Đang tải... (xem toàn văn)
LỜI MỞ ĐẦU1Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ỨNG DỤNG21.1.TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG KIT EASY AVR V721.1.1.Tổng quan cấu trúc KIT Easy AVR v721.1.2.Các khối chức năng trong Easy AVR v731.1.2.1. Khối nguồn31.1.2.2. Bộ điều khiển được hỗ trợ41.1.2.3. Lập trình trên KIT51.1.2.4. Ổ cắm mikroBUS71.1.2.5. Nhóm đầu vào đầu ra81.1.2.6. LCD 2x16 ký tự101.1.2.7. Piezo Buzzer101.2.GIAO TIẾP I2C TRONG ATMEGA32111.2.1.Tổng quan về Atmega32111.2.2.GIAO TIẾP TWI (I2C) TRONG AVR ATMEGA32121.2.2.1. Giao diện TWI (I2C)121.2.2.2. TWI trên AVR131.2.2.2.1. Thanh ghi131.2.2.2.2. Hoạt động của TWI:151.3.IC DS1307 VÀ MODUL RTC2151.3.1.IC DS1307151.3.1.1.Cấu tạo chung151.3.1.2. Ghép nối DS1307 với vi điều khiển161.3.1.3. Tổ chức thanh ghi trong DS1307171.3.2.Modul Click RTC218Chương 2. THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ GIẢI THUẬT PHẦN MỀM202.1. YÊU CẦU THIẾT KẾ ỨNG DỤNG202.1.1. Các chức năng ứng dụng cần đạt được202.1.2. Nguyên lý thiết kế ứng dụng202.2. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ỨNG DỤNG212.2.1. Khối nguồn212.2.2. Khối xử lý trung tâm212.2.4 Khối thời gian thực232.2.4.1. Giới thiệu232.2.4.2 Sơ đồ mạch232.3. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG25Chương 3. KẾT QUẢ ỨNG DỤNG313.1. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG313.2. HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI323.3. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH THIẾT KẾ333.3.1. Ưu điểm333.3.2. Nhược điểm33KẾT LUẬN34DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO35 LỜI MỞ ĐẦUNgày nay với sự phát triển nhảy vọt của công nghệ khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các thành tựu khoa học vào cuộc sống ngày càng mạnh mẽ, dần giải thoát lao động chân tay cho con người. Ngành công nghệ kỹ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với tốc độ nhanh chóng mặt với rất nhiều ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày, từ hệ thống internet toàn cầu đến những dây chuyền sản xuất tự động hóa hiện đại và những thiết bị điện tử dân dụng vô cùng tiện ích và đa dạng. Chúng em đã được tiếp cận với phần nào những kiến thức khoa học và công nghệ kỹ thuật hiện đại sau một thời gian học tập trên giảng đường. Cùng với kinh nghiệm thực tế học tập và vận dụng, chúng em đã có cơ hội chuyển những kiến thức lý thuyết có phần trừu tượng đã học được thành một mô hình sản phẩm thực tế qua đề tài “Thiết kế và lập trình chức năng hẹn giờ báo thức cho học viên trên KIT Easy AVR v7”.Đối với đề tài này, có những yêu cầu như đảm bảo về tính thực thi cao, có khả năng phát triển cùng với đó là đảm bảo về chất lượng, độ chính xác cao, làm việc lâu dài, bền bỉ theo thời gian. Ngoài ra việc tiết kiệm chi phí hay thời gian vận hành cũng cần phải quan tâm. Từ các yêu cầu trên hệ thống chúng ta cần sử dụng IC thời gian thực DS1307 hay chip ATmega32 và Modul Click RTC2 để thực hiện nội dung đề tài. Trong quá trình thực hiện đề tài nêu ở trên, chúng em đã nhận được sự quan tâm và chỉ bảo tận tình, chu đáo của thầy cô giáo trong Khoa Điện tử viễn thông và bạn bè, đồng chí đã giúp chúng em hoàn thành được nội dung đề tài của mình một cách tốt nhất và đạt hiệu quả ứng dụng thực tế cao như bên dưới.Nhưng với khả năng được học tập nghiên cứu và