Thiết kế lịch vạn niên điện tử

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp

1 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .5 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN. 6 Chương 1: Giới thiệu qua về tình hình phát triển khoa học và công nghệ điện tử trên thực tế, sự phát triển phần cứng song song với phần mềm đã đem lại hiệu quả to lớn trong cuộc sống con người. .6 Chương 2: Thiết kế phần cứng. .6 Chương 3: Xây dựng phần mềm, lập trình cho hệ thống. .6 Chương 4: Cài đặt và hoàn thiện hệ thống. 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN. .7 1.1 Đặt vấn đề. 7 1.2. Khảo sát vấn đề: .7 1.3. Các vấn đề cần giải quyết của bài toán : .8 1.4. Giải pháp: .8 1.5. Mục đích đề tài. 8 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN CỨNG. . Error! Bookmark not defined. 2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG. 9 2.2. HƯỚNG XÂY DỰNG HỆ THÔNG. .9 2.3. SƠ ĐỒ KHỐI. 10 2.3.1. Sơ đồ khối tổng quan 10 2.3.2.1. Khối tạo xung dao động. 11 2.3.2.1.1. Khối tạo xung dao động cho vi điều khiển 89S52. . 11 2 2.3.2.1.2. Giao tiếp DS 1307 với khối giao động. 12 2.3.2.3. Khối hiển thị 13 2.3.2.4. Khối điều chỉnh. . 14 2.4. SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ. 15 Sơ đồ nguyên lý của mạch như sau . 15 Hình 2.6 Sơ đồ mạch nguyên lý . 16 2.5. CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH. 16 2.5.1.Giới thiệu về vi điều khiển 89S52 . 16 2.5.1.1. Tổng Quan Về 89S52. 16 2.5.1.2. Mô tả chân 89S52. 19 2.5.1.2.1. Sơ đồ chân 89S52. 19 2.5.1.2.2. Chức năng các chân 89S52 . 19 2.5.1.2.3. Tổ chức bộ nhớ bên trong 89S52. . 22 2.5.1.2.4. RAM đa dụng. 24 2.5.1.2.5. RAM có thể định địa chỉ bit. . 24 2.5.1.2.6. Các bank thanh ghi 24 2.5.1.2.7. Các thanh ghi có chức năng đặc biệt. 25 2.5.1.2.7.1. Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word) . 25 2.5.1.2.7.2. Thanh ghi TIMER. 27 2.5.1.2.7.3. Thanh ghi ngắt (INTERRUPT). . 28 2.5.2. Giới thiệu về IC DS 1307. . 32 2.5.2.1. Tổng quan về DS1307. 32 2.5.2.1.1. Sơ đồ chân DS1307 . 32 3 2.5.2.1.2. Cấu tạo bên trong DS1307. . 34 2.5.2.2. Khái quát giao diện I2C. . 38 2.5.2.3. Mode (chế độ) truyền dữ liệu giữa DS1307 và AT89S52. 42 2.5.2.3.1. Mode Data Write (chế độ ghi dữ liệu). 42 2.5.2.3.2. Mode Data Read (chế độ dọc dữ liệu). 44 2.5.3. CÁC LINH LIỆN KHÁC SỬ DỤNG TRONG MẠCH. . 45 2.5.3.1 Điện trở. 45 2.5.3.2 Tụ điện. 46 2.5.3.3 Led 7 đoạn. 46 2.5.3.3.1. Khái niệm cơ bản. . 46 2.5.3.3.2. Kết nối với vi điều khiển. . 48 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG. 52 3.1. LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH . 52 3.2. LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH CON. 54 3.2.1. Lưu đồ chương trình con “WRITE_CLOCK”. . 54 3.2.3. Lưu đồ chương trình con “ READ_CLOCK”. 55 3.2.4. Lưu đồ chương trình con ghi 1 byte vào DS1307“SEND_BYTE”. . 56 3.2.5. Lưu đồ chương trình con đọc 1 byte từ DS1307“READ_BYTE”. 57 3.2.6. Lưu đồ chương trình con “ALARM_CLOCK_TEST” 58 3.2.7. Lưu đồ chương trình con “HIEU_UNG_CHINH”. . 59 3.2.8. Lưu đồ chương trình con “TAT_MO_CHUONG” 60 3.2.9. Lưu đồ chương trình con “HIENTHI”. . 61 3.4. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN. . 62 4 3.4.1. Định hướng sử dụng ngôn ngữ lập trình. 62 3.4.2.1. Các lệnh số học. . 62 3.4.2.2. Các lệnh logic. . 64 3.4.2.3. Các lệnh di chuyển dữ liệu. 65 3.4.2.4. Các lệnh xử lý bit. 66 3.4.2.5. Các lệnh rẽ nhánh. . 