Thiết kế và lập trình đồng hồ số hiển thị giờ, phút, giây cho atmega8

Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Hồng Hồng Hải, MSSV: 1409301 Tên đề tài PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ GIỜ, PHÚT, GIÂY CHO ATMEGA8 Nội dung Nội dung thực gồm phần sau: Nghiên cứu sở lí thuyết Đưa giải pháp ý tưởng thực đề tài Thiết kế mạch nguyên lí mạch in Viết code cho mơ hình Thiết kế làm khung cho sản phẩm Kết Sau tìm hiểu nghiên cứu đề tài thiết kế đồng hồ số với kiến thức kĩ chuyên ngành em thực thành công đề tài giao phân tích thiết kế lập trình đồng hồ số hiển thị giờ, phút, giây cho ATMEGA8 ngồi em cịn mở rộng phát triển thêm số chức báo thức, điều kiển remote đo nhiệt độ phịng, sản phẩm hồn thành mục tiêu không tránh khỏi thiếu xót, e mong thầy cho em ý kiến để em hoàn thiện Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng năm 2018 Sinh viên i Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TPHCM, ngày … tháng … năm 2018 Giáo viên hướng dẫn ii Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TPHCM, ngày … tháng … năm 2018 iii Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIÊN iii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH iv DANH SÁCH CÁC BẢNG v CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giải vấn đề 1.2.1 Mục tiêu nhóm 1.2.2 Giới hạn đề tài phạm vi 1.3 Hoạt động hệ thống CHƯƠNG : CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Giới thiệu vi điều kiển ATMEGA8 2.1.1 Các thông số Vi điều khiển ATMEGA8 2.1.2 Sơ đồ chân VXL ATMEGA8 2.1.3 Hệ thống Clock (tạo tần số dao động) 2.1.4 Nguồn RESET: 2.2 Giới thiệu IC DS1307 2.2.1Giới thiệu chung DS 1307 2.2.2 Cơ chế hoạt động DS1307 2.2.3 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển 10 2.3 Giới thiệu LED ma trận 10 2.3.1 Hình ảnh Led ma trận 11 2.3.2 Nguyên tắc điều khiển led ma trận 11 2.3.3 Nguyên tắc tạo font chữ hiển thị 12 2.4 Giới thiệu IC 74HC164 13 iv Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải 2.4.1Giới thiệu IC 74HC164 13 2.4.2 Sơ đồ chân IC 74HC164 14 2.4.3 Nguyên tắc hoạt động IC 74164 15 CHƯƠNG : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN CỨNG 16 3.1 Thiết kế phần cứng 16 3.1.1 Sơ đô nguyên lí 16 3.1.2 Sơ đồ mạch in 18 3.1.3 Thiết kế khung mica phần mềm corel X9 2017 19 3.2 Thi công phần cứng 21 3.2.1 Thi công mạch in 21 3.2.2 Gắn linh kiện 25 3.2.3 Hàn mạch in 25 CHƯƠNG : LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 26 4.1.Code chương trình 26 4.2 giới thiệu phần mềm viết code cho ATMEGA8 26 4.3 Phần mềm nạp code cho ATMEGA8 27 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .33 5.1 Kết luận 33 5.2 Hướng phát triển 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 PHỤ LỤC .35 LỜI CẢM ƠN 36 v Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ phần cứng Hình 1.2: Một mơ hình đồ Hình 1.3 Một số mẫu đồng hồ số thịnh hành Hình 2.1: Vi xử lí ATMEGA8 Hình 2.2 : Sơ đồ chân vi điều kiển Atmega8 Hình 2.4 : IC thời gian thực DS1307 Hình 2.5 : Một vài dạng đóng vỏ DS1307 Hình 2.6 : Ghép nối DS1307 với vi điều kiển 10 Hình 2.7: Sơ đồ chân led ma trận 8x8 11 Hình 2.8: Hình ảnh led ma trận 8x8 11 Hình 2.9: Hình ảnh IC74HC164 13 Hình 2.10: Sơ đồ chân IC74HC164 14 Hình 2.11: Nguyên lí hoạt động IC74HC164 15 Hình 3.1: sơ đồ mạch điều kiển 16 Hình 3.2: sơ đồ nguyên lí mạch hiển thị 17 Hình 3.3: Mạch điều kiển thiết kế phần mềm Proteus 8.6 18 Hình 3.4 Mạch hiển thị thiết kế phần mềm Proteus 8.6 18 Hình 3.5 Download phần mềm COREL X9 2017 19 Hình 3.6: Khung mica