tự nghiên cứu còn nhiều hạn chế về nội dung và kiến thức trong phạm vi đề tài, sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm. Thông qua đề tài này, chúng em rất mong được các thầy cô chỉ bảo thêm, để chúng em có điều kiện nâng cao trình độ, hiểu biết cũng như kỹ năng của bản thân để thực hiện những đề tài hay sản phẩm sau này một cách tốt hơn. Chúng em rất mong được tiếp thu những ý kiến đóng góp của các quý thầy cô Chúng em xin chân thành cảm ơn Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ỨNG DỤNG1.1.TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG KIT EASY AVR V71.1.1.Tổng quan cấu trúc KIT Easy AVR v7Easy AVR v7 là thế hệ KIT phát triển nổi tiếng thứ bảy của mikroElektronika. Nó được yêu thích bởi người mới bắt đầu và người có đam mê, cũng như các chuyên gia, và được sử dụng trong giáo dục ngày nay.KIT Easy AVR v7 là một nền phát triển đã sử dụng vi điều khiển AVR ATmega32 từ Atmel. Hoàn hảo cho tất cả mọi cấp độ chuyên môn, vô số các tính năng trên KIT giúp bạn dễ dàng thử nghiệm và tận dụng tối đa các dự án của mình. Bạn cũng có thể sử dụng một loạt các bộ điều khiển ATmega32 trên bảng và kết nối với một loạt các bảng kích chuột MikroElektronika sử dụng ổ cắm mikroBUS. Hình 1.1: KIT Easy AVR v7Các thành phần của Easy AVR v7: Vi điều khiển ATmega32 Đầu nối USBUART Đầu nối RS232 Cảm biến nhiệt độ LM35 Cảm biến nhiệt độ DS1820 Chuông báo Piezo I2C EEPROM Màn hình hiển thị 4 Led 7 đoạn Đế giữ bằng nhựa cho màn hình GLCD LCD Lập trình mikroProg 3 kết nối mikroBUS Bộ điều khiển bảng điều khiển cảm ứng Tiêu đề PORT 3 chân bổ sung cho đầu dò oscilloscope Đầu nối USB của trình lập trình Đầu nối JTAG Nút reset LED SMD Bộ chuyển mạch DIP Nút ấn Tiêu đề PROTO Dao động tinh thể Đầu nối LCD GLCD LCD và đèn nền GLCD Chiết áp tương phản LCD GLCD Chiết áp ADC1.1.2.Các khối chức năng trong Easy AVR v71.1.2.1. Khối nguồnKIT này có chứa nguồn điện chuyển mạch tạo ra các điện áp ổn định và mức hiện tại cần thiết cho powering mỗi phần của KIT. Phần cung cấp điện có hai bộ điều chỉnh điện: ST1S10, tạo ra VCC5V, và MC33269DT3.3 trong đó tạo nguồn cung cấp VCC3.3V. KIT có thể được cung cấp theo ba cách khác nhau: với USB cấp nguồn (CN1), sử dụng bộ điều hợp bên ngoài qua bộ điều hợp đầu nối (CN24) hoặc các đầu nối vít bổ sung (CN25). Bên ngoài mức điện áp adapter phải nằm trong khoảng 915V DC hoặc 712V AC. Sử dụng nhảy J22 để xác định nguồn điện bạn đang sử dụng và nhảy J5 để chỉ định cho dù bạn đang sử dụng nguồn cung cấp điện nào 5V hoặc 3.3V. Và khi cung cấp điện bằng cách sử dụng adapter bên ngoài hoặc nguồn điện USB bạn có thể bật nguồn bằng cách sử dụng SWITCH 1. LED nguồn (Green ON) sẽ chỉ ra sự có mặt của nguồn điện.
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ADC Từ gốc Analog to digital converter Nghĩa tiếng việt Mạch chuyển đổi tương tự sang số BCD Binary coded decimal Mã nhị phân thập phân LCD Liquit crystal display Màn hình tinh thể lỏng LED Light emitting diode Điot phát quang SPI Serial peripheral bus Chuẩn truyền thông SPI RS Register slecter Lựa chọn chế độ ghi RW Read/Write Đọc ghi DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ỨNG DỤNG .2 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG KIT EASY AVR V7 1.1.1 Tổng quan cấu trúc KIT Easy AVR v7 .2 1.1.2 Các khối chức Easy AVR v7 1.1.2.1 Khối nguồn 