Thiết kế và thi công đồng hồ thời gian thực tự động báo giờ học ứng dụng vi điều khiển pic

Bài báo trình bày quá trình thiết kế và thi công mạch đồng hồ thời gian thực (RTC- RealTime Clock) tự động báo giờ vào và ra tiết học sử dụng vi điều khiển PIC. Mạch hiển thị giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm và nhiệt độ bằng Led 7 đoạn. Dữ liệu thời gian được đọc từ IC thời gian thực DS12C887; dữ liệu nhiệt độ được đọc từ IC cảm biến nhiệt độ LM35. Quá trình đọc dữ liệu và hiển thị thời gian nhiệt độ được điều khiển bởi vi điều khiển PIC16F877A.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TỰ ĐỘNG BÁO GIỜ HỌC ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC NGUYỄN TÚ HÀ Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế Tóm tắt: Bài báo trình bày q trình thiết kế thi cơng mạch đồng hồ thời gian thực (RTC- RealTime Clock) tự động báo vào tiết học sử dụng vi điều khiển PIC Mạch hiển thị giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm nhiệt độ Led đoạn Dữ liệu thời gian đọc từ IC thời gian thực DS12C887; liệu nhiệt độ đọc từ IC cảm biến nhiệt độ LM35 Quá trình đọc liệu hiển thị thời gian nhiệt độ điều khiển vi điều khiển PIC16F877A Từ khóa: Vi điều khiển PIC, đồng hồ thời gian thực ĐẶT VẤN ĐỀ Kỹ thuật vi điều khiển phát triển mạnh mẽ, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực từ đời sống sinh hoạt hàng ngày (mạch quang báo, mạch chống trộm, khóa số, tủ lạnh, ti vi) lĩnh vực công nghiệp quân Do có nhiều ưu điểm nhỏ gọn, khả lập trình để điều khiển theo ý muốn, giá thành thấp, có khả xử lí nhiều cơng việc nên vi điều khiển trở thành linh kiện thiếu thiết bị phục vụ người Họ vi điểu khiển PIC họ vi điều khiển sau này, có nhiều ưu điểm vượt trội so với họ vi điều khiển trước Hiện nay, trường kỹ thuật bắt đầu đưa họ vi điều khiển PIC vào giảng dạy thực hành ứng dụng đề tài khoa học (đặc biệt thi ROBOCON sử dụng nhiều) Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng họ vi điều khiển PIC vấn đề cấp thiết cần quan tâm Hiện có số trường học sử dụng mạch tự động báo học Việc sử dụng mạch giúp cho trường học tiết kiệm công cử người trực theo dõi để bấm chuông báo vào, tiết học Tuy nhiên nhiều trường chưa lắp đặt mạch báo tự động mạch tự động báo thực tế chủ yếu sử dụng linh kiện, vi điều khiển đơn giản nên gây khó khăn cho việc mở rộng thiết kế, thi công Từ nhu cầu thực tế đó, cần đến mạch đồng hồ thời gian thực tự động báo học sử dụng vi điều khiển PIC với ưu điểm tiết kiệm kinh phí, nâng cao độ xác, ổn định việc báo học tiện lợi sử dụng GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN PIC PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất công ty Microchip Technology PIC bắt nguồn chữ viết tắt "Programmable Intelligent Computer" Họ vi điều khiển sử dụng rộng rãi có ưu điểm:[1]Dễ dàng tìm mua thị trường Việt Nam với giá thành không đắt; có đầy đủ tính vi Tạp chí Khoa học Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế ISSN 1859-1612, Số 03(31)/2013: tr 35-40 36 NGUYỄN TÚ HÀ điều khiển hoạt động độc lập; hỗ trợ nhà sản xuất trình biên dịch, cơng cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp; tính đa dạng vi điều khiển PIC, tính khơng ngừng phát triển; PIC bổ sung tốt kiến thức ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051 Ngoài