Bản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ sốBản báo cáo môn thiết kế mạch sử dụng máy tính đề tài thiết kế đồng hồ số
GIỚI THIỆU VỀ 8051
LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ CẤU TẠO 8051
Intel 4004 là vi xử lý đầu tiên được thương mại hóa bởi Intel năm 1971.
Vi điều khiển 8051 do Intel thiết kế vào năm 1981, là bộ vi điều khiển 8-bit nổi bật với bộ nhớ ROM 4KB và RAM 128 byte, thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu kích thước nhỏ gọn Thiết kế với 40 chân DIP giúp dễ dàng tích hợp vào các hệ thống điện tử Hình thức này bao gồm hai bộ định thời 16-bit và bốn cổng vào ra, cung cấp khả năng điều khiển linh hoạt và đa dạng cho các thiết bị điện tử.
Bản nhạc 8-bit có thể lập trình và định địa chỉ theo yêu cầu, giúp tùy chỉnh phù hợp với các ứng dụng khác nhau Bộ dao động tinh thể tích hợp trên chip vi điều khiển có tần số 12 MHz, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong quá trình hoạt động của hệ thống.
Hình 1.2: 8051 Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự nhau, ở đây ta giới thiệu 8051 với các đặc điểm chính sau:
4 port xuất / nhập (/O port) 8 bit
210 vị trí nhớ để định vị bit, mỗi vị trí một bit
4us cho hoạt động nhân hoặc chia
- Thành phần chính của vi điểu khiển 8051 là bộ xử lý trung tâm hay còn gọi là CPU CPU bao gồm:
Thanh ghi tích luỹ B, dùng cho phép nhân và chia
Đơn vị logic học ALU
Từ trạng thái chương trình PSW
- Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình, bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic
- Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động
- Chương trình đang chạy có thể cho dừng lại nhờ một khối điều khiển ở bên trong Các nguồn ngắt có thể là các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp.
- 2 bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm.
- Các cổng port 0, port l, port 2, port 3 được sử dụng vào mục đích điều khiển, ở cổng port 3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng để trao đổi với một bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp cũng như các đường dẫn ngắt bên ngoài.
Giao diện nối tiếp gồm bộ truyền và bộ nhận không đồng bộ hoạt động độc lập, giúp truyền dữ liệu hiệu quả hơn Tốc độ truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp có thể được điều chỉnh trong phạm vi rộng, nhờ vào bộ định thời giúp tối ưu hóa quá trình truyền thông.
- Trong vi điều khiển 8051 còn có hai thành phần quan trọng khác là bộ nhớ và các thanh ghi
- Bộ nhớ RAM và ROM dùng để lưu dữ liệu và mã lệnh
- Các thanh ghi dùng để lưu dữ thông tin trong quá trình xử lý Khi CPU làm việc, nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi.
SƠ ĐỒ CHÂN 8051
Port xuất nhập dữ liệu (P0.0-
P0.7) → không sử dụng bộ nhớ ngoài.
Bus địa chỉ byte thấp và bus dữ liệu đa hợp (AD0- AD7) → có sử dụng bộ nhớ ngoài.
- Khi Port 0 đóng vai trò là port xuất nhập dữ liệu thì phải sử dụng các điện trở kéo lên bền ngoài.
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì
Port 0 đống vai trò là ngõ vào của dữ liệu (D0
- Port 1 (P1.0 - P1.7) có số chân từ 1 →
- Port 1 có một chức năng: Port xuất nhập dữ liệu (P1.0- PI.7) → sử dụng hoặc không sử dụng bộ nhớ ngoài.
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 1 đống vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte thấp (A0 - A7)
- Port2 (P2.0- P2.7) có số chân từ 21 → 28.
- Port 2 cố hai chức năng:
Port xuất nhập dữ liệu (P2.0- P2.7) → không sử dụng bộnhớ ngoài.
