Với mong muốn làm rõ các kiến thức đã học và giới thiệu các ứng dụng cơ bản của hệ thống nhúng, nhóm chúng em đưa ra mô hình thiết kế đồng hồ thời gian thực – một sản phẩm rất quen thuộc
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
BÀI TẬP LỚN VI XỬ LÝ
Đề tài : Thiết kế mạch đồng hồ thời gian thực sử dụng DS1307 và
PIC16F877A và hiển thị lên LCD
Giáo viên hướng dẫn : Vũ Song Tùng Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Trường 20082842 (A)
Nguyễn Văn Trường 20083543 (B)
Đỗ Đức Cường 20083278
Nguyễn Ngọc Vinh 20083169
Lớp :Điện tử 3-K53
Trang 2Mục Lục
1.Lời nói đầu : ………1
2.Giới thiệu về nhóm và timeline công việc : 2
3 Mô tả hệ thống : 5
4 Sơ đồ mô phỏng trên PROTEUS 4
5 Tổng quan về các khối : 5
a Tổng quan về PIC16F877A : 6
b Khối thời gian thực DS1307: 9
c Khối màn hình LCD1602 .11
Sơ đồ chân của LCD 1602a 12
d Code của chương trình mô phỏng : 14
6 Kết quả mô phỏng : 22
7 Mức độ hoàn thành công việc : 24
8 Các phần mềm đã sử dụng trong quá trình mô phỏng : 23
9 Tài liệu tham khảo : 25
Trang 3LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, các hệ thống nhúng trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người Ví dụ quanh ta có rất nhiều sản phẩm nhúng như lò
vi sóng, nồi cơm điện, điều hòa, điện thoại di động, ô tô, máy bay, tàu thủy, các đầu đo, cơ cấu chấp hành thông minh, robot v.v… ta có thể thấy hiện nay hệ thống nhúng có mặt ở mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta
Qua môn học Kỹ thuật Vi xử lý, chúng em đã hiểu thêm về các hệ thống nhúng trong thực tế, về đặc điểm, tính ưu việt cũng như tính ứng dụng của chúng đối với con người Với mong muốn làm rõ các kiến thức đã học và giới thiệu các ứng dụng cơ bản của hệ thống nhúng, nhóm chúng em đưa ra mô hình thiết kế đồng hồ thời gian thực – một sản phẩm rất quen thuộc và cần thiết trong đời sống
Do thời gian thực hiện và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót trong quá trình thực hiện đề tài, rất mong được sự bổ sung đóng góp của các thầy cô và các bạn
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Viện Điện tử Viễn thông, cảm ơn thầy Vũ Song Tùng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em thực hoàn thành đề tài này
Trang 42.Giới thiệu về nhóm và timeline công việc:
Nhóm chúng em gồm 4 thành viên như sau :
1 Nguyễn Văn Trường SHSV:20082842 (A) ( trưởng nhóm)
2 Nguyễn Văn Trường 20083543 (B)
3 Đỗ Đức Cường 20083278
4 Nguyễn Ngọc Vinh 20083169
3.Timeline công việc của nhóm:
Nghiên cứu đề tài,tìm hiểu tài liệu Cả nhóm
Vẽ mạch bằng Orcad, Mô phỏng bằng Proteus Cường + Vinh
Thiết kế mạch bằng tay Trường A
Giao tiếp với máy tính Trường B
Trang 54.Mô tả hệ thống :
Đề tài nhằm thiết kế 1 bộ đồng hồ thời gian thực đảm bảo tự cập nhật thời gian
của hệ thống và hiển thị giá trị lên LCD Với thiết kế sử dụng cả nguồn ngoài và PIN
VBat làm cho hệ thống hoạt động cả khi mất điện thì hệ thống thời gian thực vẫn hoạt
động
Ngoài ra đề tài còn có tương tác với phím bấm nhằm Reset hệ thống
5.Sơ đồ mô phỏng trên PROTEUS
RE3/MCLR/VPP 1
3
RA1/AN1/C12IN1-RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+
