TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giới thiệu đề tài
Những năm tháng học trò cấp 1, 2, 3 gắn liền với tiếng trống trường, một nét đặc trưng không thể thiếu trong các trường học Ở cấp phổ thông, quy mô trường học thường không lớn, vì vậy tiếng trống được sử dụng làm chuông báo rất phù hợp.
Nhưng đối với các cấp học cao hơn như đại học, cao đẳng,thì việc sử dụng tiếng trống là không phù hợp Vì:
Khuôn viên trường thường khá lớn
Số lượng sinh viên lớn
Cách bố trí phòng học, phòng thí nghiệm, phòng chức năng theo từng khoa riêng biệt
Mỗi toà có khá nhiều tầng
Nhược điểm lớn nhất của việc sử dụng tiếng trống là cần có người trực để canh thời gian, dẫn đến tình huống sai lệch do ngủ quên hoặc xem nhầm giờ, ảnh hưởng đến thời gian học của học sinh, sinh viên Do đó, việc thay thế tiếng trống bằng chuông báo gắn ở mỗi tòa nhà là cần thiết Sử dụng chuông báo mang lại nhiều ưu điểm, giúp cải thiện việc quản lý thời gian học tập hiệu quả hơn.
Lắp đặt dễ dàng, hệ thống,gồm nhiều chuông gắn ở những địa điểm cần thiết
Hệ thống hoàn toàn tự động
Độ chính xác, độ tin cậy cao
Không cần người canh chừng thời gian thông báo
Mục đích nguyên cứu
Từ những ý tưởng,thiết kế trên, em chọn đề tài “Mạch đồng hồ chuông báo 20 mốc thời gian ứng dụng trong trường học”.
Với mong muốn đề tài em được ứng dụng trong thực tế.
Chính vì thế ý tưởng nghiêm cứu và tìm hiểu để thực hiện:
- Ứng dụng và áp dụng kiến thức đã được học ở trường.
- Tìm hiểu về các module và các linh kiện,trong mô hình sản phẩm.
- Phát triển và bổ sung các kiến thức còn thiếu trong quá trình làm đồ án.
Đối tượng nguyên cứu
- Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống.
- Khối vi điều khiển: làm bộ xử lý trung tâm (thu nhận, phân tích và phát tín hiệu điều khiển).
- Khối nút nhấn: điều chỉnh cài đặt thời gian chuông báo
- Khối còi báo: phát âm thanh khi thời gian thực trùng với thời gan đã được cài đặt
- Khối hiển thị LCD: hiển thị thời gian thực và thời gian cài đặt chuông báo
- Khối thời gian thực: cung cấp thời gian thực cho vi điều khiển
Phạm vi nguyên cứu
Đồ án nghiên cứu và thực hiện việc cài đặt chuông báo theo từng ca học, bao gồm thời gian vào ca, tan ca và chuông reo 5 giây lặp lại sau 2 giây, với thông tin hiển thị trên màn hình LCD.
Phương pháp nguyên cứu
Tìm hiểu về vi điều khiển PIC16F877A và các linh kiện trong mạch điện Sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng mạch và mô tả nguyên lý hoạt động của nó Dựa trên các kết quả nghiên cứu và mô phỏng, tiến hành lắp ráp, điều chỉnh và vận hành mạch.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lý thuyết về vi điều khiển PIC16F877A
PIC16F877A là một vi điều khiển 40 chân phổ biến trong các dự án và ứng dụng nhúng Thiết bị này có năm cổng từ A đến E, cùng với ba bộ định thời, bao gồm hai bộ định thời 8 bit và một bộ định thời 16 bit Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp như giao thức nối tiếp, giao thức song song và giao thức I2C Ngoài ra, PIC16F877A còn hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ định thời.
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A:
5 Port xuất/nhậpi(A, B, C, D, E) tương ứng 33 chân ra.
2 Bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2.
1 Bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE)ivới nguồn xung clock ngoài.
2 Bộ Capture/ Compare/ PWM,(Bắt Giữ/ So Sánh/ Điều Biến Xung)
1 Bộ biến đổi Analog toiDigital 10 bit, 8 ngõ vào.
2 Bộ so sánh tương tựi(Compartor).
1 Bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer).
1 Cổng giao tiếp song song 8 bit.
Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode).
