Ngày nay, vi điều khiển đã trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Ví dụ quanh ta có rất nhiều sản phẩm từ vi điều khiển như lò vi sóng, nồi cơm điện, điều hòa, điện thoại di động, ô tô, máy bay, tàu thủy, các đầu đo, cơ cấu chấp hành thông minh, robot v.v... ta có thể thấy hiện nay vi điều khiển có mặt ở mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta. Qua môn học Vi Điều Khiển, chúng em đã hiểu thêm về các ứng dụng của vi điều khiển trong thực tế, về đặc điểm, tính ưu việt cũng như tính ứng dụng của chúng đối với con người. Với mong muốn làm rõ các kiến thức đã học và giới thiệu các ứng dụng cơ bản của vi điều khiển, nhóm chúng em đưa ra mô hình thiết kế đồng hồ thời gian thực – một sản phẩm rất quen thuộc và cần thiết trong đời sống. Do thời gian thực hiện và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót trong quá trình thực hiện đề tài, rất mong được sự bổ sung đóng góp của các thầy cô và các bạn. Đồ án gồm 3 chương chính như sau: CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông Bộ môn Vi Điều Khiển, cảm ơn cô Dương Tuấn Quang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em thực hoàn thành đề tài này.
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ============================ ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ Lớp: CCVT07A SVTH: LÊ MINH TOẢN TRẦN NGỌC BẢO GVHD: DƯƠNG TUẤN QUANG Đà Nẵng, tháng 12 năm 2016 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, vi điều khiển trở nên phổ biến đóng vai trò quan trọng đời sống người Ví dụ quanh ta có nhiều sản phẩm từ vi điều khiển lò vi sóng, nồi cơm điện, điều hòa, điện thoại di động, ô tô, máy bay, tàu thủy, đầu đo, cấu chấp hành thông minh, robot v.v ta thấy vi điều khiển có mặt lúc nơi sống Qua môn học Vi Điều Khiển, chúng em hiểu thêm ứng dụng vi điều khiển thực tế, đặc điểm, tính ưu việt tính ứng dụng chúng người Với mong muốn làm rõ kiến thức học giới thiệu ứng dụng vi điều khiển, nhóm chúng em đưa mô hình thiết kế đồng hồ thời gian thực – sản phẩm quen thuộc cần thiết đời sống Do thời gian thực kiến thức hạn chế nên nhiều sai sót trình thực đề tài, mong bổ sung đóng góp thầy cô bạn Đồ án gồm chương sau: CHƯƠNG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện Tử Viễn Thông- Bộ môn Vi Điều Khiển, cảm ơn cô Dương Tuấn Quang tận tình hướng dẫn giúp đỡ em thực hoàn thành đề tài Trân trọng chân thành cám ơn! SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang i ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang MỤC LỤC ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 24 SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ii ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2 Khối nguồn Hình 2.3 Khối điều khiển trung tâm Hình 2.4 Khối hiển thị .6 Hình 2.5 Khối nút bấm Hình 2.6 Hình ảnh LCD Bảng 2.1 Chức chân LCD: Hình 2.7 Hình ảnh tụ điện Hình 2.8 Dạng điện trở thiết bị điện tử Hình 2.9 Nút bấm Hình 2.10 Thạch anh 10 Hình 2.11 Trở băng 10 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 12 Hình 3.2 Mạch vẽ orcad 13 Hình 3.3 Mô hệ thống 20 Hình 3.4 Mạch thi công thực tế mặt trước .20 Hình 3.5 Mạch thi công thực tế mặt sau 21 SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang iii ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang CHƯƠNG PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 1.1 Khảo sát phân tích toán Đồng hồ công cụ để đo đạc mốc thời gian nhỏ ngày, hay dùng phục vụ môn điền kinh Những loại đồng hồ dùng kĩ thuật thường có độ xác cao cấu tạo phức tạp Trong đó, người ta tạo loại đồng hồ nhỏ để dễ dàng mang theo bên (gọi đồng hồ đeo tay) 1.1.1 Cách hiển thị thời gian loại đồng hồ • Đồng hồ cơ: Đồng hồ thể thời gian sử dụng góc Mặt đồng hồ có số từ đến 12 sử dụng kim để phút Từ số đến số kế cận phút (đối với kim phút), (đối với kim giờ) hay giây (đối với kim giây) Một loại đồng hồ khác sử dụng đồng hồ mặt trời Nó hoạt động nhờ theo dọi thường xuyên ánh sáng Mặt Trời, người ta theo dõi cách nhìn bóng chúng • Đồng hồ điện tử: Đồng hồ điện tử sử dụng hệ thống số để thể thời gian Thông thường có cách thể hiện: • 24 để đếm từ 00-23 • 12 với kí hiệu AM / PM (chủ yếu Mĩ) Những đồng hồ điện tử sử dụng hình Led hay LED, ống catode để thể hình ảnh số Khi đồng hồ điện tử thay pin, chúng thường "quên" liệu thời gian trước • Đồng hồ âm thanh: Để tiện lợi hơn, có số đồng hồ sử dụng âm để bào hiệu Âm sử dụng ngôn ngữ tự nhiên (Bây mười tám hai mươi phút) hay mã (số tiếng chuông báo hiệu số giờ) • Đồng hồ chữ: Loại đồng hồ thời gian dạng chữ Nếu đồng hồ điện tử đọc số 18:20 đồng hồ chữ, đọc "Mười tám hai mươi phút" 1.1.2 Mục đích Đồng hồ treo tường dùng nhà văn phòng, đồng hồ đeo tay mang tay, loại đồng hồ lớn đặt nơi công cộng (nhà thờ hay bến xe) Hầu hết máy tính điện thoại di động có góc hình hiển thị Tuy nhiên, đồng hồ lúc sử dụng để hiển thị thời gian Nó sử dụng để điều khiển vật theo thời gian, hay dùng để đo thời gian vật muốn đo Ví dụ đồng hồ chuông dùng làm chuông báo tiết học, hay đồng hồ bấm điền kinh SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang Máy tính sử dụng tín hiệu đồng hồ để đồng trình xử lý (mặc dầu có số nghiên cứu xử lí không đồng bộ) Máy tính lưu trữ thời gian để báo hiệu để hiển thị thời gian Bên máy tính có đồng hồ nuôi pin Máy tính hoạt động đồng hồ máy bị chết khởi động máy lại, đồng hồ máy tính khởi động lại Thời gian khái niệm môn vật lý Do đó, chế tạo dụng cụ đo thời gian xác có ý nghĩa quan trọng thí nghiệm 1.2 Lựa chọn giải pháp 1.2.1 Giải pháp công nghệ Qua phân tích trên, em đưa giải pháp xây dựng đồng hồ thể thao Đếm từ IC ATMEGA328, chạy hiển thị thời gian liên tục, lưu thời gian kiểm tra thời gian vật muốn đếm thời gian xác 1.2.2 Giải pháp thiết kế Việc lựa chọn giải pháp thường xem xét nhiều phương diện quan trọng giải pháp có khả thi không? Có phù hợp với với thực tế thỏa mãn yêu cầu kinh tế? Đồng hồ thể thao với não điều khiển ATMEGA328 linh kiện khác: Bộ hiển thị trỏ LCD, trở thanh, transistor… - ATMEGA328 có ưu điểm: tính tốc độ đáp ứng yêu cầu kĩ thuật ứng dụng không đòi hỏi cao;giá thành thấp họ vi điều khiển khác; có hỗ trợ lập trình điều khiển hợp ngữ C - Trở thanh: thường dùng cần nhiều điện trở giống nhau, yêu cầu thiết kế cho gọn - LCD với ưu điểm hiển thị rõ ràng dễ đọc - Transistor: thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Vì giải pháp thiết kế đồng hồ thể thao dùng linh kiện có nhiều ưu so với giải pháp khác Đồng thời đảm bảo yêu cầu kinh tế 1.2.3 Các yêu cầu Với sản phẩm đồng thể thao đòi hỏi yêu cầu: - Hiển thị thời gian: giây, chục giây, phút, chục phút, giờ, chục - Đảm bảo thời gian dừng - Khả thực thi: Thời gian đáp ứng, độ xác… - Đảm bảo kích thước trọng lượng cho phép - Độ an toàn, khả chống lại phá hoại hay xâm nhập… 1.2.4 Giới hạn cho hệ thống - Sử dụng nguồn điện 5V - Làm việc liên tục - Kích thước phù hợp với người sử dụng SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang - Hệ thống nhỏ gọn - Làm việc điều kiện môi trường bình thường SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ tổng quát Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống • Khối nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống • Khối tạo thời gian: lưu trữ thời gian thực, thời gian cài đặt • Khối xử lý: dùng vi điều khiển ATMEGA328 để lấy liệu từ khối thời gian thực, lưu trữ đưa khối hiển thị nhận tín hiệu từ khối giao tiếp • Khối hiển thị: lấy tín hiệu từ vi điều khiển, thực giao tiếp với vi điều khiển để hiển thị ngày • Khối điều khiển: khối bàn phím, thực cài đặt để vi điều khiển lưu liệu vào khối thời gian 2.2 Các module hệ thống 2.2.1 Khối nguồn Đây module dùng để tạo nguồn điện áp chuẩn +5 Đầu vào điện áp xoay chiều sau biến đổi qua máy biến áp, đưa vào Diode cầu dòng điện chiều (lúc điện áp nằm khoảng từ 7->10V) Sau qua hệ thống khác tạo nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch Hình 2.2 Khối nguồn SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang 2.2.2 Khối điều khiển trung tâm - Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển ATMEGA328, qua chương trình lập trình nạp cho chip, vi điều khiển điều khiển việc đọc, ghi thời gian thực, hiển thị thời gian lên LCD - Bộ RESET có tác dụng đưa vi điều khiển trạng thái ban đầu Khi nút Reset ấn điện áp +5V từ nguồn nối vào chân Reset vi điều khiển chạy thẳng xuống đất lúc điện áp chân vi điều khiển thay đổi đột ngột 0, VĐK nhận biết thay đổi khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống Hình 2.3 Khối điều khiển trung tâm 2.2.3 Khối hiển thị Sử dụng trỏ LCD , hiển thị thời gian linh hoạt, hiển thị nhiều ký tự, giúp cho việc quan sát thời gian đồng hồ chạy bình thường lúc cài đặt trực quan linh hoạt SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang Hình 2.4 Khối hiển thị 2.2.4 Khối giao tiếp phím bấm Gồm nút ấn, nút reset, nút stop Khi ấn nút chân vi điều khiển nối với phím bấm đưa điện áp xuống đất lúc điện áp chân vi điều khiển làm cho vi điều khiển nhận biết thay đổi thực lệnh cần điều khiển Hình 2.5 Khối nút bấm SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang Hình 2.10 Thạch anh 2.3.7 Trở băng Thường dùng cần nhiều điện trở giống nhau, yêu cầu thiết kế cho gọn Hình 2.11 Trở băng 2.3.8 Transistor Thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Hình 2.12 Transistor SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang 10 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang 2.3.9 Điôt Điốt loại linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà không theo chiều ngược lại Hình 2.13 Điôt SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang 11 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng Hệ thống gồm khối phân tích chương hai, ta có sơ đồ nguyên lý sau: Trên sở sơ đồ nguyên lý, vẽ mạch in Orcad có kết sau: Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang 12 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang Hình 3.2 Mạch vẽ orcad 3.2 Thiết kế phần mềm Chương trình: #include #include // initialize the library with the numbers of the interface pins LiquidCrystal lcd(7,6, A0,A1,A2,A3); #define del 200 const byte DS1307 = 0x68; const byte NumberOfFields = 7; int second, minute, hour, day, wday, month, year; String gioGiac; String ngayThang; char *ngayT=" "; int change=0; const int menu = 3; const int tang = 4; const int giam = 5; int buttonTangStt=0; int buttonGiamStt=0; int menuStt=0; int te=0; SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang 13 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang ///// void setTime(int hr, int min, int sec, int wd, int d, int mth, int yr); void readDS1307(); void editTime(String ex,int time,char max); void menuSelect(); void set(); int a=0; void setup() { pinMode(menu, INPUT_PULLUP); pinMode(tang,INPUT_PULLUP); pinMode(giam,INPUT_PULLUP); Wire.begin(); /* cài đặt thời gian cho module */ // setTime(23, 59, 45, 1, 8, 2, 15); // 12:30:45 CN 08-02-2015 Serial.begin(9600); // set up the LCD's number of columns and rows: lcd.begin(16, 2); // Print a message to the LCD // lcd.print("hello, anhxthangdang"); readDS1307(); } void loop() { menuStt = digitalRead(menu); if(menuStt == LOW){ change++; delay(350); lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" "); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(" "); if(change==8){ change=0; setTime(hour,minute,second,wday,day,month,year); } // luu thoi gian } if(change==0){ readDS1307(); lcd.setCursor(4,0); lcd.print(gioGiac); lcd.setCursor(1,2); lcd.print(ngayThang); //lcd.setCursor(4,2); //lcd.print(ngayT); SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang 14 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang delay(400); } else set(); } // print the number of seconds since reset: // lcd.print(millis() / 1000); void set(){ // set thu if(change==1){ String thu="thu "; if(wday==1)thu=thu+ "cn"; else thu = thu + wday; thu= thu + " "; lcd.setCursor(0,0); lcd.print(thu); buttonTangStt = digitalRead(tang); buttonGiamStt = digitalRead(giam); if(buttonTangStt == LOW){ if(wday>=7) wday=1; else wday++; } if(buttonGiamStt == LOW){ if (wday=31) day=1; else day++; } if(buttonGiamStt == LOW){ if (day11) month=1; else month++; } if(buttonGiamStt == LOW){ if (month98) year=0; else year++; } if(buttonGiamStt == LOW){ if (year=23) hour=0; else hour++; SVTH: Châu Ngoc Bảo Trang 16 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Dương Tuấn Quang } if(buttonGiamStt == LOW){ if (hour=59) minute=0; else minute++; } if(buttonGiamStt == LOW){ if (minute=59) second=0; else second++; } if(buttonGiamStt == LOW){ if (second