Bus địa chỉ byte cao (A8- A15) → có sử dụng bộ nhớ ngoài.
- Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 2 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte cao (A8- A11) và các tín hiệu điều khiển.
- Bảng chức năng các chân Port 3:
Bit Tên Địa chỉ Chức năng
P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp
P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp
P3.2 INT0\ B2H Ngõ vào nhát ngoài 0
P3.3 INT1\ B3H Ngõ vào nhát ngoài 1
P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0
P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1
P3.6 WR\ B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu (RAM) ngoài
P3.7 RD\ B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu (RAM) ngoài
Chân PSEN: là chân 29, có 4 tín hiệu điều khiển, là tín hiệu để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối lên chân OE của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh.
Trong quá trình lấy lệnh, tín hiệu PSEN ở mức thấp để đọc các mã nhị phân của chương trình từ EPROM qua bus truyền dữ liệu Các mã lệnh này sau đó được chốt vào thanh ghi lệnh của vi xử lý 8051 để tiến hành giải mã và thực thi Khi chương trình được thi hành trong bộ nhớ ROM nội, tín hiệu PSEN sẽ ở trạng thái thụ động (mức cao), đảm bảo quá trình xử lý diễn ra liên tục và chính xác.
Chân ALE (tín hiệu ra) trên chân 30 của mạch phù hợp với các thiết bị hoạt động cùng bộ xử lý 8585, 8088, 8051, giúp xác định và điều khiển quá trình truyền dữ liệu Khi port 0 được sử dụng trong chế độ chuyển đổi, ALE đóng vai trò là tín hiệu chốt địa chỉ vào thanh ghi ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ, đồng thời bus dữ liệu và địa chỉ thấp được thực hiện qua port 0 Tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 tần số dao động của chip, ví dụ với tần số 12MHz của 8051 thì ALE có tần số là 2MHz, ngoại trừ khi thực hiện lệnh Movx, lúc đó tín hiệu ALE bị mất Chân này còn dùng làm ngõ vào xung lập trình cho EEPROM trong vi xử lý 8051, đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo chu kỳ và lập trình.
Chân EA trên mạch 8051 có chức năng truy xuất ngoài, chủ yếu là để điều khiển việc thực thi chương trình từ bộ nhớ Khi chân EA được kéo lên mức cao (+5V), vi xử lý sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ ROM nội trong đến địa chỉ thấp (4K) Ngược lại, nếu chân EA ở mức thấp GND, chương trình sẽ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng bên ngoài Đối với vi điều khiển 8031, chân EA luôn cố định ở mức thấp vì không tích hợp bộ nhớ chương trình nội tại, giúp cho bộ nhớ mở rộng hoạt động chính xác Ngoài ra, chân EA còn được sử dụng để cung cấp điện áp 21V khi lập trình cho EPROM trong hệ thống dựa trên vi xử lý 8051.
Chân RST (Reset) của 8051 hoạt động như một tín hiệu khởi động hệ thống khi được đưa lên mức cao, tối thiểu là trong hai chu kỳ máy Khi chân RST được kích hoạt, các thanh ghi trong vi xử lý 8051 sẽ được tải giá trị thích hợp để bắt đầu quá trình khởi động và thiết lập hệ thống một cách chính xác.
Các ngõ vào bộ dao động trên chip:Như đã thấy ở các hình trên,8051 có bộ dao động trên chip Nó thường được nối với thạch anh gia hai chân 18 và 19, Các tụ giữa cũng cần thiết như đã vẽ Tân số thạch anh thông thường là 12MHZ.
Các chân nguồn: 8051 vận hành với nguồn đơn +5V(VCC) được nối vào chân
40 và chân 20 được nối GND.
BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 8052
Bộ vi điều khiển 8052 là thành viên mới trong họ vi điều khiển 8051, với nhiều đặc điểm nổi bật Ngoài các tính năng tiêu chuẩn của 8051, 8052 còn được trang bị thêm 128 byte RAM cùng một bộ định thời nữa, giúp tổng cộng có 256 byte RAM và 3 bộ định thời Chip 8052 còn có bộ nhớ ROM lên tới 8K byte, lớn hơn nhiều so với 4K byte của 8051, nâng cao khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu Các đặc tính của 8051, 8052 và 8031 giúp người dùng dễ dàng lựa chọn phù hợp cho các dự án tự động hóa và điều khiển.
ROM trên chíp 4K byte 8K byte OK
Như nhìn thấy từ bảng 2 thì 8051 là tập con của 8052 Do vậy tất cả mọi chương trình viết cho 8051 đều chạy trên 8052 nhưng điều ngược lại là không đúng.
GIỚI THIỆU IC 74LS47
SƠ ĐỒ CHÂN
Số chân Tên chân Mô tả
1 B Đầu vào BCD của IC
2 C Đầu vào BCD của IC
3 Display test/ Lamp test Kiểm tra hiển thị LED
4 Blank input Tắt các LED hiển thị
5 Store Lưu trữ hoặc nhấp nháp mã BCD
6 D Đầu vào BCD của IC
7 A Đầu vào BCD của IC
Hình 2.2: Các chân của 74LS47
CHỨC NĂNG CÁC CHÂN
Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vào ứng với B, C, D, A
Chân số 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 là các chân đầu ra, những chân này sẽ được nối với led 7 thanh để điều khiển chúng.
Chân số 16 là chân cấp nguồn Vcc 5V, không cấp quá nguồn 5V để IC hoạt động bình thường.
Chân số 3 của LT (Lamp Test) được sử dụng để kiểm tra LED 7 đoạn Khi chân này được nối với mass, tất cả 7 đoạn của LED sẽ sáng cùng lúc, giúp kiểm tra xem các đoạn của LED có bị hỏng hay không Đây là chức năng chính của chân chân số 3 trong quá trình kiểm tra LED 7 đoạn để đảm bảo hoạt động đúng và nhận biết các đoạn bị lỗi một cách nhanh chóng.
Chân số 4 BI/RB0 được nối với mức cao, nếu bị nối với mức thấp thì toàn bộ đèn sẽ không sáng.
Chân số 5 RBI nối với mức cao.
CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG
- Có 4 chế độ hoạt động:
Trong trạng thái sáng bình thường, các chân đều có thể ở các mức từ 0 đến 9, thường được sử dụng nhất Chân BI hoặc RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao để đảm bảo tín hiệu hoạt động chính xác, tương tự chân RBI cũng phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao Ngoài ra, chân LT cũng cần bỏ trống hoặc nối lên mức cao để duy trì hoạt động đúng chuẩn của thiết bị.
Chân BI/RBO nối xuống mức thấp thì tất các các đoạn của LED đều không sáng bất chấp trạng thái của các ngõ vào còn lại.
Để đảm bảo LED 7 đoạn hoạt động đúng, cần bỏ trạng thái số 0 khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0, tất cả các đoạn LED đều tắt Chân RBI phải để mức thấp, đồng thời chân BI/RBO nên để trống vì nó đóng vai trò là ngõ ra trong mạch điều khiển LED 7 đoạn Việc loại bỏ trạng thái số 0 giúp tránh hiển thị sai và đảm bảo chức năng điều khiển chính xác của hệ thống.
Chân BI/RBO cần bỏ trống hoặc nối lên mức cao, trong khi chân LT phải nối xuống mức thấp để đảm bảo hoạt động chính xác Khi tất cả các thanh của LED 7 đoạn đều sáng bất kể các ngõ vào BCD, điều này cho thấy LED đang hoạt động hoặc kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn còn sáng hay đã chết nhằm đảm bảo chức năng hiển thị chính xác.
Số Ngõ vào BI/RBO Ngõ ra
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
- Chức năng: Bộ giải mã, bộ phân kênh.
- Họ công nghệ tiên tiến: LS.