67 3.4.2.6. Các lệnh dịch và quay. . 68 3.4.2.7. Các lệnh làm việc với ngăn xếp. . 69 CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT VÀ HOÀN THIỆN HỆ THỐNG. . 70 4.1. PHẦN MỀM BIÊN DỊCH CHƯƠNG TRÌNH. 70 4.1.1. Các bước cài đặt phần mềm Keli C. . 70 4.1.2. Lập trình ASM với Keil: 79 4.2. MÔ PHỎNG TRÊN PROTUERS. 83 4.4. MÔ HÌNH MẠCH THỰC TẾ. . 85 4.5. KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ. . 87 4.5.1 Ưu Điểm. . 87 4.5.2 Khuyết Điểm. . 87 4.5.3 Hướng Phát Triển. 87 4.5.4 Kết Luận. . 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 5 LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ. Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ . đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn. Đề tài “Thiết kế lịch vạn niên điện tử” Nhằm đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi của bản thân, cũng như là góp phần nâng giá trị của những mạch điện tử trong đời sống của con người. Đề tài “Thiết kế lịch vạn niên điện tử” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp. Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên. 6 TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN Chương 1: Giới thiệu qua về tình hình phát triển khoa học và công nghệ điện tử trên thực tế, sự phát triển phần cứng song song với phần mềm đã đem lại hiệu quả to lớn trong cuộc sống con người. - Nguyên nhân chọn đề tài. - Mục đích đề tài. - Khảo sát bài toán. - Các vấn đề cần giải quyết của bài toán. - Đưa ra giải pháp. Chương 2: Thiết kế phần cứng. - Mô tả chức năng mong muốn của đồ án. - Hướng xây dựng đồ án. - Sơ đồ khối . - Sơ đồ mạch nguyên lý. - Các linh kiện cần sử dụng trong mạch. Chương 3: Xây dựng phần mềm, lập trình cho hệ thống. - Lưu đồ chương trình chính. - Lưu đồ chương trình con. - Phần mềm lập trình cho hệ thống. Chương 4: Cài đặt và hoàn thiện hệ thống. - Mô phỏng hệ thống trên protuers. - Triển khai mạch thực tế. - Kiểm tra và đánh giá. 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 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. 1.2. Khảo sát vấn đề Hiện nay, những ứng dụng của phần cứng được sử dụng ngày càng nhiều và phổ biến, đảo qua các con phố chúng ta có thể nhìn thấy những bảng quảng cáo có sử dụng đèn led hoặc sử dụng vi xử lý để hiển thị thời gian hay nhiệt độ. Chúng trông khá đẹp mắt và tiện lợi. Trong đồ dùng gia đình cũng có rất nhiều đồ điện tử mang tính tự động như: ti vi, máy vi tính… Đề tài em chọn xuất phát từ ý tưởng sử dụng IC DS1307 thời gian thực, cùng với việc mọi người cần phải biết chính xác ngày, giờ để thu xếp việc làm cho hợp lý. Với ý tưởng này, em đã kết hợp lý thuyết và thực tế để làm đồ án về “ thiết kế lịch vạn niên điện tử” 8 1.3. Các vấn đề cần giải quyết của bài toán Bài toán xây dựng thiết kế lịch vạn niên điện tử đặt ra các yêu cầu sau: - Lập trình thời gian thực cho AT 89S52 rồi từ đó áp dụng cho ứng dụng. - Đảm bảo hiển thị đúng thời gian ngày tháng năm, giờ phút giây. - Có khả năng phát triển và mở rộng vào các ứng dụng khác trong thực tế. Có độ bền cao. Hệ thống chạy ổn định và giá cả hợp lý. 1.4. Giải pháp Giải pháp đưa ra để đáp ứng yêu cầu bài toán: - Sử dụng vi điều khiển AT 89S52. - Sử dụng chíp thời gian thực DS 1307. - Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển. - Lập trình cho nút bấm để tăng giảm giờ, phút. 1.5. Mục đích đề tài Sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và lợi ích của mạch số cũng chính là lý do để