mạch đồng hồ hiển thị thời gian thực sử dụng atmega16

AVR Atmega16 là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng là nhà sản xuất dòng vi điều khiển 89C51). AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúc tập lệnh đơn giản hóaRISC (Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lý. AVR Atmega16 so với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng như không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch anh). Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vài điện trở là có thể làm được. một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằng bootloader không cần mạch nạp. Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C.

BÁO CÁO THỰC TẬP DOANH NGHIỆP

NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Đề tài: Tìm hiểu phần mềm Altium, thiết kế mạch đồng hồ hiển thị thời gian thực trên

LỜI MỞ ĐẦU

Với mong muốn hoàn thiện cho bản thân những kiến thức để đápứng tốt cho công việc trong tương lai, em xác định là cần phải hiểubiết cả về lý thuyết và thực hành Trong suốt quãng thờigian nghiêncứu, học tập trên giảng đường về cơ bản lý thuyết em đã được trang

bị đầy đủ Nhưng thực tại cho thấy giữa lý thuyết và thực hành có rấtnhiều điểm khác nhau, nếu chỉ nắm vững lý thuyết mà không có thựchành thì kết quả sẽ không tốt hoặc đi chệch hướng Nhận thức đượcđiều đó, em thấy được tầm quan trọng của quá trìng thực tập Tronggiai đoạn thực tập sẽ trang bị cho em những kiến thức thực tế Vìđược quan sát trực tiếp, được thực hành công việc … Từ đó em sẽ cóthêm kiến thức để hỗ trợ cho các vấn đề lý thuyết đã được học Hơnnữa từ thực tế ở công ty sẽ trang bị thêm cho em những kinh nghiệmquí báu trong công việc mai sau

Qua tìm hiểu được biết Công Ty giải pháp công nghệ CNC miềnbắc là đơn vị đã trải qua hơn mười năm xây dựng sản xuất kinhdoanh với biết bao thăng trầm, Công ty đã từng bước đi lên vớinhững bước đi vững trãi trong thời kì đổi mới, tích cực tham gia vàocác quan hệ kinh tế trong nước và quốc tế, đóng góp tích cực vàonhiệm vụ xây dựng binh chủng và nền quốc phòng vững mạnh Được

sự giúp đỡ tận tình của phòng Tổ Chức Lao Động, phòng Tài Chínhcủa Công ty cùng với sự giúp đỡ của anh Đinh Văn Huy, em đã trìnhbày báo cáo tổng hợp tại công ty giải pháp công nghệ CNC miền bắc.Tuy nhiên với hạn chế về trình độ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án báo cáo thực tập này trước hết em xinchân thành cảm ơn Ban Lãnh Đạo cùng các anh (chị) cán bộ, côngnhân viên công ty giải pháp công nghệ CNC miền bắc đã tạo điềukiện thuận lợi cho em được tìm hiểu thực tiễn trong suốt quá trìnhthực tập tại công ty

Đặc biệt, em xin gửi đến anh Đinh Văn Huy người đã tận tìnhhướng dẫn em trong suốt quá trình thực tập lời cảm ơn sâu sắc nhất

Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên hướng dẫnthầy Hoàng Thế Phương đã theo sát và giúp đỡ em hoàn thành đồ

án báo cáo thực tập này

Đồng thời nhà trường đã tạo cho em có cơ hội được thực tập nơi

mà em yêu thích, cho em bước ra đời sống thực tế để áp dụng nhữngkiến thức mà các thầy cô giáo đã giảng dạy Qua công việc thực tậpnày em nhận ra nhiều điều mới mẻ và bổ ích hơn Trong quá trìnhthực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập, khótránh khỏi sai sót, rất mong các thầy, cô bỏ qua Đồng thời do trình

độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báocáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ýkiến đóng góp thầy, cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và

sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáo tốt nghiệp sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT 5

A TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY TNHH GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CNC MIỀN BẮC 6