thiết kế phần mềm COREL X92017 20 Hình 3.7 Mica sau gia công vẽ thiết kế 20 Hình 3.8 Mạch in xuất in giấy decal A4 21 Hình 3.9 Dung dịch hóa chất để làm mạch thủ cơng 22 Hình 3.10 In mực lên đồng 23 Hình 3.11: Các hình ảnh cơng đoạn tẩy rửa mạch in 24 Hình 3.12: Sản phẩm sau hoàn thành 25 Hình 4.1: Phần mềm CVAVR 26 Hình 4.2: phần mềm nạp code cho ATMEGA8 27 vi Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 4.3: Mạch nạp USP ISP 28 Hình 4.4: Sơ đồ chân mạch nạp USP ISP 28 Hình 4.5: Sơ đồ kết nối ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP 29 Hình 4.6: Kết nối ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP test board 30 Hình 4.7: Xét thạch anh nội 8Mhz cho ATMEGA8 32 Hình 4.8: Hồn thành việc nạp code cách nhấn vào biểu tượng auto 32 vii Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 : Thiết lập thạch anh nội tương ứng cho vi điều kiển Atmega8………… Bảng 2.1: Tạo font chữ cho kí tự… 12 viii Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải CHƯƠNG : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Thời gian vấn đề quan trọng sống sản xuất, thời gian thước đo cho vật việc chẳng hạn đo vận tốc xe, nhanh hay châm… thời gian cần thiết Từ xa xưa nhà khoa học phát minh nhiều vật để đo thời gian mà họ gọi ĐỒNG HỒ, từ mà họ có nhiều cơng trình nghiên cứu ĐỒNG HỒ, có nhiều loại ĐỒNG HỒ theo thời kì mà có tên gọi khác nhau, mà theo phát triển khoa học cho ĐỒNG HỒ vô tinh vi Đồng hồ mặt trời Đồng hồ nước Đồng hồ cát Đồng hồ lò xo Đồng hồ số (đang thịnh hành ngày nay) Đồng thời ĐỒNG HỒ cịn trang sức đeo tay kim loại, da cao cấp vàng… Nắm bắt nhu cầu cơng nghệ nhóm tơi nhận thấy mơ hình ĐỒNG HỒ SỐ xử dụng vi xử lí thị rõ ràng xác thời gian điều cần thiết, với kiến thức nghiên cứu khoảng thời gian ngồi giảng đường nhóm tơi định nghiên cứu đề tài THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ SỐ để tập trung làm rõ, phân tích tìm hiểu mơ hình Tuy đề tài có từ lâu với phát triển công nghệ với thiết bị đại gần thơng dụng điện thoại thơng minh, hình ti vi siêu mỏng, điều kiển tinh vi xe hơi,… hay công nghệ biến sử dụng biến tần máy điều hòa, tủ lạnh,… Tất sử dụng linh kiện điện tử, linh kiện bán dẫn hay vi điều kiển để xử lí điều kiển Và mơ hình ĐỒNG HỒ SỐ sử dụng vi xử lí, chất bán dẫn linh kiện điện tử để điều kiển hiển thị thông tin, nên chọn đề tài để tìm hiểu tảng cơng nghệ từ ứng dụng phát triển mơ hình khác tương lai Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải 1.2 Giải vấn đề 1.2.1 Mục tiêu nhóm Phần cứng: thiết kế mạch điện hồn chỉnh có hiển thị giờ, phút, giây, ngày tháng, năm thứ led ma trận ngồi đồng hồ cịn có chức hẹn báo thức, điều kiển remote, đo hiệt độ phịng gần xác Phần mềm: sử dụng thành thạo ngơn ngữ C để lập trình cho đồng hồ hiển thị, ứng dụng ngắt TIMER, ngắt ngồi Sau lập trình thời gian chạy xác mong muốn, sử dụng phần mềm đồ họa corel để thiết kế hộp đựng cho đồng hồ số 1.2.2 Giới hạn đề tài phạm vi: Hiển thị ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây, điều kiển remote, điều chỉnh độ sáng led, đo nhiệ độ phịng có báo thức chưa có hiển thị ngày âm lịch hạn chế nhóm cần cải tiến khắc phục Hình 1.1: Sơ đồ phần cứng 1.3 Hoạt động hệ thống: Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 3.9 Dung dịch hóa chất để làm mạch thủ cơng Dung dịch màu xanh hình axetone pha với cồn 90 độ tạo thành dung dịch để in mạch Tiếp theo dung dịch nhựa thông lỏng dùng để quét lên bảng đồng trước hàn mạch để tăng độ tiếp xúc chì hàn với bảng đồng Dung dịch khơng màu