PHẦN MỞ ĐẦU
lý do chọn đề tài
- Đây là vấn đề thực tế ,được ứng dụng nhiều trong các trường học.
Nhằm để củng cố kiến tức lập trình vi xử lý vừa mới học và rèn luyện khả học hỏi nên em đã chọn đề tài này
giới hạn của đề tài
- Trước tiên chúng ta phải xác định rõ mục đích và yêu cầu của bài toán
- Hệ thống báo chuông tại các thời điểm vào, ra của tiết học của trường. + Hệ thống có khả năng chỉnh lại giờ.
+ Thời gian kéo dài chuông vào tiết và nghỉ giải lao là khác nhau. + Hệ thống chuông được dùng đi dây điện đồng bộ 220V
-Hệ thống làm việc ổn định.
-Có khả năng đưa vào ứng dụng trong thực tế.
Với thực tế bài toán này chúng ta phải thiết kế 2 thành phần cơ bản:
-Hệ thống điều khiển và đồng hồ số
-Mạch đi dây và chuông báo
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 6 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com
- Sau khi nghiên cứu thực tế các thời điểm vào ra của các tiết học trường học, chúng ta có những nhận xét sau.
- Mỗi ngày có 2 buổi học mỗi buổi kéo dài 6 tiết Thời gian của mỗi tiết là
45 phút.Thời gian nghỉ giải lao là 5 phút.Sau tiết thứ 3 của mỗi buổi nghỉ giải lao
10 phút từ đó ta xây dựng được thời khóa biểu như sau:
Tiết Vào Ra Tiết Vào Ra
+, thời gian báo là 10 giây đối với những tiết bắt đầu ,ra tiết thứ 3 vào tiết thứ tư của mỗi buổi,kết thúc của mỗi buổi
+,còn lại thời gian báo cho các thời điểm khác là 5 giây
- Cách báo : sử dụng chuông điện 220V
- Phạm vi báo: Tất cả khu vực trong trường bằng cách xây dựng hệ thống chuông đến từng khu nhà,từng giảng đường.
3.3 Phạm vi của đồ án và phương hướng mở rộng
- Vì đồ án môn học nên chúng em mới chỉ xây dựng mô phỏng và thiết kế hệ thống trong phạm vi hẹp.cố định một thời khóa biểu
- Phương hướng mở rộng đồ án môn học thành đồ án tốt nghiệp:
Thiết kế hệ thống chuông báo cho thời khóa biểu mùa đông và mùa hè, trong đó giờ học mùa hè bắt đầu sớm hơn 15 phút vào buổi sáng Buổi chiều cũng sẽ có sự điều chỉnh tương ứng để phù hợp với thời gian biểu mới.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính cung cấp tài liệu quan trọng về hệ thống nhúng, được hướng dẫn bởi GVHD Nguyễn Văn Huy Thời gian học được điều chỉnh để phù hợp với giờ mùa đông, với lịch học buổi tối cho các trường theo hệ thống tín chỉ, nhằm đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên.
Module điều chỉnh được thiết kế với khả năng quét phím ma trận hoặc giao tiếp với bàn phím máy tính, cho phép lập trình thời khóa biểu linh hoạt theo nhu cầu và giờ giấc của từng trường học cũng như nơi làm việc.
+ Xây dựng Hệ thống chuông báo không dây sử dụng bộ thu phát sóng
SƠ ĐỒ KHỐI
Sơ đồ tổng quát
-Sơ đồ khối tổng quát alam Khối nguồn
Nút nhấn Vi XỬ LÝ
Hình 1: Sơ đồ khối tổng quát
2 Chức năng các khối 2.1 Khối nguồn
-Cung cấp nguồn nuôi tất cả linh kiện trong mạch
2.2 Chức năng của khối RTC
Khối này là một chíp thời gian thực (Real Time Clock - RTC), có chức năng cung cấp thời gian tuyệt đối mà con người sử dụng Nó được trang bị pin riêng, giúp RTC hoạt động chính xác ngay cả khi mất nguồn điện Sơ đồ này đảm bảo rằng thời gian đã được thiết lập ban đầu vẫn được duy trì.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính cung cấp chức năng cấp thời gian chính xác cho vi điều khiển, giúp xử lý hiệu quả các nhiệm vụ mà người sử dụng yêu cầu.
