Đồ án môn học thiết kế đồng hồ số giao tiếp LCD sử dụng PIC

Đồ án môn học thiết kế đồng hồ số giao tiếp LCD sử dụng PIC là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)

TUYỂN TẬP TÀI LIỆU HAY, BÀI TẬP, GIÁO TRÌNH, BÀI GIẢNG, ĐỀ THI

PHỔ THÔNG, ĐẠI HỌC, SAU ĐẠI HỌC LUẬN VĂN-KHOÁ LUẬN-TIỂU LUẬN NHIỀU LĨNH VỰC KHOA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ GIAO TIẾP LCD

SỬ DỤNG PIC

Mục Lục

Lời mở đầu 2

Giới thiệu chung 2

Công cụ sử dụng 2

Nội Dung 2

1 Đặc tính sản phẩm 2

2 Đặc tính kĩ thuật 3

a) Nút nhấn 3

b) Vi xử lý PIC16F877A 4

c) Khối hiển thị 6

d) Khối nguồn 6

e) Các thành phần khác 6

f) Yêu cầu 6

3 Đặc tính phần cứng 7

a) Sơ đồ mô phỏng và sơ đồ khối mạch 7

b) Nguyên lý hoạt động cơ bản 9

4 Đặc tính phần mềm……… ………9

a) Đồng hồ sẽ hoạt động như thế nào? 9

b) Cách tạo bộ đếm thời gian 10

c) Sơ đồ khối và các hàm quan trọng 14

5 Đặc tính kiểm tra 22

a) Mô phỏng mạch trên Proteus 8.0 22

b) Thiết kế mạch in và kết quả thực tế 23

6 Kết luận 24

Hướng Phát Triển 25

Tham Khảo 25

Lời mở đầu

Ngày nay,khoa học công nghệ và kỹ thuật đang đóng một vai trò quan trọng trong đời sốngcon người Bên cạnh đó, thời gian luôn trở thành một tài sản quý giá mà bất kì ai cũng mongmuốn được tận dụng một cách tối đa Tuy nhiên, việc quản lý thời gian một cách hiệu quả vẫn làmột trong những vấn đề nan giải cần được giải quyết một cách triệt để và đây là một đề tài mànhóm luôn muốn tìm cách giải quyết Kết hợp với kiến thức thiết kế và lập trình hệ thống nhúng,nhóm đã quyết định lựa chọn đề tài “Thiết kế đồng hồ số bằng vi xử lý PIC16F877A”

Đề tài này được thực hiện trong khoảng thời gian 4 tháng với sự hỗ trợ của những kiến thức

về lập trình C, thiết kế và mô phỏng mạch Hơn thế nữa, nhóm cũng tận dụng những khả năngcủa vi xử lý PIC16F877A để giải quyết những vấn đề phát sinh trong quá trình thực hiện Kếtquả nhận được là khả quan khi thành phẩm có thể hiện thị thời gian một cách chi tiết và có thểđược điều chỉnh thông qua các nút nhấn Trong tương lai, sản phẩm này hoàn toàn có thể đượcphát triển xa hơn với các tính năng mới hơn như báo thức, thiết lập lịch làm việc… nhằm đápứng nhu cầu quản lý thời gian mà mỗi người mong muốn

Giới thiệu chung

Bài báo cáo trình bày mạch đồng hồ hiển thị thời gian thông qua việc sử dụng ngôn ngữ lậptrình C trên PIC C Compiler và những kiến thức cơ bản về thiết kế hệ thống nhúng Trước hết,bài báo cáo sẽ trình bày về những đặc tính cơ bản của sản phẩm Nhìn chung, mạch được tạothành từ các thành phần linh kiện khá phổ biến trong việc thiết kế hệ thống nhúng như vi xử lýPIC16F877A, màn hình LCD, nút nhấn cùng với các linh kiện cơ bản như điện trở, tụ điện…Ngoài ra, bài báo cáo này cũng trình bày về cách thức mô phỏng bằng Proteus cũng như thiết

kế mạch in thông qua ứng dụng Orcad, trong đó, việc thiết kế mạch in đóng vai trò quan trọnghơn hết khi chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào yếu tố này Tiếp theo, sơ đồ khối cơ bản cùngvới những thuật toán dành cho sản phẩm sẽ được giới thiệu Về cơ bản, mạch đồng hồ này sửdụng Timer0 của vi xử lý PIC để tạo bộ đếm 1 giây cho các thành phần khác hoạt động Thêmvào đó, thuật toán dành cho màn hình LCD và nút nhấn cũng được chú trọng kĩ càng khi nhữngphần này đóng vai trò quan trọng trong việc khẳng định hiệu năng của thiết bị