em chọn và thực hiện đồ án “Thiết kế lich vạn niên điện tử” nhằm ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế. Sử dụng một con IC thời gian thực (DS1307) kết hợp với vi điều khiển 89S52 , 89S52 có nhiệm vụ đọc/ghi (giờ, phút, giây, thứ, ngày… thời gian báo thức) từ chip DS1307. Khi thời gian báo thức trùng với thời gian thực thì loa sẽ phát ra âm thanh trong 20 giây. Hiển thị ngày tháng năm, giờ phút giây đề trên led 7 thanh. Mục đích yêu cầu của đề tài như sau:  Mạch hiển thị giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm một cách chính xác  Khi thời gian báo thức trùng với thời gian thực thì loa phải phát ra âm thanh báo thức. 9 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 2.1. CÁC YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG Với ý tưởng xây dựng một đồng hồ báo thức kết hợp với lịch điện tử. Em đã xây dựng bài đồ án “lịch vạn niên điện tử”. Bài đồ án là kết quả của quá trình học tâp trên giảng đường với sự hướng dẫn của thầy cô giáo cùng với việc khảo sát nhu cầu thực tế cũng như ứng dụng của các vi điều khiển trong cuộc sống. Việc xây dựng hệ thống “lịch vạn niên điện tử” với các tính năng mong muốn: -Chức năng: Hiển thị được thứ ngày tháng năm, giờ phút giây trên led 7 đoạn. Có hệ thống chuông báo thức. Có các nút điều chỉ thời gian cũng như chuông báo giờ. -Giao diện: Mạch phải nhỏ gọn, dễ nhìn, dễ sử dụng. - Hoạt động: Bền, chạy ổn định, sai số thời gian thấp. - Tính thực tế: Mạch có ứng dụng cao ngoài cuộc sống, có thể mang ra ứng dụng lắp đặt ngoài thực tế, giá thì lắp mạch rẻ, phù hợp. 2.2. HƯỚNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG Từ các yêu cầu của hệ thống như đã nên trên. Có rất nhiều giải pháp khác nhau để xây dựng thành công hệ thống” lịch vạn niên điện tử”. Từ việc mua các linh kiện, sử dụng vi điều khiển nào cho việc lập trình đến sử dụng chip thời gian thực nào để đo thời gian. Mỗi loại lại có một phương pháp xây dựng và cách làm khác nhau. Qua một quá trình tìm hiểu và nghiên cứu em đã đưa ra được phương pháp lựa chọn tối ưu cho bài đồ án “ lịch vạn niên điện tử”: - Sử dụng vi điều khiển 89S52 làm vi điều khiển đê lập trình. -Sử dụng chip thời gian thực DS1307 để đo và đếm thời gian. -Sử dụng các đèn led 7 đoạn để hiển thị thời gian. Sau đây là quá trình xây dựng bài đồ án “ lịch vạn niên điện tử ”. 10 2.3. SƠ ĐỒ KHỐI 2.3.1. Sơ đồ khối tổng quan * Vi điều khiển 89S52: Xử lý toàn bộ mọi công việc xuất nhập thời gian, hiển thị thời gian, cài đặt hệt thống báo thức. Khối xử lý gồm có vi điều khiển 89S52. * Khối thời gian thực: Dùng cho việc đếm thời gian thực, nhập xuất thời gian thực: thứ ngày tháng năm, giờ phút giây. Khối thời gian thực gồm có chip thời gian thực DS 1307. * Khối hiển thị: Dùng để hiển thị thời gian, hiển thị: thứ ngày tháng năm, giờ phút giây và hẹn thời gian báo thứ. Khối hiển thị dùng led 7 đoạn. * Khối điều chỉnh: Dùng để điều chỉnh thời gian, điều chỉnh giờ báo thức. Khối điều chỉnh gồm 3 nút bấm được nối trực tiếp với vi điều khiển 89S52. * Khối tạo xung dao động: Dùng để tạo xung dao động cho vi điều khiển 89S52 và tạo xung dao động cho chip thời gian thực DS1307. KHỐI THỜI GIAN THỰC KHỐI ĐIỀU CHỈNH VI ĐIỀU KHIỂN 89S52 KHỐI HIỂN THỊ KHỐI TẠO XUNG DAO ĐỘNG KHỐI TẠO XUNG DAO ĐỘNG Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quan [...]... Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7) Port 0 có 2 chức năng: trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đối với thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu Port 1: từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ P1.7) Port 1 là port IO dùng cho giao tiếp với thiết bị bên ngoài nếu cần Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Port 2... vi điều khiển 89S52 được mắc với mạch dao động thạch anh bên ngoài Các điện trở C1 và C2 là cần thiết khi mắc mạch dao động thạch anh cho 89S52 Sơ đồ mạch như sau : Hình 2.2 Sơ đồ khối tạo giao động cho 89S52 11 2.3.2.1.2 Giao tiếp DS 1307 với khối giao động Hình 2.3 Sơ đồ khối tạo xung dao động cho DS1307 IC thời gian thực DS 1307 kết nối với khối tạo xung dạo động qua 2 chân X1 và X2 như hình vẽ: 12... Eprom trong 89S52 RST (Reset): Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch phải tự động reset Các giá trị tụ và điện trở được chọn là: Hình 2.9 Nối chân Reset R1=10, R2=220, C=10 F Các ngõ vào bộ dao động X1, X2: Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 89S52 Khi sử dụng 89S52, người ta... Code Decimal), cờ nhớ phụ AC được set nếu kết quả 4 bit thấp nằm trong phạm vi điều khiển 0AH - 0FH Ngược lại AC = 0 - Cờ 0 (Flag 0): Cờ 0 (F0) là 1 bit cờ đa dụng dùng cho các ứng dụng của người dùng - Những bit chọn bank thanh ghi truy xuất: RS1 và RS0 quyết định dãy thanh ghi tích cực Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bởi phần mềm khi cần thiết Tùy theo RS1, RS0 = 00, 01, 10, 11... ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thời thời chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chương trình khác Các ngắt đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng dụng vi điều khiển Chúng cho phép hệ thống đáp ứng bất đồng bộ với một sự kiện và giải quyết sự kiện đó trong khi một chương trình khác đang thực thi - Tổ chức ngắt của 89S52:... năng đặc biệt AT89S52 có bộ nhớ được tổ chức theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89S52 nhưng 89S52 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ liệu bên ngoài 22 Bản đồ bộ nhớ Data bên trong Chip 89S52 được tổ chức như sau: Địa chỉ Địa chỉ Địa chỉ bit byte byte 23 Hình 2.11 Bộ nhớ bên trong... ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động EA (External Access): Tín hiệu vào EA (chân 31) thường... Sự đếm các bit 1 trong thanh ghi A cộng với bit Parity luôn luôn chẵn Ví dụ A chứa 10101101B thì bit P set lên một để tổng số bit 1 trong A và P tạo thành số chẵn Bit Parity thường được dùng trong sự kết hợp với những thủ tục của Port nối tiếp để tạo ra bit Parity trước khi phát đi hoặc kiểm tra bit Parity sau khi thu 2.5.1.2.7.2 Thanh ghi TIMER Vi Điều Khiển 89S52 có 3 timer 16 bit, mỗi timer có bốn... dùng cho giao tiếp với thiết bị bên ngoài nếu cần Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Port 2 là một port có tác dụng kép dùng như các đường xuất/nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng 19 Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7) Port 3 là port có tác dụng kép Các chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặc tính... cấu tạo bên ngoài rất đơn giản DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân như trong hình sau Hình 2.12 Hai gói cấu tạo của chip DS1307 32 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 một nguồn pin 3V nuôi chip - GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc - Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là