Đồ án vi điều khiển Thiết kế đồng hồ điện tử hiển thị bằng 8 led 7 thanh

Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ********** ĐỒ ÁN MÔN VI ĐIỀU KHIỂN Đề Tài : Thiết kế đồng hồ điện tử hiển thị bằng 8 led 7 thanh Hệ thống có hiển thị thời gian thực ở 2 chế độ tùy theo lựa chọn của người sử dụng . Chế độ 1 hiển thị giờ ,phút ,giây Chế độ 2 hiển thị ngày , tháng ,năm . Sai số tối đa 5 giây/ngày . Trên hệ thống có nguồn dự phòng để đảm bảo khi mất điện vẫn hoạt động được . Trên hệ thống có phím chỉnh thời gian. Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN ANH DŨNG Sinh Viên Thực hiện : NGUYỄN VĂN QUÂN LƯU VĂN QUÂN TRẦN DUY HIỂN Lớp : ĐT2_K4 Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 2 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển công nghệ hiện đại thiết thực để phục vụ cho đời sống con người thì chuyên nghành công nghệ kỹ thuật đã có không ít những thành tích đem lại phục vụ con người nhằm nâng cao cuộc sống hơn .Thời gian là một mốc đánh dấu lịch sử rất quan trọng đối với loài người .Khi chưa có công nghệ hiện đại như ngày nay người cổ hi lap đã phát minh ra l ịch vạn niện dựa trên tính toán thiên văn học . Nhưng tới ngày nay công nghệ điện tử phát triển, đồng hồ số thay cho lịch vạn niện rất nhiều bởi những ưu điểm của nó. Sử dụng đồng hồ điện tử chúng ta có thể điều chỉnh được thời gian tùy theo ý muốn của con người Tiện lợi khi mang đi theo. Sau một thờ i gian học tập tại trường, học tập môn vi điều khiển cùng với sự giúp đỡ của thầy giáo Nguyễn Anh Dũng và bạn bè. Chúng em đã cố gắng áp dụng những gì đã nắm được qua môn học vào thực hành 1 mạch thực tế đó là làm mạch đồng hồ số hiển thị LED 7 thanh. Để điều khiển thời gian trong mạch đồng hồ điện tử có r ất nhiều phương pháp. Trong đồ án này em xin trình bày thiết kế đồng hồ điện tử dùng họ vi điều khiển 8051 cụ thể là vi mạch 89S52 giao tiếp với IC thời gian thực DS1307. IC DS1307 hoạt động ở tần số 32768kHZ được nuôi bằng nguồn dự phòng 3V có thể hoạt động trong thời gian khá dài khoảng vài năm khi không có nguồn điện. Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 3 PHẦN I I, HỌ 8051 và 89S52 1, Sơ lược về 8051 8051 ra đời năm 1981 do hang Intel sản xuất .Họ điều khiển này có 128 byte RA M , 4 kbyte ROM , hai bộ định thời , một cổng nối tiếp và 4 cổng ra vào song song và là bộ vi xử lí 8 bit. Sau khi Intel cho các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thể của họ 8051 thì họ 8051 ngày càng phổ biến và càng có nhiều phiên bản khác nhau của họ 8051 nhưng tất cả đều tương thích với họ 8051 ban đầu. Sau đây là bảng so sánh các họ khác nhau : Số hiệ sản xuất Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ dữ liệu Số bộ định thời (bộ đệm) Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 4 8031 8051 8571 8951 8032 8052 8752 8952 0K 4K ROM 4k EPROM 4K FLASH 0K 8K ROM 8K EPROM 8K FLASH 128 byte 128 byte 128 byte 128 byte 256 byte 256 byte 256 byte 256 byte 2 2 2 2 3 3 3 3 1.1 Chức năng các chân của họ 8051 1.1.1 Port 0(P0.0_P0.7) Port 0 gồm 8 chân với chức năng xuất nhập dữ liệu . ngoài ra Port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0- AD7) .Port 0 cũng nhận các byte mã khi lập trình FLASH và xuất các byte mã khi kiểm tra chương trình. Chú ý trong trường hợp này cần có them điện trở trước khi nối vào chân Port 0. 1.1.2 Port 1( P1.0_P1.7) Cũng như Port 0 ,Port 1 cũng có 8 chân .Chức năng của Port 1 chỉ là xuất nhập dữ liệu .Port 1 cũng có thể nhập xuất theo bit và theo byte. 1.1.3 Port 2 (P2.0_P2.7) Port 2 là port 8 bit có chức nă ng xuất nhập dữ liệu như 2 port trên .Khi làm nhiệm vụ là port nhập các chân của Port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động của bên ngoài sẽ cấp dòng cho các điện trở kéo lên từ bên trong Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 5 Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16bit . Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trong thời gian lập trình Flash và kiểm tra chương trình . 1.1.4 Port 3 (P3.0_P3.7) Cũng là Port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra Port 3 còn có chức năng khác cụ thể như sau : Bit Tên Chức Nă ng P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp P3.2 INTO Ngắt bên ngoài 0 P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào của timer/counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của timer /counter 1 P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài 1.2 RST Khi tín hiệu vào chân này được đưa đến mức cao (trong 2 chu kì ) các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải lên với những gia trị thích hợp để khởi động hệ thống . 1.3 Chân /PSEN /PSEN (program store enable ) là chân đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh .Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức cao .Chân này được kích hoạt 2 lần mỗi chu kì máy và 2 hoạt động này s ẽ bỏ qua khi truy nhập bộ nhớ ngoài . 1.4 Chân ALE ALE (Addrees latch enable ) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong truy nhập bộ nhở ngoài. Đây cũng là chân truy nhập xung lập trình khi lập trình Flash . Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với 1 tỷ lệ không đổi 1/6 lần số dao động của vi điều khiển. Tuy nhiên chân này cũng sẽ bỏ qua mỗi khi truy nhập bộ nhớ ngoài. Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 6 1.5 XTAL1 và XTAL2 Đây là ngõ vào và ra của 1 bộ khếch đại dao động ngịch được cấu hình để dùng như 1 bộ dao động trên chip. Nó thường được nối với bộ dao động thạch anh có dải tần thường là 12MHZ ÷33MHZ. 1.6 VCC và GND Đây là 2 chân dùng để cấp nguồn cho IC. Dải điện áp thích hợp là 4-5V. Với VCC nối với dương nguồn, GND nối với âm nguồn. 1.7 Chân EA EA (external access ) là chân cho phép chọn bộ nhớ trong hay ngoài của vi điề u khiển. Khi EA ở mức cao thì vi điều khiển thi hành chương trình ROM nội .Ngược lại vi điều khiển thi hành bộ nhớ ngoài. 2. Sơ lược về 89S52 89S52 là một dòng trong họ 8051, 89s52 kế thừa đầy đủ tính chất của những IC trước đó và được cải tiến hơn chức năng của họ 8051. Sơ đồ chân 89S52 và hình ảnh thực tế Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 7 89S52 có tấ cả 40 chân.Trong đó chân số 20 và 40 là các chân nối VCC nằm trong dải điện áp 3-5,5V và chân 20 là chân nối với GND. Từ chân 1 > chân 8 là chân của port 1 . Từ chân 10 >chân 17 là chân của port 3. Từ chân 32 > 39 là chân của port 0 . Từ chân 22 >chân 28 là chân của port 2. Các chân còn lại : chân 9 là chân RST. chân 18 và chân 19 lần lượt là XTAL2 và XTAL1 , chân 29 ,30,31 lần lượt là PSEN ,ALE, EA. Chức năng của các chân này chúng đều có chức năng và nhiệm vụ đã được trình bày ở trên. 3. Sơ đồ khối và chức năng các khối củ a họ 8051 Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm có các khối và chức năng sau đây: • CPU (Centralprocessing unit ) bao gồm : - Thanh ghi tích lũy A. - Thanh ghi tích lũy phụ B ,dùng cho phép nhân và phép chia. - Đơn vị logic học ALU. - Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW. - Bốn băng thanh ghi. Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 8 - Con trỏ ngăn sếp. • Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ ROM ) gồm 8 byte Flash . • Bộ nhớ dữ liệu (bộ nhớ RAM ) gồm 256 byte . • Bộ UART :có chức năng truyền nhận nối tiếp, AT89S52 có thể giao tiếp với các cổng nối tiếp của máy tính thông qua bộ UART. • Ba bộ timer/counter 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện. • WDM: Dùng để phục hồi lại hoạt độ ng của CPU khi nó bị treo bởi nguyên nhân nào đó. • Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 ngắt trong. • Bộ lập trình : Cho phép người sử dụng có thể nạp chương trình cho chip. • Bộ chia tần với hệ số chia là 12. • 4 cổng xuất nhập với 32 chân vào cũng được ra cũng được. II, IC DS1307 DS1307 là một chip đồng hồ thời gian thực (RTC :Read _time clock ), khái niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý ngĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng tính bằng giây , phút , giờ …DS1307 là 1 sản phẩm của Dallas Semiconductor. Chip này có 7 thanh ghi 8bit chứa thời gian là: giây , phút , giờ , thứ (trong tuần ) , ngày , tháng , năm . Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM. Ds1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân . Các chân của DS1307 được mô tả như sau : • X1 và X2 : là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHZ làm nguồn tạo dao động cho chip. • VBAT : cực dương của 1 nguồn pin 3V nuôi chip. • GND : chân mass chung cho cả pin 3V và VCC . • VCC : nguồn cho giao diện I2C ,thường là 5V dùng chung với vi điều khiển. Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 9 • SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông ,tần số của xung được tạo có thể lập trình được • SCL và SDA : là 2 đường giao xung nhip và dữ liệu của giao diện I2C. Có thể kết nối với DS1307 bằng một mạch sau : Cấu tạo bên trong DS1307 gồm 1 số thành phần như • Mạch nguồn . • Mạch giao động. • Mạch điều khiển logic. • Mạch giao diện I2C. • Con trỏ địa chỉ và thanh ghi (hay RAM). Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip này. Vì thế có 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanh ghi này thông qua giao diện I2C. DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8 bit nhưng thực chất dùng cho chứ c năng đồng hồ chỉ có 8 thanh ghi đầu còn lại có thể bỏ trống. Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 10 Tổ chức thanh ghi trong DS1307. Trong 8 thanh ghi đầu thì 7 thanh ghi đầu chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm giây, phút , giờ, thứ , ngày , tháng và năm. Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương ứng với việc “ cài đặt” thời gian khởi động cho đồng hồ . Việc đọc giá trị từ 7 thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra. Thanh ghi thứ 8 là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT(chân 6). Tuy nhiên do ta không dùng chân này có thể bỏ qua thanh ghi thứ 8 này. Tổ chức từng bit trong mỗi thanh ghi [...]... Anh Dũng 3) Khối điều khiển Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 18 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ 2) Sơ đồ nguyên lí: GVHD: Nguyễn Anh Dũng 4) Mạch in Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 19 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn Anh Dũng Lớp Top layer Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 20 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn... tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 21 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn Anh Dũng III, Code lập trình cho vi điều khiển 89 S52 1) Lưu đồ thuật toán 2) Code lập trình #include"reg52.h" #include"intrins.h" #include"stdio.h" #define duieu P0 sbit led1 =P2^0; Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 22 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ sbit led2 =P2^1; sbit led3 =P2^2;... Vi Điều Khiển (89 S52) có thể xử lý một nhiệm vụ nào đó mà ta yêu cầu (lập trình) Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 16 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn Anh Dũng PHẦN II TRÌNH TỰ VÀ NỘI DUNG THIẾT KẾ I, Sơ đồ nguyên