2.3 Chức năng của khối điều chỉnh
Khối này có chức năng sử dụng ngắt của 89c51 để yêu cầu điều chỉnh thời gian theo ý người dùng, đồng thời cài đặt thời gian ban đầu cho đồng hồ thời gian thực RTC Việc điều chỉnh này được thực hiện thông qua các phím bấm (BUTTON).
-Khối này gồm có transistor thông dòng cho loa kêu khi có mức điện áp thay đổi liên tục ở chân ra của vi điều khiển
- Khối này thực chất là LCD 16x2 để hiển thị time và các thông tin mà lập trình viên cần hiển thị
2.6 khối xử lý (vi điều khiển 89c51)
-Vi điều khiển 89C51 là trung tâm xử lý các thông tin của mạch.
AT89C51 thực hiện việc đọc thời gian từ DS1307 và chuyển đổi dữ liệu giữa RTC và LCD để hiển thị thời gian lên màn hình LCD Đồng thời, nó cũng cập nhật thời gian từ DS1307 để điều khiển LCD một cách chính xác.
Kiểm tra phím bấm Điều khiển loa
Về cơ bản, VĐK thực hiện nhiệm vụ đọc thời gian từ DS1307 và kiểm tra xem có ngắt nào được kích hoạt hay không Nếu có, nó sẽ điều chỉnh thời gian và hiển thị trên màn hình LCD Sau đó, VĐK sẽ kiểm tra xem giờ hiện tại có trùng khớp với giờ báo chuông hay không, và nếu đúng, nó sẽ kích hoạt chương trình điều khiển chuông kêu.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 9 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
các linh kiện sử dụng trong mạch
3.1 giới thiệu cấu trúc của vi điều khiển MCS-51
Các IC thuộc họ MSC-51, bao gồm IC8951, đều có đặc điểm và chức năng hoạt động tương tự nhau Đây là dòng vi điều khiển được phát triển bởi hãng Intel.
Mỹ sản xuất Chúng có các đặc điểm chung như sau:
+ Có thể mở rộng bộ nhớ chương trình ngoài 64 K Byte
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 11 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com
12 download by : skknchat@gmail.com
Bộ môn Kỹ thuật máy tính
Hình 4: Hình dạng IC AT89C51
P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD
- AT89C51 có các đặc trưng cơ bản như sau: 4 K byte Flash, 128 byte RAM,
Bài viết mô tả một vi điều khiển với 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời/đếm 16-bit, cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên cùng với 5 nguyên nhân ngắt Nó cũng bao gồm một cổng nối tiếp song công, mạch dao động và khả năng tạo xung clock ngay trên chip.
AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho phép hoạt động ở tần số 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng có thể chọn bằng phần mềm Trong chế độ nghỉ, CPU sẽ dừng hoạt động, nhưng RAM, các bộ định thời/đếm, cổng nối tiếp và hệ thống ngắt vẫn tiếp tục hoạt động.
Chế độ nguồn giảm giúp duy trì nội dung của RAM, nhưng ngăn chặn mạch dao động cung cấp xung clock, làm vô hiệu hóa các hoạt động khác của chip cho đến khi thực hiện reset cứng tiếp theo.
AT89C51 là một bộ vi xử lý 8 bit CMOS, nổi bật với tốc độ cao và công suất thấp Nó được trang bị bộ nhớ Flash có thể lập trình và sản xuất bằng công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của Atmel AT89C51 cũng tương thích với họ MCS-51 TM về chân ra và tập lệnh, mang lại sự linh hoạt cho các ứng dụng.