4 RA4/T0CKI/C1OUT 6
RA5/AN4/SS/C2OUT 7
RB0/AN12/INT 33
34
RB1/AN10/C12IN3-RB2/AN8 35
RA7/OSC1/CLKIN
13 RA6/OSC2/CLKOUT14
RD5/P1B 28RD6/P1C 29RD7/P1D 30
RC4/SDI/SDA 23RC5/SDO 24RC3/SCK/SCL 18RC2/P1A/CCP1 17RC1/T1OSI/CCP2 16RC0/T1OSO/T1CKI 15
RB7/ICSPDAT
40 RB6/ICSPCLK
39 RB5/AN13/T1G
38 RB4/AN1137
RD3 22RD2 21RD1 20RD0 19RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25
RE2/AN7 10RE1/AN6 9RE0/AN5 8
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
5
RD4 27RB3/AN9/PGM/C12IN2-
36
RA0/AN0/ULPW 2
X1 1
X2 2
SCL 6 SDA 5 SOUT 7
U2
DS1307
Trang 61 Tổng quan về các khối :
a Tổng quan về PIC16F877A :
Sơ đồ chân của Pic16f877a :
Pic16f877a có 5 cổng vào ra: PortA(RA0-RA5), PortB(RB0-RB7), RC7), PortD(RD0-RD7), PortE(RE0-RE2) Có 3 bộ định thời: Timer0, Timer1, Timer2 8K bộ nhớ chương trình flash
Tổ chức bộ nhớ :
Trang 7Có 3 khối bộ nhớ trong pic16F877A: bộ nhớ chương trình ,bộ nhớ dữ liệu và
khối bộ nhớ EEPROM Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu có đường bus riêng vì
vậy có thể truy cập vào từng bộ nhớ một cách riêng rẽ
Bộ đếm chương trình có 13 bit vì vậy không gian địa chỉ sẽ là 8k word x 8bit Truy cập ngoài vùng không gian trên sẽ gây lỗi
Bộ nhớ dữ liệu được chia thành 4 bank (Bank0÷Bank3) ,trong các bank chứa các
thanh ghi thường và các thanh ghi chức năng đặc biệt Bank được chọn phụ thuộc vào
bit RP1 và RP0 (bit thứ 6 và bit thứ 5) của thanh ghi trạng thái status
Các thanh ghi chức năng đặc biệt được CPU và bộ ngoại vi sử dụng để điều khiển các
thiết bị Các thanh ghi này hoạt động như một thanh RAM tĩnh
Thanh ghi trạng thái chứa trạng thái số học của ALU,trạng thái Reset và các bit
chọn bank ở bộ nhớ dữ liệu
Các cổng vào ra của pic:
+ Port A: có 6 bit (tương ứng với 6 chân RA0÷RA5) các chân của cổng A có tích hợp
một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì cổng này sẽ không
hoạt động như một cổng vào ra
Trang 8Bình thường Port A sẽ là một cổng vào ra 2 chiều Thanh ghi xác đinh chiều tương ứng của các chân port A là thanh ghi TrisA Các bit ở thanh ghi TrisA bằng 1 sẽ xác định các chân ở port A là đầu vào ngược lại sẽ là đầu ra
+ Port B: rộng 8 bit(tương ứng với 8 chân RB0÷RB7), là một cổng vào ra 2 chiều Thanh ghi qui đinh chiều của cổng B là thanh ghi Tris B Thiết lập các bit ở thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào ngược lại sẽ là cổng ra
+ Port C: rộng 8 bit(tương ứng với các chân RC0÷RC7), bình thường nó là một cổng vào ra 2 chiều, thanh ghi qui định chiều của cổng là thanh ghi TrisC Các chân RC3,RC4 dùng để kết nối truyền nhân thông tin với các thiết bị ngoại vi
+ Port D: rộng 8 bit (RD0÷RD7),nó có thể là cổng vào hoặc cổng ra Port D có thể được cấu hình như một cổng vi xử lý rộng 8 bit (cổng slave song song) bằng cách thiêt lập bit điều khiển PSPSTATUS (TrisE.4) Ở chế độ này thì đầu vào la tín hiệu TTL
+ Port E: rộng 3 bit(RE0÷RE2), được cấu hình là đầu ra hoặc đầu vào Port E có thể là đầu vào điều khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TrisE.4) được thiết lập