Nạp trương trình bằng cổng nối tiếp ( ICSP™ )(In-Circuit Serial
Tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit.
Tần số hoạt động tối đa 20 MHz.
Hình 3:Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A
1 MCLR / Vpp MCLR được sử dụng trong quá trình lập trình, chủ yếu được kết nối với programer như PicKit
2 RA0 / AN0 Chân analog 0 hoặc chân 0 của PORTA
3 RA1 / AN1 Chân analog 1 hoặc chân 1 của PORTA
4 RA2 / AN2 / Vref- Chân analog 2 hoặc chân 2 của PORTA
5 RA3 / AN3 / Vref + Chân analog 3 hoặc chân 3 của PORTA
6 RA4 / T0CKI / C1out Chân 4 của PORTA
7 RA5/AN4/SS/C2out Chân analog 4 hoặc chân 5 của PORTA
8 RE0 / RD / AN5 Chân analog 5 hoặc chân 0 của PORTE
9 RE1 / WR / AN6 Chân analog 6 hoặc chân 1 của PORTE
10 RE2/CS/AN7 Chân 7 của PORTE
11 Vdd Chân nối đất của MCU
12 Vss Chân dương của MCU (+5V)
13 OSC1 / CLKI Bộ dao động bên ngoài / chân đầu vào clock
14 OSC2 / CLKO Bộ dao động bên ngoài / chân đầu vào clock
16 RC1 / T1OSI / CCP2 Chân 1 của POCTC hoặc chân Timer / PWM
17 RC2 / CCP1 Chân 2 của POCTC hoặc chân Timer / PWM
18 RC3 / SCK / SCL Chân 3 của POCTC
19 RD0 / PSP0 Chân 0 của POCTD
20 RD1 / PSPI Chân 1 của POCTD
21 RD2 / PSP2 Chân 2 của POCTD
22 RD3 / PSP3 Chân 3 của POCTD
23 RC4 / SDI / SDA Chân 4 của POCTC hoặc chân Serial Data vào
24 RC5 / SDO Chân 5 của POCTC hoặc chân Serial Data ra
25 RC6 / Tx / CK Chân thứ 6 của POCTC hoặc chân phát của Vi điều khiển
26 RC7 / Rx / DT Chân thứ 7 của POCTC hoặc chân thu của Vi điều khiển
27 RD4 / PSP4 Chân 4 của POCTD
28 RD5/PSP5 Chân 5 của POCTD
29 RD6/PSP6 Chân 6 của POCTD
30 RD7/PSP7 Chân 7 của POCTD
31 Vss Chân dương của MCU (+5V)
32 Vdd Chân nối đất của MCU
33 RB0/INT Chân thứ 0 của POCTB hoặc chân ngắt ngoài
34 RB1 Chân thứ 1 của POCTB
35 RB2 Chân thứ 2 của POCTB
36 RB3/PGM Chân thứ 3 của POCTB hoặc kết nối với programmer
37 RB4 Chân thứ 4 của POCTB
38 RB5 Chân thứ 5 của POCTB
39 RB6/PGC Chân thứ 6 của POCTB hoặc kết nối với programmer
40 RB7/PGD Chân thứ 7 của POCTB hoặc kết nối với programmer
Bảng 1:Chân và mô tả chân của PIC 16F877A
Chức năng các chân vi điều khiển PIC 16F877A:
1 /MCLR/VPP – /MCLR: Hoạt động Reset ở mức thấp
– VPP : ngõ vào áp lập trình
2 RA0/AN0 – RA0 : xuất/nhập số
– AN0 : ngõ vào tương tự
3 RA1/AN1 – RA1 : xuất/nhập số
– AN1 : ngõ vào tương tự
– RA2 : xuất/nhập số – AN2 : ngõ vào tương tự – VREF -: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D
5 RA3/AN3/VREF+ – RA3 : xuất/nhập số
– AN3 : ngõ vào tương tự – VREF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D
6 RA4/TOCKI/C1OUT – RA4 : xuất/nhập số
– TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0 – C1 OUT : Ngõ ra bộ so sánh 1
7 RA5/AN4//SS /C2OUT – RA5 : xuất/nhập số
– AN4 : ngõ vào tương tự 4 – SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ – C2 OUT : ngõ ra bộ so sánh 2
8 RE0//RD/AN5 – RE0 : xuất nhập số
– RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song – AN5 : ngõ vào tương tự
9 RE1//WR/AN6 – RE1 : xuất/nhập số
– WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song – AN6 : ngõ vào tương tự
10 RE2//CS/AN7 – RE2 : xuất/nhập số
– CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song
– AN7 : ngõ vào tương tự
11 VDD Chân nguồn của PIC
13 OSC1/CLKI Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài.
– OSC1 : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài Ngõ vào Schmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC; một cách khác của CMOS.