1.1.2.2 Bộ điều khiển hỗ trợ 1.1.2.3 Lập trình KIT 1.1.2.4 Ổ cắm mikroBUS 1.1.2.5 Nhóm đầu vào / đầu 1.1.2.6 LCD 2x16 ký tự 10 1.1.2.7 Piezo Buzzer .10 1.2 GIAO TIẾP I2C TRONG ATMEGA32 11 1.2.1 Tổng quan Atmega32 11 1.2.2 GIAO TIẾP TWI (I2C) TRONG AVR ATMEGA32 12 1.2.2.1 Giao diện TWI (I2C) 12 1.2.2.2 TWI AVR .13 1.2.2.2.1 Thanh ghi 13 1.2.2.2.2 Hoạt động TWI: 15 1.3 IC DS1307 VÀ MODUL RTC2 15 1.3.1 IC DS1307 15 1.3.1.1 Cấu tạo chung 15 1.3.1.2 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển 16 1.3.1.3 Tổ chức ghi DS1307 17 1.3.2 Modul Click RTC2 18 Chương THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ GIẢI THUẬT PHẦN MỀM 20 2.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ ỨNG DỤNG 20 2.1.1 Các chức ứng dụng cần đạt .20 2.1.2 Nguyên lý thiết kế ứng dụng 20 2.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ỨNG DỤNG .21 2.2.1 Khối nguồn 21 2.2.2 Khối xử lý trung tâm 21 2.2.4 Khối thời gian thực 23 2.2.4.1 Giới thiệu 23 2.2.4.2 Sơ đồ mạch 23 2.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG .25 Chương KẾT QUẢ ỨNG DỤNG .31 3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .31 3.2 HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI 32 3.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH THIẾT KẾ 33 3.3.1 Ưu điểm .33 3.3.2 Nhược điểm .33 KẾT LUẬN 34 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .35 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển nhảy vọt công nghệ khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng thành tựu khoa học vào sống ngày mạnh mẽ, dần giải thoát lao động chân tay cho người Ngành công nghệ kỹ thuật điện tử ngành phát triển với tốc độ nhanh chóng mặt với nhiều ứng dụng rộng rãi sống hàng ngày, từ hệ thống internet toàn cầu đến dây chuyền sản xuất tự động hóa đại thiết bị điện tử dân dụng vơ tiện ích đa dạng Chúng em tiếp cận với phần kiến thức khoa học công nghệ kỹ thuật đại sau thời gian học tập giảng đường Cùng với kinh nghiệm thực tế học tập vận dụng, chúng em có hội chuyển kiến thức lý thuyết có phần trừu tượng học thành mơ hình sản phẩm thực tế qua đề tài “Thiết kế lập trình chức hẹn báo thức cho học viên KIT Easy AVR v7” Đối với đề tài này, có yêu cầu đảm bảo tính thực thi cao, có khả phát triển với đảm bảo chất lượng, độ xác cao, làm việc lâu dài, bền bỉ theo thời gian Ngồi việc tiết kiệm chi phí hay thời gian vận hành cần phải quan tâm Từ yêu cầu hệ thống cần sử dụng IC thời gian thực DS1307 hay chip ATmega32 Modul Click RTC2 để thực nội dung đề tài Trong trình thực đề tài nêu trên, chúng em nhận quan tâm bảo tận tình, chu đáo thầy giáo Khoa Điện tử viễn thơng bạn bè, đồng chí giúp chúng em hoàn thành nội dung đề tài cách tốt đạt hiệu ứng dụng thực tế cao bên Nhưng với khả học tập nghiên cứu tự nghiên cứu nhiều hạn chế nội dung kiến thức phạm vi đề tài, không tránh khỏi thiếu sót sai lầm Thơng qua đề tài này, chúng em mong thầy cô bảo thêm, để chúng em có điều kiện nâng cao trình độ, hiểu biết kỹ thân để thực đề tài hay sản phẩm sau cách tốt Chúng em mong tiếp thu ý kiến đóng góp quý thầy cô ! Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ỨNG DỤNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC PHẦN CỨNG KIT EASY AVR V7 1.1.1 Tổng quan cấu trúc KIT Easy AVR v7 Easy AVR v7 hệ KIT phát triển tiếng thứ bảy mikroElektronika Nó yêu thích người bắt đầu người có đam mê, chuyên gia, sử dụng giáo dục ngày KIT Easy AVR v7 phát triển sử dụng vi điều khiển AVR ATmega32 từ Atmel Hoàn hảo cho tất cấp độ chun mơn, vơ số tính KIT giúp bạn dễ dàng thử nghiệm tận dụng tối đa dự án Bạn sử dụng loạt điều khiển ATmega32 bảng kết nối với loạt bảng kích chuột MikroElektronika sử dụng ổ cắm mikroBUS Hình 1.1: KIT Easy AVR v7 Các thành phần Easy AVR v7: - Vi điều khiển ATmega32 - Đầu nối USB-UART - Đầu nối RS-232 - Cảm biến nhiệt độ LM35 - Cảm biến nhiệt độ DS1820 - Chuông báo Piezo - I2C EEPROM - Màn hình hiển thị Led đoạn - Đế giữ nhựa cho hình GLCD & LCD - Lập trình mikroProg - kết nối mikroBUS - Bộ điều khiển bảng điều khiển cảm ứng - Tiêu đề PORT - chân bổ sung cho đầu dò oscilloscope - Đầu nối USB trình lập trình - Đầu nối JTAG - Nút reset - LED SMD - Bộ chuyển mạch DIP - Nút ấn - Tiêu đề PROTO - Dao động tinh thể - Đầu nối LCD & GLCD LCD đèn GLCD - Chiết áp tương phản LCD & GLCD - Chiết áp ADC 1.1.2 Các khối chức Easy AVR v7 1.1.2.1 Khối nguồn KIT có chứa nguồn điện chuyển mạch tạo điện áp ổn định mức cần thiết cho powering phần KIT Phần cung cấp điện có hai điều chỉnh điện: ST1S10, tạo VCC-5V, MC33269DT3.3 tạo nguồn cung cấp VCC3.3V KIT cung cấp theo ba cách khác nhau: với USB cấp nguồn (CN1), sử dụng điều hợp bên qua điều hợp đầu nối (CN24) đầu nối vít bổ sung (CN25) Bên ngồi mức điện áp adapter phải nằm khoảng 9-15V DC 7-12V AC Sử dụng nhảy J22 để xác định nguồn điện bạn sử dụng nhảy J5 để định cho dù bạn sử dụng nguồn cung cấp điện 5V 3.3V Và cung cấp điện cách sử dụng adapter bên nguồn điện USB bạn bật nguồn cách sử dụng SWITCH LED nguồn (Green ON) có mặt nguồn điện Hình 2.4 LCD 16x2 2.2.4 Khối thời gian thực 2.2.4.1 Giới thiệu - Real Time Clock (RTC) sử dụng để theo dõi thời gian trì lịch - RTC có ích ứng dụng ghi liệu Chúng sử dụng thiết bị máy tính, máy tính xách tay điện thoại di động - RTC có số ghi theo dõi thời gian ngày - Để sử dụng RTC, trước tiên cần lập trình với ngày Một điều thực hiện, ghi RTC đọc lúc để biết ngày - DS1307 RTC hoạt động giao thức I2C Hình 2.5 Module RTC2 Click with DS1307 2.2.4.2 Sơ đồ mạch Sơ đồ mạch sau cho thấy giao tiếp DS1307 RTC với ATmega32 dựa AVR sử dụng giao thức I2C Chân IC ATmega32 số 22 (PORTC.0) SCL kết nối với chân SCL RTC pin số 23 (PORTC.1) SDA kết nối với SDA RTC hiển thị hình phía 24 Hình 2.6 Kết nối module RTC DS1307 với AVR ATmega32 25 2.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG Việc hiển thị thời gian đọc từ module thời gian thực Click Board RTC2 thực theo thuật tốn Hình 2.7 Hình 2.7: Sơ đồ thuật tốn hiển thị thời gian lên LCD 26 Việc thiết lập thời gian ban đầu cho module thời gian thực Click Board RTC2 thực theo thuật tốn Hình 2.8 Hình 2.8: Sơ đồ thuật toán thiết lập thời gian ban đầu Thực thiết kế giao diện phím bấm chức để cấu hình giá trị thời gian ban đầu cho module thời gian thực Click Board RTC2 sử dụng phím bấm gồm: - Phím MODE: Ấn phím để bắt đầu trình thiết lập giá trị thời gian, thay đổi loại giá trị (giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm) thay đổi nút MENU - Phím BACK: Ấn phím để trở lại MENU trước - Phím UP: Ấn phím để tăng loại giá trị chọn - Phím DOWN: Ấn phím để giảm loại giá trị chọn - Phím Alarm: Ấn phím để thiết lập số mức báo thức 27 Thuật tốn thực phím UP thực theo sơ đồ thuật tốn