Sản phẩm được thiết kế là đồng hồ điện tử có khả năng hiển thị thời gian Cụ thể hơn, mạch

có khả năng hiển thị thời gian với các thông số: ngày – tháng – năm và giờ - phút – giây Ngoài

ra, người dùng có thể thực hiện việc điều chỉnh các thông số này thông qua các nút nhấn

Để thực hiện được các tính năng trên, sản phẩm sử dụng giao tiếp với màn hình LCD để hiểnthị thời gian cùng với bộ định thì timer0 trong chip xử lý PIC16F877A để tạo bộ đếm giây.Ngoài ra, như đã đề cập ở trên, sản phẩm có sử dụng các nút nhấn để nhập thông tin về thời gian

mà người dùng mong muốn Sau khi hoàn thành quá trình nhập, thời gian sẽ được hiển thị phùhợp với yêu cầu của người dùng

2 Đặc tính kĩ thuật:

3

Hình 1: Sơ đồ hoạt động tổng quát

Sản phẩm sử dụng đầu các thành phần linh kiện sau đây để thực hiện chức năng:

a Nút nhấn:

Trong mạch thiết kế, sản phẩm sử dụng ba nút nhấn với tên gọi lần lượt là SET TIME, UP vàDOWN Mỗi nút nhấn có từng chức năng riêng biệt như sau:

 SET TIME: thiết lập thời gian cho từng thông số hiển thị trên đồng hồ

 UP: tăng giá trị của thông số đang tùy chỉnh lên 1 với giờ phút giây, tháng năm và tangthứ tự ngày trong tuần

 DOWN: giảm giá trị thông số đang tùy chỉnh xuống 1 với giờ phút giây, tháng, năm vàgiảm thứ tự ngày trong tuần

Hệ thống nút nhấn:

Hiển thị thời gian

Tạo xung

b Vi xử lý PIC16F877A:

Hình 2: Sơ đồ chân Vi xử lý PIC16F877A

Về cơ bản, PIC là viết tắt của Programmable Intelligent Computer,do hãng GeneralInstrument đặt tên cho sản phẩm xử lý đầu tiên của họ Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều họ

vi điều khiển như 8051, ARM, v.v nhưng họ vi điều khiển PIC được ưa chuộng vì rất nhiều lýdo:

 Họ vi điều khiển này dễ dàng tìm thấy tại thị trường Việt Nam

 Giá thành phù hợp với nhu cầu học hỏi của sinh viên

 Có đầy đủ tính năng của một vi điều khiển hoạt động độc lập

 Là sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tínhtruyền thống như 8051.

Ngoài ra, sự hỗ trợ của các nhà sản xuất về trình biên dịch (PIC C Compiler, MickroC), cáccông cụ lập trình, nạp chương trình dành cho họ sản phẩm này khá đa dạng, chính vì thế PIC làmột lựa chọn hoàn hảo để xây dựng mô hình sản phẩm

Cụ thể hơn, PIC16F877A có tập lận gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thựcthi trong một chu kì xung clock Tốc độ tối đa cho phép là 20MHz với một chu kì lệnh là 200ms

Bộ nhớ chương trình 8k x14 bit, bộ nhớ dữ liệu là 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROMvới dung lượng là 258 x 8 byte Sổ PORT I/O là 5 với 33 chân I/O

Hình 3: Sơ đồ khối Vi xử lý PIC16F877A

Ngoài ra, các đặc tính ngoại vi của sản phẩm này bao gồm các khối chức năng sau:

 Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

 Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xungclock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ ngủ

 Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

 Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ xung

 Các chuẩn giao tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

 Chuẩn giao tiếp nối USART với 9 địa chỉ bit

 Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS

ở bên ngoài

Ngoài ra, chúng ta cũng có thể nhắc tới các đặc tính Analog như sau:

 8 kênh chuyển đổi ADC 10bit

 Hai bộ so sánh

 Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100,000 lần

 Bộ nhớ EEPROM với khả năng xóa được 1,000,000 lần

 Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

 Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

 Watchdog Timer với bộ dao động trong

 Chức năng bảo mật mã chương trình

nhấn

f Yêu cầu:

Mạch hoạt động một cách hiệu quả khi thời gian hiển thị phù hợp với thời gian chuẩn theogiờ GMT Để thực hiện được điều này, ta cần tạo được bộ đếm thời gian một giây để đồng hồhoạt động Ngoài ra, người dùng hoàn toàn có thể điều chỉnh thời gian theo ý mình muốn cũngnhư có thể xóa tất cả các thiết lập ban đầu để thiết lập mới hoàn toàn Hơn nữa, sản phẩm cũngphải có giao diện thiết kế đẹp, dễ nhìn và cuốn hút

4 Đặc tính phần cứng:

a Sơ đồ mô phỏng và sơ đồ khối mạch:

Trước tiên, quá trình mô phỏng được thực hiện để kiểm tra hoạt động của mã nguồn chươngtrình Sơ đồ mô phỏng mạch được thiết kế như sau:

Hình 5: Sơ đồ mạch mô phỏng bằng Proteus

Sau đó, để thực hiện sản phẩm, mạch được thiết kế với mô hình nguyên lý hoạt động sau đây:

Hình 6: Sơ đồ hoạt động của mạch

Vi xử lý PIC16F877A có tần số là 4 MHz Ngoài ra, mạch sử dụng bộ định thì timer0 để tạo

bộ đếm 1 giây cho đồng hồ Hơn nữa, mạch nhận thông tin điều chỉnh thời gian thông qua cácnút nhấn và thông tin đầu vào được đưa vào cổng E Thông tin đầu ra sử dụng cổng D để hiển thịlên LCD

Hình 7: Sơ đồ khối hiển thị LCD

Khối LCD sử dụng trong mạch là LCD 16 chân: trong đó, mạch sử dụng các chân 1, 2, 3, 4,

5, 6, 11, 12, 13, 14, 15, 16 để hiển thị thời gian Ngoài ra, thành phần này được tích hợp thêmmột biến trở để điều khiển độ sáng màn hình

Thạch anh với tần số 4MHz và thành phần này kết hợp với 2 tụ 22pF để đưa vào chân số 13OSC1/CLKIN và 14 OSC2/CLKOUT tạo xung clock cho đồng hồ

Điện trở sử dụng trong mạch có giá trị là 4.7K, một số tụ kẹo 104 để lọc nhiễu

b Nguyên lý hoạt động cơ bản:

Mạch bắt đầu hoạt động khi được cung cấp nguồn 5V thông qua dây kết nối USB với máytính cá nhân hoặc adapter Khi cấp nguồn cho mạch, vi xử lý PIC16F877A sẽ bắt đầu đếm thờigian Ngoài ra, khi bắt đầu khởi động, các giá trị ban đầu sẽ là 00:00:00 Do đó, để điều chỉnhthời gian, người dùng có thể sử dụng các nút nhấn SET TIME, UP, DOWN Khi đó, mạch sẽ sửdụng thuật toán điều chỉnh thời gian cũng như xác định năm nhuận để thực hiện xác lập thời gianhiển thị

5 Đặc tính phần mềm

a Đồng hồ sẽ hoạt động như thế nào?

Về cơ bản, đồng hồ hiển ghị ngày – tháng – năm và giờ – phút – giây bao gồm các thông sốcùng với tầm hoạt động sau đây:

đó, biến phút sẽ được tăng từ 1 đến 59; khi đó, thông số giờ sẽ được tăng lên 1 và thông số phút

sẽ bắt đầu đến lại bằng 0 Tiếp theo,biến giờ sẽ được đếm từ 1 và khi giá trị này đạt 23, ngày và

số ngày được tăng lên một và giờ sẽ đếm lại với giá trị là 0 Ngoài ra, thông số ngày sẽ được tănglên ở mốc tối đa là 7, ứng với thứ 7 và sau đó giá trị này sẽ bắt đầu lại từ 0 (ứng với chủ nhật).Trong khi đó, thông số số ngày sẽ tăng từ 1 tới 28/29/30/31 với cận trên tương ứng với thángtrong năm hoặc năm nhuận hay không Gỉa sử tháng đang nói tới là tháng 1, 3, 5, 7, 8, 10 hoặc

