1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
3.2.3.3. Màn hình hiển thị
Nhƣ đã phân tích ở mục 2.3.3.2 nên hệ thống này sử dụng màn hình Text LCD 16x2 với 2 dòng mỗi dòng 16 kí tự để hiển thị thông số đo đƣợc nhƣ: cân nặng, thời gian
Tín hiệu vào Vin (AINP – AINN) Mã ở đầu ra
>= +0.5Vref/Gain 7FFFFFh
(+0.5Vref/Gain)/(223-1) 000001h
0 000000h
(-0.5Vref/Gain)/(223-1) FFFFFFh
77
cân. Do LCD 16x2 khá phổ biến và rất nhỏ gọn phù hợp cho việc hiển thị cả chữ cái và chữ số.
Hình 3.12 Text LCD 16x2.
3.2.3.4. Vi điều khiển
Mạch này sử dụng vi điều khiển dòng AVR ATmega32A. Lựa chọn ATmega32A vì dòng này có tốc độ xử lý cao, nhiều ngoại vi nhƣ UART, ADC và giá rẻ.
Thông số của ATmega32A:
- Dòng vi điều khiển 8 bit có hiệu suất cao và tiết kiệm điện. - Kiến trúc RISC hoàn thiện.
131 Lệnh – Hầu hết đƣợc thực thi trong 1 chu kỳ đồng hồ.
32 x 8 Thanh ghi đa năng.
Đầy đủ quá trình điều khiển tĩnh.
Lên tới 16 MIPS tại 16 MHz.
Bộ nhân 2 chu kỳ đồng hồ trên chip. - Các đoạn bộ nhớ cố định có độ bền cao.
32K Bytes bộ nhớ Flash có thế lập trình đƣợc trong hệ thống.
1024 Bytes EEPROM.
2K Bytes SRAM nội.
78
Khả năng lƣu giữ: 20 năm ở 85°C/100 năm ở 25°C.
Lựa chọn đƣợc đoạn mã khởi động với các Lock Bit độc lập. - Các tính năng ngoại vi.
2 bộ Timer/Couters 8 bit với bộ chia tần tách riêng và các chế độ so sánh.
1 bộ Timer/Counter 16 bit với bộ chia tần tách riêng, chế độ so sánh và chế độ bắt xung.
Bộ đếm thời gian thực với bộ dao động tách riêng.
4 kênh PWM.
8 kênh ADC 10 bit. - 8 kênh đơn độc lập.
- 7 kênh vi sai ở kiểu đóng gói TQFP.
- 2 kênh vi sai với hệ số khuếch đại lập trình đƣợc tại 1x, 10x, or 200x.
Giao diện 2 dây nối tiếp định hƣớng byte.
USART nối tiếp lập trình đƣợc.
Giao tiếp Master/Slave SPI nối tiếp.
Watchdog Timer lập trình đƣợc với bộ dao động trên chip tách riêng.
Bộ so sánh tƣơng tự tích hợp.
- Các tính năng đặc biệt của vi điều khiển
Reset khi cấp nguồn và phát hiện nguồn yếu.
Bộ dao động nội RC đã đƣợc cân chỉnh.
Các nguồn ngắt trong và ngắt ngoài.
6 chế độ nghỉ: Idle, ADC giảm nhiễu, Tiết kiệm điện, Tụt điện áp, Chờ và Chờ mở rộng.
- Các cổng ra vào và đóng gói
32 đƣờng ra vào lập trình đƣợc.
40-pin PDIP, 44-lead TQFP, and 44-pad QFN/MLF - Điện áp hoạt động
2.7 - 5.5V cho ATmega32A - Mức tốc độ xung nhịp
79
- Điện áp tiêu thụ @ 1 MHz, 3V, and 25 C cho ATmega32A
Hoạt động: 0.6 mA
Chế độ nghỉ: 0.2 mA
Chế độ giảm điện áp: < 1µA
80
81
3.2.3.5. Máy in nhiệt
Hình 3.15 Máy in nhiệt khổ giấy 58mm.
Với yêu cầu cần phải in đƣợc kết quả sau khi cân nên cần sử dụng máy in nhiệt CSN - A2. Máy in nhiệt này có đặc điểm nổi bật là giao tiếp theo chuẩn UART. Đây là chuẩn rất phổ biến và dễ giao tiếp với các loại vi điều khiển.
