Thiết kế, chế tạo đồng hồ thời gian thực

621.381 TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC i n d n : PGS.TS LƢU TIẾN HƢNG in vi n t c i n : NGUYỄN BẢO TRUNG p : 50K1 - ĐTVT Mã số sin vi n : 0951080281 NGHỆ AN - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH - BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Bảo Trung Mã số sinh viên: 0951080281 Ngành: Điện tử - Viễn thơng Khố: 50 Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS Lƣu Tiến Hƣng Cán phản biện: ThS Phạm Mạnh Toàn Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm 2014 Cán phản biện LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám Hiệu trƣờng Đại học Vinh cho em môi trƣờng học tập tốt, nhƣ tạo nhiều điều kiện thuận lợi để em phát huy đƣợc khả Em xin chân thành cảm ơn đến Thầy, Cô giáo khoa Điện tử Viễn thông, trƣờng Đại Học Vinh tận tình dạy truyền đạt kiến thức q báu để em hồn thành đồ án tốt nghiệp này, đồng thời hành trang đáng quý để em tiếp bƣớc đƣờng nghiệp sau Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo PGS.TS u Tiến H n ngƣời nhiệt tình hƣớng dẫn, bảo định hƣớng cho em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 01 năm 2014 Sinh viên uyễn Bảo Trun MỤC LỤC Trang TÓM TẮT ĐỒ ÁN i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung điện tử số 1.2 Các mạch điện cổng lôgic 1.2.1 Cổng AND 1.2.2 Cổng OR 1.2.3 Cổng NOT 1.2.4 Cổng NAND 1.2.5 Cổng NOR 1.2.6 Cổng XOR 1.2.7 Cổng XNOR 10 1.3 Hệ số thập phân, nhị phân mã số 10 1.3.1 Hệ số thập phân 10 1.3.2 Hệ số nhị phân 11 1.3.3 Mã số 12 1.4 Diode bán dẫn 14 1.5 Mạch Flip - Flop 18 1.5.1 Flip – Flop RS 19 1.5.2 Flip – Flop JK 20 1.5.3 Flip – Flop T 20 1.5.4 Flip – Flop D 21 1.5.5 Mạch chốt D 21 1.6 Bộ nhớ bán dẫn 21 1.6.1 Tổ chức nhớ bán dẫn 24 Trang 1.6.2 Các loại nhớ bán dẫn 25 Kết luận chƣơng 27 CHƢƠNG THIẾT KẾ MẠCH 28 2.1 Sơ đồ khối 28 2.1.1 Khối nguồn 29 2.1.2 Khối hiển thị 29 2.1.3 Khối tạo thời gian thực 30 2.1.4 Khối tạo xung giao động 30 2.1.5 Khối reset 30 2.1.6 Khối điều khiển phím bấm 31 2.1.7 Khối xử lý trung tâm 32 2.2 Sơ đồ nguyên lý 33 2.3 Giải thích nguyên lý hoạt động đồng hồ thời gian thực 34 2.4 Sơ đồ thuật toán 35 2.2 Sơ đồ nguyên lý 33 2.2 Sơ đồ nguyên lý 33 2.2 Sơ đồ nguyên lý 33 2.3 Giải thích nguyên lý hoạt động đồng hồ thời gian thực 34 2.4 Sơ đồ thuật toán 35 2.5 Kết mô phần mền proteus 38 Kết luận chƣơng 38 CHƢƠNG THI CÔNG VÀ CHẾ TẠO MẠCH 39 3.1 Các linh kiện đƣợc sử dụng mạch 39 3.1.1 Vi điều khiển AT89C52 39 3.1.2 IC thời gian thực DS1307 51 3.1.3 Màn hình LCD (16x2) 62 3.1.4 IC ổn áp 7805 64 3.1.5 Tụ điện 65 3.1.6 Điện trở 66 3.1.7 Nút bấm 66 Trang 3.1.8 Biến trở 67 3.1.9 Thạch anh 67 3.1.10 Pin CMOS 3V 68 3.1.11 Diode 68 3.1.12 LED 68 3.2 Thiết kế sơ đồ mạch in 69 3.2.1 Sơ đồ bố trí linh kiện 69 3.2.2 Sơ đồ mạch in 70 3.3 Mạch thi công thực tế 70 3.3.1 Mơ tả q trình làm mạch in thủ cơng 71 3.3.2 Hàn mạch 72 3.3.3 Mạch sau hoàn thành 73 3.4 Chạy thử, kiểm tra đánh giá mạch 73 3.4.1 Chạy thử kiểm tra mạch 73 3.4.2 Đánh giá mạch 74 Kết luận chƣơng 74 KẾT LUẬN CHUNG 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 PHỤ LỤC 77 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồng hồ thời gian thực đƣợc thiết kế dựa kết hợp IC thời gian thực (DS1307) vi điều khiển (AT89C52) Vi điều khiển lấy liệu thời gian đƣợc lƣu IC thời gian thực hiển thị hình LCD (16x2) Bên cạch đó, với nút bấm, reset thời gian điều chỉnh giờ, thứ, ngày, tháng, năm theo mong muốn dễ dàng thuận tiện Chúng nghiên cứu, thiết kế lắp đặt thành công mạch đồng hồ thơi gian thực sử dụng IC thời gian thực (DS1307) kết hợp với vi điều khiển 89C52 để tạo thành chuẩn giao tiếp I2C Đồng hồ hoạt động ổn định, tiết kiện lƣợng, giá thành rẻ có độ xác cao ABSTRACT Real-time clock is designed based on the combination of real-time IC (DS1307) and microcontroller (AT89C52) Microcontroller retrieve data stored in the IC period time to display the LCD screen (16x2) Besides that, with the single buttons, we can reset or adjust the time period such as: second, day, month and year very easy and convenient We have studied the design and fabrication of real-time clock circuit using a real-time IC (DS1307) in combination with a 89C52 microcontroller to form a standard I2C interface The clock has stable operation, energy saving, high-precision acceptable and low cost i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt ANSI Tiếng Anh Tiếng Việt Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ American National Standards Institute IEEE Institute of Electrical and Electronics Viện kỹ thuật điện điện tử Engineers, MSB Most Significant Bit Bit có nghĩa lớn LSB Least Significant Bit Bit có nghĩa nhỏ BCD Binary Coded Decimal Mã số thập phân đƣợc mã hóa theo nhị phân ASCII Chuẩn mã trao đổi thông tin Mỹ American Standard Code for Information Interchange LED Light Emitting Diode Đi-ốt phát quang CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm ROM Read Only Memory Bộ nhớ đọc RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên I/O Input/Output Vào/Ra PROM Programmable Read Only Memory Chíp nhớ đọc lập trình đƣợc EPROM Erasable Programmable Read-Only Bộ nhớ đọc xóa đƣợc Memory Electrically Alterable Read-Only Bộ nhớ đọc thay đổi Memory điện Electrically Erasable Programmable Bộ nhớ đọc xóa đƣợc Read Only Memory điện SRAM Static Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên tĩnh DRAM Dynamic Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên động RTC Real time clock Đồng hồ thời gian thực LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng EAROM EEPROM ii Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt IC Integrated Circuit Mạch tích hợp PSEN Program Store Enable Danh mục cho phép ALE Address Latch Enable Địa chốt cho phép EA External Access Truy cập từ bên RST Reset Khởi động lại SFR Special Function Register Chức đăng ký đặc biệt CF Carry Flag Cờ nhớ PSW Program Status Word Thanh ghi trạng thái chƣơng trình AC Auxiliary Carry Flag Cờ phụ IE Interrupt Enable Cho phép ngắt GND Ground Tiếp đất I2C Inter - Integrated Circuit Bus nối tiếp SCL Serial Clock Xung nhịp clock SDA Serial Data Xung nhịp liệu iii DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Tín hiệu tƣơng tự Hình 1.2 Tín hiệu số Hình 1.3 Ký hiệu cổng AND Hình 1.4 Ký hiệu cổng OR Hình 1.5 Ký hiệu cổng NOT Hình 1.6 Ký hiệu cổng NAND Hình 1.7 Ký hiệu cổng NOR Hình 1.8 ký hiệu cổng XOR Hình 1.9 Ký hiệu cổng XNOR 10 Hình 1.10 Điện áp tiếp xúc hình thành 15 Hình 1.11 Điệp áp ngồi ngƣợc chiều điện áp tiếp xúc tạo dòng điện 15 Hình 1.12 Điệp áp ngồi chiều điện áp tiếp xúc ngăn dòng điện 16 Hình 1.13 Đƣờng đặc tuyến Volt-Ampere điốt bán dẫn lý tƣởng 18 Hình 1.14 Ký hiệu FF 19 Hình 1.15 Kí hiệu khối loại FF 19 Hình 1.16 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS 19 Hình 1.17 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK 20 Hình 1.18 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF T 20 Hình 1.19 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động FF D 21 Hình 1.20 Kí hiệu khối bảng trạng thái mạch chốt D 21 Hình 1.21 Bộ nhớ bán dẫn 22 Hình 1.22 Minh hoạ BUS thơng qua hình ảnh đƣờng giao thơng 22 Hình 1.23 Hình ảnh minh họa việc truy xuất liệu nhớ bán dẫn 24 Hình 1.24 Địa tủ hồ sơ minh họa cho nhớ bán dẫn 26 Hình 2.1 Sơ đồ khối đồng hồ thời gian thực 28 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 29 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 29 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý khối thời gian thực 30 iv rs=1; rw=0; en=1; en=0; } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void ghi_chuoi(unsigned char *string) { unsigned char i; for(i=0;string[i]!='\0';i++) ghi_kytu(string[i]); } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void ghiso(unsigned char a) { unsigned char i; i=a/10; ghi_chuoi(rtc[i]); i=a%10; ghi_chuoi(rtc[i]); } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void hienthi_dulieu_rtc(unsigned char x) { unsigned char temp; temp = x/16; ghi_chuoi(rtc[temp]); temp = x%16; ghi_chuoi(rtc[temp]); } /******************************************************************/ 79 Các chƣơng trình giao tiếp với RTC DS1307 // // // điều kiện Start va Stop đƣợc tạo thiết bị chủ void start_rtc(void) //Đkiện start: chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp đƣởng SDA đƣờng SCL mức cao { scl=1; sda=1; _nop_(); _nop_(); sda=0; scl=0; } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void stop_rtc(void) //Đkiện stop: chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao đƣờng SDA đƣờng SLC mức cao { sda=0; scl=1; _nop_(); _nop_(); sda=1; } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void gui_rtc(unsigned char x) { unsigned char i; for(i=0;i