B NỘI DUNG BÁO CÁO 8

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU PHẦN MỀM ALTIUM 8

1.1 Giới thiệu về phần mềm Altium 8

1.2 Cấu hình và cài đặt 8

1.3 Môi trường vẽ và thiết kế trong Altium Designer 13

1.3.1 Các vùng và khối chức năng 13

1.3.2 Altium Designer Project 13

1.3.3 Workspace Panel 15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 19

2.1 Đặt vấn đề 19

2.2 Một số linh kiện sử dụng trong mạch 19

2.2.1 Vi điều khiển Atmega16 19

2.2.2 IC thời gian thực DS1307 21

2.2.3 Thạch anh 22

2.2.4 Led 7 đoạn Anode chung 22

2.2.5 Điện trở 23

2.2.6 Transistor 24

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN MẠCH PHẦN CỨNG 26

3.1 Thiết kế mạch phần cứng 26

3.1.1 Mạch nguyên lí 26

3.1.2 Mạch in 27

3.1.3 Kết quả thực hiện 28

3.2 Sơ đồ điều khiển 29

DANH MỤC THAM KHẢO 31

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH Hình A.2: Mô hình tổ chức công ty……….7 9

9

10

10

11

11

12

12

13

17

19

23

24

24

25

26

27

27

28

29

KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

PCB Projects

(Printed circuit board)

Project mạch in, quản lí các tài liệu liên quan đến

vẽ và thiết kế mạch in (bản vẽ nguyên lí, bản vẽmạch in, danh sách linh kiện,…)

FPGA Projects Quản lí các bản vẽ, các công cụ lập trình FPGA

(Field programmable gate array) Đề cập đến việc điều khiển bằng máy tính cácmáy móc với mục đích sản xuất

A TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY TNHH GIẢI PHÁP CÔNG

Hình A.1: Công ty TNHH giải pháp công nghệ CNC miền bắc

Được thành lập năm 2014, đến nay công ty đã mở rộng không ngừng với trụ sởchính, xưởng sản xuất tại Hà Nội chuyên sản xuất các loại máy tự động hóa, máy CNCcho ngành gỗ, CNC cho ngành quảng cáo, máy CNC laser, kinh doanh các loại máyphục vụ cho ngành cơ khí …Máy CNC Plasma cho ngành cơ khí với cấu hình máytiêu chuẩn hoặc các sản phẩm riêng biệt đặc thù và cung cấp các linh kiện dành riêngcho dòng máy trên Đội ngũ nhân viên của công ty là những người trẻ trung, nhiệt

huyết; giỏi về chuyên môn giàu về kinh nghiệm Công ty sở hữu những nhân viên ưu

tú, tốt nghiệp các trường đại học lớn như Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Đại học côngnghệ giao thông vận tải …Chính điều đó đã và đang góp phần tạo nên một CNC Miềnbắc lớn mạnh và thịnh vượng và luôn mong muốn được phục vụ quý khách hàng ngàymột chu đáo, tận tình, mang đến cho quý khách hàng những sản phẩm tốt nhất

Công ty đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm, sáng tạo ra những mẫu mãmới, phù hợp và đón trước được nhu cầu của thị trường, phục vụ kịp thời sự phát triểncủa cuộc sống hiện đại

Nhiệm vụ:

Sứ mệnh của chúng tôi là thiết kế và sản xuất ra những sản phẩm với công nghệhàng đầu (Leading Advance Technology)

Một số lĩnh vực chính:

- Tư vấn máy tính, và quản trị hệ thống máy tính

- Sửa chữa các thiết bị điện, điện tử

- Hoạt động dịch vụ công nghệ thông tin và các dịch vụ khác liênquan đến máy tính

- Buôn bán máy móc, thiết bị và phụ tùng máy nông nghiệp

III Mô hình tổ chức

Hình A.2: Mô hình tổ chức công ty

B NỘI DUNG BÁO CÁOCHƯƠNG 1: TÌM HIỂU PHẦN MỀM ALTIUM 1.1 Giới thiệu về phần mềm Altium

Altium Designer trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trongnhững công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay Được phát triển bởi hãng AltiumLimited Altium designer là một phần mềm chuyên nghành được sử dụng trong thiết

kế mạch điện tử Nó là một phần mềm mạnh với nhiều tính năng thú vị bên cạnh vớicác phần mềm thiết kế mạch khác như orcad hay proteus