cuối axetone dùng để tẩy rửa mạch in 22 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 3.10 In mực lên đồng Bời cơng việc in mạch làm thủ công tay nên việc sai xót q trình làm mạch tất yếu Những đường mạch bị đứt bong tróc, để khắc phục ta dùng bút quang để vẽ lại đường mạch vừa bị đứt Công đoạn sau in mạch lên đồng tẩy rủa phần dư để lại phần đồng cần thiết che lại mạch in, hóa chất dùng để tẩy rửa mạch in la bột sắt (FeCl3) 23 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 3.11: Các hình ảnh cơng đoạn tẩy rửa mạch in 24 Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải 3.2.2 Gắn linh kiện 3.2.3 Hàn mạch in Sản phẩm sau hoàn thành hiển thị đầy đủ chức ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây ngồi cịn có thêm chức hẹn báo thức, đo nhiệt độ môi trường điều kiển remote hồng ngoại Hình 3.12: Sản phẩm sau hồn thành 25 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải CHƯƠNG : LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1.Code chương trình Chương trình in kèm theo phụ lục “chương trình điều kiển đồng hồ số ATMEGA8” 4.2 giới thiệu phần mềm viết code cho ATMEGA8 Chương trình viết phần mềm CVAVR Hình 4.1: Phần mềm CVAVR CodeVisionAVR – môi trường phát triển tích hợp phần mềm cho vi điều khiển Atmel AVR Nó cung cấp hỗ trợ rộng rãi cho thiết bị AVR tạo đoạn mã nhỏ gọn hiệu 26 Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải Dưới link download phần mềm CVAVR http://dammedientu.vn/codevisionavr-2-05-0-phan-mem-lap-trinh-cho-vi-dieukhien-bid8-html/ 4.3 Phần mềm nạp code cho ATMEGA8 Phần mềm nạp code cho ATMEGA8 Progisp 1.72 Sau link tải hướng dẫn sử dụng phần mềm Progisp 1.72 http://www.banhang24gio.com/huong-dan-su-dung-progisp-1.72 Hình 4.2: phần mềm nạp code cho ATMEGA8 Muốn nạp code cho vi điều kiển ATMEGA8 ta phải kết nối vi điều kiển với mạch nạp USP ISP Mạch nap USP ISP mạch nạp giao tiếp USB dùng chip chuyên dụng USB-RS232, tốc độ nạp cực nhanh, mạch nạp nhỏ gọn, hỗ trợ nạp hầu hết chip 8051 AVR Atmel (89C51, 52, 89S51, 52,ATMEGA8,ATMEGA16,ATMEGA32 ), SST Winbond, dịng EEprom 24Cxx, 93Cx 27 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 4.3: Mạch nạp USP ISP Hình 4.4: Sơ đồ chân mạch nạp USP ISP Sau sơ đồ kết nối vi xử lí ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP 28 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 4.5: Sơ đồ kết nối ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP MOSI-17(PB3) :Chân MOSI nối với chân số 17(PB3) VĐK ta làm tương tự chân cịn lại theo hình RESET-1(PC6) SCK-19(PB5) MISO-18(PB4) VCC-7(VCC) GND-8(GND) 22(GND) Ta sử dụng thêm thạch anh 16Mhz, hai đầu thạch anh nối vào chân tụ không phân cực 22pF, tiếp chân tụ nối chung lại với nối vào GND 29 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 4.6: Kết nối ATMEGA8 với mạch nạp USP ISP test board Đầu tiên ta cắm mạch nạp USP ISP vào cổng USP máy tính, mở phần mềm Progisp 1.72 lên làm theo bước sau B1: Chọn loại vi điều khiển, ví dụ: AT88S52 B2: Chọn file *hex: 30 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải B3: Cấu hình cho Fuse&Lock: Sau bảng xét thạch anh nội 8Mhz cho vi xử lí 31 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải Hình 4.7: Xét thạch anh nội 8Mhz cho ATMEGA8 B4: Nhấn vào biểu tượng auto phần mềm để nạp code Hình 4.8: Hồn thành việc nạp code cách nhấn vào biểu tượng auto 32 Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Dựa vào thực tế q trình cơng nghiệp phát triển mạnh mẽ với thời đại công nghệ thong tin Những thiết bị