GVHD Nguyễn Văn Huy ĐAMH Hệ Thống
Hình 5: Sơ đồ khối của AT89C51
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 13 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Hình 6: Sơ đồ các chân Như vậy AT89C51 có tất cả 40 chân với các chức năng như sau:
Port 0 là port xuất nhập 8-bit hai chiều Port 0 còn được cấu hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình (Các điện trở kéo lên bên ngoài được cần đến trong khi kiểm tra chương trình).
- Port 1(1-8) : Port 1 là port xuất nhập 8-bit hai chiều Port 1 cũng nhận byte
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 14 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com địa chỉ thấp trong thời gian lập trình cho Flash.
Port 2 (21-28) là cổng xuất nhập 8-bit hai chiều, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các byte cao của bus địa chỉ khi tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài Khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài với địa chỉ 16-bit, Port 2 cũng tham gia vào quá trình này Đối với truy xuất bộ nhớ dữ liệu với địa chỉ 8-bit, Port 2 phát các nội dung từ thanh ghi chức năng đặc biệt P2 Ngoài ra, Port 2 còn nhận các bít địa chỉ cao và một số tín hiệu điều khiển trong quá trình lập trình Flash và kiểm tra chương trình.
- Port 3 (10-17) : Port 3 là Port xuất nhập 8-bit hai chiều Port 3 cũng còn làm các chức năng khác của AT89C51 Các chức năng này được liệt kê như sau:
P3.0 RxD Ngõ vào Port nối tiếp
P3.1 TxD Ngõ ra Port nối tiếp
P3.4 T0 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1
P3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0
P3.6 Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Port 3 cũng nhận một vài tín hiệu điều khiển cho việc lập trình Flash và kiểm tra chương trình.
Ngõ vào reset Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao động đang hoat động sẽ reset AT89C51.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 15 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Hình 7: Mạch reset tác động bằng tay và tự động reset khi khởi động máy
ALE là tín hiệu đầu ra dùng để xác định byte thấp của địa chỉ khi truy cập bộ nhớ ngoài Ngoài ra, chân này cũng hoạt động như ngõ vào cho xung lập trình trong quá trình lập trình Flash.
Khi hoạt động bình thường, xung ngõ ra ALE duy trì tần số cố định bằng 1/6 tần số của mạch dao động, phục vụ cho các mục đích định thời từ bên ngoài và tạo xung clock Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mỗi chu kỳ truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sẽ bỏ qua một xung ALE.
Khi cần, hoạt động ALE có thể được vô hiệu hóa bằng cách thiết lập bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt tại địa chỉ 8Eh Khi bit này được kích hoạt, ALE chỉ hoạt động trong thời gian thực hiện lệnh MOVX hoặc MOVC, còn lại chân này sẽ được kéo lên cao Việc thiết lập bit này sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài.
Chức năng (29) - Program Store Enable - là tín hiệu điều khiển cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài Khi vi điều khiển AT89C52 thực hiện chương trình từ bộ nhớ ngoài, tín hiệu này sẽ được kích hoạt hai lần trong mỗi chu kỳ máy, tuy nhiên, hai lần kích hoạt này sẽ bị bỏ qua khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài.
- /Vpp (31): (External Access Enable) là chân cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài (bắt đầu từ địa chỉ từ 0000H đến FFFFH).
= 0 cho phộp truy xuất bộ nhớ chương trỡnh ngoài, ngỵc lại =1 sẽ thực thi chương trình bên trong chip
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 16 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com
Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được lập trình, sẽ được chốt bên trong khi reset.
Chân này cũng nhận điện áp cho phép lập trình VppV khi lập trình Flash (khi đó ®iƯn áp lập trình 12V được chọn).
XTAL1 và XTAL2 là hai chân vào và ra của bộ khuếch đại đảo trong mạch dao động, được thiết kế để hoạt động như một bộ dao động tích hợp trên chip.
Không có yêu cầu cụ thể về chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu xung clock bên ngoài, vì tín hiệu này sẽ được xử lý qua một flip-flop chia hai trước khi vào mạch tạo xung clock nội bộ Tuy nhiên, cần lưu ý các thông số kỹ thuật liên quan đến thời gian mức thấp và mức cao, cũng như điện áp tối thiểu và tối đa.