Altium Designer có một số đặc trưng sau:

 Giao diện thiết kế, quản lí và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch,quản lífile, quản lí phiên bản cho các tài liệu thiết kế

 Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động theo thuật toán tối ưu,phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửamạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới

 Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các thông tin linh kiện,netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới

 Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn chỉnh bao gồm tất cảcác linh kiện nhúng, số, tương tự,…

 Đặt và sửa đổi đối tượng trên các lớp cơ khí,định nghĩa các luật thiết kế, tùychỉnh các lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trênPCB

 Mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong khônggian 3 chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD,liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểmtra khoảng cách cách điện, cấu hình cho cả 2D và 3D

 Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại

Từ đó chúng ta thấy phần mềm Altium desgin có nhiều điểm mạnh so với cácphần mềm khác như đặt luật thiết kế, quản lí đề tài mô phỏng dễ dàng, giao diện thânthiện

Hình 1.1: Phần mềm Altium DesignerBước 1: Kích đúp vào file “Altium Designer 17.0.7.iso” để mount vào ổ đĩa ảo > chạyfile “AltimDesignerSetup_17_0_7.exe”

Hình 1.2 File lưu phần mềm vừa tải vềBước 2: Màn hình thông báo,chọn “Yes” Sau đó ấn “Next”

Hình 1.3 Giao diện bắt đầu cài đặt Altium DesignerBước 3: Chọn ngôn ngữ ại mục “Select Language” > tích vào “ I accept theagreement” > “Next”.

Hình 1.4 Chọn ngôn ngữ cài đặtBước 4: Chọn các công cụ mà bạn muốn cài đặt > “Next”

Hình 1.5: chọn công cụ cài đặtBước 5: Chọn thư mục cài > “Next”

Hình 1.6 Thư mục càiBước 6: Ấn “Next”

Hình 1.7 Bước cài đặt tiếp theoSau khi quá trình cài đặt hoàn tất > Chọn “Run Altium Designer” > “Finish”

Hình 1.8 Hoàn thành cài đặtSau khi cài đặt xong tiếp tục click vào file “Add satndalone license file và tìm đến ổđĩa ảo > thư mục “License” >”Open” để thêm thư viện cho phần mềm vừa cài đặt

1.3 Môi trường vẽ và thiết kế trong Altium Designer

1.3.1 Các vùng và khối chức năng

Hình 1.9 Môi trường thiết kế của Altium

Edior: Là khu hiệu chỉnh, chỉnh sửa các bản vẽ, thiết kế, câu lệnh lập trình Ứng vớimỗi môi trường thì có một Editor riêng

- Môi trường vẽ mạch nguyên lí: Schematic Editor

- Môi trường vẽ mạch in: PCB Editor

- Môi trường vẽ thư viện nguyên lí”Schematic Lib Editor

- Môi trường vẽ thư viện PCB: PCB Lib Editor

Document Bar: Thanh tiêu đề của các tài liệu đang được mở

Menu Bar: Thanh đơn thực (Với mỗi môi trường khác nhau thì số lượng Menu sẽ thayđổi để phù hợp với môi trường đó)

1.3.2 Altium Designer Project

Project là một thành phần cơ bản và bắt buộc của mọi thiết kế trong Altium DesignProject Project liên kết vời các thành phần thiết kế lại với nhau, bao gồm các thiết kếcủa sơ đồ nguyên lí, thiết kế PCB, danh sách các đường kết nối (netlist), các thư viện,…

Có 6 loại project:

 PCB Projects: Project mạch in, quản lí các tài liệu liên quan đến vẽ và thiết kếmạch in (bản vẽ nguyên lí, bản vẽ mạch in, danh sách linh kiện,…)

 FPGA Projects: Quản lí các bản vẽ, các công cụ lập trình FPGA

 Core Projects: Quản lí các tài liệu liên quan đến lập trình và thiết kế lõi

 Embedded Projects: Quản lí các tài liệu liên quan đến lập trình nhúng

 Script Projects: Quản lí các tài liệu liên quan đến mã lệnh

 Integrated Library: Quản lí các tài liệu thiết kế thư viện (thư viện linh kiệnnguyên lí, thư viện chân linh kiện, thư viện linh kiện 3D)