Máy in nhiệt CSN – A2 của hãng CASHINO có tác dụng in thông số cân nặng và thời gian cân ra giấy in khổ 58mm.
Dƣới đây là một số tính năng của máy in nhiệt:
Tốc độ in: 50-80mm/s.
Độ phân giải: 8 dots/mm, 384 dots/dòng.
Độ rộng in đƣợc: 48mm.
Bộ kí tự sử dụng: ASCII, GB2312-80 (Trung Quốc).
Font in: ANK:(8x16,9x17,9x24,12×24), Chinese: 24×24.
Thông số cuộn giấy: max = 39mm.
Giao tiếp: RS-232/TTL/Parallel/USB.
82
3.2.3.6. IC RTC DS1307
Do khi in ra kết quả sau khi cân cần phải in cả thời gian để tiện cho việc theo dõi bệnh nhân nên sẽ cần phải có một IC thời gian thực luôn báo chính xác thời gian ngay cả khi mạch không còn nguồn cung cấp. IC DS1307 là một trong rất ít loại IC thời gian thực đáp ứng đƣợc yêu cầu này. Hơn nữa DS1307 còn khá phổ biến và giá thành cũng khá rẻ.
DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực ở đây đƣợc dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con ngƣời đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ…DS1307 là một sản phẩm của Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng nhƣ RAM. DS1307 đƣợc đọc và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C (TWI của AVR) nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản. DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân nhƣ trong hình sau đây.
Hình 3.16 Chân của DS1307.
Các chân của DS1307 đƣợc mô tả nhƣ sau:
- X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip.
- VBAT: cực dƣơng của một nguồn pin 3V nuôi chip. - GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
- Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thƣờng là 5V và dùng chung với vi điều khiển. Chú ý là nếu Vcc không đƣợc cấp nguồn nhƣng VBAT đƣợc cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhƣng không ghi và đọc đƣợc).
- SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của xung đƣợc tạo có thể đƣợc lập trình. Nhƣ vậy chân này hầu nhƣ không
83
liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch.
- SCL và SDA là 2 đƣờng giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C mà chúng ta đã tìm hiểu trong bài TWI của AVR.
3.2.3.6. EEPROM AT24C04
Trên mạch này cần dự trữ sẵn một EEPROM để lƣu trữ bất cứ thông tin gì cho các yêu cầu sau này. Do vậy AT24C04 đã đƣợc lựa chọn để thêm vào mạch.
Hình 3.17 Chân của EEPROM AT24C04.
AT24C04 là EEPROM có thế xóa và lập trình bằng điện. AT24C04 có chứa 4096 bit liên tiếp nhau tổ chức thành 512 word với mỗi word 8 bit.
Các thông số của AT24C04:
- Có chân chống ghi để bảo vệ dữ liệu. - Điện áp hoạt động từ 2V7 đến 5V5. - Tổ chức bộ nhớ 512 x 8 (4K). - Giao tiếp 2 dây nối tiếp (I2C). - Giao thức truyền dữ liệu 2 hƣớng. - Tốc độ xung 400 kHz.
- Chế độ ghi trang 16 byte. - Chu kì ghi 1 triệu lần. - Khả năng lƣu trữ 100 năm.
3.2.3.7. Phím nhấn
84
Hình 3.18 Nút nhấn.
Nút nhấn loại ấn nhả trên hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đƣa ra và dễ dàng kết hợp với vi điều khiển.
3.2.3.8. Nguồn cung cấp
Trong tất cả các mạch điện tử không thể thiếu khối nguồn, chính vì thế việc tạo ra đƣợc một nguồn mong muốn và ổn định là rất cần thiết. Trong mạch này chúng em sử dụng IC 7805 để tạo nguồn ra 5V cung cấp cho vi điều khiển, LCD, cảm biến, nút bấm... hoạt động. Đây là IC ổn áp đƣợc LDO ( Low Drop Out) nên sẽ không gây nhiễu cho các tín hiệu khác trong mạch nhƣ IC nguồn xung LM2576, LM2596.
Hình 3.19 IC 78M05 dạng chân dán.