THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ

THIẾT KẾ MẠCH QUANG BÁO VÀ ĐỒNG HỒ SỐ

MỤC LỤC

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn -3

Nhận xét của giáo viên phản biện -4

Lời nói đầu -5

Lời cảm ơn -6

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 1.1 Điện trở -7

1.2 Tụ điện -9

1.3 Led -10

1.4 Diode -10

1.5 IC 7805 ổn áp 5Vol -11

1.6 Reset -12

1.7 IC xử lý trung tâm 89C51 -12

1.7.1 Sơ đồ chân IC 89C51 -12

1.7.2 Cấu trúc bên trong IC 89C51 -15

1.7.3 Tổ chức bên trong bộ nhớ -16

1.8 IC giải mã 74LS247 -27

1.9 IC đệm đảo ULN2803 -28

2.0 IC thời gian thực DS12C887 -29

2.0.1 Sơ đồ chân -29

2.0.2 Chức năng các chân -29

2.0.3 Cấu trúc của DS12C887 -32

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch quang báo -37

2.2 Chức năng các khối trong mạch -37

2.2.1 Khối nguồn -38

2.2.2 Khối tạo dao động -38

2.2.3 Khối điều khiển trung tâm -38

2.2.4 Khối giải mã -39

2.2.5 Khối hiển thị -39

2.3 Lưu đồ giải thuật mạch quang báo -40

2.4 Chương trình mạch quang báo -44

2.5 Mạch in mạch quang báo -48

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VÀ THI CÔNG MẠCH ĐỒNG HỒ SỐ 3.1 Sơ đồ nguyên lý -49

3.2 Sơ đồ khối và chức năng các khối -49

3.2.1 Khối giải mã -50

3.2.2 Khối hiển thị -50

3.2.3 Khối công tắc -50

3.2.4 Khối lưu giờ -51

3.2.5 Khối kết led 7 đoạn -52

3.3 Lưu đồ giải thuật -53

3.4 Chương trình mạch đồng hồ số -58

3.5 Mạch in mạch đồng hồ số -73

Tài liệu tham khảo -74

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

-Chữ ký của giáo viên hướng dẫn

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

-Chữ ký của giáo viên phản biện

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhất là trong lĩnhvực Điện tử - Tin học - Viễn thông, việc đưa thông tin quảng cáo đến với ngườitiêu dùng, đến với xã hội trở nên dễ dàng và nhanh chóng Thông qua nhiều hìnhthức quảng cáo khác nhau mà các doanh nghiệp giới thiệu sản phẩm của mình đếnmọi người

Trong nhiều hình thức đa dạng của thông tin quảng cáo như: Báo, đài, tivi,

tờ rơi, áp phích… Thì việc dùng bảng quang báo điện tử là một cách đơn giản vàhiệu quả để quảng cáo Chúng ta bắt gặp rất nhiều bảng thông tin như vậy trongthực tế Khi đi trên đường phố lúc về đêm, bạn sẽ bắt gặp cùng với ánh đèn màu làrất nhiều các bảng quang báo lớn với các hình ảnh sinh động hay các hình ảnh,logo hiện lên với đủ kiểu (từ trên xuống, từ trái sang ….)

Qua đó ta thấy rằng, bảng quang báo điện tử đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: giới thiệu sản phẩm, làm biển hiệu… Với ứng dụng rộng rãi như vậy, việc tìm hiểu và thiết kế một bảng thông tin như vậy đã thôi thúc em thực hiện đề tài “Thiết kế mạch quang báo và đồng hồ số” bằng vi

xử lí sử dụng IC89C51

Tuy nhiên, do lần đầu thực hiện nên bảng quảng cáo của chúng tôi có thể còn nhiều sai sót Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành từ phía các thầy cô cũng như các bạn sinh viên

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài nhóm chúng em đã nhận được sự giúp đỡ tận

tình cả về kiến thức chuyên ngành lẫn tinh thần của giáo viên hướng dẫn và các

thầy cô trong khoa công nghệ Trước tiên nhóm chúng em muốn dành tình cảm

chân thành đến giáo viên hướng dẫn Lê Thị Thanh Huyền cũng như các thầy cô

trong khoa công nghệ, đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thí chỉ dẫn và giúp đỡ thêm

Nhóm chúng em chắc rằng cuốn đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót trong khi làm cũng như trong suốt quá trình chúng em thực hiện đồ án Chúng

em rất cảm ơn khi nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của khoa, giảng viên để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn Chúng em xin chân thành cảm ơn

TP.Vinh, Ngày 06 tháng 11 năm 2014

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC LINH KỆN TRONG MẠCH

1.1 Điện trở

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó

Hình 1: Ký hiệu của điện trở Hình 2: Hình ảnh điện trở thực tế

R  U I

Trong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω) )

Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở Người ta dùng các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở Mỗi màu đại diện cho một số Có nhiều loại điện trở khác nhau nhưng được chia làm hai loại chính dựatrên cấu trúc của nó,đó là diện trở đơn và điện trở thanh Điện trở thanh gồm nhiều diện trở đơn ghép lại với nhau