Hai loại Projects phục vụ cho vẽ và thiết kế các mạch ứng dụng là: PCB Projects vàIntergrated Library

Hình 1.10 Môi trường vẽ và thiết kế mạch in (PCB Editor)

Hình 1.11 Môi trường vẽ và thiết kế thư viện linh kiện nguyên lí (SCH Library)

Hình 1.12 Môi trường vẽ và thiết kế hình dạng và chân linh kiện (PCB Library Editor)

1.3.3 Workspace Panel

Tùy vào môi trường thiết kế mà hệ thống Panel có thể thay đổi số lượng và chức năng

 Panel Library:

Liệt kê các thư viện đã được cài đặt vào môi trường thiết kế (SCH, PCB)

Cho phép chọn, kéo thả linh kiện ra môi trường thiết kế (SCH, PCB)

Hình 1.10 Panel Library

 Panel PCB Library: Dùng trong PCB Library Editor chứa danh sách các linh kiệnPCB trong thư viện:

Hình 1.12 Tên linh kiện PCB được liệt kê trong Panel PCB Library

1.3.4 Một số phím tắt cơ bản trong Altium Design

Ngoài việc sử dụng các chức năng trên giao diện phần mềm thì việc sử dụng các phímtắt sẽ làm cho các thao tác nhanh và chuyên nghiệp hơn

Bảng 1.3: Một số phím tắt cơ bản trong Altium

Trong thiết kế mạch nguyên lí (Schematic)Phím tắt Chức năng

X Quay linh kiện theo trục X

Y Quay linh kiện theo trục Y

Space Xoay linh kiện 90 độ

Shift+Left

Click Copy linh kiện

Shifl+Space Xoay linh kiện 45 độ

CC Biên dịch Project-Kiểm tra các lỗi kết nối,port

DB Lấy linh kiện trong thư viện

DO Thay đổi thông số bản vẽ

DU Update nguyên lí sang mạch in

JC Nhảy đến linh kiện

PB Vẽ đường bus

PN Đặt tên cho đường dây

PO Lấy GND

PT Thêm Text

PW Để di dây nối chân linh kiện

PVN Đánh dấu chân không dùng

TA Mở cửa sổ quản lí đặt tên cho linh kiện

TN Đặt tên tự động cho linh kiện

TS Tìm linh kiện bên mạch in (Chọn khối cần đi dây bên mạch nguyên

lí tồi ắn TS nó sẽ tự động tìm thấy khối đấy bên mạch in

TW Tạo linh kiện mới

TAB T Thay đổi các thông số của mạch

VD Đưa bản vẽ vừa trong khung hình

Trong mạch in(PCB LAYOUT)Phím tắt Chức năng

2 Xem mạch in ở dạng 2D

3 Xem mạch in ở dạng 3D

Q Chuyển đổi đơn vị mil –> mm và ngược lại

P T (Place > Interactive Routing) Chế độ đi dây bằng tay

P L Định dạng lại kích thước mạch in nhấn rồi vào lớp keep out layer vẽđường viền sau đó bôi đen toàn mạch rồi nhấn D S D.PM

P G Phủ đồng

P V Lấy lỗ Via

P R Vẽ đường mạch to, khoảng cách giữa các đường mạch nhỏ

P D D Hiển thị thông tin kích thước PCB (giống như trong Cad có dạng <–

80mm –>)

A A Đi dây tự động

T U A Xóa bỏ tất cả các đường mạch đã chạy

T U N Xóa các đường dây cùng tên

T D R Kiểm tra xem đã nối hết dây chưa sau khi hoàn thành đi dây bằng tay

T E Bo tròn đường dây gần chân linh kiện (Tea Drop – hình giọt nước chođường mạch gần chân linh kiện).