– CLKI : ngõ vào nguồn xung bên ngoài Luôn được kết hợp với chức năng OSC1.
14 OSC2/CLKO Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock
– OSC2 : Ngõ ra dao động thạch anh Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng.
– CLKO : ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 và chỉ ra tốc độ của chu kỳ lệnh.
15 RC0/T1 OCO/T1CKI – RC0 : xuất/nhập số
– T1OCO : ngõ vào bộ dao động Timer 1 – T1CKI : ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1
16 RC1/T1OSI/CCP2 – RC1 : xuất/nhập số
– T1OSI : ngõ vào bộ dao động Timer 1 – CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ ra PWM2
17 RC2/CCP1 – RC2 : xuất/nhập số
– CCP1 : ngõ vào Capture 1, ngõ ra compare 1, ngõ ra PWM1
18 RC3/SCK/SCL – RC3 : xuất/nhập số
– SCK : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ ra của chế độ SPI
– SCL : ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra của chế độ I2C
19 RD0/PSP0 – RD0 : xuất/nhập số
– PSP0 : dữ liệu port nhánh song song
20 RD1/PSP1 – RD1 : xuất/nhập số
– PSP1 : dữ liệu port nhánh song song
21 RD2/PSP2 – RD2 : xuất/nhập số
– PSP2 : dữ liệu port nhánh song song
22 RD3/PSP3 – RD3: xuất/nhập số
– PSP3 : dữ liệu port nhánh song song
23 RC4/SDI/SDA – RC4 : xuất/nhập số
– SDI : dữ liệu vào SPI – SDA : xuất/nhập dữ liệu vào I2C
24 RC5/SDO – RC5 : xuất/nhập số
– SDO : dữ liệu ra SPI
25 RC6/TX/CK – RC6 : xuất/nhập số
– TX : truyền bất đồng bộ USART – CK : xung đồng bộ USART
26 RC7/RX/DT – RC7 : xuất/nhập số
– RX : nhận bất đồng USART – DT : dữ liệu đồng bộ USART
27 RD4/PSP – RD4: xuất/nhập số
– PSP4 : dữ liệu port nhánh song song
28 RD5/PSP5 – RD5: xuất/nhập số
– PSP5 : dữ liệu port nhánh song song
29 RD6/PSP6 – RD6: xuất/nhập số
– PSP6 : dữ liệu port nhánh song song
30 RD7/PSP7 – RD7: xuất/nhập số
– PSP7 : dữ liệu port nhánh song song
32 VDD Chân nguồn của PIC
33 RB0/INT – RB0 : xuất/nhập số
36 RB3 – RB3 : xuất/nhập số
– Chân cho phép lập trình điện áp thấp ICPS
39 RB6/PGC – RB6 : xuất/nhập số
– PGC : mạch vi sai và xung clock lập trình ICSP – Ngắt PortB
40 RB7/PGD – RB7 : xuất/nhập số
– PGD : mạch vi sai và dữ liệu lập trình ICSP– Ngắt PortB
Đồng hồ thời gian thực DS1307
DS1307 là một chip đồng hồ thời gian thực (RTC - Real-time clock) dùng để theo dõi thời gian tuyệt đối theo giây, phút và giờ Chip này bao gồm 7 thanh ghi 8-bit để lưu trữ thông tin về giây, phút, giờ, thứ trong tuần, ngày, tháng và năm Bên cạnh đó, DS1307 còn có một thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể sử dụng như RAM Việc đọc và ghi dữ liệu trên DS1307 được thực hiện thông qua giao diện I2C, giúp thiết kế bên ngoài của chip trở nên đơn giản.
Hình 4:Cấu tạo chip DS1307
- X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip -
V BAT : cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip.
- GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
Vcc là nguồn cung cấp cho giao diện I2C, thường là 5V và được sử dụng chung với vi điều khiển Trong trường hợp Vcc không được cấp nguồn nhưng V BAT vẫn được cung cấp, DS1307 vẫn hoạt động, tuy nhiên không thể thực hiện việc ghi và đọc dữ liệu.
SQW/OUT là chân phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver) với tần số lập trình được Chân này không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, vì vậy chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi kết nối mạch.
- SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C.
Màn hình LCD
Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống Vi Điều Khiển nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội Với khả năng hiển thị đa dạng các ký tự như chữ, số và đồ họa, LCD cung cấp giao diện trực quan và dễ dàng tích hợp vào mạch ứng dụng thông qua nhiều giao thức giao tiếp khác nhau Bên cạnh đó, nó tiêu tốn rất ít tài nguyên hệ thống và có giá thành thấp, làm cho LCD trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều dự án.
Hình 5: Sơ đồ chân LCD
Chân Ký hiệu Mô tả
1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển
2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC=5V của mạch điều khiển
3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (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) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD.
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc.
Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0- DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.
Trong chế độ ghi, dữ liệu trên bus sẽ được LCD tiếp nhận và chuyển vào thanh ghi nội bộ khi phát hiện một xung chuyển đổi từ cao sang thấp của tín hiệu chân E.
Khi ở chế độ đọc, dữ liệu từ LCD sẽ được xuất ra các chân DB0-DB7 khi phát hiện tín hiệu cạnh lên (low-to-high transition) tại chân E, và dữ liệu này sẽ được giữ trên bus cho đến khi chân E trở về mức thấp.
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
16 A Nguồn dương cho đèn nền
IC 7805
Trong các mạch điện không yêu cầu độ ổn định cao về điện áp, việc sử dụng IC ổn áp thuộc họ 78xx là lựa chọn phổ biến do thiết kế đơn giản Các IC này cung cấp điện áp đầu ra dương, với "xx" đại diện cho giá trị điện áp cụ thể như 5V, 6V, hay 8V Chẳng hạn, IC 7805 cung cấp điện áp ổn định 5V, 7808 cung cấp 8V, và 7812 cung cấp 12V IC 7805 là một trong những loại IC 78xx nổi bật với điện áp đầu ra 5V.
Hình 6:Sơ đồ chân IC7805
Vin - Chân nguồn đầu vào
Vo - Chân nguồn đầu ra.
Relay
Relay, hay còn gọi là Rơ-le, là một công tắc điện từ hoạt động dựa trên dòng điện lớn hơn nhiều Nó có thể được hiểu như một đòn bẩy, thực hiện chức năng chuyển mạch Khi được kích hoạt bằng dòng điện nhỏ, Relay có khả năng "đòn bẩy" để bật thiết bị sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều so với dòng điện hiện tại Bản chất của Relay là một nam châm điện kết hợp với hệ thống các tiếp điểm đóng cắt.
Hình 7:Cấu tạo của Relay
Cấu tạo của Relay khá đơn giản gồm có:
Một dây kim loại thường làm bảng đồng hoặc nhôm và quấn quanh một lõi sắt từ.
Phần tĩnh của bộ phận này được gọi là ách từ (Yoke).
Phần động được gọi là phần cứng (Armature) và được kết nối với một tiếp điểm động.
Cuộn dây có chức năng hút các thanh tiếp điểm, tạo ra hai trạng thái là NO (thường mở) và NC (thường đóng) Mạch tiếp điểm này thực hiện việc đóng cắt các thiết bị tải với dòng điện nhỏ và đảm bảo cách ly giữa chúng thông qua cuộn hút.
Còi Buzzer
Buzzer là thiết bị phát ra âm thanh như còi hoặc bíp, trong đó buzzer áp điện là loại cơ bản nhất, bao gồm một miếng phẳng với hai điện cực Loại này cần bộ dao động hoặc vi điều khiển để hoạt động, và khi sử dụng điện áp một chiều, âm thanh phát ra chỉ là tiếng lách cách Buzzer thường được ứng dụng ở những nơi không yêu cầu tái tạo âm thanh trung thực, như lò vi sóng hay hệ thống báo cháy Ngoài ra, do đặc tính áp điện, buzzer cũng có thể hoạt động như cảm biến áp suất hoặc micro.
Tụ điện
Tụ điện (Capacitor) là một linh kiện điện tử thụ động và lưu trữ năng lượng.
