+ TB8 : bit phát thứ 9 ( ở chế độ 2 và 3), có thể đặt và xóa bằng phần mền

+ RB8 : bit thu thứ 9 (ở chế độ 2 và 3), có thể đặt và xóa bằng phần mền

2.1.6 Các thanh ghi ngắt (Interrupt):

- 8031/8051 có 5 nguồn ngắt :

+ 2 ngắt ngoài : ngắt ngoài 0 : qua chân 0INT (P3.2)

Ngắt ngoài 1 : qua chân 1INT (P3.3)

+ 3 Ngắt trong : ngắt timer 0

Ngắt timer 1

Ngắt port nối tiếp

*Các thanh ghi liên qua đến ngắt :

a. Thanh ghi cho phép ngắt IE (Interrupt Enaple)

- Được định địa chỉ bit.

- Chức năng từng bit :

EA : cho phép toàn bộ

ET2 : cho phép ngắt timer 2 (nếu có)

ES : cho phép ngắt port nối tiếp

ET1 : cho phép ngắt timer 1

EX1 : cho phép ngắt ngoài 1

ET0 : cho phép ngắt timer 0

EX0 : cho phép ngắt ngoài 0

Để cho phép 1 nguồn ngắt , cần phải có :

+ EA = 1

+ Bit cho phép ngắt tương ứng bằng 1

b.Thanh ghi ưu tiên ngắt IP (Interrupt Priority)

- Được định địa chỉ bit

- Bit = 1 : mức ưu tiên cao

- Bit = 0 : mức ưu tiên thấp

- Mặc nhiên sau khi reset, tất cả các ngắt ở mức ưu tiên thấp

- Nếu 2 ngắt với mức ưu tiên khác nhau xuất hiện đồng thời, ngắt có mức ưu tiên cao sẽ được phục vụ trước Đồng thời, ngắt có 2 mức ưu tiên cao cũng có thể tạm dừng chương trình phục vụ ngắt của ngắt có mức ưu tiên thấp

- Nếu các ngắt có cùng mức ưu tiên xuất hiện đồng thờim, việc xác định ngắt nào được phục vụ trước sẽ theo thứ tự : ngắt ngoài 0, ngắt timer 0, ngắt ngoài 1, ngắt timer 1, ngắt port nối tiếp, ngắt timer 2 (đối với 8032/8051).

- Định địa chỉ bit

- Chức năng các bit có liên quan đến ngắt ( intereupt)

+ IEx : cờ ngắt ngoài x (IEx = 1 tạo ngắt ngoài x)

+ITx : bit xác định loại tác động ngắt ngoài x :

2.3.1 LED đơn

+ LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các

diốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giốngnhư điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bándẫn loại n

Hình 2.6 Cấu tạo chân của LED đơn

+ LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trongkhoảng 1,5 đến 3 V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao

Do đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

Bảng 2.2 Điện thế phân cực thuận LED

Xanh lá cây 2 - 2,8V

2.3.2 LED 7 đoạn

được tạo ra từ 7 hoặc 8 con LED đơn mắc chung các chân Anod hoặcCathode chung với nhau nối lên nguồn hoặc đất, chân còn lại được cấp mứclogic 0 hoặc 1 để cho LED hoạt động

+Đối với dạng Led anode chung, chân COM phải có mức logic 1 vàmuốn sáng Led thì tương ứng các chân a – f, dp sẽ ở mức logic 0

Hình 2.7 Sơ đồ chân LED 7 anod chung

Bảng 2.4 Bảng mã cho Led Anode chung (a là LSB, dp là MSB):

+Đối với dạng Led Cathode chung, chân COM phải có mức logic

0 và muốn sáng Led thì tương ứng các chân a – f, dp sẽ ở mức logic1

Hình 2.9 Sơ đồ chân LED 7 anod chung

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện

của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa haiđầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó

Hình 2.10 Điện trở thực tế

2.4 Tụ điện

− Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện đượcngăn cách bởi điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bềmặt sẽ xuất hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu

− Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc dù cáchhoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữnăng lượng điện Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra

electron ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại Tụ điện thì đơn giảnhơn, nó không thể tạo ra electron - nó chỉ lưu trữ chúng Tụ điện có khả năngnạp và xả rất nhanh Đây là một ưu thế của nó so với ắc qui

Hình 2.13 Nút bấm2.7 Transistor

− Transistor PNP A1015 có chức năng khuếch đại dòng cho LED7 hoạt độngbình thường

Hình 2.14 Hình ảnh Transistor

Chương III : Thiết kế và thi công

đã sử dụng và nghiên cứu suốt 3 năm học

− Cũng không thể thiếu đó là phần mềm mô phỏng Proteus 7 Professional làcông cụ đắc lực để mô phỏng lại quá trình làm mạch, kiểm tra và thử mạchtrên máy tính trước khi thi công và lắp mạch thực tế

3.1.3 Khối vi điều khiển

Hinh 3.2 Sơ dồ mạch xử lí và điều khiển

Bài tập sử dụng vi điều khiển 89C51, các nút nhấn SW2, SW3, SW4,SW5, SW6, SW7 tương ứng các nút chức năng giờ, phút, giây, vào chế độ,thoát chế độ, nút đặt giờ

Từ d1 đến d8 là các ngõ ra điều khiển các cổng Anod của led 7 đoạn.TA1,TA2 là hai ngõ vào từ mạch dao động thạch anh 12MHz RESET là ngõvào từ mạch RESET vi điều khiển Và a,b,c,d,e,f,g,p là các ngõ ra điều khiểnled 7 đoạn

3.1.4 Mạch dao động với thạch anh 12MHz

Hinh 3.3 Sơ dồ mạch dao động

Thạch anh 12 MHz tạo tần số dao động 1 MHz , mỗi chu kì máy có thờigian là 1μs

3.1.5 Mạch Reset vi điều khiển

3.1.6 Mạch điều khiển các cổng Anod chung của led 7 đoạn

Hinh 3.5 Sơ dồ mạch điều khiển các cổng Anod chung của led 7 đoạn

3.1.7 Mạch nguyên lý

3.1.8 Mạch in

3.2 Thiết kế phan mem

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT HIỂN THỊ