Hình 3: Các vòng màu thể hiện giá trị của điện trở

Điện trở thanh thường dùng khi cần nhiều điện trở giống nhau, nhưng yêu cầu thiết kế gọn, ví dụ như kéo lên một port của vi điều khiển, hạn dòng cho dãy led, led 7 đoạn, vvv…

Có 2 loại điện trở thanh thông dụng:

Loại được đóng gói 1 hàng (SIP)

Để ý cái chấm trên đầu, nó là chân chung, các chân còn lại nối với chân chung qua 1 điện trở, giá trị điện trở đó thường được ghi trên thân

Loại đóng gói 2 hàng (DIP), nhìn giống các IC thông thường

Loại này thì 2 chân đối diện nối với nhau qua trở, giá trị cũng ghi trên thân

1.2 Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện có tính tích trữ năng lượng điện, tụ điện được cấu tạo gồm hai bản phẳng bằng chất dẫn điện gọi là hai bản cực Hai bản cực đặt song song với nhau, ở giữa là chất điện môi cách điện.

Để đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện, ta dùng đại lượng gọi là điện dung C=ε(s/d) Đơn vị : Fara (F)

Hình 4: Kí hiệu của tụ điện Hình 5: Hình dạng thực tế

Phân loại: Tụ được chia làm hai loại chính đó là tụ phân cực và tụ không phân cực, ngoài ra tụ còn được gọi theo tên vật liệu cấu tạo nên chúng như tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa…

Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:

E = 0



 

0 = 8.86.10-12 C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không

 là hằng số điện môi tương đối của môi trường, đối với chân không  =

1, giấy tẩm dầu = 3,6; gốm = 5,5; mica = 4 5

Đơn vị: Có 3 đơn vị chính

1µ=10-6F

1n=10-9F

1p=10-12F

Như vậy điện dung tỉ lệ thuận với tiết diện của bản tụ Tỉ lệ nghịch với khoảngcách giữa hai bản tụ và phụ thuộc vào chất điện môi.

1.3 Led (Diode phát quang)

Diode phát quang là Diode phát sáng khi ta phân cực thuận cho nó và códòng điện cấp qua Diode này có thể phát ra màu sắc khác nhau Tùy theo mứcnăng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau(tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED)hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

Hình 6: Ký hiệu của led Hình 7: Hình dạng thực tế của led

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trongkhoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do

đó, LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

1.4 Diode

Diode bán dẫn là dụng cụ bán dẫn có một lớp tiếp xúc P-N Bên ngoài có bọc

một lớp Plastic Hai đầu của mẫu bán dẫn có tráng kim loại để nối dây ra.Có haicách phân cực cho diode Là phân cực thuận, phân cực nghịch

Hình 8: Ký hiệu của diode Hình 9: Hình dạng thực của diode

Hình dạng to, thuộc loại tiếp mặt, hoạt động ở tần số thấp Diode chỉnh lưu dùng

để đổi điện xoay chiều sang điện một chiều, chịu dòng từ vài trăm mA đến côngsuất cao vài trăm A Diode chỉnh lưu thông thường là loại Silic

1.5 IC 7805 IC ổn áp 5 Vol

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví

dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này)

Điện áp đặt trước IC 78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V

89c51 là IC vi điều khiển (Microcontroller) do hãng Atmel sản xuất IC này

có đặc điểm như sau:

 4k byte ROM,128 byte RAM nội

 4 Port I/O 8 bit

 2 bộ đếm/ định thời 16 bit

 Giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp

 64k byte bộ nhớ bên ngoài dung để lưu chương trình điều khiển

 64k byte bộ nhớ bên ngoài dung để lưu dữ liệu

 210 bit có thể truy xuất từng bit

 Có các lệnh xử lý bit

Sơ lược về các chân của 89C51:

Hình 13 Sơ đồ chân 89C51

Chức năng của các chân 89C51:

Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7) Port 0 có 2 chức năng: trongcác thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường

IO, đối với thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ vàbus dữ liệu

Port 1: từ chân 1 đến chân 8 (P1.0 _ P1.7) Port 1 chỉ có chức năng dùnglàm các đường điều khiển xuất nhập IO

Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7) Nếu không dùng bộ nhớ mởrộng bên ngoài thì port 2 dùng làm các đường điều khiển IO Nếu dùng bộ nhớ

mở rộng bên ngoài thì port 2 có chức năng là bus địa chỉ cao A0 – A15

Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7) Port 3 là port có 2 chức năng.Các chân port này có nhiều chức năng , các công dụng chuyển đổi có liên hệ đặcbiệt của 89C51

PSEN (Program store enable):

PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chươngtrình mở rộng thường được nối đến chân OE\ của Eprom cho phép đọc các byte

mã lệnh

PSEN ở mức thấp trong thời gian 89C51 lấy lệnh Các mã lệnh của chương trìnhđược đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong89C51 để giải mã lệnh Khi 89C51 thi hành chương trình trong EPROM nộiPSEN ở mức logic 1

ALE (Address Latch Enable):

Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ

và dữ liệu (AD7 – AD0) do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu

ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địachỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt Tín hiệu ở chân ALE là một xungtrong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàntoàn tự động

EA\ (External Access):

Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0

Nếu ở mức 1 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ nội

Nếu ở mức 0 thì vi điều khiển thi hành chương trình từ bộ nhớ ngoại

RST (Reset):

Ngõ vào chân 9 là ngõ vào Reset Khi cấp điện cho hệ thống hoặc nhấn nútreset thì mạch sẽ reset vi điều khiển Khi reset thì tín hiệu reset phải ở mức cao ítnhất 2 chu kì máy

Các ngõ vào bộ dao động Xtal1, Xtal2:

Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 89C51 Khi sử dụng 89C51,người ta chỉ cần nối thêm tụ thạch anh và các tụ Tần số tụ thạch anh thường là

12 Mh – 24 Mh

Hình14: sơ đồ mắc thạch anh vào chân XTAL

1.7.2 Cấu trúc bên trong của 89C51

B1 Sơ đồ khối bên trong 89C51:

Hình 2-3 Cấu trúc bên trong của vi điều khiển

1.7.3 Tổ chức bộ nhớ

Hình 15: Bảng tóm tắt các vùng nhớ 89C51

RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau:

Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH

RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

RAM đa dụng từ 30H đến 7FH

Các thanh ghi chức năng từ 80H đến FFH

Hình 16: Cấu trúc bộ nhớ Ram bên trong vi điều khiển

- Bộ nhớ trong 89C51 bao gồm ROM và RAM RAM trong 89C51 bao gồmnhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, cácbank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

- 89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt chochương trình và dữ liệu Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 8951nhưng 8951 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữ

20

Bank 3 1F

18

Bank 2 17

10

Bank 1 0F

Ram đa dụng:

Vùng nhớ Ram đa dụng gồm có 80 byte địa chỉ từ 30H – 7FH Vùng nhớ bank thanh ghi 32 byte từ 00H – 1FH cũng có thể dùng làm vùng nhớ Ram đa dụng Mọi địa chỉ trong vùng Ram đa dụng đều có thể truy xuất tự do dùng kiểu địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp Bộ nhớ ngănxếp của vi điều khiển dùng bộ nhớ Ram nội nên dung lượng bộ nhớ ngăn xếp nhỏ trong khi đó các bộ vi xử lý bên

ngoài làm bộ nhớ ngăn xếp nên dung lượng tùy ý mở rộng.

Ram có thể truy xuất từng bit:

89C51 chứa 210 bit được địa chỉ hóa từng bit, trong đó 128 bit chứa ở cácbyte có địa chỉ từ 20H đến 2FH, các bit còn lại chứa trong nhóm thanh ghi chứcnăng đặc biệt

Ý tưởng truy xuất từng bit bằng phần mềm là một đặc tính mạnh của viđiều khiển nói chung Các bit có thể được đặt, xóa, and, or,… với 1 lệnh đơn.Ngoài ra các port cũng có thể truy xuất được từng bít làm đơn giản phần mềmxuất nhập từng bit

Các bank thanh ghi:

Bộ lệnh 89C51 hỗ trợ 8 thanh ghi có tên là R0 đến R7 và theo mặc định(sau khi reset hệ thống), các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H đến 07H

Đây là lệnh 1 byte dùng địa chỉ thanh ghi Tuy nhiên có thể thi hành bằnglệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte thứ 2: MOV A, 05H

Lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn nhiều

so với lệnh tương ứng dùng địa chỉ trực tiếp

Bank thanh ghi tích cực bằng cách thay đổi các bit trong từ trạng tháichương trình (PSW) Giả sử thanh ghi thứ 3 đang được truy xuất, lệnh sau đây sẽ

di chuyển nội dung của thanh ghi A vào ô nhớ ram có địa chỉ 18H: MOV R0, A.Các thanh ghi có chức năng đặc biệt:

89C51 có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR: Special Funtion Register) ởvùng trên của RAM nội từ địa chỉ 80H đến FFH.

Các thanh ghi port xuất nhập:

Các port của 89C51 bao gồm port 0 ở địa chỉ 80H, port 1 ở địa chỉ 90H,port 2 ở địa chỉ A0H, và port 3 ở địa chỉ B0H Tất cả các port này đều có thể truyxuất từng bit nên rất thuận tiện trong khả năng giao tiếp

Các thanh ghi timer:

89C51 có chứa 2 bộ định thời đếm 16 bit được dùng cho việc định thờihoặc đếm sự kiện Timer 0 ở địa chỉ 8AH (TL0: byte thấp) và 8CH (TH0: bytecao) Timer 1 ở địa chỉ 8BH (TL1: byte thấp) và 8DH (TH1: byte cao) Việckhởi động timer được Set bởi Timer Mode (TMOD) ở địa chỉ 89H và thanh ghiđiều khiển timer (TCON) ở địa chỉ 88H, chỉ có TCON được địa chỉ hóa từng bit

Các thanh ghi port nối tiếp:

89C51 chứa một port nối tiếp dành cho việc trao đổi thông tin với các thiết

bị nối tiếp như máy tính, modem hoặc giao tiếp nối tiếp với các IC khác Mộtthanh ghi gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp (SBUF) ở địa chỉ 99H sẽ giữ cả 2 dữ liệutruyền và dữ liệu nhận Khi truyền dữ liệu thì ghi lên SBUF, khi nhận dữ liệu thìđọc SBUF Các mode vận hành khác nhau được lập trình qua thanh ghi điềukhiển port nối tiếp SCON ở địa chỉ 98H

Các thanh ghi ngắt:

89C51 có cấu trúc 5 nguồn ngắt, 2 mức ưu tiên Các ngắt bị cấm sau khireset hệ thống và sẽ được cho phép bằng việc ghi thanh ghi cho phép ngắt (IE) ởđịa chỉ A8H, cả 2 thanh ghi được địa chỉ hóa từng bit

Thanh ghi điều khiển công suất:

Thanh ghi điều khiển công suất (PCON) ở địa chỉ 87H chứa các bit điều

Tín hiệu Reset:

89C51 có ngõ vào reset RST tác động ở mức cao trong khoảng thời gian 2chu kỳ, sau đó xuống mức thấp để 89C51 bắt đầu làm việc RST có thể kíchbằng tay bằng một phím nhấn thường mở, sơ đồ mạch reset như hình trên (hìnha) sau khi reset hệ thống được tóm tắt như sau:

Đếm chương trình PCThanhghi tích lũy AThanh ghi B

Thanh ghi trạng tháiSP

DPTRPort 0 đến Port 3IP

IECác thanh ghi địnhthời

0000H00H00H00H07H0000HFFHXXX0000 B0XX00000 B00H

Hoạt động thanh ghi TIMER

89C51 có hai timer 16 bit, mỗi timer có bốn cách làm việc Người ta sửdụng các timer để:

Định khoảng thời gian

Đếm sự kiện

Tạo tốc độ cho port nối tiếp trong 89C51

Trong các ứng dụng định khoảng thời gian, người ta lập trình timer ở nhữngkhoảng đều đặn và đặt cờ tràn timer Cờ được dùng để đồng bộ hóa chương trình

để thực hiện một tác động như kiểm tra trạng thái của các ngõ vào hoặc gửi sựkiện ra các ngõ ra Các ứng dụng khác có thể sử dụng việc tạo xung nhịp đều đặncủa timer để đothời gian trôi qua giữa hai sự kiện (ví dụ đo độ rộng xung )

Truy xuất các timer của 89C51 dùng sáu thanh ghi chức năng đặc biệt chotrong bảng sau:

SFR Mục Đích Địa chỉ Địa chỉ hóa từng bit

TCON Điều khiển Timer 88H Có

TL0 Byte thấp của Timer 90H Không

TL1 Byte thấp của Timer 91H Không

TH0 Byte cao của Timer 92H Không

TH1 Byte cao của Timer 93H Không

Các thanh ghi chức năng của timer trong 8051

Thanh ghi chế độ timer (TMOD):

Thanh ghi TMOD chứa hai nhóm 4 bit dùng để đặt chế độ làm việc cho

0 = bộ định khoảng thời gian

5 M1 1 Bit 1 của chế độ mode

4 M0 1 Bit 0 của chế độ mode

3 GATE 0 Bit mở cổng, khi lên 1 timer chỉ chạy khi INT0 ở

mức cao

2 C/T 0 Bit chọn chế độ Count/Timer

1 M1 0 Bit 1 của chế độ mode

0 M0 0 Bit 0 của chế độ mode

Tóm tắt thanh ghi chức năng TMOD

Thanh ghi điều khiển timer(TCON)

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho Timer 1,Timer 0

hiệu

Địa chỉ Mô tả

TCON.7 TF1 8FH Cờ báo tràn timer 1 Đặt bởi phần cứng khi

tràn, được xóa bởi phần mềm, hoặc phầncứng khi bộ xử lý chỉ đến chương trìnhphục vụ ngắt

TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển timer 1 chạy đặt xóa bằng

phần mềm để cho timer chạy ngưng

TCON.5 TF0 8DH Cờ báo tràn Timer 0.

TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển Timer 0 chạy

TCON.3 IE1 8BH Cờ cạnh ngắt 1 bên ngoài Đặt bởi phần

cứng khi phát hiện một cạnh xuống ở INT1xóa bằng phần mềm họăc phần cứng khiCPU chỉ đến chương trình phục vụ ngắt

TCON.2 IT1 8AH Cờ kiểu ngắt 1 bên ngoài Đặt xóa bằng

phần mềm để ngắt ngoài tích cực cạnhxuống mức thấp

TCON.1 IE0 89H Cờ cạnh ngắt 0 bên ngoài

TCON.0 IT0 88h Cờ kiểu ngắt 0 bên ngoài

Khởi động và truy xuất thanh ghi timer:

Thông thường các thanh ghi được khởi động một lần đầu ở chương trình đểđặt ở chế độ làm việc đúng Sau đó, trong thân chương trình, các thanh ghi timerđược cho chạy, dừng, các bit được kiểm tra và xóa, các thanh ghi timer được đọc

và cập nhật… theo đòi hỏi các ứng dụng

TMOD là thanh ghi thứ nhất được khởi động vì nó đặt chế độ hoạt động Ví

dụ, các lệnh sau khởi động Timer 1 như timer 16 bit (chế độ 1) có xung nhịp từ

bộ dao động tên chip cho việc định khoảng thời gian:

MOV TMOD, #1BLệnh này sẽ đặt M1 = 1 và M0 = 0 cho chế độ 1, C/ T= 0 và GATE = 0 choxung nhịp nội và xóa các bit chế độ Timer 0 Dĩ nhiên, timer không thật sự bắtđầu định thời cho đến khi bit điều khiển chạy TR1 được đặt lên 1

Nếu cần số đếm ban đầu, các thanh ghi TL1/TH1 cũng phải được khởiđộng Một khoảng 100 ms có thể được khởi động bằng cách khởi động giá trị

cho TH1/TL1 là FF9CH:

MOV TL1, #9CH MOV TH1, #0FFHRồi timer được cho chạy bằng cách đặt bit điều khiển chạy như sau:

SETB TR1

Cờ báo tràn được tự động đặt lên 1 sau 100 ms Phần mềm có thể đợi trong

100 ms bằng cách dùng lệnh rẽ nhánh có điều kiện nhảy đến chính nó trong khi

cờ báo tràn chưa được đặt lên 1:

WAIT: JNB TF1, WAITKhi timer tràn, cần dừng timer và xóa cờ báo tràn trong phần mềm:

CLR TR1CLR TF1

Ngắt ( INTERRUPT)

Một ngắt là sự xảy ra một điều kiện, một sự kiện mà nó gây ra treo tạm thờithời chương trình chính trong khi điều kiện đó được phục vụ bởi một chươngtrình khác

Các ngắt đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế và cài đặt các ứng dụng

vi điều khiển Chúng cho phép hệ thống đáp ứng bất đồng bộ với một sự kiện vàgiải quyết sự kiện đó trong khi một chương trình khác đang thực thi

Tổ chức ngắt của 89C51:

Có 5 nguồn ngắt ở 89C51: 2 ngắt ngoài, 2 ngắt từ timer và 1 ngắt port nốitiếp Tất cả các ngắt theo mặc nhiên đều bị cấm sau khi reset hệ thống và đượccho phép từng cái một bằng phần mềm

Khi có hai hoặc nhiều ngắt đồng thời, hoặc một ngắt xảy ra khi một ngắtkhác đang được phục vụ, có cả hai sự tuần tự hỏi vòng và sơ đồ ưu tiên hai mứcdùng để xác định việc thực hiện các ngắt Việc hỏi vòng tuần tự thì cố địnhnhưng ưu tiên ngắt thì có thể lập trình được

Cho phép và cấm ngắt :

Mỗi nguồn ngắt được cho phép hoặc cấm ngắt qua một thanh ghi chức năngđặt biệt có định địa chỉ bit IE ( Interrupt Enable : cho phép ngắt ) ở địa chỉ A8H

Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả

IE.7 EA AFH Cho phép / Cấm toàn bộ

IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt từ Timer 2

(8052)IE.4 ES ACH Cho phép ngắt port nối tiếp

IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt từ Timer 1

IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt ngoài 1

IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt từ Timer 0

IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt ngoài 0

Tóm tắt thanh ghi IE

Các cờ ngắt :

Khi điều kiện ngắt xảy ra thì ứng với từng loại ngắt mà loại cờ đó được đặtlên một để xác nhận ngắt

Port nối tiếp RI SCON.0

Các lọai cờ ngắt

Các vectơ ngắt :

Khi chấp nhận ngắt, giá trị được nạp vào PC được gọi là vector ngắt Nó là

địa chỉ bắt đầu của ISR cho nguồn tạo ngắt, các vector ngắt được cho ở bảng sau

1.8 IC giải mã 74LS247

Loại IC dùng để giải mã số nhị phân 4 bit (số BCD) sang mã 7 đoạn

IC gồm 16 chân, hoạt động với nguồn 5V

A,B,C,D: 4 ngõ vào

RBI, LT, BI/RBO được nối lên nguồn

A,b,c…g là chân ra led 7 đoạn.

Led 7 đoạn dùng loại Anot chung

1.9 IC đệm đảo ULN2803

Đây là IC gồm 8 transistor NPN ghép Darlington gắn mạch điện tử trong

dãy này của chuổi là một bộ lý tưởng để giao tiếp với mạch điện dạng số mức

logic thấp như: TTL, CMOS hoặc PMOS/NMOS

ULN2803 được thiết kế để phù hợp với chuẩn TTL

Vài chỉ số kĩ thuật của IC ULN2803:

Hình 17: IC ULN2803 và sơ đồ chân

Dòng điện ngõ vào khoảng 0,93mA – 1,35mA

Điện áp ngõ vào khoảng 2,4V – 3V

Chân 1 – 8: Ngõ và dữ liệu

Chân 11 – 18: Ngõ ra dữ liệu

Chân 9: Nối Mass

Chân 10: Nối Vcc

Trong thực tế IC này có nhiều ứng dụng đòi hỏi công suất lớn Trong mạch này

sử dụng ULN 2803 AG nhằm đệm đảo dữ liệu xuất ra từ Port 0 và port 2 của Vi

xử lý nhằm nâng dòng cấp cho mạch

RESET: Ngõ vào reset.

IRQ: ngõ ra yêu cầu ngắt.

SQW: Ngõ ra sóng vuông.

VCC: Nguồn cung cấp +5V.

GND: Mass

2.0.2 Chức năng các chân:

- GND, VCC: nguồn cung cấp cho thiết bị ở những chân trên Vcc là điện áp ngõ

vào +5v Khi điện áp 5v được cung cấp đúng chuẩn, thiết bị được truy cập đầy

đủ và dữ liệu có thể đọc và ghi Khi Vcc thấp hơn 4.25v, quá trình đọc và ghi bịcấm tuy nhiên chức năng giữ thời gian vẫn được tiếp tục không bị ảnh hưởng bởiđiện áp bị sụt giảm bên ngoài Khi Vcc rớt xuống thấp hơn 3v, Ram và bộ nhớgiờ được chuyển sang nguồn năng lượng bên trong

U1

DS12887

19 23 24

12

4 5 6 7 8 9 10 11

14 17 1 18 15 13

IRQ SQW VCC

GND

AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7

AS DS MOT RST R/W CS

- MOT: là chân có tính linh hoạt để lựa chọn giữa hai loại Bus Khi được nối lên

Vcc, bus định thời Motorola được lựa chọn Khi được nối xuống GND hoặckhông nối, bus định thời Intel được lựa chọn Chân có điện trở kéo xuống bêntrong có giá trị khoảng 20K

- SQW: có thể xuất tín hiệu ra từ 1 trong 13 loại được cung cấp từ 15 trạng thái

được chia bên trong của RTC Tần số của chân SQW có thể thay đổi bằng cáchlập trình thanh ghi A Tín hiệu SQW có thể mở hoặc tắt khi ta sử dụng bitSQWE trong thanh ghi B Tín hiệu SQW không xuất hiện khi khi Vcc thấp hơn4.25v

- AD0-AD7: Bus đa hợp tiết kiệm chân hơn vì thông tin địa chỉ và thông tin dữ

liệu được dùng chung đường tín hiệu Cũng tại những chân, địa chỉ được suất trong suốt phần thứ 1 của chu kỳ bus và được dùng cho dữ liệu trong phần thứ 2 của chu kỳ Đa hợp địa chỉ/ dữ liệu không làm chậm thời gian truy cập của

DS12C887 khi bus chuyển từ địa chỉ sang dữ liệu sắp ra trong suốt thời gian truycập Ram nội Địa chỉ phải có giá trị trước khi xuất hiện sườn xuống của AS/ALEtại thời điểm mà DS12C887 chốt địa chỉ từ AD0 tới AD7

Dữ liệu phải được hiển thị và giữ ổn định trong suốt phần sau của DS hoặc xung

WR Trong chu kỳ đọc của DS12C887 ngõ ra 8 bit của dữ liệu trong suốt phần sau của DS hoặc xung RD Chu kỳ đọc được thục hiện xong và Bus trở về trạng thái tổng trở cao cũng như khi DS bắt đầu xuống thấp trong trường hợp định thờiMotorola hoặc khi RD lên cao trong trường hợp định thời Intel

- AS: xung dương cung cấp xung chốt địa chỉ trong việc phức hợp bus Sườn

xuống của AS/ ALE làm cho địa chỉ bị chốt lại bên trong của DS12C887 Sườnlên tiếp theo khi xuất hiện trên bus AS sẽ bị xoá địa chỉ bất chấp chân CS cóđược chọn hay không Lệnh truy cập có thể gửi tới bằng cả hai cách

- DS: chân DS/ RD có hai kiểu sử dụng tuỳ thuộc vào mức của chân MOT Khi

chân MOT được nối lên Vcc, bus định thời Motorola được lựa chọn Trong kiểunày DS là xung dương trong suốt phần sau của chu kỳ bus và được gọi là DataStrobe Trong suốt chu kỳ đọc, DS báo hiệu thời gian mà DS12C887 đựoc điều

khiển bus đôi Trong chu kỳ đọc, xung quét của DS là nguyên nhân làmDS12C87 chốt dữ liệu được ghi Khi chân MOT được nối xuống GND, Bus địnhthời Intel được lựa chọn Trong kiểu này, chân DS được gọi là Read(RD) xácđịnh chu kỳ thời gian khi DS12C887 điều khiển bus đọc dữ liệu Tín hiệu RD cócùng định nghĩa với tín hiệu OE trong bộ nhớ riêng.

- R/ W: có hai cách hoạt động Khi chân MOT được kết nối lên Vcc cho chế độ

định thời Motorola, R/ W đang ở chế độ chỉ ra hoặc là chu kỳ hiện tại là chu kỳđọc hoặc ghi Chu kỳ đòi hỏi chân R/ W phải ở mức cao khi chân DS ở mức cao.Chu kỳ đòi hỏi chân R/W ở mức thấp trong suốt quá trình chốt tín hiệu của DS.Khi chân MOT được nối GND cho chế độ định thời Intel, tín hiệu R/ W là tínhiệu hoạt động mức thấp được gọi là WR Trong chế độ này chân R /W đượcđịnh nghĩa như tín hiệu Write Enable trong Ram chung

- CS: tín hiệu lựa chọn phải đựoc xác định ở mức thấp ở chu kỳ bus để

DS12C887 được sử dụng CS phải được giữ trong trạng thái hoạt động rtongsuốt DS và AS của chế độ định thời Motorola và trong suốt RD và WR của chế

độ định thời Intel Chu kỳ bus khi chọn vị trí mà không chọn CS sẽ chốt địa chỉnhưng sẽ không có bất kỳ sự truy cập nào Khi Vcc thấp hơn 4.25Volts, chứcnăng bên trong của DS12C887 ngăn chặn sự truy cập bằng cách không cho phéplựa chọn vào CS Hành động này nhằm bảo vệ cả dữ liệu của đồng hồ thời gianthực bên trong cũng như dữ liệu Ram trong suốt quá trình mất nguồn

- IRQ: là ngõ ra hoạt động mức thấp, có thể sử dụng ngõ vào ngắt tới bộ vi xử lý.

Ngõ ra IRQ\ ở mức thấp khi bit là nguyên nhân làm ngắt và phù hợp với bit chophép ngắt được đặt(set) Để xoá chân IRQ\ chương trình của bộ vi xử lý thôngthường được đặt ở thanh ghi C Chân Reset cũng bị xoá trong lúc ngắt Khikhông có trạng tgái ngắt nào được sử dụng, trạng thái IRQ\ ở mức tổng trở cao.Nhiều thiết bị ngắt có thể nối tới IRQ\ Bus là một ngõ ra mở và yêu cầu một điệntrở kéo lên bên ngoài

- RESET: không hiệu lực đối với lịch, đồng hồ hoặc Ram Ở chế độ cấp nguồn,

chân reset có thể bị kéo xuống trong thời gian cho phép để ổn định nguồn cungcấp

2.0.3 Cấu trúc bên trong của DS12C887.

Hình 17 Cấu trúc DS12C887

a Sơ đồ địa chỉ của Real time clock

Sơ đồ địa chỉ của DS12C887 được trình bày bao gồm 113 byte Ram thông dụng, 11 byte Ram thành phần bao gồm đồng hồ thời gian thực, lịch, dữ liệu báo giờ và 4 byte được sử dụng cho việc điều khiển và thông báo tình trạng.

Tất cả 128 byte có thể được ghi hoặc đọc trực tiếp từ nhữnh trường hợp sau:

- Thanh ghi C và D là hai thanh ghi chỉ đọc

- Bit thứ 7 của thanh ghi A là bit chỉ đọc

- Bit cao của byte thứ hai là bit chỉ đọc

Thời gian và địa chỉ đặt bằng cách đọc các byte bộ nhớ hiện có Thời gian, lịch

và báo giờ được đặt hoặc gán giá trị bằng cách ghi giá trị byte Ram thích hợp Nội dung của 10 byte chứa thời gian lịch và báo giờ đều có thể hiển thị ở hai dạng nhị phân hoặc BCD Trước khi ghi lên các thanh ghi thời gian , lịch và báo giờ bên trong, bit SET ở thanh ghi B phải được đặt ở mức 1 để ngăn ngừa sự cậpnhật có thể xảy ra trong quá trình ghi đè Thêm vào nữa là để ghi lên 10 thanh ghi chỉ thời gian, lịch và báo giờ ở một định dạng được lựa chọn(BCD) hay (nhị phân), bit chọn kiểu dữ liệu DM của thanh ghi B phải được đặt ở mức logic thíchhợp Tất cả 10 byte thời gian lịch và báo giờ phải sử dụng cùng kiểu dữ liệu Bit được đặt ở thanh ghi B nên được xoá sau khi bit kiểu dữ liệu đã được ghi để cho phép đồng hồ thời gian thực cập nhật byte thời gian và lịch Vào lúc đầu đồng hồthời gian cập nhật ở một kiểu đã được lựa chọn Kiểu dữ liệu không thể thay đổi

mà không khởi động lại 10 byte dữ liệu Bảng sau trình bày định dạng nhị phân

và BCD của thời gian lịch và báo giờ Bit lựa chọn kiểu hiển thị 24-12 không thểthay đổi mà không khởi động lại thanh ghi giờ Khi định dạng kiểu 12 giờ được chọn bit cao của byte giờ tương ứng với PM khi nó được đặt ở mức logic 1 Bytethời gian lịch và byte báo giờ luôn được truy cập bởi vì cùng được đếm gấp đôi, mỗi giây một lần 11byte được nâng cấp và được kiểm tra tình trạng giờ Nếu lệnh đọc dữ liệu thời gian và lịch diễn ra trong quá trình cập nhật, một vấn đề phát sinh là có thể thời gian giờ, phút, giây có thể không chính xác, xác xuất đọc không chính xác dữ liệu thời gian và lịch là rất thấp

Sau đây ta tìm hiểu các thanh ghi điều khiển trong DS12C887

- Thanh ghi A:

UIP: l bít trạng thái có thể theo đi được, khi bit UIP ở mức 1, quá trình cập nhật

sẽ sớm xảy ra Khi bit UIP ở mức 0, quá trình cập nhật sẽ không xảy ra ít nhất 244ms Những thông tin về thời gian lịch và giờ ở trong Ram cũng đầy đủ cho việc truy cập khi bit UIP ở mức 0 Bit UIP là bit chỉ đọc và không bị ảnh hưởng bởi chân reset Khi ghi bit SET ở thanh ghi B lên mức 1 để ngăn chặn quá trình cập nhật và số bit trạng UIP