số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Việt Nam giới rộng rãi Điều tạo nhiều thuận lợi trình tìm hiểu phát triển ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng ứng dụng mở phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm dẫn gặp khó khăn Hình Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F874A/16F877A PIC sử dụng tập lệnh RISC Tập lệnh bao gồm lệnh tính tốn ghi, với số, vị trí nhớ, có lệnh điều kiện, lệnh nhảy/gọi hàm, lệnh để quay trở về, có tính phần cứng khác ngắt sleep (chế độ hoạt động tiết kiệm điện) Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB, bao gồm phần mềm mơ trình dịch ASM Một số cơng ty khác xây dựng trình dịch C, Basic, Pascal cho PIC [1] Để nạp chương trình cho PIC, ta sử dụng mạch nạp cung cấp nhà sản xuất hãng Microchip mạch nạp khác thiết kế dành cho loại vi điều khiển PIC Trong báo này, lựa chọn sử dụng PIC16F877A Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20 MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, nhớ liệu 368x8 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O với 33 pin I/O [2] THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TỰ ĐỘNG BÁO GIỜ HỌC 37 THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC RTC Đây ứng dụng sử dụng vi điều khiển PIC để thiết kế đồng hồ điện tử treo tường có chức sau: - Hiển thị giờ, phút, giây; thứ, ngày, tháng, năm; nhiệt độ; - Điều chỉnh giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm; - Hẹn để báo chuông vào/ra tiết học theo yêu cầu * Sơ đồ khối mạch RTC: Hình Sơ đồ khối mạch RTC Khối điều khiển đọc liệu thời gian nhiệt độ; sau hiển thị lên Led đoạn Đồng thời, mạch điều khiển ln kiểm tra tín hiệu từ nút bấm để điều chỉnh thời gian hẹn 3.1 Khối hiệu chỉnh nút bấm - Khối đo nhiệt độ Mạch sử dụng nút bấm để điều chỉnh đồng hồ gồm: nút chỉnh giờ, nút hẹn giờ, nút tăng, nút giảm (Hình 3) LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius [2] Nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM35 (Hình 4) Hình Sơ đồ kết nối nút bấm Hình Sơ đồ kết nối LM35 38 NGUYỄN TÚ HÀ 3.2 Khối hiển thị Mạch sử dụng 16 LED đoạn để hiển thị thời gian giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm nhiệt độ Để điều khiển LED đoạn, kết nối PORT D với chân DATA LED đoạn sử dụng IC giải mã 74LS154 kết hợp với Transistor để điều khiển sáng LED (Hình 5) Hình Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LED đoạn 3.3 Khối thời gian thực Dữ liệu thời gian cập nhật từ IC thời gian thực DS12C887 Đây IC thời gian thực sản xuất hãng Dallas với vài đặc tính sau: [2] - Chứa giá trị thời gian giây, phút, giờ, thứ, ngày, tháng, năm với thời gian hoạt động đến năm 2100; - Bộ đếm hoạt động với thời gian 10 năm khơng có nguồn điện ngồi cung cấp; - Các hệ thống bên bao gồm hệ thống thời gian thực, nguồn nội Lithium tạo dao động với chia tần số đính kèm cho phép lập trình Ngồi hỗ trợ ngắt phục vụ cho q trình xử lí thơng tin hệ thống bên ngồi DS12C887 gồm 24 chân chia làm nhóm sau: - Nhóm chân DATA: bao gồm chân AD7:AD0 Đây chân mà DS12C887 dùng để đưa liệu hay nhận liệu vào; - Nhóm chân điều khiển giao tiếp BUS: bao gồm chân MOT, AS, DS, R/W với chức phụ thuộc vào việc lựa chọn chế độ giao tiếp BUS theo chuẩn Intel (MOT=1) hay Motorola (MOT= 0); - Nhóm chân chức năng: bao gồm chân RESET (dùng để reset IC), IRQ (chân