thiết kế mạch đồng hồ thể thao sử dụng IC 89c52

Hoạt động của hệ vi xử lý AT89C52 là thực hiện các lệnh theo thứ tự củatập lệnh đã cài đặt trong bộ nhớ của hệ thống hoặc thực hiện lệnh theo điềukhiển của cơ chế ngắt.. Cũng giống như b

LỜI NÓI ĐẦU

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1 Giới thiệu chung về mạch đếm giây thể thao ……….…… 5

1.2 Tìm hiểu IC 89C52 5

1.2.1 Mô tả IC AT89C52 .5

1.2.2 Sơ đồ chân: 5

1.2.3 Hiển thị số và một số kí tự: 6

1.2.4 Phân loại LED 7 thanh 8

1.3 Tìm hiểu Led 7 thanh……….…… 8

1.3.1 Sơ đồ chân: ……….… …9

1.3.2 Hiển thị số và một số kí tự:……….….…10

1.3.3 Phân loại LED 7 thanh……… ……11

1.4 Tranzitor C1815……… … …12

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH 13

2.1 Sơ đồ khối 13

2.2.1 Sơ đồ khối tổng quát 13

2.2.2 Chức năng các khối 13

2.2 Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in…….………17

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý …….………17

2.2.2 Sơ đồ mạch in… …….………18

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch …….………19

2.3 Chương trình cho vi điều khiển ……….….………19

CHƯƠNG III: LẮP RÁP VÀ KIỂM THỬ 23

3.1 Dụng cụ và linh kiện làm mạch ….….….………23

3.1.1 Yêu cầu linh kiện……… ………23

3.1.2 Yêu cầu dụng cụ……….……… …24

3.2 Các bước thi công……….… ………24

3.3 Sản phẩm thực tế……… ……… ………25

3.4 Kiểm thử sản phẩm…….… ….………26

3.5 Kết quả và đánh giá………26

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 27

4.1 Kết luận ……….………27

4.2 Phạm vi và phương hướng mở rộng đề tài…… ………27

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ….……….………28

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: ảnh và sơ đồ chân AT9C52……….…5

Hình 1.2: Cấu trúc bên trong của IC 89C52 ………6

Hình 1.3 Led 7 thanh………7

Hình 1.4 Sơ đồ chân led 7 thanh………7

Hình 1.5 Các chân cuả led 7 thanh………7

Hình 1.6 Led Anode chung và Cathode chung………10

Hình 1.7 Calculator của window………10

Hình 1.8 Led 7 thanh đôi………11

Hình 1.9 Hình dạng C1815………12

HÌnh 1.10 Ký hiệu C1815………12

Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát………13

Hình2.2 Khối điều khiển tín hiệu……… 13

Hình 2.3 Khối tạo xung dao động………14

Hình2.4 : Thạch anh………14

Hình 2.5 Khối vi xử lý………14

Hình 2.6 Khối nguồn………15

Hình 2.7 Sơ đồ chân của IC 78xx ………15

Hình2.8 Sơ đồ cấu tạo của IC 78xx………16

Hình 2.9 Khối hiển thị………

17 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý……….………17

Hình 2.11 Sơ đồ mạch in trong Altium……….………18

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý dưới dạng PDF………18

Hình 3.1 Sản phẩm cuối cùng – mặt trước………24

Hình 3.2 Mặt sau của sản phẩm cuối cùng……… ………25

Hình 3.3 Sản phẩm khi kiểm tra……… …25

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu chung về mạch đếm giây thể thao.

Mạch đếm giây thể thao sử dụng IC 89C52 là mạch chạy có độ ổn định cao cũng như gon nhẹ, dễ thiết kế Mạch được sử dụng nhiều trong thực tế đặc biệt

Hình 1.1: ảnh và sơ đồ chân AT9C52.