3.1.2 Các chế độ đặc biệt
1 Trong chế độ nghỉ, CPU tự đi vào trạng thái ngủ trong khi tất cả các ngoại vi bên trong chip vẫn tích cực Chế độ này được điều khiển bởi phần mềm Nội dung của RAM trên chip và của tất cả các thanh ghi chức năng đặc biệt vẫn không đổi trong khi thời gian tồn tại chế độ này Chế độ nghỉ có thể được kết thúc bởi một ngắt bất kỳ nào được phép hoặc bằng cách reset cứng.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 17 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
2 Ta cần lưu ý rằng khi chế độ nghỉ được kết thúc bởi một reset cứng, chip vi điều khiển sẽ tiếp tục bình thường việc thực thi chương trình từ nơi chương trình bị tạm dừng, trong vòng 2 chu kỳ máy trước khi giải thuật reset mềm nẵm quyền điều khiển.
THIẾT KẾ MẠCH
Sơ đồ nguyên lý
-sơ đồ nguyên lý cụ thể như sau:
DE TAI : THIET KE MACH CHUONG BAO LOP HOC KHOI HIEN THI
LS1 +5VDC VS SV DD
Nhom SV : Chu ANh Nguyen
- Khi đã đảm bảo cấp nguồn cho các mạch ổn định , mạch sẽ hoạt đông như sau:
Ban đầu khi khởi động nó sẽ thực hiện việc đọc dữ liêu treeb DS1307 và hiển thị ngày giờ hiện tại lên LCD.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 31 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com
Để điều chỉnh thời gian cho RTC, người dùng có thể sử dụng phím KEY_TIME kết hợp với phím Tăng (INC_KEY) và Giảm (DEC_KEY) để thay đổi ngày, tháng, năm, thứ, giờ và phút theo ý muốn Sau khi điều chỉnh xong, màn hình LCD sẽ trở về trạng thái trước đó và hiển thị thời gian đã được cài đặt.
Trong quá trình hiển thị thời gian hiện tại trên LCD, vi điều khiển liên tục kiểm tra xem thời gian này có trùng với mốc thời gian bắt đầu hoặc kết thúc tiết học hay không Nếu trùng khớp, chương trình sẽ kích hoạt chuông báo, với thời gian chuông có thể được điều chỉnh qua mã lập trình theo ý muốn của người lập trình Điều này có nghĩa là khi thời gian hiện tại đạt đến thời gian hẹn trước, chuông sẽ reo.
- Sau khi đã thiết kế sơ đồ khối của từng khối chúng ta bắt đầu đi thiết kế sơ đồ nguyên lý cho từng khối như sau:
Khối nguồn
- Nguồn cung cấp cho toàn mạch là +5v dc.Do đó mạch nguồn chỉ cần sử dụng vi mạch ổn áp 7805 với dòng 0.5 A Mạch được thiết kế như sau
- Đối Với role ta sử dụng nguồn nuôi riêng 12 V Có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau.
- Đối vớ chuông ta sử dụng nguồn 220 mắc riêng rẽ
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 32 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
*, Chi chú ý nguồn nuôi cho mạch điều khiển cần giữ sự ổn định vì vậy ta sử dụng ổn áp LM7805 cho nó.
Khối hiển thị LCD
- LCD 16x2 và giao tiếp với vi điều khiển :
VEE của LCD được nối với biến trở và nguồn 5V để diều chỉnh độ sáng của LCD
- Hiển thị time 1 ngày của RTC lên LCD + 3 chân điều khiển (RS,RW,E )
+ Chân điều khiển độ sáng tối của LCD chân VEE ta sử dụng 1 biến trở để điều chỉnh thích hợp
5 v download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Khối xử lý AT89C51
- Sử dụng ic số là một bất lợi cho quá trình thiết kế từ việc thiết kế, kết nối cho tới chọn linh kiện và khắc phục nhiễu.