điện tử có mặt hầu hết thiết bị xung quanh từ tivi tủ lạnh đến nồi cơm điện điện thoại di động thể người chúng áp dụng để điều trị bệnh tật Như ta thấy từ linh kiện điện tử tạo sản phẩm hữu ích phục vụ cho người Với mơ hình đồng hồ số sử dụng thời gian thực có chức hiển thị thời gian ngồi đo nhiệt độ phịng, điều kiển từ xa remote, có chức báo thức Nhưng với tiến tình đại hóa nghĩ cần phải nâng cấp chức cho sản phẩm để đáp ứng nhu cầu nhà thông minh phát triển 5.2 Hướng phát triển Bằng cách phát triển mơ hình đơng hồ số trở thành điều kiển thơng minh gải vấn đề điều kiển thiết bị, cảnh báo sớm cho người dùng cách gắn thêm cảm biến cảm biến nhiệt độ, báo khói, ánh ánh , độ ẩm, áp suất,… Đầu sản phẩm thêm đầu role ta điều kiển ngơi nhà theo thời gian, bật tắt thiết bị, hẹn bơm nước, cảm biến ánh sáng giúp cho hệ thống tưới hoạt động, thiết bị báo khói giúp kích hoạt hệ thống cảnh báo có hỏa hoạn,… Bằng cách ngụy trang điều kiển thông minh bên đồng hồ số việc phát vơ hiệu hóa trở nên khó khăn từ kẻ trộm có ý đồ xấu Nếu đồng hồ số tường chừng có chức hiển thị thời gian lại trở thành điều kiển thơng minh với cảm biến có chức thu nhận tín hiệu từ mơi trường bên ngồi, thơng tin đưa vào điều kiển xử lí cuối điều kiển xuất tín hiệu điều kiển rơ le, thơng qua role điều kiển thiết bị ý muốn 33 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu trích dẫn từ internet từ đường link sau: [1] Tài liệu hướng dẫn nguyên lí quét led ma trận: https://123doc.org/document/709955-nguyen-tac-dieukhien-led-ma-tran.htm [2] Tài liệu hướng dẫn tự học lập trình avr: http://www.hocavr.com/index.php/lectures/lamquenavr [3] Tài liệu hướng dẫn mơ hình quét led thanh: http://hocdientu.vn/threads/lap-trinh-quet-led-7-doan-bang-ngattimer-8051.4357/ [4] Datashet vi xử lí atmega8: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=At mega8 [5] Hiển thị hình ảnh với led ma trận 8x8: http://mualinhkien.vn/chi-tiet-bv/hoc-8051-bai-3-lap-trinh-ledmatrix-8x8.html 34 Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải PHỤ LỤC Phụ lục bao gồm thảo kèm với chương trình(code) mơ hình đồng hồ số sử dụng Atmega8 35 Khóa luận tốt nghiệp Hoàng Hồng Hải LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cơ, gia đình bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Điện – Trường Đại Học Công Nghiệp với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Đưc Vạn tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy em nghĩ thu hoạch em khó hồn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy Bài thu hoạch thực khoảng thời gian gần tuần Bước đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học, kiến thức em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót điều chắn, em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện hơn.Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ Khoa ĐIỆN thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng 36 ... cơng trình nghiên cứu ĐỒNG HỒ, có nhiều loại ĐỒNG HỒ theo thời kì mà có tên gọi khác nhau, mà theo phát triển khoa học cho ĐỒNG HỒ vô tinh vi Đồng hồ mặt trời Đồng hồ nước Đồng hồ cát Đồng hồ lò... ngơn ngữ C để lập trình cho đồng hồ hiển thị, ứng dụng ngắt TIMER, ngắt ngồi Sau lập trình thời gian chạy xác mong muốn, sử dụng phần mềm đồ họa corel để thiết kế hộp đựng cho đồng hồ số 1.2.2 Giới... nghiệp Hồng Hồng Hải Sơ đồ mạch hiển thị Hình 3.2: sơ đồ ngun lí mạch hiển thị Mạch hiển thị mơ hình đồng hồ thời gian thực thiết kế phần mềm mô Protueus 8.6 17 Khóa luận tốt nghiệp Hồng Hồng Hải