tác động ngắt DS12C887) chân SQW (chân tạo sóng vng ngõ ra) 3.4 Khối báo Khối báo thực chức đổ chuông để báo vào tiết học Dựa vào thời gian quy định tiết học trường, vi điều khiển PIC so sánh thời gian thực thời gian vào tiết học Nếu thời gian giống điều khiển đổ chng để báo THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TỰ ĐỘNG BÁO GIỜ HỌC 39 3.5 Khối điều khiển Khối điều khiển mạch gồm vi điều khiển PIC 16F877A cổng kết nối để giao tiếp với khối khác (Hình 6) Hình Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH CHO PIC Dựa vào thiết kế phần cứng, nguyên lý làm việc mạch, sử dụng phần mềm CCS viết chương trình nạp cho PIC để điều khiển mạch [3] Lưu đồ chương trình thực sau: Hình Lưu đồ chương trình 40 NGUYỄN TÚ HÀ KẾT QUẢ Sau trình thiết kế thi cơng mạch, chúng tơi hồn thành đồng hồ thời gian thực có chức tự động báo học hình Đồng hồ hiển thị xác thời gian nhiệt độ, ngồi có chức tự động báo học vào/ra tiết học Hình Đồng hồ thời gian thực tự động báo học KẾT LUẬN Mạch đồng hồ thời gian thực tự động báo học sử dụng vi điều khiển PIC IC chuyên dụng DS12C887 cho ta độ xác tuyệt đối thời gian thực, hoạt động ổn định, linh hoạt Mạch áp dụng rộng rãi cho trường học hay quan tổ chức có nhu cầu tự động báo Để sản phẩm thêm phong phú tăng hiệu sử dụng cần phải phát triển thêm chức năng: hiển thị ngày, tháng, năm âm lịch; sử dụng LED ma trận để hiển thị đẹp hơn; thay đổi phương pháp điều khiển từ xa Remote, [1] [2] [3] TÀI LIỆU THAM KHẢO Website Diễn đàn điện tử (2012) Cơ vi điều khiển PIC, truy cập ngày 20/08/2012, link: http://www.picvietnam.com Website Tra cứu Datasheet (2012) Datasheet PIC16F877A-DS12C887-LM3574LS154, truy cập ngày 25/09/2012, link: http://www.alldatasheet.com Ngô Diên Tập (2006) Vi điều khiển với lập trình C, NXB Khoa học kỹ thuật Title: DESIGNING AND IMPLEMENTING THE REAL TIME CLOCK CIRCUIT THAT AUTOMATICALLY ALARMS THE SCHOOL TIME USING THE PIC MICROCONTROLLER Abstract: In this paper, we show the process of design and implementation of the real time clock circuit that automatically alarms the beginning and the end of the school time using the PIC microcontroller This circuit displays hour, minute second, day of week, day, month, year and temperature using LED 7- segment The data of time is received from realtime DS12C887 IC, and the data of temperature is received from the thermal sensor LM35 IC The process of data analysis and display are controlled by the PIC16F877A microcontroller Keywords: PIC Microcontroller, RTC- RealTime Clock ThS NGUYỄN TÚ HÀ Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế, Email: nguyentuha82@gmail.com ... 33 pin I/O [2] THI T KẾ VÀ THI CÔNG ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TỰ ĐỘNG BÁO GIỜ HỌC 37 THI T KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC RTC Đây ứng dụng sử dụng vi điều khiển PIC để thi t kế đồng hồ điện tử treo... sánh thời gian thực thời gian vào tiết học Nếu thời gian giống điều khiển đổ chng để báo THI T KẾ VÀ THI CÔNG ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TỰ ĐỘNG BÁO GIỜ HỌC 39 3.5 Khối điều khiển Khối điều khiển mạch... tơi hồn thành đồng hồ thời gian thực có chức tự động báo học hình Đồng hồ hiển thị xác thời gian nhiệt độ, ngồi có chức tự động báo học vào/ra tiết học Hình Đồng hồ thời gian thực tự động báo học