Từ hình vẽ ta có thể thấy, pic16F877A có 2 chân Vcc và 2 chân GND, để pic có thể hoạt động được ta phải cấp nguồn cho tất cả các chân này
Ngoài cấp nguồn cung cấp ta phải cấp nguồn xung dao động để cho vi điều khiển hoạt động ta sẽ dùng một thạch anh 20MHz để cấp xung dao động nguồn dao động được cấp thông qua 2 chân 13 và 14 của pic
Mạch reset cho vi điều khiển là một công tắc để hở thông qua chân MCLR của vi điều khiển mạch sẽ thực hiện reset khi chân này từ mức logic 1 xuống logic 0 khi công tắc
để hở thì chân này luôn mang mức logic 1 do luôn được nối với nguồn thông qua một điện trở hạn dòng R1, điện trở này phải có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng 10k để đảm bảo điện áp cung cấp cho vi điều khiển
Trang 9b Khối thời gian thực DS1307:
DS1307 là chip thời gian thực hay RTC (Read time clock) Ðây là một IC tích
hợp cho thời gian bởi vì tính chính xác về thời gian tuyệt đối cho thời gian : Thứ,
ngày,tháng, nãm, giờ, phút, giây Chip này có 7 thanh ghi 8 bit mỗi thanh ghi này
chứa : Thứ , ngày, tháng, nãm, giờ , phút, giây Ngoài ra DS1307 còn chứa 1 thanh
ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống các thanh ghi này có thể dùng như là
RAM DS1307 được đọc thông qua chuẩn truyền thông I2C nên do đó để đọc được và
ghi từ DS1307 thông qua chuẩn truyền thông này Do nó được giao tiếp chuẩn I2C
nên cấu tạo bên ngoài nó rất đơn giản
- DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời
gian và ngày tháng với 56 bytes SRAM Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiếp qua 2
đường bus 2 chiều Nó cung cấp thông tin về giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng,
X1 1
X2 2
SCL 6 SDA 5 SOUT 7
U2
DS1307
Trang 10năm.Ngày cuối tháng sẽ tự động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày, bao gồm cả việc tự động nhảy năm Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h hoặc 12h với chỉ thị AM/PM DS1307 có một mạch cảm biến điện áp dùng để dò các điện áp lỗi và
tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp
- DS 1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp Việc truy cập được thi hành với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến khi chỉ thị STOP được thực thi
Mô tả hoạt động của các chân:
+ X1 và X2 là đầu vào dao động cho DS1307 Cần dao động thạch anh 32.768Khz
Vbat là nguồn nuôi cho chip Nguồn này từ ( 2V- 3.5V) ta lấy pin có nguồn 3V
Ðây là nguồn cho chip hoạt động liên tục khi không có nguồn Vcc mà DS1307 vẫn hoạt động theo thời gian
+ Vcc là nguồn cho giao tiếp I2C Ðiện áp cung cấp là 5V chuẩn và được dùng
chung với vi điều khiển Nếu Vcc không có mà Vbat có thì DS1307 vẫn hoạt động bình thường nhưng mà không ghi và đọc dữ liệu được
+ SCL(serial clock input): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển dữ liệu
trên đường dây nối tiếp
+ SDA(serial data input/out): là chân vào ra cho 2 đường dây nối tiếp Chân
SDA thiết kế theo kiểu cực máng hở , đòi hỏi phải có một điện trở kéo trong khi
hoạt động
+ SQW/OUT(square wave/output driver)- khi được kích hoạt thì bit SQWE
được thiết lập 1, chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số