Một lựa chọn để khắc phục nhược điễm của ic số là dùng bộ vi điều khiển
AT89C51 với dòng điện tiêu thụ thấp và có thể lập trình được
Vi điều khiển sử dụng thạnh anh dao động la 12Mhz Nút ấn kết hợp với tụ C để thực hiện reset
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 34 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com
Khối thời gian thực
Chúng tôi chọn IC DS 1307 vì đây là một vi mạch thời gian thực với độ chính xác cao Đặc biệt, dữ liệu thời gian sẽ không bị mất khi mất nguồn hoặc cúp điện, giúp đồng hồ vẫn hoạt động chính xác ngay cả trong tình huống này IC được cấp nguồn bởi pin 3V.
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 35 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
khối thao tác
Sử dụng nút nhấn để tạo tín hiệu vào nhằm điều chỉnh thời gian là một giải pháp hiệu quả Nút nhấn được kết nối với module giao tiếp, giúp tiết kiệm chân và đơn giản hóa quá trình thực hiện.
1 chân nút nhấn treo xuống mass để tạo sự thay đổi tín hiệu khi nhấn nút. d e c _ k e y g ia m in c _ k e y m e n u m e n u
Có nhiều cách để điều khiển cơ cấu chấp hành, và trong bài viết này, chúng ta sử dụng Transistor A1015 để điều khiển relay 12V/10A Điện trở R K được sử dụng để phân cực và hạn dòng cho Transistor, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
- Diode 2N4148 dùng để bảo vệ Transistor khi trong mạch xuất hiện áp ngược từ cuộn dây sinh ra Relay dùng để điều khiển chuông điện
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 36 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Set phút Hiển thị lên LCD
Set ngay,tháng,năm,thứ
No Kiểm tra time =time đổ Up
Yes yes Tăng ô nhớ lên 1 Đổ Chuông Đặt gt cho RTC
Yes yes Đặt gt cho RTC Giảm gt ô nhớ
Hình 12: Sơ đồ thuật toán
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37 5/15/2022
Sơ đồ thuật toán
Set phút Hiển thị lên LCD
Set ngay,tháng,năm,thứ
No Kiểm tra time =time đổ Up
Yes yes Tăng ô nhớ lên 1 Đổ Chuông Đặt gt cho RTC
Yes yes Đặt gt cho RTC Giảm gt ô nhớ
Hình 12: Sơ đồ thuật toán
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37 5/15/2022 ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy
Thi công mạch
Sơ đồ bố trí linh kiện
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 38 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com
Thiết kế phần mềm
Chương trình cho vi điều khiển
#include "ports.h" #include "lcd.h" #include "rtc.h"
/*= DE TAI : Thiet ke he thong chuong bao lop hoc =*/
/*= GVHD : Thay Nguyen Van Huy =*/
/*=======Khai bao bien ========*/ bit flag=0,aon=0,aoff=0; void main()
LCD_INI(); //khoi tao cho LCD rtc_check();//kiêm tra RTC
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 39 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ĐAMH Hệ Thống Nhúng GVHD Nguyễn Văn Huy disp_intro();//hien thi time len LCD
To initialize the RTC, first, enable the command to clear the LCD screen and start the RTC by sending the appropriate address for writing Next, send the address for reading from the RTC and receive the data from the device This process will continue indefinitely in a loop.
{ start_rtc(); send_adr(0xd0); send_adr(0x00); start_rtc(); send_adr(0xd1); recv_data(); disp_rtc(); if(_testbit_(flag)) //kiem tra co ngat
DISABLE_INT //cam ngat rtc_set(); //goi chuong trinh set cho rtc
ENABLE_INT //cho phep ngat flag=0; //xoa co ngat
} aon=1;//dieu kien de luon so sanh time hen voi time hien tai if(aon) check_alarm(); // kiem tra if(aoff) //bao chuong
Bộ môn Kỹ thuật máy tính 40 5/15/2022 download by : skknchat@gmail.com ring_alarm();
****chuong trinh phuc vu ngat ngoai 0 ****
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~*/ void set_flag() interrupt 0 //chuong trinh ngat cho rtc_set
