THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LỊCH VẠN NIÊN ĐIỆN TỬ

đồng hồ

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU . 2 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT .5 CHƯƠNG II. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 26 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN . 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 1 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại ngày nay khi nhân loại đang trải qua những bước tiến vượt bậc về khoa học công nghệ,thì nghành điện tử cũng có những bước tiến đặc biệt quan trọng đặc biệt trong lĩnh vực vi điều khiển. Các bộ vi xử lí ngày càng hoàn thiện và phát triển được sử dụng trong hầu hết các hệ thống điều khiển tử động trong công nghiệp, khoa học kỹ thuật, cũng như trong các thiết bị dân dụng. Chính nhờ vai trò chức năng vai trò của vi xử lí đã đem lại ưu điểm, nhiều tính năng đặc biệt cho các hệ thống điều khiển thay thế con người trong công việc yêu cầu phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật cao. Ngày nay các nhà nghiên cứu không ngừng nghiên cứu các hệ thống điều khiển và sử dụng vi xử lí để thay thế và cũng chính vì thế đã thúc đảy vi xử lí phát triển và ngày càng hoàn thiện hơn với yêu cầu điều khiển hiện nay. Qua quá trình học tập và rèn luyện chúng em cũng đã được làm quen với một số IC vi xử lí với những chức năng, ứng dụng rộng rãi trong thực tế.Để áp dụng tính năng đặc biệt đó của vi xử lí vào thực tiễn thì nhóm chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đồ án với đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LỊCH VẠN NIÊN ĐIỆN TỬ”. Với mô hình này có thể giúp chúng ta có thể điều khiển hệ thống hiển thị thời gian & ngày tháng trên LED 7đoạn Trong hệ thống này thì chúng em đã sử dụng IC 8051 là IC điều khiển chính, bởi vì 8051 có nhiều tính năng đặc biệt so với các họ vi xử lí khác nên nó được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Để hoàn thành được đồ án này ngoài sự tìm tòi của các thành viên trong nhóm còn có sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Nguyễn Trung Thành và các bạn đã giúp đỡ chúng em. Chúng em xin chân thành cám ơn thầy cùng các bạn. Tuy đã cố gắng rất nhiều nhưng do vốn kiến thức cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên đề tài vẫn còn thiếu sót nhiều. Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cùng các bạn để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn ! GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 2 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hưng Yên, Ngày tháng năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Nguyễn Trung Thành GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 3 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hưng Yên, Ngày tháng năm 2011 Giáo viên phản biện GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 4 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT I.GIỚ THIỆU VỀ 89C51 1.1.Giới thiệu chung IC vi điều khiển 8051(AT89C51) thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau: • 4Kbyte ROM (được lập trình bởi nhà sản xuất chỉ có ở AT89C51). • 128 byte RAM. • 4 port I10 8 bit. • Hai bộ định thời 16bit. • Giao tiếp nối tiếp. • 64KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng. • 64KB không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng. • 1 bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn). • 210bit được địa chỉ hoá. • bộ nhân / chia 4µs. 1.2.Cấu trúc bên trong của AT89C51 Hình 1:Sơ đồ khối (8051) Phần chính của vi điều khiển 8051(89C51) là bộ vi xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) bao gồm: - Thanh ghi tích luỹ A. - Thanh ghi tích luỹ phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia. - Đơn vị logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit). - Từ trạng thái chương trình (PSW: Program Status Word). GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 5 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH - Bốn băng thanh ghi. - Con trỏ ngăn xếp. - Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic động, có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: Các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp. Hai bộ định thời 16bit hoạt động như một bộ đếm. Các cổng (port0, port1, port2, port3) sử dụng vào mục đích điều khiển. Ở cổng 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn bên ngoài. Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ làm việc độc lập với nhau. Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong vảy rộng và được ấn định bằng một bộ định thời. Trong vi điều khiển 8051(8951) có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ và các thanh ghi: • Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. • Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong quá trình xử lý. Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi. GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 6 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1.3.Chức năng các chân vi điều khiển. Hình 2:Chức năng các chân của vi điều khiển a. Port0: Là port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ (không dùng bộ nhớ mở rộng) có hai chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn (với bộ nhớ mở rộng) nó được kết hợp kênh giữa các bus. b. Port1: Là một port I/O trên các chân 1-8. Các chân được ký hiệu P1.0, P1.1, P1.2 . có thể dùng cho các thiết bị ngoài nếu cần. Port1 không có chức năng khác, vì vậy chúng ta chỉ được dùng trong giao tiếp với các thiết bị ngoài. c. Port2: Là một port công dụng kép trên các chân 21-28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng. d. Port3: là một port công dụng kép trên các chân 10-17. Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 8951 như ở bảng sau: GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 7 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp P3.1 TXD Dữ liệu phát cho port nối tiếp P3.2 INTO Ngắt 0 bên ngoài P3.3 INT1 Ngắt 1 bên ngoài P3.4 TO Ngõ vào của Timer/Counter 0 P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1 P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài e. PSEN (Program Store Enable): 8951 có 4 tín hiệu điều khiển PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE (Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh. Các mã nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8951 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao). f. ALE (Address Latch Enable): Tín hiệu ra ALE trên chân 30 tương hợp với các thiết bị làm việc với các xử lý 8585, 8088, 8086, 8051 dùng ALE một cách tương tự cho làm việc giải các kênh các bus địa chỉ và dữ liệu khi port0 đựoc dùng trong chế độ chuyển đổi của nó: vừa là bus dữ liệu vừa là bus thấp của địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó các đường port0 dùng để xuất hoặc nhập dữ liểutong nửa sau chu kỳ của bộ nhớ. Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống. Nếu xung trên 8051(8951) là 12 MHz thì ALE có tần số 2MHz. Chỉ ngoại trừ khi thi hành lệnh MOVX, một xung GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 8 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH ALE sẽ bị mất. Chân này cũng được làm ngõ vào cho xung lập trình cho EPROM trong 8051(8951). g. EA (External Access): Tín hiệu vào EA trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8051(8951) thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chương trình được thi hành từ bộ nhớ mở rộng.Nếu EA được nối mức thấp bộ nhớ bên trong chương trình 8051(8951) sẽ bị cấm và chương trình thi hành từ EPROM mở rộng. Người ta còn dùng chân EA làm chân cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong 8051(8951). h. SRT (Reset): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ Reset của 8051(8951). Khi tín hiệu này được đưa lên mức cao (trong ít nhất 2 chu kỳ máy), các thanh ghi trong 8951 đựoc tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. i. Các ngõ vào bộ dao động trên chip: 8051(8951) có một bộ dao động trên chip. Nó thường được nối với thạch anh giữa hai chân 18 và 19. Các tụ giữa cũng cần thiết. Tần số thạch anh thông thường là 12 MHz. j. Các chân nguồn: 8051(8951) vận hành với nguồn đơn +5V. VCC được nối vào chân 40 và VSS (GND) được nối vào chân 20. II.TỔNG QUAN VỀ IC DS1307( IC ĐỊNH THỜI GIAN THỰC) 2.1. Tổng quan về DS1307 2.1.1. Sơ đồ chân DS1307 DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tính bằng giây, phút, giờ…DS1307 là một sản phẩm của Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này có 7 GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 9 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM. DS1307 được đọc và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản. DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân như trong hình sau. Hình 3: Hai gói cấu tạo của chip DS1307 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 - V BAT : 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 5V và dùng chung với vi điều khiển. Chú ý: nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được). - SQW/OUT: Đây là chân tạo ngõ ra xung vuông của DS1307 có 4 chế độ 1Hz, 4.096HZ, 8.192Hz, 32.768Hz . các chế độ này đuợc quy định bởi các bit của thanh ghi Control Register (địa chỉ 0x07). - SCL và SDA là đường giữ xung nhịp và đường dữ liệu của giao diện I2C mà chúng ta sẽ tìm hiểu sau. GVHD: Thầy Nguyễn Trung Thành Trang 10 SVTH: Trần Thị Vân Nguyễn Văn Vũ . nhóm chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đồ án với đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO LỊCH VẠN NIÊN ĐIỆN TỬ”. Với mô hình này có thể giúp chúng ta có thể điều khiển. thuộc về thiết bị chủ. Thiết bị chủ nắm vai trò tạo xung đồng bộ cho toàn hệ thống, khi giữa 2 thiết bị chủ/tớ giao tiếp thì thiết bị chủ có nhiệm vụ tạo ra