12 thì số ngày tối đa là 31; tháng hiện tại là 4, 6, 9, 10 hoặc 11 thì số ngày sẽ là 30 Nếu thánghiện tại là tháng 2 năm thường thì số ngày là 28 và tháng 2 năm nhuận là 29 ngày Khi số ngàycủa tháng đạt mức tối đa, giá trị tháng sẽ tăng lên 1 và số ngày sẽ bắt đầu lại từ 0 Cuối cùng,nếutháng hiện tại là 12 thì sau đó, số năm sẽ tăng lên 1 và giá trị tháng bắt đầu lại là 1

b Cách tạo bộ đếm thời gian?

Để đồng hồ hoạt động, ta cần tạo ra một đếm thời gian cũng như cập nhật thời gian để liêntục đếm cũng như hiển thị lên màn hình LCD Có rất nhiều cách thực hiện nhiệm vụ này, trong

đó nổi bật là hai cách thức : sử dụng Real Time Clock IC (IC thời gian thực) hoặc sử dụng Timercủa PIC16F877A Dựa trên yêu cầu của đồ án , phương án thứ hai được lựa chọn để thực hiện

c Sơ đồ khối và các hàm quan trọng.

Để đồng hồ hoạt động, ta sử dụng sơ đồ khối cũng như các đoạn mã sau đây:

Hình 11: Sơ đồ khối chung

Mã nguồn phần main() của chương trình:

Mã nguồn thành phần tạo bộ đếm thời gian cho đồng hồ:

Sơ đồ khối Buttonchecked() – Có tác dụng điều khiển hoạt động khi các nút được nhấn

Hình 12: Sơ đồ khối hàm ButtonChecked

Mã nguồn hàm ButtonChecked()

Hàm Incre_Decre – để tăng giảm giá trị khi nhấn nút UP và DOWN

int8 incre_decre(int8 min_value, int8 value, int8 max_value)

else return (max_value);

} else return value;

}

Hình 13: Hàm Incre_Decre với phần Incre

Hình 14: Hàm Incre_Decre với phần Decre

Sơ đồ khối Date Setting Mode – Hàm Date Setting Mode có tác dụng điều chỉnh ngày cũngnhư thứ trong tuần tương ứng với tháng trong năm

Hình 15: Sơ đồ khối hàm Date Setting Mode

Mã nguồn hàm Date Setting Mode:

Sơ đồ khối và mã nguồn hàm Time setting mode – Hàm có chức năng điều chỉnh thời gian hiển thị tương ứng với từng ngày trong tuần.

Hình 16: Sơ đồ khối hàm Time Setting Mode

case 4:date_setting_mode(); break;

case 5:while (!set_time_button) {month =

6 Đặc tính kiểm tra

Quá trình kiểm tra bao gồm việc mô phỏng mạch trên ISIS Proteus, thiết kế mạch in cũngnhư thực hiện mạch trên thực tế:

a Mô phỏng mạch trên Proteus 8.0:

Hình 17: Sơ đồ mạch mô phỏng trên Proteus

Ta tiến hành kiểm tra lần lượt từng chế độ xem có đúng yêu cầu đặt ra không và chỉnh sửacode cho phù hợp

b Thiết kế mạch in và kết quả thực tế:

Hình 18: Sơ đồ mạch in, thiết kế bằng Layout trên Orcad

Hướng Phát Triển

Sản phẩm trên đã đáp ứng yêu cầu của đồ án khi thực hiện tốt chức năng hiển thị thời gian.Tuy nhiên, sản phẩm hoàn toàn có thể phát triển lên một mức cao hơn với các tính năng cơ bảnsau đây:

 Hoạt động độc lập trên nguồn pin hoăc trên nguồn pin

 Hẹn giờ báo thức với mạch chuông bổ sung

 Hiển thị thông tin về ngày âm lịch

 Cài đặt lịch làm việc

Tham Khảo

Bài báo cáo có sử dụng thông tin từ nguồn sau đây:

[1] Thông tin vi xử lý PIC16F877A trên trang web www.microchip.com

[2] Tài liệu giảng dạy thiết kế hệ thống nhúng PIC16F877A của thầy Trương Quang Vinh

[3] Một số trang web hỗ trợ: www.dientuvietnam.net , www.payitforward.edu.vn