Hình 2.9 Hình 2.9: Sơ đồ thuật tốn phím UP 28 Thuật tốn thực phím DOWN thực theo sơ đồ thuật tốn Hình 2.10 Hình 2.10: Sơ đồ thuật tốn phím DOWN 29 Thuật tốn thực phím ALARM thực theo sơ đồ thuật tốn Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.11 Sơ đồ thuật tốn Phím ALARM 30 Hình 2.12 Sơ đồ thuật tốn Phím ALARM 31 Chương KẾT QUẢ ỨNG DỤNG 3.1 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Bước 1: Đặt Đồng hồ Lịch cho RTC DS1307, cài thời gian báo thức Bước 2: Đọc thời gian giá trị ngày từ RTC DS1307 Hình 3.1 Mạch mơ Proteus Chức phím: MODE (PORTB7): Cài đặt UP (PORTB6): Tăng giá trị DOWN (PORTB5): Giảm giá trị BACK (PORTB4): Quay lại 32 ALARM ( PORTB3): Cài đặt số lần báo thức Cách kết nối RTC5 (do RTC2 khơng có sẵn) với KIT Easy AVR V7: Hình 3.2 KIT Easy AVR V7 • Lắp hình LCD 16x2 vào vị trí LCD 2x16 KIT • Lắp RTC5 vào MikroBus1 KIT • Gạt SW3.1 qua bên phải để cấp nguồn đèn cho LCD • Tắt PORTC LEDs SW10.7 • Gạt Switch chân SCK, MISO, MOSI (PB7, PB6, PB5) sang phải kết nối DIP40 để mở giao tiếp SPI với RTC5 • Tại BUTTON PRESS LEVEL gạt SW PC xuống mức thấp 33 3.2 HƯỚNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI Đề tài ứng dụng vào số sản phẩm thực tế như: - Đồng hồ lịch vạn niên - Đồng hồ thời gian thực - Đồng hồ hẹn báo thức 3.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH THIẾT KẾ 3.3.1 Ưu điểm Ứng dụng thiết kế có số ưu điểm sau: - Mơ hình mạch đơn giản, dễ hiểu - Thiết kế giao diện phím ấn đơn giản, thỏa mãn nội dung, yêu cầu đề tài - Ứng dụng chạy ổn định, biến động - Các phím ấn cài đặt có khả chống nhiễu phần mềm - Thỏa mãn yêu cầu độ xác, sai số nhỏ - Có thể tự điều chỉnh thời gian thực hẹn báo thức dễ dàng - Có thể ứng dụng nhiều ứng dụng, lĩnh vực khác đời sống 3.3.2 Nhược điểm Bên cạnh ưu điểm ứng dụng thiết kế tồn số nhược điểm cần khắc phục như: - Giao diện phím ấn thiết lập giá trị thời gian ban đầu cịn khó sử dụng - Việc cài đặt thời gian thực hẹn báo thức nhiều thời gian 34 KẾT LUẬN Như vậy, sau q trình thực đề tài, nhóm chúng tơi hồn thành việc thiết kế lập trình chức đồng hồ số thời gian thực thời gian hẹn báo thức hiển thị LCD KIT Easy AVR v7 Ứng dụng mô phần mềm mô Proteus cho kết chạy tốt ổn định Tuy nhiên, từ việc mô thấy nhược điểm phần mềm mô khả chạy theo thời gian thực không tốt Ứng dụng thiết kế có khả thực chức sau: - Giao tiếp thời gian thực với Click Board RTC2 dùng IC DS1307 - Giao diện phím bấm chức cấu hình giá trị thời gian ban đầu - Hiển thị thời gian lên hình LCD - Cài đặt thời gian hẹn báo thức - Thiết lập với nhiều ngưỡng khác 35 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Click Broad RTC2 schematic Datasheet AVR ATmega32 Datasheet IC DS1307 Easy AVR v7 schematic Easy AVR v7 manual Kỹ thuật vi xử lý – Văn Thế Minh, nhà xuất Giáo dục (1997) Kỹ thuật vi xử lý tập 1, – Hồ Khánh Lâm, nhà xuất Bưu điện (2008) Kỹ thuật vi xử lý & lập trình Assembly cho hệ vi xử lý – Phạm Xuân Tiến, nhà xuất KH & KT (2012) Kỹ thuật vi xử lý lập trình hệ thống – Phạm Tuấn Giáo, nhà xuất Văn hóa thơng tin (2012) 10 Các trang wed tham khảo: - www.hocavr.com - www.mikroe.com 36 37 Nhận xét giáo viên hướng dẫn ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm kết luận: … Học viên: Hoàng Văn Kiên :… Diệp Quang Thắng : Tô Thị Hồng Vi :… Bắc Ninh, ngày …tháng …năm Giáo viên Ngô Văn Thiện
