Đang tải... (xem toàn văn)
Ứng dụng vi điều khiển để làm mạch hiển thị trên Led 7 đoạn. Mô hình điều khiển đèn led hiển thị số hoặc chữ trên led 7 đoạn. Đề tài làm đồng hồ hiện thị giờ phút giây để giúp sinh viên quản lí thời gian hiệu quả trong học tập, công việc.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÊN CƠNG TRÌNH THIẾT KẾ HỆ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ TRÊN LED ĐOẠN Lĩnh vực nghiên cứu: Điều khiển LED đoạn Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM, HUTECH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG “SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC” NĂM 2019 TÊN CƠNG TRÌNH THIẾT KẾ HỆ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ TRÊN LED ĐOẠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 5/2019 -2- MỤC LỤC TĨM TẮT CƠNG TRÌNH PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI PHẦN 2: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.4 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN .6 PHẦN 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ CÔNG TRÌNH 3.1 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỰ DỤNG TRONG THIẾT KẾ MẠCH .7 3.1.1 Chip thời gian thực DS1307: Hình 1: Hình ảnh thực tế DS1307 Hình 2: Sơ đồ chân DS1307 .7 3.1.2 PIC 16F877: .9 Hình 4: Sơ đồ chân PIC16F887 10 Hình 5: Hình ảnh thực tế PIC16F887 11 3.1.3 IC 74HC04: 11 Hình 6: Hình ảnh thực tế IC 74HC04 11 Hình 7: Sơ đồ chân IC 74HC04 11 3.1.4 Led đoạn: 12 Hình 8: Hình ảnh thực tế Led đoạn 12 Hình 9: Sơ đồ chân Led đoạn 12 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 13 Hình 10: Sơ đồ mạch nguồn 13 Hình 11: Sơ đồ khối nút nhấn 13 Hình 12: Sơ đồ tổng quát .14 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 14 3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 15 3.5 CODE LẬP TRÌNH 15 3.6 THI CÔNG MẠCH 22 Hình 13: Sơ đồ nguyên lý .22 Hình 15: Hình ảnh thực tế .23 PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .24 4.1 KẾT LUẬN .24 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 -3- TĨM TẮT CƠNG TRÌNH Đời sống cơng nghệ đại người thiếu thiết bị điện tử Các thiết bị phổ biến khắp hộ gia đình, thiết bị giải trí, nhà máy sản xuất nói tất nơi có nguời Hãy thử nhìn vào thiết bị gia đình thân mình, thiết bị đại gia đình đều bị chi phối kỹ thuật điện tử Lấy ví dụ đơn giản nhất, quạt điện bình dân khơng có tham gia kỹ thuật điện tử khơng thể hẹn tắt mở từ xa Cũng với quạt đó, có tham gia kỹ thuật điện tử việc điều khiển từ xa, hẹn tắt mở thực cách dễ dàng Có thể nói kỹ thuật điện tử nâng thiết bị phục vụ cho đời sống người lên tầm cao mới, đại tinh vi Kĩ thuật điện tử ngành kĩ thuật mũi nhọn, đại, đòn bẩy giúp ngành khoa học kĩ thuật khác phát triển Kĩ thuật điện tử ứng dụng rộng rãi lĩnh vực sản xuất đời sống trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu cần thiết người sống ngày Thực tế ngày nay, tất thiết bị điện tử tích hợp, đơn giản hóa nhờ chip vi điều khiển Đồng hồ thiết bị tối cần thiết xã hội công nghiệp -4- PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0 Đồng hồ công cụ đời để giúp người quản lí tốt thời gian Đồng hồ để đo đạc mốc thời gian nhỏ ngày Hiện nay, hầu hết người cần dụng đồng hồ để xem thông tin thời gian phút giây ngày, xem ngày tháng năm, dùng để quản lí thời gian… 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay, Điện tử đáp ứng đòi hỏi không ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu cần thiết người sống ngày Thực tế ngày nay, tất thiết bị điện tử tích hợp, đơn giản hóa nhờ chip vi điều khiển Đồng hồ thiết bị tối cần thiết xã hội công nghiệp Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em lập nhóm nghiêm cứu khoa học, chọn đề tài thiết kế thi công mạch ứng dụng nhỏ vi điều khiển :”THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ HIỂN THỊ TRÊN LED ĐOẠN DÙNG PIC16F887” nhằm để quản lí thời gian hiệu học tập cơng việc Vì thời gian trình độ em cịn hạn chế nên việc thực đề tài nghiêm cứu khoa học thiếu sót… Kính mong nhận dẫn góp ý tận tình thầy bạn -5- PHẦN 2: MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Làm quen với thiết kế mạch điện tử sử dụng vi điều khiển - Ứng dụng kiến thức học vào thực tế - Thiết kế mạch đồng hồ số 2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.3 - Nghiên cứu vi điều khiển Pic 16F877A - Nghiên cứu điều khiển led đoạn - Thiết kế thi công mạch PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Ứng dụng kiến thức học, tìm hiểu internet hướng dẫn, giúp đỡ nhiều mặt thầy bạn sinh viên 2.4 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN - Nghiên cứu chip thời thực DS1307, PIC 16F877, IC 74HC04 Nghiên cứu thiết kế phần cứng led đoạn Lên ý tưởng lắp đặt, tiến hành lắp đặt Nghiên cứu viết code lập trình Thử nghiệm khắc phục lỗi Kết luận đánh giá -6- PHẦN 3: NỘI DUNG THỰC HIỆN VÀ KẾT QUẢ CƠNG TRÌNH 3.1 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỰ DỤNG TRONG THIẾT KẾ MẠCH 3.1.1 Chip thời gian thực DS1307: Hình 1: Hình ảnh thực tế DS1307 * Sơ lược chip thời gian thực DS1307: DS1307 chip đồng hồ thời gian thực (RTC: Real-time clock), khái niệm thời gian thực dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà người sử dụng, tính giây, phút, DS1307 sản phẩm Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products) Chip có ghi 8bit chứa thời gian : giây, phút, giờ, thứ(trong tuần), ngày, tháng, năm Ngồi DS1307 cịn có ghi điều khiển ngõ phụ 56 ghi dùng RAM DS1307 xuất gói SOIC DIP có chân Hình 2: Sơ đồ chân DS1307 Trên hai dạng cấu tạo DS1307 Chip có chân hay dùng dạng Dip chân mô tả sau : -7- + X1 X2 đầu vào dao động cho DS1307 Cần dao động thạch anh 32.768Khz.[separator] + Vbat nguồn nuôi cho chip Nguồn từ ( 2V- 3.5V) ta lấy pin có nguồn 3V Đây nguồn cho chip hoạt động liên tục khơng có nguồn Vcc mà DS1307 hoạt động theo thời gian + Vcc nguồn cho giao tiếp I2C Điện áp cung cấp 5V chuẩn dùng chung với vi xử lý Nếu mà Vcc khơng có mà Vbat có DS1307 hoạt động bình thường mà khơng ghi đọc liệu + GND nguồn Mass chung cho Vcc Vbat + SQW/OUT ngõ phụ tạo xung dao động (xung vuông) Chân nghĩ không ảnh hưởng đến thời gian thực nên không sử dụng chân thời gian thực bỏ trống chân này! + SCL SDA hai bus liệu DS1307 Thông tin truyền ghi truyền qua đường truyền theo chuẩn I2 - Tổ chức ghi DS1307 Cấu tạo bên DS1307 bao gồm mạch nguồn, dao động, logic trỏ ,thanh ghi thực việc ghi đọc Do toán thường sử dụng DS1307 cho đồng hồ thời gian thực nên quan tâm đến việc ghi đọc ghi cần thiết (sec, min, hour…) thông qua chuẩn truyền thơng I2C cịn ghi khác tìm hiểu kỹ datasheet! Vì ghi coi RAM lưu trữ Nên tơi giới thiệu ghi có chức thời gian thực phục vụ cho tốn thời gian Trong nhớ DS1307 có tất 64 ghi địa từ đến 63 0x00 đến 0x3F có ghi đầu ghi thời gian thực nên sâu vào ghi ( chức địa ghi thời gian thực này) Nhìn vào bảng ghi datasheet ta thấy sau : Hình 3: Tổ chức ghi DS1307 -8- Nhìn vào bảng thấy ghi thời gian thực sếp theo thứ tự : giây, phút, giờ, thứ, ngày , tháng, năm ghi Giây (0x00) kết thúc ghi năm (0x06) Riêng ghi Control dùng để điều khiển ngõ chân SQW/OUT nên thực tế nên không sử dụng ghi thời gian thực nên bỏ qua ghi 3.1.2 PIC 16F877: *Tổng quan: - Nhà sản xuất: Microchip - Thuộc dòng pic16 - Port xuất nhập với 35 PIN I/O - Tần số hoạt động tối đa 20Mhz - Điện áp hoạt động từ 2.5v-5.5v - Hỗ trợ 8KB Flash, 256Byte Internal EEPROM - Có đày đủ chức cần thiết vi điều khiển: 14 kênh ADC 10Bit, CCP (Capture, Compare, PWM), MSSp ( UART, SPI, I2C),… - Timer: Timer 0, Timer 1, Timer - Vi điều khiển với chức xử lý trung tâm, nhận tín hiệu từ thu giải mã DTMF đưa tín hiệu điều khiển thiết bị * Khảo sát sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877 : Chức chân VĐK: - Chân RA7/OSC1/CLKIN(13): Xuất nhập số/Ngõ vào kết nối với dao động thạch anh ngõ vào nhận xung clock từ bên - Chân RA6/ OSC2/CLKOUT(14): Xuất nhập số/Ngõ dao động thạch anh ngõ cấp xung clock - Chân Vpp(1) Có chức năng: + Ngõ vào reset tích cực mức thấp + Vpp: Ngõ vào nhận điện áp lập trình lập trình cho pic - Chân RA0/AN0(2), RA1/AN1(3), RA2/AN2(4) có chức năng: + RA0, 1, 2: Ngõ vào xuất/nhập số + AN0, 1, 2: Ngõ vào tương tự kênh 0, 1, - Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+(4): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh thứ 2/ ngõ vào điện áp chuẩn thấp ADC/ ngõ vào điện áp tham chiếu VREF ngõ vào so sánh/ngõ vào dương so sánh C2 - Chân RA3/AN3/VREF+/C1IN(5): xuất nhập số/ ngõ vào kênh tương tự 3/ ngõ vào điện áp chuẩn(cao) AD/ngõ vào dương so sánh C1 - Chân RA4/TOCK1/C1OUT(6): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock bên cho TIMER0/ ngõ so sánh - Chân RA5/AN4/ SS’ /C2OUT(7): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh 4/ ngõ vào lựa chọn SPI phụ/ ngõ so sánh - Chân RB0/AN12/INT(33): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ 12/ ngõ vào tín hiệu ngắt ngồi - Chân RB1/AN10/C12IN3(34):xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ 10/ngõ vào âm thứ so sánh C1,C2 - Chân RB2/AN8(35): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ -9- - Chân RB3/AN9/PGM/C12IN2(36): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ 9/ cho phép lập trình điện áp thấp ICSP/ngõ vào âm so sánh C1,C2 - Chân RB4/AN11(37): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ 11 - Chân RB5/AN13/T1G’(38): xuất nhập số/ngõ vào tương tự kênh thứ 13/ngõ vào Gate cho phép Timer1 đếm dùng để đếm độ rộng xung - Chân RB6/ICSPCLK(39): xuất nhập số/ xung clock lập trình nối tiếp - Chân RB7/ICSPDAT(40): xuất nhập số/ ngõ xuất nhập liệu lập trình nối tiếp - Chân RC0/T1OCO/T1CKI(15): xuất nhập số/ ngõ vào dao động Timer1/ ngõ vào xung clock bên Timer1 - Chân RC1/T1OSI/CCP2(16): xuất nhập số/ ngõ vào dao động Timer1/ ngõ vào capture2, ngõ compare2, ngõ PWM2 - Chân RC2/P1A/CCP1(17): xuất nhập số/ngõ PWM/ ngõ vào Capture1, ngõ Compare1, ngõ PWN1 - Chân RC3/SCK/SCL(18): xuất nhập số/ ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ, ngõ chế độ SPI/ ngõ vào xung clock đồng bộ, ngõ chế độ I2C - Chân RC4/SDI/SDA(23): xuất nhập số/ liệu vào SPI/ xuất nhập I2C - Chân RC5/SDO(24): xuất nhập số/ liệu SPI - Chân RC6/TX/CK(25): xuất nhập số/ truyền bất đồng USART/ xung đồng USART - Chân RC7/RX/DT(26): xuất nhập số/ nhận bất đồng USART - Chân RD0 đến RD4(19 đến 27): xuất nhập số - Chân RD5/P1B(28): xuất nhập số/ngõ PWM - Chân RD6/P1C(29): xuất nhập số/ngõ PWM - Chân RD7/P1D(30): xuất nhập số/ngõ PWM - Chân RE0/AN5(8): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh - Chân RE1/AN6(9): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh - Chân RE2/AN7(10): xuất nhập số/ ngõ vào tương tự kênh - Chân RE3/MCLR’/Vpp(1): xuất nhập số/ngõ vào reset tích cực mức thấp/ngõ vào chân điện áp ghi liệu vào nhớ flast - Chân VDD(11, 32) VSS(12, 31): chân nguồn Pic Hình 4: Sơ đồ chân PIC16F887 - 10 - Hình 5: Hình ảnh thực tế PIC16F887 3.1.3 IC 74HC04: Hình 6: Hình ảnh thực tế IC 74HC04 * Tổng quan: IC số gồm cổng NOT sử dụng để đảo mức tín hiệu logic * Đặc tính: - Cấu tạo: Sơ đồ chân, chức chân - Hình 7: Sơ đồ chân IC 74HC04 + Chân 14: nguồn cấp + Chân 7: Nối đất + Chân 1,3,5,9,11,13: Các đầu vào + Chân 2,4,6,8,10,12: Các đầu đảo Đặc tính điên: + Nguồn cấp: 0.5v-0.7v - 11 - + Tốc độ lan truyền: 0.8ns 3.1.4 Led đoạn: Dùng để hiển thị số nhị phân, thập phân Có loại là: led đoạn có Anode chung led đoạn có Cathode chung Hình 8: Hình ảnh thực tế Led đoạn * Sơ đồ chân : Hình 9: Sơ đồ chân Led đoạn Ngồi cịn có số linh kiện thơng dụng khác : điện trở, tụ điện, ic7805, nút nhấn,… - 12 - 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG * Khối nguồn: Hình 10: Sơ đồ mạch nguồn * Khối nút nhấn: Hình 11: Sơ đồ khối nút nhấn * Khối vi điều khiển + RTC DS1307: - 13 - Hình 12: Sơ đồ tổng quát 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG * Mạch gồm khối : - Khối nguồn cấp nguồn 5V - Khối nút bấm gồm nút nút reset - Khối Chip điều khiển Pic16F887 - Khối hiển thị gồm chip 74HC04 led Thời gian hiển thị theo kiểu quét led - Khối hiển thị thời gian thực dùng DS1307 * Sơ đồ khối: KHỐI NGUỒN KHỐI NÚT NHẤN KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI RTC DS1307 KHỐI HIỂN THỊ RA LED ĐOẠN 3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT - 14 - Start Đọc liệu từ DS1307 lưu vào RAM Pic16F887 Đọc liệu từ RAM Pic16F887 hiển thị led đoạn pp qt led khơng MODE Có nhấn? Có Cài đặt 3.5 CODE LẬP TRÌNH #include #byte led=0x06 #byte TrisB=0x86 #bit L1=0x08.2 #bit L1=0x08.3 #bit L1=0x08.4 #bit L1=0x08.5 #bit L1=0x08.6 #bit L1=0x08.7 #byte TrisD=0x88 - 15 - #bit U=0x05.0 #bit D=0x05.1 #bit S=0x05.2 #bit A=0x05.3 void main( ) { output_high(h7); ds1307_init(); ds1307_doc_tgbt(gio_bt,phut_bt); // doc thoi gian bao thuc tu ds1307 setup_timer_1(T1_INTERNAL | T1_DIV_BY_8); enable_interrupts(int_timer1); set_timer1(-62500); //100 mS cho lan ngat enable_interrupts(global); output_low(coi); while(TRUE) { int8 i; if (chinh==0) { ds1307_get_date(ngay,thang,nam); // doc thoi gian tu DS1307 ds1307_get_time(gio,phut,giay); } if (chinh>3) // dang chinh thu tháng nam thi van doc gio phut giay { ds1307_get_time(gio,phut,giay); } for (i=0;i59) giay=0; break; } case 2: // chinh =2 - tang phut { phut++; if (phut>59) phut=0; break; } case 3: { gio++; if (gio>24) gio=0; break; - 18 - } case 4: { phut_bt++; if (phut_bt>59) phut_bt=0; break; } case 5: { gio_bt++; if (gio_bt>23) gio_bt=0; break; } } } if (!input(giam)) { ct=0; bct=0; np=0; switch (chinh) { case 1: { giay ; if (giay>59) giay=59; break; } case 2: { phut ; if (phut>59) phut=59; break; } case 3: { gio ; if (gio>23) gio=23; break; } - 19 - case 4: { phut_bt ; if (phut_bt>59) phut_bt=59; break; } case 5: { gio_bt ; if (gio_bt>59) gio_bt=23; break; } } } if (!input(mode)) { ct=0; bct=0; np=0; chinh++; if (chinh==4) { ds1307_dat_gpg(gio,phut,giay); // luu lai gio phut giay vao DS chinh=0; } } if (!input(n_bao_thuc)) // nhan chinh bao thuc { ct=0; bct=0; np=0; if (b_bao_thuc==1) { b_bao_thuc =0 ; // Tat bao thuc dang bao output_low(coi); // tat coi } else { if (chinh==0) chinh = 4; // dat chinh phut bao thuc else if (chinh>=4) // chi tang dang chinh bao thuc chinh++; if (chinh>=6) // sau chinh xong - 20 - { chinh = 0; ds1307_dat_tgbt(gio_bt,phut_bt); } } } } else { if(input(tang)&&input(giam)&&input(mode)&&input(n_bao_thuc)) np=1; } } //======================================== void bao_thuc() { if (gio_bt==0&&phut_bt==0) { b_bao_thuc=0; output_low(coi); } else if (gio==gio_bt&&phut==phut_bt&&giay==0) { b_bao_thuc=1; //bat bao thuc } else if (gio!=gio_bt||phut!=phut_bt) { b_bao_thuc=0; //tat bao thuc output_low(coi); } } //======================================== #int_timer1 // 0.2*62500*8 = 100ms void ngat_timer1(){ ngat++; if (ngat==2) // dem lan ngat tuong duong chu ky 200ms cho mot lan tat bat coi { ngat=0; if (b_bao_thuc==1) output_toggle(coi); // dao trang thai cua chan } set_timer1(-62500); // dat thoi gian cho timer } - 21 - 3.6 THI CÔNG MẠCH - Sơ đồ nguyên lý: Hình 13: Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ mạch in: Hình 14: Sơ đồ mạch in * Mạch thực tế: - 22 - Hình 15: Hình ảnh thực tế - 23 - PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN * Ưu điểm - Kết cấu mạch đơn giản, dễ sử dụng - Ít tốn chi phí - Được ứng dụng rộng rãi đời sống * Nhược điểm - Dễ bị hư hỏng tác động ngoại lực 2.1 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Vì thời gian có hạn với việc đề tài nằm khối kiến thức đa nghành nên sản phẩm nghiên cứu nhiều hạn chế, tính hồn thiện mặt thẩm mỹ chưa cao Trong thời gian tới, sau cập nhật kiến thức đầy đủ có điều kiện em tập trung phát triển sản phẩm, hoàn thiện mặt thẩm mĩ cập nhật thêm số tính tiện nghi, tiện ích - 24 - TÀI LIỆU THAM KHẢO http//:www.datasheetall.com http//:www.codientu.org http//:www.tailieu.vn http//:www.dientuvietnam.net Và sách học Điện tử 1, Điện tử Phần mềm sử dụng: Proteus 8.0, CCS,… - 25 - ... phut giay vao DS chinh=0; } } if (!input(n _bao_ thuc)) // nhan chinh bao thuc { ct=0; bct=0; np=0; if (b _bao_ thuc==1) { b _bao_ thuc =0 ; // Tat bao thuc dang bao output_low(coi); // tat coi } else... 3.1.4 Led đoạn: Dùng để hiển thị số nhị phân, thập phân Có loại là: led đoạn có Anode chung led đoạn có Cathode chung Hình 8: Hình ảnh thực tế Led đoạn * Sơ đồ chân : Hình 9: Sơ đồ chân Led đoạn... bct=0 va chinh khac khac (8,9 dang chinh bao thuc) thi xuat chan quet LED output_low (l1); // xuat chan quet LED delay_ms(2); output_high (l1); // ngung quet LED tam = giay/10; out7s(ma7doan[tam]);