126 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ, THỜI GIAN THỰC LÊN LCD Vòng Lý Trung Tín, Não Phạm Trung Thành, Nguyễn Danh Mạnh Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP Hồ Chí Minh GVHD ThS[.]
Trang 1THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ,
THỜI GIAN THỰC LÊN LCD
Vòng Lý Trung Tín, Não Phạm Trung Thành, Nguyễn Danh Mạnh
Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: ThS Nghiêm Hoàng H ải
TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu và chế tạo mạch hiển thị nhiệt độ, thời gian thực lên LCD phục vụ trong đời sống hàng ngày của con người Mạch sử dụng IC thời gian thực DS1307 là sản phẩm của Dallas Semiconductor chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm Ngoài ra còn sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 và pic 16F887A để nạp code hiển thị thời gian, nhiệt độ ra màn hình LCD Mạch sau khi được tính toán số liệu, thiết kế và chế tạo đã được thi công và có thể hoạt động tốt, dễ dàng phục vụ đáp ứng nhu cầu trong đời sống con người [5,6]
1 GIỚI THIỆU
Mạch hiển thị nhiệt độ, thời gian được sản xuất nhiều trên thế giới vì giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như các loại máy tự động, đồng hồ báo giờ, các loại đèn quang báo, Ưu điểm của mạch là khả năng hiển thị chính xác thời gian thực và nhiệt độ môi trường xung quanh gần như 100%
Mạch sử dụng ba linh kiện chính đó là: IC THỜI GIAN THỰC DS1307, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 và PIC 16F887A[1-4]
DS1307: Là chip đồng hồ thời gian thực (RTC: Real-time clock), khái niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tính 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 dừng như RAM[1-4]
LM35: LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog, thuộc họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên các chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay đổi của nhiệt độ, đầu ra của cảm biến là điện áp (V) tỷ lệ với nhiệt độ mà nó được đặt trong môi trường cần đo[1-4]
PIC 16F877A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả các ứng dụng thực tế Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể học tập và tạo nền tảng về họ vi điều khiển PIC của mình[1-4]
Trang 22 THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trong mạng I2C START là điều kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu của giao tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp
Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều ở mức cao (SDA = SCL
= HIGH) Lúc này bus I2C đuợc coi là ‚rỗi‛ (‚bus free‛), sẵn sàng cho một giao tiếp Hai điều kiện START và STOP là không thể thiếu trong việc giao tiếp giữa các thiết bị I2C, tất nhiên là trong giao tiếp này cũng không ngoại lệ
Điều kiện START: Một sự chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao (cao =1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiện START
Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao Cả hai điều kiện START và STOP đều được tạo ra bởi thiết bị chủ Sau tín hiệu
tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ Sau khi có một điều kiện START, trong qua trình giao
trạng thái bận Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng giống nhau là khởi tạo một giao tiếp [4-6]
Chế độ hoạt động
DS1307 hoạt động ở hai chế độ sau:
RA0
RE2
RA1 RA3 RA5 RE0
RB0
RD7
RB1 RB3 RB5 RB7 RC0 RC2 SCL SDA RC6 RD0 RD2 RD4 RD6
SCL SDA
SDA SCL
RA0
VEE
RA0/AN0 2 RA1/AN1 3 RA2/AN2/VREF-/CVREF 4
RA4/T0CKI/C1OUT 6
RA5/AN4/SS/C2OUT 7
RE0/AN5/RD 8 RE1/AN6/WR 9 RE2/AN7/CS 10
OSC1/CLKIN 13 OSC2/CLKOUT 14
RC1/T1OSI/CCP2 16 RC2/CCP1 17 RC3/SCK/SCL 18
RD0/PSP0 19 RD1/PSP1 20
RB7/PGD 40 RB6/PGC 39 RB5 38 RB4 37 RB3/PGM 36 RB2 35 RB1 34 RB0/INT 33
RD7/PSP7 30 RD6/PSP6 29 RD5/PSP5 28 RD4/PSP4 27 RD3/PSP3 22 RD2/PSP2 21 RC7/RX/DT 26 RC6/TX/CK 25 RC5/SDO 24 RC4/SDI/SDA 23
RA3/AN3/VREF+
5
RC0/T1OSO/T1CKI 15
MCLR/Vpp/THV 1
U1
PIC16F877A
X1
4M
C1
33P
C2
33P
R1
10k
C3
33pF
VBAT 3 X1 1
X2 2
SCL 6 SDA 5
SOUT 7
U2
DS1307
X2
32.768kHz
I2C
SDA SCL TRIG
R3
10k
R4
10k
LCD1
LM016L
34.0
3
1
VOUT 2
U3
LM35 R5
330R
C4
1uF
R6
330R
1
J1
CONN-H2
A K
D2
LED-BLUE
3
RV1
10k
Trang 31 Ở chế độ slave nhận (chế độ DS1307 ghi): Chuỗi dữ liệu và chuỗi xung clock sẽ được nhận thông qua SDA và SCL Sau mỗi byte được nhận thì 1 bit ACKnowledge sẽ được truyền Các điều kiện START và STOP sẽ được nhận dạng khi bắt đầu và kết thúc 1 truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit một chiều
2 Chế độ slave phát (chế độ DS1307 đọc): Byte đầu tiên slave nhận được tương tự như chế độ slave ghi Tuy nhiên trong chế độ này thì bit chiều lại chỉ chiều chuyền ngược lại Chuỗi dữ liệu được phát đi trên SDA bởi DS1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL[4-6]
3 MÔ PHỎNG SẢN PHẨM MẠCH TRÊN MÁY
Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý và tiến hành vẽ PCB được thể hiện trong Hình 2, hiển thị đầy đủ các chân linh kiện và cách đi dây
Hình 2. Vẽ PCB Sau khi đi dây thành công trong PCB ta được 1 mạch 3D mô phỏng các linh kiện và vị trí của nó trên mạch Từ mạch mô phỏng ta dễ dàng tiến hành thi công và lắp đặt mạch như Hình 3[4-6]
Trang 4Hình 3. Mô phỏng 3D
5 KẾT LUẬN
Đề tài này thực hiện việc tính toán, thiết kế và chế tạo mạch hiển thị nhiệt độ, thời gian thực lên LCD Mạch sau khi được chế tạo và thi công đã hoạt động đúng yêu câu thiết kế, hoạt động ổn định và không có bất cứ hư hại nào Nhằm tạo ra sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như các loại máy tự động, đồng hồ báo giờ, các loại đèn quang báo, đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn Nếu cải tiến thêm thì sẽ có thể được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
TÀI LIỆU THAM KHẢO
applications/Wilmshurst Tim Elsevier, 2010