đồ án tốt nghiệp thiết kế đồng hồ thời gian thực

Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . Hoangxudi@gmail.com Trang 1 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . Nội dung thiết kế: Chương I : Giới Thiệu Chung. Chương II : Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch. Chương III:Các khối mạch cần sử dụng và sơ đồ mạch hoàn chỉnh. Chương IV: Chương trình phần mềm. Chương V : Tổng kết. Lời nói đầu Ngày nay nhân loại đang trải qua những sự phát triển vượt về mọi mặt.Trong đó điện tử, tự động hoá đóng một vai trò không nhỏ. Điện tử góp phần vào quá trình tự động hoá mọi thứ giúp con người hiện đại hoá cuộc sống. Vận dụng những kiến thức đã được học trong quá trình học tập ở trường nhóm em thực hiện đồ án I này. Đồ án này được áp dụng chủ yếu dựa vào vi điều khiển. Mà thực tế là IC ATMEGA16, nhằm mục đích giúp em hiểu một cách tường tận hơn về những gì về vi điều khiển, cách đọc, viết va nhận biết về các chân IC mà em đã được học từ thầy cô trong trường, tìm hiểu và nghiên cứu qua sách cũng như cách thức vận dụng nó trong thực tế. Trong thực tế, các ứng dụng của vi điều khiển rất đa dạng và phong phú.Từ những ứng dụng đơn giản chỉ có vài thiết bị ngoại vi cho đến những hệ thống điều khiển phức tạp .Tuy nhiên do pham vi trình độ của em còn hạn chế, nên việc nghiên cứu và tìm hiểu về vi điều khiển còn nhiều điều chưa biết. Trong bài viết của em, em xin giới thiêu ứng dụng IC ATMEGA16 để hiển thị bộ đếm GIỜ-PHÚT-GIÂY trên 6 Led 7thanh. Tuy nhiên trong quá trình viêt do trình độ hiểu biết của chúng em còn hạn chế, nên còn xẩy ra nhiều sai sót mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để chúng em được hiểu biết hơn trong quá trình học tâp tiếp theo. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 17 tháng 11 năm 2009. Hoangxudi@gmail.com Trang 2 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . Mục Lục: Đề mục Trang Nội dung thiết kế 2 Lời nói đầu 2 Mục lục 3 Chương 1: Giới Thiệu Chung 1. Sơ lược 2. Sơ đồ khối 4 4 4 Chương 2: Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch 1. Vi điều khiển ATMEGA16: a. Giới thiệu chung. b. Sơ đồ khối. c. Sơ đồ chân. d. Ý nghĩa của các chân 2. IC tạo nguồn ổn áp chuẩn 7805. 3. IC tạo thời gian thực DS1307. 4. LED 7thanh. 5 5 5 9 10 11 11 12 20 Chương 3:Các khối mạch cần sử dụng và sơ đồ mạch hoàn chỉnh 1,Khối tạo nguồn 2,Khối Reset 3,Khối điều khiển 4,Khối tạo xung dao động 5,Khối hiển thị 6,Khối tạo thời gian thực 20 20 21 21 22 23 24 Chương 4: Sơ đồ mạch hoàn chỉnh. Sơ đồ mạch nguyên lý Sơ đồ mạch in 25 26 Chương 5: Chương trình phần mềm Sơ đồ thuật toán Code chương trình cho AT16 27 28 Hoangxudi@gmail.com Trang 3 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . Chương I : Giới Thiệu Chung 1) Sơ Lược: Trong công nghệ điện tử vi xử lý, vi điều khiển là một thành phần quan trọng không thể thiếu nó mang nhiều tính ưu việt: có thể thay thế một mạch điện phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với chi phí thấp hơn, nhưng ứng dụng lại đa dạng và linh hoạt hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn,… Để học tập tốt và hiểu sâu về môn học vi xử lý ngoài những kiến thức trên sách vở cần có những ứng dụng vào thực tế. Trên cơ sở đó chúng em tìm hiểu và thiết kế sản phẩm là mạch ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC dùng vi điều khiển AVR của ATMEL. Có khả năng điều chỉnh và thay đổi được thời gian. So với những mạch đồng hồ dùng họ vi điều khiển 8051 và PIC thì AVR có ưu điểm hơn là ngôn ngữ lập trình được viết bằng C thì chương trình sẽ ngắn gọn hơn, so với 8051 thì tốc độ xử lý tín hiệu nhanh hơn. 2) Sơ đồ khối: Chương II: Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch. 1. Vi điều khiển Atmega 16. a) Giới thiệu chung ATmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz (1 triệu lệnh/s/MHz). Hoangxudi@gmail.com Trang 4 Vi Điều Khiển ATmega16 Khối nguồn Tạo thời gian thực Khối hiển thị Điều khiển Tạo xung dao động Reset Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . ATmega16 có các đặc điểm sau: 16KB bộ nhớ Flash với khả năng đọc trong khi ghi, 512 byte bộ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM, 32 thanh ghi chức năng chung, 32 đường vào ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nội và ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp 2 dây, 8 kênh ADC 10 bit, ATmega 16 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm,  Cấu trúc nhân AVR CPU của AVR có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác của các chương trình. Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán, điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt. • Cấu trúc tổng quát AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu. Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock. Bộ nhớ chương trình được lưu trong bộ nhớ Flash. Hoangxudi@gmail.com Trang 5 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . • ALU ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung. Các phép toán được thực hiện trong một chu kỳ xung clock. Hoạt động của ALU được chia làm 3 loại: đại số, logic và theo bit. • Thanh ghi trạng thái Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính số học và logic. C: Carry Flag ;cờ nhớ (Nếu phép toán có nhớ cờ sẽ được thiết lập). Z: Zero Flag ;Cờ zero (Nếu kết quả phép toán bằng 0). N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm). V: Two’s complement overflow indicator (Cờ này được thiết lập khi tràn số bù 2)V, For signed tests (S=N XOR V) S: N. H: Half Carry Flag (Được sử dụng trong một số toán hạng sẽ được chỉ rõ sau) T: Transfer bit used by BLD and BST instructions(Được sử dụng làm nơi chung gian trong các lệnh BLD,BST). I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn cục ngắt. Nếu bit này ở trạng thái logic 0 thì không có một ngắt nào được phục vụ.) • Các thanh ghi chức năng chung Hoangxudi@gmail.com Trang 6 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . • Con trỏ ngăn xếp (SP) Là một thanh ghi 16 bit nhưng cũng có thể được xem như hai thanh ghi chức năng đặc biệt 8 bit. Có địa chỉ trong các thanh ghi chức năng đặc biệt là $3E (Trong bộ nhớ RAM là $5E). Có nhiệm vụ trỏ tới vùng nhớ trong RAM chứa ngăn xếp. Khi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí. Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1 khi thực hiện lệnh push. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2. Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lơn hơn hoặc bằng 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi. Hoangxudi@gmail.com Trang 7 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . • Quản lý ngắt Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạng sẵn sxàng cho đổi dữ liệu của mình.Ví dụ:Khi bộ truyền nhận UART nhận được một byte nó sẽ báo cho CPU biết thông qua cờ RXC,hợc khi nó đã truyền được một byte thì cờ TX được thiết lập…Khi có tín hiệu báo ngắt CPU sẽ tạm dừng công việc đạng thực hiện lại và lưu vị trí đang thực hiên chương trình (con trỏ PC) vào ngăn xếp sau đó trỏ tới vector phuc vụ ngắt và thức hiện chương trình phục vụ ngắt đó chơ tới khi gặp lệnh RETI (return from interrup) thì CPU lại lấy PC từ ngăn xếp ra và tiếp tục thực hiện chương trình mà trước khi có ngăt nó đang thực hiện. Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu cùng một lúc thì CPU sẽ lưu các cờ báo ngắt đó lại và thực hiện lần lượt các ngắt theo mức ưu tiên .Trong khi đang thực hiện ngắt mà xuất hiện ngắt mới thì sẽ xảy ra hai trường hợp. Trường hớp ngắt này có mức ưu tiên cao hơn thì nó sẽ được phục vụ. Còn nó mà có mức ưu tiên thấp hơn thì nó sẽ bị bỏ qua.Bộ nhớ ngăn xếp là vùng bất kì trong SRAM từ địa chỉ 0x60 trở lên. Để truy nhập vào SRAM thông thường thì ta dùng con trỏ X,Y,Z và để truy nhập vào SRAM theo kiểu ngăn xếp thì ta dùng con trỏ SP. Con trỏ này là một thanh ghi 16 bit và được truy nhập như hai thanh ghi 8 bit chung có địa chỉ :SPL :0x3D/0x5D(IO/SRAM) và SPH:0x3E/0x5E.Khi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí.Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1 khi thực hiện lệnh push. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2. Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lớn hơn 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi. b) Sơ đồ khối: Hoangxudi@gmail.com Trang 8 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . c) Sơ đồ chân: Hoangxudi@gmail.com Trang 9 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . c) Ý nghĩa các chân: • ChânVcc: Chân số 10 là VCC cấp điện áp nguồn cho Vi điều khiển. Nguồn điện cấp là +5V±0.5. • Chân GND:Chân số11 và chân số 31 nối GND(hay nối Mass). Khi thiết kế cần sử dụng một mạch ổn áp để bảo vệ cho Vi điều khiển, cách đơn giản là sử dụng IC ổn áp 7805. • Port A (PA): Port A gồm 8 chân (từ chân 33 đến 40) có chức năng: đầu vào cho chuyển đổi ADC • Port B (PB): Port PB gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8), ngoài có chức năng làm các đường xuất/nhập thì còn có nhiều chức năng phụ khác. • Port C (PC): Port C gồm 8 chân (từ chân 22 đến chân 29) : Nếu giao tiếp JTAG được kích hoạt điện trở trên các PC5(TDI), PC3 (TMS) ,PC2 (TCK) sẽ được kích hoạt ngay cả khi khởi động lại (reset) Hoangxudi@gmail.com Trang 10 [...]