Cấu tạo tụ điện có tính chất cách điện một chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.
Tụ điện có hai loại: Phân cực và không phân cực.
Các tụ phân cực thường có giá trị lớn hơn so với các tụ không phân cực và có sự phân biệt giữa chân âm và chân dương Việc lắp đặt sai chân mạch có thể dẫn đến tình trạng mạch không hoạt động hoặc làm hỏng tụ.
Ngoài ra tụ điện còn được gọi tên theo các vật liệu như tụ gốm, tụ hoá,…
Hình 9:Các tụ phổ biến
Điện trở
Điện trở là một linh kiện để cản trở dòng điện đi qua Vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ và ngược lại.
Điện trở không chỉ cản trở dòng điện mà còn có vai trò quan trọng trong việc chia điện áp, kích hoạt các linh kiện thụ động và thực hiện nhiều chức năng khác tùy thuộc vào vị trí của nó trong mạch điện.
Để phân biệt các giá trị điện trở thì người ta dùng các vòng màu.
Transistor (BJT)
Transistor lưỡng cực (BJT) là linh kiện bán dẫn bao gồm hai đoạn p-n kết nối với nhau, được gọi là "lưỡng cực" do khả năng điều khiển hai loại tín hiệu (dương và âm) bằng dòng điện nhỏ hơn BJT được ứng dụng rộng rãi trong việc tạo kết nối ampli, chuyển đổi tín hiệu và hoạt động như công tắc trong mạch điện tử Hai loại BJT phổ biến là NPN và PNP, tùy thuộc vào loại vật liệu bán dẫn được sử dụng.
BJT là một loại bán dẫn gồm ba lớp bán dẫn Đặt tính của BJT bao gồm:
BJT có khả năng khuếch đại dòng, cho phép đầu ra lớn hơn đầu vào Điều này xảy ra nhờ vào việc điện áp và dòng điện được điều chỉnh bởi dòng cơ bản, mà dòng này lại được kiểm soát bởi dòng điều khiển.
BJT có khả năng điều khiển dòng điện lớn hơn tại đầu ra thông qua việc sử dụng một điện áp nhỏ tại cổng điều khiển.
BJT có khả năng kết nối hai mạch điện với điện áp khác nhau, trong đó một mạch cung cấp điện và mạch còn lại là đầu ra Điều này cho thấy BJT có tính chất tương tự với FET.
BJT có khả năng duy trì độ ổn định nhiệt độ tốt, ngay cả ở nhiệt độ cao, giúp nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các mạch điện tử cần sự ổn định nhiệt độ.
THIẾT KẾ MẠCH
Sơ đồ khối hệ thống
Khối RTC DS1307 Khối hiển thị LCD
Hình 12:Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
- Sử dụng nguồn cấp DC từ 7,5V đến 12V, cấp vào Jack (J3).
- D1 làm nhiệm vụ ngăn không cho cấp ngược nguồn làm hỏng mạch.
- Tụ C2 lọc nguồn, C1 lọc nhiễu để tăng tính ổn định cho nguồn và cho mạch.
- IC 7805 làm nhiệm vụ ổn áp cho nguồn điện ổn định 5V với dòng tối đa là 1A.
- Nguồn 5V này sẽ được lọc lại một lần nữa bằng tụ C3, C7 Và được cấp cho toàn bộ mạch hoạt động.
- Đèn LED dùng để báo có nguồn với điện trở 4,7kΩ để hạn dòng cho LED.
Hình 13:Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển
Vi xử lý PIC16F877A được sử dụng làm trung tâm điều khiển, với thạch anh 12M cung cấp xung nhịp cho vi xử lý Nút nhấn K1 chức năng reset, trong khi tụ C4 đảm nhiệm vai trò tụ reset tự động khi cấp nguồn Điện trở 4,7kΩ giúp kéo chân reset, đảm bảo vi xử lý hoạt động ổn định.
- Các chân RB0 đến RB3 làm ngõ vào của 4 nút điều chỉnh.
- Các chân RC0, RC1, RC2,RD0 kết nối đến DATA của LCD ở chế độ 4 bit: Chân RB2 làm chân RS, chân RD1 làm chân EN điều khiển cho LCD.
- Chân RC3 (SCL) và RC4 (SDA) được hỗ trợ chuẩn giao tiếp I2C dùng để giao tiếp với DS1307
- Chân RD3 được dùng để kích hoạt còi báo.
Hình 14: Sơ đồ nguyên lý khối nút nhấn
- Sử dụng nút nhấn để thay đổi logic giúp vi điều khiển có thể hiểu được khi ta tác động vào nút nhấn.
- Các điện trở R4, R5, R6, R8 là các điện trở kéo lên để xác định mức cao khi không nhấn nút.
- Các nút nhấn K2, K3, K4, K5 khi được nhấn sẽ dẫn điện xuống mức 0 o K2 để chọn chỉnh thời gian. o K3 để chọn chỉnh báo thức. o K4 để tăng giá trị. o K5 để giảm giá trị.
Hình 15:Sơ đồ nguyên lý khối còi báo
- Sử dụng còi báo Buzzer để phát ra âm thanh và được cấp nguồn điều khiển bới Q1 C1815.
- Dùng Q1 để nâng dòng điều khiển lên đến 1A, điện trở R3 là điện trở phân cực cho Q1.
- Khi Q1 được kích dẫn sẽ cấp nguồn cho còi báo.
- Vi điều khiển sẽ phải cấp tín hiệu điều khiển mức cao thông qua điện trở phân cực R3 để kích dẫn Q1.
Hình 16:Mạch điều khiển đóng ngắt chuông bằng Relay
- Sử dụng relay 12V để bật/tắt chuông báo.
Vi điều khiển gửi tín hiệu điều khiển mức cao qua điện trở R12 để kích hoạt Q3, dẫn đến việc Q3 điều khiển đóng hoặc ngắt relay Tín hiệu này sau đó được chuyển đến khối chuông báo để bật hoặc tắt chuông.
Hình 17:Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD
- Màn hình LCD 16x2 ở chế độ 4 bit kết nối và được điều khiển bởi vi xử lý.
Chân 15 cung cấp nguồn cho mạch, trong khi chân 16 cấp mass để làm sáng màn hình LCD Mạch này được kích hoạt bởi transistor Q2 C1815, giúp định dòng lên khi chân LED ở mức 1 và đi qua điện trở 4,7kΩ để kích hoạt Q2.
Biến trở 10kΩ được sử dụng để điều chỉnh độ tương phản của màn hình, giúp hiển thị các ký tự cơ bản trong bảng mã ASCII với cấu trúc 2 dòng và 16 cột.
Hình 18:Sơ đồ nguyên lý khối RTC DS1307
- Sử dụng IC thời gian thực DS1307 với giao tiếp chuẩn I2C.
- Thạch anh 32,768 giúp tạo dao động chuẩn thời gian cho IC thời gian thực DS1307.
- Pin 3V dùng để cấp nguồn cho IC thời gian thực vẫn chạy đúng giờ khi ngưng cấp nguồn.
- Các điện trở kéo lên R1, R2 có giá trị 4,7kΩ để đáp ứng đúng theo chuẩn I2C.
Trong U2, thời gian sẽ tự động chạy, và các giá trị sẽ được vi điều khiển truy cập thông qua giao thức I2C với hai dây scl và sda để thực hiện việc đọc và ghi.
Sơ đồ nguyên lý tổng quát
Hình 19:Sơ đồ nguyên lý tổng quát
Thiết kế mô hình
Hình 21:Bản vẽ layout mạch in
Hình 22:Mô phỏng mạch in 3D
Hình 23:Mạch sau khi thi công
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ GIẢI THUẬT
Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
Mạch sử dụng vi điều khiển PIC16F877A làm trung tâm, có khả năng đọc thời gian từ RTC và hiển thị trên LCD Vi điều khiển cũng điều chỉnh thời gian thông qua các nút nhấn, ghi lại thời gian đã hiệu chỉnh vào RTC Đồng thời, nó so sánh thời gian hiện tại với thời gian đã cài đặt để gửi tín hiệu điều khiển tới relay Khi hai thời gian trùng khớp, tín hiệu này được truyền đến khối chuông báo để kích hoạt còi báo.
Lưu đồ giải thuật
Bảng phân bố ca học trong một ngày của trường học như sau:
Buổi học Ca học Vào ca Hết ca
Bảng 4:Phân bố ca học trong một ngày của trường học
Hình 24: Lưu đồ giải thuật