- Tần số tối đa ở điện áp thông thường: 35Mhz.
- Tpd ở điện áp thông thường ( tối đa ): 100nsec.
- Phạm vi nhiệt hoạt động giải trí ( C ): 0 – 70.
- Rò rỉ nguông vào kỹ thuật số ( Tối đa ): 5uA.
GIỚI THIỆU LED 7 ĐOẠN
CẤU TẠO
LED 7 đoạn là thiết bị hiển thị điện tử chuyên dụng để hiển thị số, phổ biến trong các thiết bị như đồng hồ số và máy tính Khi các đoạn LED của 7 đoạn sáng lên, chúng tạo thành các số và ký tự khác nhau, giúp người dùng dễ dàng đọc thông tin Nhờ tính năng hiển thị rõ ràng và dễ dàng tùy biến, LED 7 đoạn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị điện tử hiện đại.
LED 7 đoạn bao gồm 8 LED được kết nối song song để có thể thắp sáng hiển thị số “0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, A, b, C, d, E, F, …”.
Mỗi đoạn Led được đánh dấu từ A tới G.
Đoạn thứ tám gọi là “chấm thập phân” (Decimal Point) ký hiệu DP được sử dụng khi hiển thị số không phải là số nguyên
Hình 3.2: Cấu tạo bên trong LED 7 đoạn
PHÂN LOẠI
Dựa vào các cực được nối, có thể phân loại LED 7 đoạn như sau:
Loại dương chung (Common Anode): Trong màn hình hiển thị Anode chung, tất cả các kết nối Anode của LED 7 thanh sẽ được nối với nhau ở mức logic “1”, các phân đoạn LED riêng lẻ sẽ sáng bằng cách áp dụng cho nó một tín hiệu logic “0” hoặc mức thấp “LOW” thông qua một điện trở giới hạn dòng điện để giúp phù hợp với các cực Cathode với các đoạnLED cụ thể từ a đến g.
Màn hình Cathode chung (Common Cathode) có đặc điểm là tất cả các cực Cathode của các đèn LED được kết nối chung với nhau, thường là nối với mức logic “0” hoặc đất (Ground) Các chân Anode của các đèn LED sẽ được kết nối với tín hiệu logic mức cao (HIGH) hoặc mức logic 1 thông qua các chân điều khiển Loại màn hình này giúp dễ dàng điều khiển các đèn LED bằng tín hiệu logic và thường được sử dụng trong các mạch điều khiển hiển thị.
1 điện trở giới hạn dòng điện để có thể đưa điện áp vào phân cực ở Anode từ a đến G để có thể hiển thị tùy ý.
LED 7 đoạn có 10 chân, trong đó 8 chân được nối với LED (A, B, C, D,
Tùy vào loại LED 7 đoạn, hai chân giữa được đánh dấu COM hoặc dương chung hoặc âm chung của các LED.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Hình 3.3: Vị trí sáng của các chân của LED 7 đoạn
Nguyên tắc chung để LED sáng là phải đảm bảo phân cực thuận trên từng LED Để hiển thị các chữ số mong muốn, chỉ cần cung cấp nguồn điện cho các LED tại các vị trí tương ứng để chúng sáng lên đúng cách Bảng hướng dẫn cách tạo ra các chữ số và cấu hình từng đoạn LED 7 đoạn giúp dễ dàng hiển thị chính xác các số cần thiết.
THIẾT KẾ MẠCH
MẠCH NGUYÊN LÝ
P0B7AD7 32 P0B6AD6 33 P0B5AD5 34 P0B4AD4 35 P0B3AD3 36 P0B2AD2 37 P0B1AD1 38 P0B0AD0 39 VCC 40
MẠCH LAYOUT, 3D
Hình 4.2: Sơ đồ mạch in
Hình 4.7: Mạch in 3D ( mặt trước)
Hình 4.8: Mạch in 3D ( mặt sau)