T M Xóa lỗi hiển thị trên màn hình

D K Chọn lớp vẽ (Stack Manager)

D R Để chỉnh các thông số trong mạch như độ rộng của đường dây (Width),khoảng cách 2 – dây (Clearance), cho phép ngắn mạch (Shortcircuit)…

D O Chỉnh thông số mạch, nếu bạn không muốn các ô vuông làm ảnh hưởng

đến viện vẽ mạch thì chuyển line thành dots

D T A Hiển thị tất cả các lớp

D T S Chỉ hiển thị lớp TOP + BOTTOM + MULTI…

C K Mở cửa sổ chỉnh sửa đường dẫn linh kiện

R B Hiển thị thông tin mạch (kích thước, số lượng linh kiện…)

OD

(hoặcCtrl+ D) Hiện thị cửa sổ Configurations (Điều chỉnh ẩn hiện các thành phần)

V B Xoay bản vẽ 180 độ

V F Hiển thị toàn bộ bản vẽ

L Khi đang di chuyển linh kiện lật linh kiện giữa lớp Top và Bottom(Bottom và Top)

L hoặc Ctrl+L Mở View Configuration để điều chỉnh hiển thị các lớp

TAB Hiện cửa sổ thay đổi thông tin khi đang thao tác

Fliped Board Lật ngược mạch in

Ctrl G hoặc G Cài đặt chế độ lưới

Ctrl M Thước đo kích thước mạch

Shift M Kính lúp hình vuông

Shift R Thay đổi các chế độ đi dây (Cắt – Không cho cắt – Đẩy dây)

3D MODEPhím tắt Chức năng

0 Xoay board mạch về hướng nhìn gốc

9 Xoay board 90 độ

2 Chuyển sang chế độ 2D khi trong chế độ 3D View

3 Chuyển sang View 3D khi trong chế độ 2D

SHIFT Đồng thời nhần Shift và Click chuột phải, di chuyển chuột để xoay

chuyển chuột Phóng to – Thu nhỏ

CTRL + C Chụp ảnh góc nhìn hiện tại của board mạch 3D vào Clipboard, để lưu

thành file ảnh bạn cần sử dụng tool như Paint chẳng hạn

T P Mở cửa sổ Preferences

L Mở cửa sổ Configurations – Điều chỉnh các thuộc tính hiển thị

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Đặt vấn đề

Mạch đồng hồ được sử dụng rất phổ biến trong các thiết bị điện tử Để hiểu sâuhơn về cách hoạt động hiện thị thời gian thực và bằng việc tìm hiểu phần mềm thiết kếmạch điện tử Altium ở công ty cùng với kiến thức cơ bản đã học

2.2 Một số linh kiện sử dụng trong mạch

Danh sách các linh kiện sử dụng trong thiết kế mạch:

2.2.1 Vi điều khiển Atmega16

- AVR Atmega16 là một họ vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất (Atmel cũng lànhà sản xuất dòng vi điều khiển 89C51) AVR là chip vi điều khiển 8 bits với cấu trúctập lệnh đơn giản hóa-RISC (Reduced Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúcđang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lý

- AVR Atmega16 so với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặctính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng nhưkhông cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụng AVR, thậm chí không cầnnguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạch anh)

- Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cần vàiđiện trở là có thể làm được một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằngbootloader không cần mạch nạp

- Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C

Các đặc điểm tính năng của Atmega16

- AVR Atmega16 có một số đặc điểm và chức năng cơ bản sau:

+ Có thể sử dụng xung clock đến 16MHz( 16 triệu lệnh trên giây), xung clock nội lênđến 8 MHz

+ Bộ nhớ Flash có thể lập trình lại và dung lượng lớn, SRAM (Ram tĩnh) lớn, và đặcbiệt có bộ nhớ lưu trữ lập trình được EEPROM

+ Nhiều ngõ vào ra (I/O PORT, timer/counter tích hợp PWM.)

+ Các bộ chuyển đối Analog – Digital phân giải 10 bits, nhiều kênh

+ Chức năng Analog comparator

+ Giao diện nối tiếp USART (tương thích chuẩn nối tiếp RS-232)

+ Giao diện nối tiếp Two –Wire –Serial (tương thích chuẩn I2C) Master và Slaver.+ Bộ đếm thời gian thực (RTC) với bộ dao động và chế độ đếm tách biệt