Báo cáo bài tập lớn vi Điều khiển và Ứng dụng Đề tài 2 thiết kế mạch Đồng hồ thời gian thực sử dụng vi Điều khiển arduino uno r3

Trong đó mạch đồng hồ số là một trong số mạch cơ bản Sau thời gian học tập và tìm hiểu cùng với sự giúp đỡ của các thầy , chúng em đã hoàn thành việc thiết kế và thi công mạch sử dụng vi

BÁO CÁO

BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN VÀ

ỨNG DỤNG

ĐỀ TÀI: 2

THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ

THỜI GIAN THỰC

SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO UNO R3

Nhóm: 11 – DCCDCDT67B - 2024 GVHD: ThS Nguyễn Tiến Sỹ

Hà Nội, 12/2020

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

====o0o====

BÁO CÁO

BÀI TẬP LỚN VI ĐIỀU KHIỂN VÀ

ỨNG DỤNG

ĐỀ TÀI: 2

THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ

THỜI GIAN THỰC

SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO UNO R3

Nhóm: 11 – DCCDCDT67B - 20201 GVHD: ThS Nguyễn Tiến Sỹ

Hà Nội, 12 /2024 NHÓM 11 – DCCDCDT67B

Thành viên (#1 là trưởng nhóm):

Nhận xét (phần GVHD ghi):

Tiêu chí đánh giá Thang điểm

1 Điểm trừ

1.1 Không có sản phẩm

1.2 Không có báo cáo bản cứng

1.3 Thiếu chức năng theo yêu cầu chức năng của từng đề tài

1.4 Báo cáo sơ sài/thiếu nội dung (tên để tài/nhóm/mục lục/yêu cầu

của đề tài/kế hoạch nhóm/thiết kế sơ đồ khối/code)

2 Điểm cộng

2.1 Mạch in và sắp xếp linh kiện đẹp/Mạch in thủ công

2.2 Các chức năng đã thực hiện có đáp ứng tốt (độ nhạy, tốc độ tính

toán, hiển thị)

2.3 Có chức năng phụ phù hợp

2.4 Dễ sử dụng (bàn phím lớn, ghi chú rõ ràng, thao tác đơn giản)

2.5 Trình bày rõ ràng, trả lời được các câu hỏi chuyên môn

TỔNG ĐIỂM:

MỤC LỤC

MỤC LỤC 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI 8

1.1 Yêu cầu chức năng 8

1.2 Yêu cầu phi chức năng 9

1.3 Sơ đồ khối hệ thống 9

1.4 Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc 10

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10

Chương2 10

2.1 Khối chức năng RTC DS3231 10

2.2 Khối chức năng Ardunio uno r3 10

2.3 Chức năng của led 4 số 7 thanh tích hợp module tm1637 10

2.4 Nguồn điện 10

2.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 10

2.6 Hình ảnh thật sản phẩm 11

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 11

3.1TÀI LIỆU THAM KHẢO 11

PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN 11

PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE 11

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như trong cuộc sống hàng ngày của con người

Ví dụ như: các thiết bị có lập trình mạch đến sản phẩm , mạch điều khiển đèn, mạch đồng hồ,

Những mạch này sẽ được lập trình để thực hiện một hay nhiều thao tác mà con người viết lệnh yêu cầu Trong đó mạch đồng hồ số là một trong số mạch cơ bản Sau thời gian học tập và tìm hiểu cùng với sự giúp đỡ của các thầy , chúng em đã hoàn thành việc thiết kế và thi công mạch sử dụng vi điều khiển , đó là mạch đồng

hồ hiển thị thời gian thực, và hiển thị trên LED 7 đoạn

Em xin chân thành cảm ợn các thầy đã hướng dẫn và giúp đõ để chúng em có thể hoàn thành mạch đồng hồ này

Mô hình không tránh khỏi sai sót và thiếu sót, chúng em mong được sự chỉ bảo của thầy để chúng em hoàn thành tốt hơn, và có thể ứng dụng vào thực tế nhiều hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1: MÔ TẢ ĐỀ TÀI

1.1 Yêu cầu chức năng

- Chức năng 1: Hiển thị ngày, giờ trên LED 7 thanh

- Chức năng 2: Có thể chỉnh ngày giờ của mạch

1.2 Yêu cầu phi chức năng

- Đóng hộp sản phẩm kích thước 100 x 50 x 50 cm

- Giá thành dự kiến: 500.000 đ

- Đối tượng sử dụng: kỹ sư, các doanh nghiệp, sinh viên và người học ngành điện tử