1.2.2 Cấu tạo và chức năng các khối của AT89C52.

CPU ( CPU centralprocessing unit) bao gồm:

- Thanh ghi tích lũy A

- Thanh ghi tích lũy phụ B

- Đơn vị logic học (ALU)

Thanh ghi từ trạng thái chương trình

- Bốn băng thanh ghi

- Con trỏ ngăn xếp

+ Bộ nhớ chương trình( ROM) gồm 8Kbyte Flash

+ Bộ nhớ dữ liệu ( RAM) gồm 256 byte

+ Bộ UART, có chức năng truyền nhận nối tiếp

+ 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sựkiện

+ Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong

+ Bộ lập trình ( ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người

sử dụng có thể nạp các chương trình cho chíp mà không cần các bộ nạp chuyêndụng

+ Bộ chia tần số với hệ số chia là 12

+ 4 cổng xuất nhập với 32 chân

- Cấu trúc bên trong của 89C52 như trên hình :

Hình 1.2: Cấu trúc bên trong của IC 89C52

1.2.3 Chức năng các chân của AT89C52.

- Port 0( P0.0-P0.7)

Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu

và địa chỉ ( AD0-AD7), chức năng này sẽ đƣợc sử dụng khi 89c52 giao tiếp vớicác thiết bị ngoài có kiến trúc Bus nhƣ các vi mạch nhớ, mạch PIO…

- RST( reset)

Ngõ vào reset trên chân số 9 Khi RST = 1 thì bộ vi điều khiển sẽ được khởiđộng lại thiết lập ban đầu

- XTAL1, XTAL2 chân số 19 và 18:

Hai chân này được nối song song với thạch anh tần số max = 33 Mhz Để tạodao động cho bộ vi điều khiển

- Vcc, GND : cung cấp nguồn nuôi cho bộ vi điều khiển Cấp qua chân 20 và40

1.2.4 Nguyên lí hoạt động của IC .

Hoạt động của hệ vi xử lý AT89C52 là thực hiện các lệnh theo thứ tự củatập lệnh đã cài đặt trong bộ nhớ của hệ thống hoặc thực hiện lệnh theo điềukhiển của cơ chế ngắt

Cũng giống như bất kì tập lệnh cho các bộ vi xử lý khác, mỗi lệnh của hệ vi

xử lý AT89C52 cũng được xử lý theo chu kì lệnh gồm hai giai đoạn là giai đoạngọi lệnh và giai đoạn thực hiện lệnh Mỗi lệnh gồm hai phần, phần thứ nhất là

mã lệnh (opcode), phần thứ hai là toán hạng (operand)

- Giai đoạn gọi lệnh.

Giai đoạn đầu của tiên của quá trình xử lý lệnh là giai đoạn gọi lệnh từ bộ

nhớ chương trình Nội dung thanh ghi con trỏ chương trình PC chính là địa chỉcủa lệnh cần xử lý được xuất ra theo kênh địa chỉ để xác định ngăn nhớ chứabyte mã lệnh cần đưa vào CPU của hệ Với vi xử lý AT89C52, truy xuất bộ nhớchương trình là nội trú thì byte mã lệnh sẽ trực tiếp được xuất ra theo kênh dữliệu để chuyển tới thanh ghi lệnh Khi được truy cập, byte mã lệnh từ bộ nhớchương trình được xuất ra theo kênh dữ liệu, qua cổng P0 và qua chốt cổng 0 đểchuyển vào thanh ghi lệnh Byte mã lệnh từ thanh ghi lệnh được chuyển sang bộgiải mã lệnh để xác định ý nghĩa của lệnh và độ dài của câu lệnh, nhờ đó màkhối điều khiển và đồng bộ sẽ xác định công việc mà vi xử lý AT89C2 phải thựchiện tiếp theo

- Giai đoạn thực hiện lệnh.

Giai đoạn thứ hai của quá trình xử lý một lệnh là giai đoạn thực hiện lệnh.Các lệnh khác nhau sẽ có nguyên lý thực hiện khác nhau Phương thức thực hiệnlệnh, thời điểm và khoảng thời gian thực hiện lệnh tùy thuộc vào ý nghĩa vàchức năng của từng lệnh

1.3 Tìm hiểu Led 7 thanh.

Led 7 thanh là 1 thành phần có ứng dụng khá nhiều trong một mạch điều khiển: để hiện thị nhiệt độ, độ ẩm, điện áp trong một số mạch đo hay để hiển thị thông tin được lập trình sẵn như thời gian đếm trên đèn giao thông Và

thành phần này cũng được nhóm chúng em sử dụng trong việc hiển thị mạch

đếm giây thể thao

Hình 1.3 Led 7 thanh

1.3.1 Sơ đồ chân:

Hình 1.4 Sơ đồ chân led 7 thanh

Một LED 7 thanh có 10 chân: 8 chân dữ liệu a,b,c,d,e,f,g,e, dp và 2 chân nối chung Dựa vào 2 chân nối chung này chúng ta có thể chia LED 7 thanh làm

2 loại: Anode chung và Cathode chung

Hình 1.5 Các chân cuả led 7 thanh

+Anode chung: như hình trên chúng ta thấy chân 3 và chân 8 sẽ được nối

chung vào một nguồn áp Như vậy dối với loại anode này khi dữ liệu đưa vào ở mức thấp (mức 0) sẽ làm LED sang

+Ngược lại với kiểu Anode chung, Cathode chung chân 3 và chân 8 sẽ được nối chung vào nguồn mát (đất| ground) và sẽ sáng khi chân dữ liệu nhận mức 1

Hình 1.6 Led Anode chung và Cathode chung

1.3.2 Hiển thị số và một số kí tự:

Cũng giống như việc điều khiển 1 PORT 8 LED như các bài trước, chúng ta cũng cần đổi dòng bit điều khiển Binary sang mã Hexa, chúng ta sẽ dùng

Calculator có sẵn của window nhé

Hình 1.7 Calculator của window

Trong LED 7 Thanh thứ tự dòng bit đưa vào sẽ là:

Dp G F E D C B A

Như vậy chúng ta sẽ có bảng cho Anode chung:

0x66

0x6D

0x7D

0x07

0x7F

0x6F

1.3.3 Phân loại LED 7 thanh.

LED 7 thanh có nhiều dạng đóng gói: LED7 đơn,

đôi, 4, 6, 8.Trong bài này chúng em sử dụng loại

led 7 đôi với số lượng là 4 chiếc led

Hình 1.8 Led 7 thanh đôi

1.4 Tranzitor C1815

 Cấu tạo.

Transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP Transistor Khi ghépmột bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MẠCH

2.1 Sơ đồ khối.

2.1.1 Sơ đồ khối tổng quát:

Hình 2.1 Sơ đồ khối tổng quát

2.1.2 Chức năng các khối.

 Khối điều khiển tín hiệu:

Hình2.2 khối điều khiển tín hiệu

Là khối có chức năng tiếp nhận các tín hiệu điều khiển của người sử dụng thông qua các nút công tắc bấm “Button” để từ đó đưa tín hiệu tương ứng vào khối vi xử lý và nhận được kết quả như mong muốn ở khối hiển thị

 Khối tạo xung dao động:

Hình 2.3 Khối tạo xung dao động

Khối tạo xung dao động tạo xung ổn định

cung cấp cho vi xử lý (có thể lựa chọn dải làm

việc trong khoảng 4Mhz – 8 Mhz)

Khối tạo xung dao động sử dụng thạch anh

tạo dao động ( CRYSTAL) X1, có tần số dao

động ghi trên thân thạch anh với tần số dao

động từ vài trăm KHz đến vài chục MHz

Hình2.4 : Thạch anh

 Khối vi xử lý:

Hình 2.5 Khối vi xử lý

Khối vi xử lý dùng IC 89C52 là nơi tiếp nhận các tín hiệu từ khối điều

khiển tín hiệu để xử lý và đưa ra các tín hiệu đầu ra tương ứng tới khối hiển thị

IC 89C52 trước đó sẽ được nặp code Hex để có thể thực hiện các thao tác trên

Sơ đồ các chân của 78xx

Hình 2.7 Sơ đồ chân của IC 78xx.

78xx gồm có 3 chân, thứ tự các chân từ trái sang phải như sau:

Hình2.8 Sơ đồ cấu tạo của IC 78xx

Trong mạch diode zener luôn dùng với một điện trở hạn dòng để tránh

bị quá công suất Mạch ổn áp dùng Diode Zener có ưu điểm là đơn giảnnhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ (≤ 20mA) Để có thể tạo ra một điện

áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần ta mắc thêm Transistor

để khuyếch đại về dòng như trên sơ đồ cấu tạo (trích ở [1])

Nguyên lý ổn áp: Thông qua điện trở R1 và D1 gim cố định điện ápchân ra của Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E của Q1 giảm => khi đóđiện áp UBE tăng => dòng qua Q1 tăng => làm điện áp chân E tăng, và ngượclại

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả nên được sử dụng rất phổ biến vàngười ta đã sản xuất các loại IC họ LA78.xx có cấu tạo như trên

Chú ý:điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 2V-3V.Những dạng seri của 78xx:

78Lxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.1A

78Mxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.5A

78Sxx Chuyển đổi điện áp dương từ +5V > +24V Dòng 0.2A

 Khối hiển thi:

2.2.2 Sơ đồ mạch in.

Dưới đây là mạch in trong phần mềm Altium Designer và mạch in sau khi

đã được in ra dưới dạng PDF

Hình 2.11 Sơ đồ mạch in trong Altium

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý dưới dạng PDF

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch

Vi điều khiển sẽ hoạt động khi được cấp nguồn Khi đó bộ tạo xung daođộng tạo xung nhịp 4MHz cấp cho vi điều khiển kết hợp với chương trình đãđược cài đặt sẵn trong vi điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu đầu ra đến khối hiển thị.Khi đó, dãy LED sang và tất cả đều dừng ở số 0

Khi ta nhấn công tắc Play Mạch sẽ bắt đầu đếm thuận, led hiển thị đếm từtích tắc đến giấy, phút, giờ

Khi nhấn công tắc Stop/Pause Khối hiển thị sẽ dừng đếm và giữ màn hình

ở kết quả ngay lúc đó Nhấn tiếp Play thì khối hiển thị sẽ tiếp tục đếm theo thờigian vừa dừng lại

Nếu ta nhấn nút Reset, màn hình Led sex reset về mức ban đầu( về mốc 0)

2.3 Chương trình cho vi điều khiển.

Chương trình nạp cho IC viết dưới dạng ngôn ngữ C:

P1=0xFF;//11111111b P0=0x00;//00000000b P2=0x00;//00000000b P3=0xFF;//11111111b

CHƯƠNG III: LẮP RÁP VÀ KIỂM THỬ

3.1 Dụng cụ và linh kiện làm mạch

3.1.1 Yêu cầu linh kiện.

Dưới đây là bảng các linh kiện cần sử dụng trong mạch, trong bảng có ghi

số lượng tối thiểu để thực hiện mạch, Tuy nhiên, trong thực tế ta cần lấy dư số lượng để thay thế linh kiện trong trường hợp linh kiện bị hỏng, cháy, chập… khi thực hiện mạch

 Bột FeCl3: dùng FeCl3 dưới dạng dung dịch với nồng độ vừa đủ để

ăn mòn đồng trên bo đồng nhằm làm hiện các đường mạch in

 Máy khoan: dùng để khoan chân linh kiện trên bo mạch đã được làmạch in

 Máy hàn thiếc, thiếc : dùng để hàn chân linh kiện

 Một số dụng cụ hỗ trợ: cưa, kéo, kìm…

3.2 Các bước thi công.

 Đầu tiên, ta áp mạch in lên bo đồng để ước lượng diện tích bo đồng cần dung và dung cưa để cắt ra

 Cố định giấy in lên mặt bo đồng, dung bàn là để là trong khoảng 10 phút để mực in lên mặt bo đồng

 Ngâm bo mạch trên trong dung dịch FeCl3 để ăn mòn đồng( pha dung dịch càng đậm, tốc độ ăn mòn càng mau)

 Sau khi ăn mòn Ta vệ sinh bo mạch cho sạch sẽ và dung nước tráng thiếc để tráng lên mặt có mạch in nhằm giúp các múi hàn dễ ăn hơn

 Dùng khoan để khoan các lỗ chân linh kiện

 Lắp các linh kiện vào đúng vị trí và tiến hành hàn chân các linh kiện bằng máy hàn thiếc

 Dung máy nạp code để nạp code hex cho IC

 Cấp nguồn và chạy kiểm tra mạch

3.3 Sản phẩm thực tế.

Sau khi hoàn thành các công đoạn thi công, ta thu được mạch sản phẩm với 2 mặt trước và sau như sau:

Hình 3.1 Sản phẩm cuối cùng – mặt trước

Sản phẩm thực tế mặt sau:

Hình 3.2 Mặt sau của sản phẩm cuối cùng

3.4 Kiểm thử sản phẩm

Sau khi cấp nguồn 5v cho đầu vào, ta thấy led màu ở khối nguồn sẽ phát

sang báo hiệu đã có nguồn cấp cho mạch Đồng thời dàn LED 7 thanh phát sáng

và đều hiện thị số 0

Để kiểm tra mạch chạy có đúng với yêu cầu lý thuyết, ta nhấn công tác play

để led bắt đầu chạy thời gian từ tích tắc đến giây, phút, giờ… Nhấn các ông tắc

stop/pause hay reset khi muốn led dừng chạy hoặc cho hiển thị về thời gian lúc

ban đầu

Mặt khác ta nhận thấy, mạch chạy thời gian chậm hơn so với đồng hồ bấm giây thể thao chuyên dụng Tuy nhiên sai số cũng không quá lớn, có thể chấp nhận được Mức độ chính xác tới %

Hình 3.3 Sản phẩm khi kiểm tra

Sau khi kiểm tra , ta nhận thấy mạch hoạt động đúng tương đối theo yêu cầu

lý thuyết đảm bảo đáp ứng được trong việc sửu dụng trong thực tế

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận.

Với sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Xuân Tiến cũngnhư các thầy giáo trong khoa K3 Chúng em đã hoàn thành đề tài đã đăng ký

 Tìm hiểu, nghiên cứu cơ bản về đề tài, về mạch “đồng hồ đếm giây thể thao sử dụng IC 89C52 ”

 Vận dụng kiến thức đã học từ các môn học cơ sở ngành, chuyên ngành để tiến hành thực hiện thành công sản phẩm thực tế

 Sản phẩm đề tài chạy đúng theo yêu cầu đặt ra

Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng em cũng không thể tránh khỏi những sai sót, cũng như những lỗi mà chính bản thân các thành viên cũng không nhận biết Do vậy, kính mong các thày cô giáo đưa ra những nhận xét, đánh giá… để chúng em rút kinh nghiệm và tiến bộ hiwn trong các đề tài tiếp theo

4.2 Phạm vi và phương hướng mở rộng đề tài

Mạch có thể hiển thị trên LCD để hiển thị lại các kết quả đã lưu

Mạch này có thể phát trển thành mạch vừa bấm giây vừa hiển thị giờ cũngnhư ngày, tháng, năm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Thị Cầm, 2007 Cấu Kiện Điện Tử, Hà Nội: Nhà xuất bản Học viện công nghệ bưu chính viễn thông

[2] Ts.Hồ Khánh Lâm, 2008 Kỹ thuật vi xử lý, Hà Nội: Nhà xuất bản Học viện công nghệ bưu chính viễn thông

[3] Phạm Hùng Kim Khánh, 2010 Vi điều khiển, Đà Nẵng: Trường Đại học bách khoa Đà Nẵng

[4] Gs Phạm Văn Ất, 2006 Kỹ thuật lập trình C cơ sở và nâng cao, Hà Nội: Nhà xuất bản Giao thông vận tải Hà Nội

[5] Trần Nhật Khải Hoàn, 2010 Thực tập vi điều khiển MSC-51, trường Đại học Cần Thơ

[6] Nguyễn Trung Lập Giáo trình kỹ thuật số, trường Đại học Cần Thơ

Tài liệu tham khảo thông qua nguồn internet.

[7] http //www.dientuvienthong.net/diendan/

[8] http://www.dientuvietnam.net/forums/forum.php

[9] http://www.alldatasheet.com/