... Sơ Đồ Mạch Hoàn Chỉnh Sơ đồ mạch nguyên lý: -Hoangxudi@gmail.com Trang 24 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Sơ đồ mạch in: -Hoangxudi@gmail.com Trang 25 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Chương VII: Chương trình phần mềm –code chương trình lập trình cho vi điều khiền ATMEGA16 Sơ đồ. .. của vi điều khiển), VĐK làm nhiệm vụ điều khiển cho từng LED sáng trong khoảng thời gian nhất định 6 Khối tạo thời gian thực: -Hoangxudi@gmail.com Trang 23 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 bytes SRAM Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiếp... thay đổi này và thực hiện lệnh cần điều khiển.Nút thứ nhất có tác dụng thiết đặt chế độ cho vi điều khiển làm việc bình thường hay chuyển sang chế độ cài đặt thời gian Nút thứ hai làm tăng thời gian cần điều chỉnh, nút 3 làm giảm thời gian 4 Khối tạo xung dao động: -Hoangxudi@gmail.com Trang 21 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Đây là bộ... thúc quá trình đọc Đọc dữ liệu-chế độ slave phát • Thời gian thực hiện việc đọc,ghi dữ liệu của DS1307: sơ đồ đồng bộ: -Hoangxudi@gmail.com Trang 18 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực 4 LED 7thanh: Led 7 thanh bao gồm nhiều loại led tích hợp bên trong các led được nối chung nhau 1 chân Trong thực tế có 2 loại led 7 thanh là loại anot chung và... trình lập trình cho vi điều khiền ATMEGA16 Sơ đồ thuật toán: -Hoangxudi@gmail.com Trang 26 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Bắt Đầu Xóa giờ Giờ >23 Tăng giờ Xóa phút Phút>59 Giải mã Led 7 thanh Tạo thời gian trễ& quét hiển thị Khởi tạo I2C&DS1307 Xuất mã hiển thị cho LED & thanh Thời gian trễ 2ms Tăng phút Xóa giây Quét qua từng LED Tăng giây... bit này được thiết lập 1 sẽ enable đầu ra của bộ tạo dao động Tần số của đầu ra sóng vuông phụ thuộc vào giá trị của RS1 và RS0 -Hoangxudi@gmail.com Trang 16 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực DS1307 hỗ trợ bus 2 dây 2 chiều và giao thức truyền dữ liệu thiết bị gửi dữ liệu lên bus được gọi là bộ phát và thiết bị nhận gọi là bộ thu thiết bị điều... driver)- khi được kích hoạt thì bit SQWE được -Hoangxudi@gmail.com Trang 14 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực thiết lập 1 chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số (1Hz,4kHz,8kHz,32kHz) Chân này cũng được thiết kế theo kiểu cực máng hở vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong Chân nàysẽ hoạt động khi cả Vcc và Vbat được cấp • X1,X2: được nối... động disable, khi nó được xoá về 0 thì dao động được enable Chú ý: enable dao động trong suốt quá trình cấu hình thiết lập (CH=0).Thanh ghi thời gian thực được mô tả như sau: -Hoangxudi@gmail.com Trang 15 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực • DS1307 có thể chạy ở chế độ 24h cũng như 12h Bit thứ 6 của thanh ghi hours là bit chọn chế độ 24h hoặc... nối tiếp Việc truy cập được thi hành với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến khi chỉ thị STOP được thực thi -Hoangxudi@gmail.com Trang 13 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực Sơ đồ khối của DS1307: *Mô tả hoạt động của các chân: • Vcc,GND: nguồn... vuông/đầu ra driver • DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 bytes SRAM Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều Nó cung cấp thông tin về giờ,phút,giây ,thứ,ngày ,tháng, năm.Ngày cuối tháng sẽ tự động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày,bao gồm cả việc tự động nhảy năm Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h hoặc . Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . Hoangxudi@gmail.com Trang 1 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . Nội dung thiết kế: Chương I : Giới Thiệu. ghi. b) Sơ đồ khối: Hoangxudi@gmail.com Trang 8 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . c) Sơ đồ chân: Hoangxudi@gmail.com Trang 9 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực. liệu-chế độ slave phát. • Thời gian thực hiện việc đọc,ghi dữ liệu của DS1307: sơ đồ đồng bộ: Hoangxudi@gmail.com Trang 18 Đồ án 1: Đề tài: Thiết kế đồng hồ thời gian thực . 4. LED 7thanh: