Báo Cáo Đồ Án điện tử mạch điện tử lịch vạn niên .Thiết kế mạch đồng hồ lịch vạn niên sử dụng vi điều khiển AVR”để hoàn thành bài tập môn Đồ án điện tử, cũng như để đáp úng mong muốn tìm hiểu và làm một sản phẩm điện tử cụ thể từ một dòng Vi điều khiển của bản thân.
TRƯỜNG ĐH ĐIỆN LỰC ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG 🙞🙞🙞🙞🙞 - BÁO CÁO : ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Giảng viên hướng dẫn: Đinh Văn Tuấn Họ tên sinh viên : Nguyễn Văn Thao Đỗ Văn Thành Nguyễn Cơng Thưởng Hồng Ngĩa Sáng Lớp: D13 DT&KTMT Hà Nội, Tháng 12/2021 Danh mục hình vẽ Lời mở đầu Chương I Mô tả đề tài Đặt vấn đề Phân tích yêu cầu thiết kế 2.1 Yêu cầu chức 2.2 Yêu cầu phi chức Chương II Thiết kế hệ thống Thiết kế sơ đồ khối Thiết kế sơ đồ khối chi tiết 2.1 Khối nguồn 2.2 Khối điều chỉnh ngày báo thức 2.3 Khối hiển thị 2.4 Khối thời gian thực 2.5 Khối điều khiển Sơ đồ nguyên lý Chương III Kết luận Đánh giá điều làm chưa làm 1.1 Những điều làm 1.2 Những điểm hạn chế hướng phát triển kết luận Tài liệu tham khảo Danh mục hình vẽ Hình 1.Sơ đồ khối tổng quan mạch đồng hồ lịch vạn niên Hình Adapter 5V-2A Hình Khối điều chỉnh ngày báo thức Hình Nút bấm Hình Khối hiển thị Hình LCD 16*2 Hình Khối thời gian thực Hình Thạch anh 32,768MHz Hình IC DSI 307 Hình 10 Battery 3V Hình 11 Khối điều khiển Hình 12 VĐK ATmega16 Hình 13 Sơ đồ chân VĐK ATmega16 Hình 14 Sơ đồ nguyên lý Hình 15 Mạch in PCD 2D Hình 16 Mạch in PCD 3D Hình 17 Kiểm tra mạch board Hình 18 Mạch in chưa hàn linh kiện Hình 19.Hình ảnh mạch thực tế hoạt động Hình 20 Mặt sau mạch hồn chỉnh Lời mở đầu Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử sử ứng dụng rẩt nhiều công nghiệp.Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển hiển đại có nhiều ưu điểm so với sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ,giá thành rẻ, đọ làm việc tin cậy,công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt,đồng hồ báo giúp cho đời sống ngày đại tiện nghi Chúng em chọn đề tài”Thiết kế mạch đồng hồ lịch vạn niên sử dụng vi điều khiển AVR”để hồn thành tập mơn Đồ án điện tử, để đáp úng mong muốn tìm hiểu làm sản phẩm điện tử cụ thể từ dòng Vi điều khiển thân Đề tài”Thiết kế mạch đồng hò vạn niên”là đề tài quen thuộc, thực nhiều dịng VĐK.Nhưng chúng em , tìm hiểu dòng VĐK mới, đặc biệt phải thiết kế mạch đồng hồ dịng VĐK AVR theo u cầu thách thức trải nghiệm thú vị.Do kiến thức hạn chế nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót.Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp để chúng em hồn thiện đề tài từ phía thầy bạn sinh viên Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Đinh Văn Tuấn giúp đỡ chúng em nhiều tất trình, từ lúc bắt đầu đến lúc hồn thiện sản phẩm Chương I Mơ tả đề tài Đặt vấn đề Bài toán đặt thiết kế mạch đồng hồ lịch vạn niên sử dụng VĐK Atmega16 VĐK chính.Đây tốn quen thuộc có nhiều cách giải toán này.Đề tài sử dụng IC thời gian thực DS1307, có tác dụng thực việc đếm lên ngày tháng, VĐK AVR thực đặt ngày để đưa vào DS1307, sau thực đọc ngày từ DS1307 ra.VĐK cịn có chức nhận tín hiệu đặ ngày đặt báo thức từ nút bấm, sau xử lý để đưa ngày mong muốn gửi liệu vào DS1307 Để hiển thị có lựa chọn sử dụng LED đoạn sử dụng LCD.Đề tài chọn phương án sử dụng LCD để hiển thị nhiều thông tin so với LED đoạn, việc triển khai lại có phần dễ dàng hơn(nếu sử dụng LED đoạn phải tính tốn thời gian qt LED) Từ việc phân tích khảo sát đây,nhóm đưa vấn đề cần giải tốn đặt là: -Tìm hiểu kiến thức VĐK Atmega16,đặc biệt phần giao tiếp với DS1307 LCD Tìm hiểu phần mềm CodeVisionAVR C Compiler để thực code cho VĐK Atmega16 Xây dựng sơ đồ khối, từ xây dụng mạch nguyên lý mô phần mềm Proteus -Thiết kế mạch in phầm Altium Designer -Thực lắp ráp link kiện mạch in Để nạp code cho VĐK nhóm sử dụng phần mềm Progisp mạch nạp USB IPS Phân tích yêu cầu thiết kế 2.1 Yêu cầu chức Mạch có chức sau: -Hiển thị giờ-phút-giây dịng thứ LCD 16*2 -Có thể đặt lại ngày-giờ thứ-ngày-tháng-năm nhờ vào phím MODE,UP,DOWN -Có chức báo thức,thực đèn cịi báo hiệu.Có thể tắt báo thức nút bấm OK, muốn báo thức lại phải cài đặt ngày báo thức xác nhận phím OK.Nếu khơng tắt báo thức đèn cịi tự động hủy báo thức sau phút, trường hợp báo thức hoạt động vào ngày hôm sau 2.2 Yêu cầu phi chức Mạch có yêu cầu phi chức sau: - Sử dụng nguồn chiều cho 5V -Kích thước mạch thực tế:5cm*7cm -Sử dụng VĐK PIC VĐK -Hiển thị LCD 16*2 -Sản phẩm thiết kế phù hợp với việc đặt cố định,lựa chọn sử dụng linh kiện cho mức giá thấp -Tổng chi phi dự kiến 300.000VNĐ Chươnh II Thiết kế hệ thống Thiết kế sơ đồ khối hình1 Sơ đồ khối tổng quan mạch đồng hồ lịch vạn niên Hình biểu diễn sơ đồ khối tổng quan toàn đề tài mạch đồng hồ lịch vạn niên Có khối hình vẽ: -Khơis nguồn cung cấp nguồn vào cho khối: Khối thời gian thực ,Khối báo thức,Khối hiển thị khối điều khiển chỉnh -Khối điều chỉnh ngày báo thức nút bấm MODE,UP,DOWN OK -Khối điều khiển nhận tín hiệu từ Khối điều chỉnh ngày báo thức,sau thực xử lý tín hiệu giao tiếp với Khôis thời gian thực để cài đặt gọi thời gian.Song song với trình đó,Khối điều chỉnh gửi liệu đến Khối báo thức Khối hiển thị, Khối điều khiển VXL ATmega16 -Khối hiển thị nhận tín hiệu từ Khối điều khiển để thị thông tin ngàygiờ thứ-ngày-tháng-tháng-năm yêu cầu chức năng.Khối hiển thị LCD 16*2 -Khối báo thức gồm đèn LED báo hiệu cịi chíp.Khi nhận tín hiệu từ VĐK, đèn còi hoạt động để thực chức báo thức Thiết kế sơ đồ khối chi tiết 2.1 Khối nguồn Hình Adapter 5V-2A Mạch sử dụng nguồn lấy từ adapter5V-2A hình để cung cấp đủ dịng cho toàn khối 2.2 Khối điều chỉnh ngày báo thức Mạch sử dụng nút bấm hình để điều chỉnh ngày đặt báo thức: Hình Khối điều chỉnh ngày báo thức 2.3 Khối Hình 4.Nút bấm hiển thị Khối thị sử dụng LCD 16*2 LCD có 16 chân Ta cấp nguồn cho LCD thông qua chân (VSS) (VDD).Điều chỉnh độ sáng LCD thông qua chân 3(Contrast Voltage), 15(Backight Anode) 16(Backlight Cathode).Các chân đến 14 chân liệu nối với VĐK , với đề tài ta sử dụng chân liệu tư 11 đến 14 Hình 5.Khối hiển thị Hình 6.LCD 16*2 2.4 Khối thời gian thực Khối thời gian thực sử dụng IC DS1307 Ta cấp nguồn cho DS1307 qua trở kéo lên 4.7kΩ vào chân số IC Ngoài nguồn pin 3V nối vào chân nguồn pin dự trữ rút nguồn cấp chính, đảm bảo IC hoạt động(lúc khởi động lại mạch không bị sai nguồn nuôi bất chợt).Chân IC nối với thạch ạn 32,,768 để tạo dao động.Hai chân IC chân SCL(Serial Clock) SDA(Serial Data), nối với cổng VĐK, chân gửi clock gửi/nhận liệu cho VĐK Hình 7.khối thời gian thực Hình8.Thạch anh 32,768MHz Hình 9.IC DS1307 10 Hình 10.Battery 3V 2.5 Khối điều khiển Hình 11.Khối điều khiển 11 Hình 12.VĐK ATmega16 Hình 13.Sơ đồ chân VĐK ATmega16 Khối điều khiển V ĐK Atmega16, V ĐK có 40 chân, sơ đồ chân hình 14 12 ATmega16 ví dụ Vi điều khiển có nhiều tính đặc biệt thích hợp cho việc giải toán điều khiển vi xử lý ATmega16 vi điều khiển 8bit dựa kiến trucs RISC.Với khả thực lệnh vòng chu kỳ xung clock,Atmegga16 đạt tốc độ 1MIPS MHz(1 triệu lệnh/s/MHz),các lệnhh xử lý nhanh hơn,tiêu thụ lượng thấp Sơ đồ nguyên lý Hình 