(1Hz,4kHz,8kHz,32kHz) Chân này cũng được thiết kế theo kiểu cực máng hở
Trang 11vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong Chân này sẽ hoạt động khi cả Vcc
3
RA1/AN1/C12IN1-RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+
4 RA4/T0CKI/C1OUT 6
RA5/AN4/SS/C2OUT 7
RB0/AN12/INT 33
34
RB1/AN10/C12IN3-RB2/AN8 35
RA7/OSC1/CLKIN
13 RA6/OSC2/CLKOUT14
RD5/P1B 28RD6/P1C 29RD7/P1D 30
RC4/SDI/SDA 23RC5/SDO 24RC3/SCK/SCL 18RC2/P1A/CCP1 17RC1/T1OSI/CCP2 16RC0/T1OSO/T1CKI 15
RB7/ICSPDAT
40 RB6/ICSPCLK
39 RB5/AN13/T1G
38 RB4/AN1137
RD3 22RD2 21RD1 20RD0 19RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25
RE2/AN7 10RE1/AN6 9RE0/AN5 8
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
5
RD4 27RB3/AN9/PGM/C12IN2-
36
RA0/AN0/ULPW 2
Trang 12Sơ đồ chân của LCD 1602a
Chức năng các chân:
GND của mạch điều khiển
VCC=5V của mạch điều khiển
(GND) hoặc logic“1” (VCC) để chọn thanh ghi
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” -write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)
Trang 13+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD
“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc
DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ
ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp
DB0-DB7
Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU
Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7
Trang 14d Code của chương trình mô phỏng :
Trang 20233 #define LCD_EN PIN_D3
247 #separate void LCD_SetPosition ( unsigned int cX
248 #separate void LCD_PutChar ( unsigned int cX );// Ham viet1kitu/1chuoi len LCD
249 #separate void LCD_PutCmd ( unsigned int cX) ;// Ham gui lenh len LCD
250 #separate void LCD_PulseEnable ( void );// Xung kich hoat
251 #separate void LCD_SetData ( unsigned int cX );// Dat du lieu len chan Data
261 output_low ( LCD_RS );// che do gui lenh
262 LCD_SetData ( 0x03 ); /* init with specific nibbles to start 4-bit mode */
Trang 21270 LCD_PutCmd ( 0x06 ); /* entry mode set,
increment & scroll left */
271 LCD_PutCmd ( 0x01 ); /* clear display */
Trang 22294 LCD_SetData ( swap ( cX ) ); /* send high nibble */
Trang 23Mạch in :
RE3/MCLR/VPP 1
3
RA1/AN1/C12IN1-RA2/AN2/VREF-/CVREF/C2IN+
4 RA4/T0CKI/C1OUT 6
RA5/AN4/SS/C2OUT 7
RB0/AN12/INT 33
34
RB1/AN10/C12IN3-RB2/AN8 35
RA7/OSC1/CLKIN
13 RA6/OSC2/CLKOUT14
RD5/P1B 28RD6/P1C 29RD7/P1D 30
RC4/SDI/SDA 23RC5/SDO 24RC3/SCK/SCL 18RC2/P1A/CCP1 17RC1/T1OSI/CCP2 16RC0/T1OSO/T1CKI 15
RB7/ICSPDAT
40 RB6/ICSPCLK
39 RB5/AN13/T1G
38 RB4/AN1137
RD3 22RD2 21RD1 20RD0 19RC7/RX/DT 26RC6/TX/CK 25
RE2/AN7 10RE1/AN6 9RE0/AN5 8
RA3/AN3/VREF+/C1IN+
5
RD4 27RB3/AN9/PGM/C12IN2-
36
RA0/AN0/ULPW 2
X2 2
SCL 6 SDA 5 SOUT 7
U2
DS1307
Trang 247.Mức độ hoàn thành công việc :
Nhìn chung dự án đã hoàn thành về mạch mô phỏng và chạy ổn định khâu của bài tập lớn
8.Các phần mềm đã sử dụng trong quá trình mô phỏng :
MPlab Ver 8.4 , Proteus ver 7.7 , Visual Studio 2010, Orcad 10.5
Trang 269.Tài liệu tham khảo :
Picvietnam.com Dientuvietnam.net
Library Microchip Datasheet Pic16f877a , DS1307 , LCD 1602