lí Sơ đồ từng khối 1) Khối Nguồn 2) Khối hiển thị Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 17 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn... ghi vào thanh ghi • Acknowledge là bit thông báo cho master là đã thực hiện xong ghi 1 byte thành công • Not Acknowledge thông báo là đã đọc hết địa chỉ của DS13 07 II, Hiển thị trên 8 led 7 thanh Để hiển thị bằng LED 7 đoạn thì cần 8 đường điều khiển khi điều khiển trực tiếp hoặc cần 4 đường dây điều khiển khi dùng vi mạch giải mã BCD _7 đoạn Với cả 2 cách nêu trên, nếu cần điều khiển 1 lượng LED lớn... trong vi c thiết kế, lập trình để thực hiện làm mạch và hiển thị đồng hồ DS13 07 III) Nguồn Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 15 Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Gồm 2 nguồn nuôi cho mạch hoạt động + Nguồn chính là nguồn 5V ổn định qua IC 78 0 5 dùng để nuôi cho mạch hoạt động (cả hiển thị và giao tiếp với IC DS13 07) , + Nguồn Pin 3V dùng để nuôi cho DS13 07 lúc... một LED mới hoạt động vì chỉ có LED đó mới được cấp nguồn còn các LED khác không được cấp VCC Ví dụ trong mạch hiển thị 4 LED 7 đoạn để hiển thị được 1 số có 4 chữ số : Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 14 Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ +Cấp nguồn cho LED thứ nhất (p1.3=0), đồng thời xuất dữ liệu ra cổng p2 để LED 1 hiển thi hàng đơn vị +Cấp nguồn cho LED. .. bit 5 =1 là PM bit 7 luôn bằng 0 • Thanh ghi thứ : Có địa chỉ là 03H Thanh ghi này chỉ mang giá trị từ 1- >7 tương ứng từ chủ nhật đến thứ 7 trong tuần vì thế chỉ có 3bit thấp trong thanh ghi này có nghĩa • Thanh ghi ngày : chứa ngày trong tháng từ 1÷31 • Thanh ghi tháng : chứa các tháng trong năm từ 1÷12 • Thanh ghi năm : chứa các năm từ 00÷99 Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 11 Trường... (P1.2=0), đồng thời xuất dữ liệu ra cổng P2 để hiển thị hàng trục +Cấp nguồn cho LED thứ 3 (P1.1=0) , đồng thời xuất dữ liệu ra công P2 để hiển thị hàng trăm +Cấp nguồn cho LED thứ 4(P1.0=0) , đồng thời xuất dữ liệu ra cổng P2 để hiển thị hàng nghìn Do dòng điện của IC xuất ra ngoài khá nhỏ lên LED 7 thanh thường sáng rất yếu hay bị mờ lên chúng em đã dùng transistor để kích dòng điện lên cho LED 7 thanh sáng... tương ứng sẽ cần 1 lượng lớn các đường điều khiển Để giảm thiểu số đường dây điều khiển trên chúng ta sử dụng phương pháp quét Nguyên lí hiển thị quét : Để điều khiển cho n LED 7 thanh ta sử dụng n đường dây điều khiển cấp nguồn cho các LED và 8 đường dây số liệu dùng chung cho các LED bằng cách lần lượt cấp nguồn cho từng LED đưa số liệu tương ứng của LED đó ra 8 đường dây dữ liệu tương ứng Làm như... kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 31 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn Anh Dũng dem=0; run=1; while(1) { if(run==1) docds(); quetphim(); hienthi(); } } Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 32 Trường : ĐHCN HÀ NỘI Khoa : ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn Anh Dũng PHẦN III ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ TÍNH THỰC TẾ CỦA SẢN PHẨM I, ƯU ,NHƯỢC ĐIỂM CỦA SẢN PHẨM Do sản phẩm được thiết kế có 2 chế . Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 18 3) Khối điều khiển Trường : ĐHCN HÀ NỘI GVHD: Nguyễn Anh Dũng Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page. số hiển thị LED 7 thanh. Để điều khiển thời gian trong mạch đồng hồ điện tử có r ất nhiều phương pháp. Trong đồ án này em xin trình bày thiết kế đồng hồ điện tử dùng họ vi điều khiển 80 51. Khoa : ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế đồng hồ hiển thị 8 LED 7 thanh Page 4 80 31 80 51 85 71 89 51 80 32 80 52 87 52 89 52 0K 4K ROM 4k EPROM 4K FLASH 0K 8K ROM 8K