1.3 Sơ đồ khối hệ thống

- Hệ thống gồm 4 khối cơ bản

o Khối nguồn: cấp nguồn 5VDC cho các khối còn lại

o Khối Module : RTC DS3231 đồng hồ thời gian thực

o Khối vđk trung tâm : VĐK Arduino uno r3

o Khối Led: Led 7 thanh hiển thị thông tin thời gian

o

Hình 1: Sơ đồ khối sản phẩm

1.4 Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc

Nguyễn Viết Hồng: Mua và hoàn thiện sản phẩm

Nguyễn Đức Sáng: Viết Code

Lê Văn Minh: Vẽ mô phỏng

Nguyễn Mạnh Hùng: Viết báo cáo

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

1.5 Khối chức năng của RTC DS3231 (Real-Time Clock)

Chức năng:

RTC DS3231 là một module đồng hồ thời gian thực, hoạt động độc lập với thời gian của Arduino nhờ pin CMOS tích hợp Nó lưu giữ chính xác thời gian ngay cả khi hệ thống mất điện

Cung cấp thời gian thực (giờ, phút, giây, ngày, tháng, năm) cho hệ thống

Có khả năng giữ thời gian ngay cả khi không có nguồn cấp chính

Kết nối:

Giao tiếp với Arduino qua giao thức I2C (hai dây SDA và SCL)

Đầu ra gồm ngày, giờ và ngày trong tuần

Vai trò:

RTC đảm bảo rằng hệ thống có dữ liệu thời gian chính xác để kiểm tra và xử lý logic hẹn giờ

1.6 Khối chức năng của Arduino uno r3 (Bộ vi điều khiển trung tâm)

Chức năng:

Là trung tâm xử lý của hệ thống, Arduino thực hiện các nhiệm vụ:

Đọc dữ liệu thời gian từ module RTC DS3231 qua giao thức I2C

So sánh thời gian hiện tại với danh sách thời gian hẹn giờ được lập trình sẵn (mảng alarms)

Hiển thị thông tin thời gian lên màn hình LCD I2C

Kết nối:

Nhận tín hiệu từ RTC DS3231 để xử lý thời gian

Điều khiển các thiết bị đầu ra như led 4 số 7 thanh

Kết nối với máy tính qua cổng Serial để gửi dữ liệu ra Serial Monitor phục vụ kiểm tra và theo dõi

Vai trò:

Điều khiển toàn bộ hệ thống, đảm bảo việc đọc, xử lý và xuất thông tin được thực hiện đúng logic

1.7 Led 4 số 7 thanh tích hợp module tm 1637

Chức năng:

Led 7 thanh hiển thị thông tin thời gian theo định dạng:

Bấm nút lần 1 giờ phút

Bấm nút lần 2 ngày tháng

Kết nối:

Nhận tín hiệu từ Arduino qua giao thức I2C

Gồm 4 chân chính: VCC, GND, DIO, CLK

Vai trò:

Cung cấp thông tin trực quan về thời gian hiện tại, giúp người dùng theo dõi trạng

thái hệ thống

Cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống, bao gồm:

+ Arduino (5V từ nguồn USB hoặc nguồn ngoài)

+ RTC DS3231 (cũng có pin CMOS dự phòng)

+ LED 7 thanh

Kết nối:

Arduino cấp nguồn 5V cho các module RTC, Led 7 thanh qua các chân VCC và GND

RTC có pin dự phòng để duy trì thời gian chính xác khi mất nguồn chính

Vai trò:

Đảm bảo toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định và liên tục

1.9 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

1.10 Hình ảnh thật sản phẩm

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN

3.1TÀI LIỆU THAM KHẢO

https://www.arduino.cc/

PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN

PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE

#include <Wire.h>

#include <RTClib.h>

#include <TM1637Display.h>

// Khai báo chân kết nối với TM1637

#define CLK 2

#define DIO 3

// Khai báo chân nút bấm

#define BUTTON_MODE 4 // Nút để chuyển đổi giữa ngày và giờ

#define BUTTON_SET 5 // Nút để chỉnh ngày/giờ

RTC_DS3231 rtc;

TM1637Display display(CLK, DIO);

int mode = 0; // 0: hiển thị giờ, 1: hiển thị ngày

bool buttonModePressed = false;

bool buttonSetPressed = false;

void setup() {

pinMode(BUTTON_MODE, INPUT_PULLUP);

pinMode(BUTTON_SET, INPUT_PULLUP);

display.setBrightness(7); // Đặt độ sáng cao nhất

if (!rtc.begin()) {

while (1);

}

if (rtc.lostPower()) {

rtc.adjust(DateTime(F( DATE ), F( TIME ))); // Đặt thời gian hiện tại nếu RTC mất nguồn