14.Sơ đồ ngun lý 13 Chương III Hồn thành sản phẩm Q trình hồn thành sản phẩm bước cuối tồn quy trình thiết kế sản phẩm điện tử Layout mạch in Hình 15 Mạch in PCB 2D Hình 16 Mạch in PCD 3D 14 Làm mạch,hàn linh kiện Sau có mạch in linh kiện đầy đủ,ta tiến hành lắp ráp thành mạch hoàn chỉnh Sử dụng mạch nạp phần mềm nạp để kết nối máy tính mạch lắp ráp.Tùy mạch nạp mà có phần mềm nạp riêng.Sau nạp xong test mạch thử cung cấp nguồn cho mạch hoạt động Hình 17.Kiểm tra mạch board Hình 18.Mạch in chưa hàn linh kiện 15 Hình 19.Hình ảnh mạch thực tế hoạt động Hình 20.Mặt sau mạch hồn chỉnh Đo đạc kiểm tra , đánh giá chất lượng sản phẩm Việc đo nguội trình đo đạc kiểm tra trước cấp nguồn cho mạch.VIệc nhằm kiểm tra kết nối cách đường giây đi,các kết nối mạch in, mối hàn 16 Sau đo ngi mà khơng có lỗi, ta cấp nguồn cho mạch hoạt động(Chú ý:sắp cấp nguồn sau lắp ráp mạch ngắt nguồn tắt mạch) Kiểm tra chức hoạt động đồng hồ,LCD hiển thị, chức phím nhấn,led báo hiệu,cịi báo thức có hoạt động ổn khơng Khi mạch hoạt động ổn định, ta cần đo sai số mạch.Nếu mạch có sai số lớn mức cho phép, cần điều chỉnh lại code.Chúng em kiểm trâ đo sai số ngày hoạt động 35 giây Trong trình hoạt động,cần đánh giá nhiệt độ mạch để có biện pháp điều chỉnh giúp mạch tản nhiệt tốt,bảo vệ linh kiện hoạt động ổn định 17 Chương IV Kết luận Đánh giá điều làm chưa làm 1.1 Những điều làm Nhìn chung, sản phẩm hoàn thành đạt yêu cầu thiết kế đề ra: - Đồng hồ Lịch vạn niên đếm thời gian xác Có chức giờphút,thứ-ngày-tháng-năm cài đặt báo thức -Sản phẩm đơn giản,gọn nhẹ, dễ dàng sử dung.Sản phẩm sử dụng dòng điện dẫn dụng thích hợp với việc đặt cố định chỗ Ngoài việc áp dụng kiến thức học mơn vi xử lý,chúng em cịn làm quen thực hành với Vi điều khiển AVR Atmega16.Đây kiến thức tảng,phục vụ cho ngành học điện tử sau Chúng em làm quen sử dụng phần mềm mơ Proteus,phần mềm lập trình CodeVisionAVR C Compilier cho vi điều khiển AVR, phần mềm thiết kế mạch in Altium thực lắp ráp mạch thực tế.Đây kỹ quan trọng trình học tập,đặc biết sinh viên ngành điện tử Trong q trình hồn thành thiết kế sản phẩm Mạch đồng hồ Lịch vạn niên sử dụng vi xử lí AVR, chúng em học hỏi nhiều kiến thức kinh nghiệm điện tử.Chúng em thực hành,vận dụng kiến thức học để thiết kế nên sản phẩm theo quy trình thiết kế sản phẩm điện tử chuyên nghiệp 1.2 Những điểm cịn hạn chế Ngồi chức đạt đề tài số hạn chế sau: -Mạch nhìn cịn thơ,tính thẩm mĩ chưa cao - Các nút bấm cịn chưa nhạy,chưa có nút reset mạch(phải reset mạch cách rút nguồn) - Mạch chạy thời gian dài tỏa nhiều nhiệt,ảnh hưởng tới độ bền linh kiện độ xác sản phẩm 2.Hướng phát triển 18 Để tài tiếp tục phát triển số chức sau: -Thêm phần hiển thị lịch âm - Thêm phần đo nhiệt độ,độ ẩm môi trường - Hệ thống chuông báo hát/đoạn âm Kết luận Bài tập Đồ án điện tử giúp chúng em hoàn thiện kĩ làm việc nhóm,vận dụng kiến thức học để thiết kế sản phẩm điên tử hoàn chỉnh.Đề tài Mạch đồng hồ Lịch vạn niên cho êm nhiều trải nghiệm bổ ích,mở nhiều hướng cho học tập công việc sau Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đinh Văn Tuấn giúp đỡ chúng em nhiều q trình thiết kế hồn thành sản phẩm 19 Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] ThS.Phạm Hùng Kim Khánh, Giáo trình Vi điều khiển ThS.Trần Nhật Khải Hoàn.GS.Trần Hữu Danh.Tài liệu hướng dẫn thực tập Vi điều khiển ThS.Lương Văn Sơn,Giáo trình mạch xung ThS.Nguyễn Trung Tập,Giáo trình mạch số GS.Trương Văn Tám,Giáo trình mạch Tương Tự http://www.alldatasheet.com http://www.hocavr.com 20