DV2, DV1, DV0: 3 bit trên được sử dụng để bật tắt bộ dao động và cài đặt lại quá trình đếm xuống Khi được đặt 010 thì đó là sự kết hợp duy nhất để bật bộ dao động lên và cho phép RTC giữ thời gian Khi được đặt 110 sẽ cho phép bộ dao động nhưng giữ quá trình đếm xuống ở mức reset Quá trình cập nhật tiếp theo sẽ sớm diễn ra sau 500ms sau khi kiểu 010 được ghi vào DV1, DV2, DV3.RS3, RS2, RS1,RS0: 4 bit loại lựa chọn để lựa chọn 1 trong 13 loại của bộ chia

15 trạng thái hoặc không cho phép xuất tín hiệu chia ra ngoài Loại được lựa chọn có thể phát ra sóng vuông(chân SQW) hoặc ngắt theo chu kỳ Người sử dụng có thể sử dụng một trong những cách sau:

- Cho phép ngắt với bit PIE

- Cho phép xuất ngõ ra chân SQW với bit SQWE

- Cho phép cả hai hoạt động cùng một lúc và cùng một loại

- Không kích hoạt cả hai

Bảng sau liệt kê chu kỳ ngắt với tần số sóng vuông mà có thể lựa chọn với bit

RS Cả 4 bit đọc ghi và không bị ảnh hưởng bởi chân reset

- Thanh ghi B:

SET: Khi bit SET ở mức 0, thông thường quá trình cập nhật bằng cách tăng biến đếm 1 lần một giây Khi bit SET được lên vào mức 1 mọi quá trình cập nhật đều

bị cấm, và chương trình cũ thể bắt đầu khởi động byte thời gian và lịch mà

không có quá trình cập nhật nào xảy ra trong quá trình khởi động, chu kỳ đọc có thể thực thi ở cùng một kiểu SET là bit đọc ghi và không chịu ảnh hưởng bởi Reset hoặc các chức năng bên trong của DS12C887

PIE: Bit cho phép ngắt theo chu kỳ, là bit đọc ghi, nó cho phép bit cờ ngắt theo chu kỳ trong thanh ghi C để điều khiển chân IRQ\ xuống mức thấp tuỳ thuộc vào

tỉ lệ phân bố của RS3 đến RS0 ở thanh ghi A

AIE: Bit cho phép ngắt báo giờ, là bit đọc ghi mà khi được đặt lên 1 nó cho phépbit cờ báo giờ(AF) ở thanh ghi C để cho phép ngắt IRQ\ Tín hiệu ngắt báo giờ diễn ra ở tất cả các giây khi cả 3 byte báo giờ chứa giờ được thể hiện ở nhị phân như sau 11XXXXXX Các chức năng bên trong của DS12C887 không bị ảnh hưởng bởi chân AIE

UIE: Bit cho phép kết thúc quá trình ngắt cập nhật, l bit đọc ghi mà cho phép bit

cờ kết thúc quá trình cập nhật ở thanh ghi C để cho phép ngắt IRQ\ Chân Reset

ở mức 0 hoặc chọn SET ở mức 1

SQWE: là bit cho phép xuất sóng vuông, được đặt lên mức 1, một tín hiệu sóng vuông có tần số được đặt ở vị trí được lựa chọn của bit RS3 đến RS0 sẽ điều khiển sóng ra tại chân SQW Khi bit SQWE được đặt ở mức thấp, chân SQW sẽ được giữ ở mức thấp SQWE là bit đọc ghi và được xoá khi Reset SQWE được đặt lên 1 khi được cấp Vcc

DM: Bit kiểu dữ liệu qui định khi nào là thông tin lịch và thời gian ở định dạng nhị phân hoặc BCD Bit DM được đặt bởi chương trình có thể định dạng thích hợp và có thể đọc khi được yêu cầu Bit này không bị thay đổi khi Reset Mức 1 của DM sẽ hiển thị dữ liệu nhị phân, mức 0 hiển thị dữ liệu BCD

24/ 12: Bit xác định kiểu byte giờ Khi ở mức 1 nó hiển thị kiểu 24 giờ, bit 0 hiển thị 12 giờ Bit này không ảnh hưởng bởi các chức năng bên trong hoặc chânreset

DSE: Bit cho phép nhớ công khai Bit này cũng không bị ảnh hưởng bởi chức năng bên trong hoặc chân reset

Đều có nghĩa là IRQF=(PF.PIE)+(AF.AIE)+(UF.UIE).

Bất cứ lúc nào bit IRQF được đặt lên 1, chân IRQ\ được đặt xuống mức thấp Bit

cờ PF,AF và UF được xoá khi thanh ghi C được chương trình đọc hoặc chân reset ở mức thấp

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VÀ THI CÔNG MẠCH QUANG BÁO

2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch quang báo

2.2 Chức năng từng khối trong mạch

Hình 18: Sơ đồ khối mạch quang báo