}

}

void loop() {

// Đọc trạng thái nút bấm

if (digitalRead(BUTTON_MODE) == LOW && !buttonModePressed) {

buttonModePressed = true;

mode = !mode; // Chuyển đổi giữa hiển thị giờ và ngày

}

if (digitalRead(BUTTON_MODE) == HIGH) {

buttonModePressed = false;

}

if (digitalRead(BUTTON_SET) == LOW && !buttonSetPressed) {

buttonSetPressed = true;

adjustTime(); // Gọi hàm chỉnh thời gian

}

if (digitalRead(BUTTON_SET) == HIGH) {

buttonSetPressed = false;

}

// Lấy thời gian từ DS3231

DateTime now = rtc.now();

if (mode == 0) {

// Hiển thị giờ

int displayTime = now.hour() * 100 + now.minute();

display.showNumberDecEx(displayTime, 0b01000000, true);

} else {

// Hiển thị ngày

int displayDate = now.day() * 100 + now.month();

display.showNumberDec(displayDate, true);

}

delay(200);

}

void adjustTime() {

DateTime now = rtc.now();

int year = now.year();

int month = now.month();

int day = now.day();

int hour = now.hour();

int minute = now.minute();

while (true) {

// Hiển thị giờ

while (digitalRead(BUTTON_SET) == LOW) {

display.showNumberDecEx(hour * 100 + minute, 0b01000000, true);

delay(200);

if (digitalRead(BUTTON_MODE) == LOW) {

minute = (minute + 1) % 60;

if (minute == 0) {

hour = (hour + 1) % 24;

// Hiển thị ngày

while (digitalRead(BUTTON_SET) == LOW) {

display.showNumberDec(day * 100 + month, true);

delay(200);

if (digitalRead(BUTTON_MODE) == LOW) {

day++;

if (day > daysInMonth(month, year)) {

day = 1;

month = (month % 12) + 1;

}

}

}

// Lưu thời gian mới khi nhấn giữ nút SET

if (digitalRead(BUTTON_SET) == HIGH) {

rtc.adjust(DateTime(year, month, day, hour, minute, 0));

break;

}

}

}

// Hàm tính số ngày trong tháng (bao gồm năm nhuận)

int daysInMonth(int month, int year) {

if (month == 4 || month == 6 || month == 9 || month == 11) {

return 30;

} else if (month == 2) {

if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)) {

return 29;

} else {

return 28;

}

} else {

return 31;

}

}

Kết luận

Đồng hồ thời gian thực không chỉ là một thiết bị đơn thuần để ghi nhận và duy trì thời gian mà còn đóng vai trò cốt lõi trong nhiều hệ thống hiện đại Trong thời đại công nghệ phát triển không ngừng, khả năng theo dõi và đảm bảo tính chính xác

về thời gian đã trở thành một yêu cầu tất yếu Từ cuộc sống hàng ngày với những thiết bị quen thuộc như đồng hồ đeo tay, điện thoại thông minh hay thiết bị gia dụng, cho đến các hệ thống phức tạp trong công nghiệp, khoa học, và Internet vạn vật (IoT), đồng hồ thời gian thực luôn đóng vai trò then chốt để đảm bảo các quy trình diễn ra mượt mà, đồng bộ và chính xác

Với đặc tính độ chính xác cao, hoạt động liên tục và tiêu thụ năng lượng thấp, RTC không chỉ giúp hệ thống duy trì thời gian mà còn góp phần vào việc

quản lý dữ liệu, tối ưu hóa quy trình làm việc và nâng cao hiệu suất Trong các lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, viễn thông, nghiên cứu khoa học và các ứng dụng nhúng, đồng hồ thời gian thực là nền tảng để tạo ra sự ổn định và đáng tin cậy cho cả hệ thống

Trong tương lai, khi công nghệ ngày càng phát triển và các hệ thống thông minh ngày càng chiếm lĩnh cuộc sống, vai trò của đồng hồ thời gian thực sẽ càng trở nên quan trọng hơn Không chỉ dừng lại ở việc ghi nhận thời gian chính xác, các thế hệ RTC mới sẽ tiếp tục được cải tiến để thích ứng với những môi trường khắc nghiệt hơn, có khả năng đồng bộ hóa dữ liệu toàn cầu và đáp ứng những yêu cầu khắt khe trong các ứng dụng công nghệ cao

Tóm lại, đồng hồ thời gian thực chính là nhịp đập của mọi hệ thống, giữ cho

các quy trình hoạt động đúng thời điểm, kết nối con người và máy móc một cách hài hòa Có thể nói, việc tối ưu hóa và sử dụng RTC hiệu quả chính là chìa khóa quan trọng giúp chúng ta khai thác tối đa tiềm năng của các công nghệ hiện đại, từ

đó mở ra những cơ hội phát triển vượt bậc trong tương lai

K