Thiết kế đồng hồ điện tử hiển thị bằng 8 led 7 thanh

Đề Tài : Thiết kế đồng hồ điện tử hiển thị bằng 8 led 7 thanh Hệ thống có hiển thị thời gian thực ở 2 chế độ tùy theo lựa chọn của người sử dụng . Chế độ 1 hiển thị giờ ,phút ,giây Chế độ 2 hiển thị ngày , tháng ,năm . Sai số tối đa 5 giâyngày . Trên hệ thống có nguồn dự phòng để đảm bảo khi mất điện vẫn hoạt động được . Trên hệ thống có phím chỉnh thời gian.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-********** -ĐỒ ÁN

Đề Tài : Thiết kế đồng hồ điện tử hiển thị bằng 8 led 7 thanh

Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN ANH DŨNG

Sinh Viên Thực hiện : NGUYỄN VĂN QUÂN

LƯU VĂN QUÂN TRẦN DUY HIỂN

Lớp : ĐT2_K4

Nhận xét của giáo viên:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Đề Tài : Thiết kế đồng hồ điện tử hiển thị bằng 8 led 7 thanh

Hệ thống có hiển thị thời gian thực ở 2 chế độ tùy theo lựa chọn của người sử dụng

Chế độ 1 hiển thị giờ ,phút ,giây

Chế độ 2 hiển thị ngày , tháng ,năm

Sai số tối đa 5 giây/ngày

Trên hệ thống có nguồn dự phòng để đảm bảo khi mất điện vẫn hoạt động được

Trên hệ thống có phím chỉnh thời gian

Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN ANH DŨNG

Sinh Viên Thực hiện : NGUYỄN VĂN QUÂN

LƯU VĂN QUÂN TRẦN DUY HIỂN

Lớp : ĐT2_K4

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển công nghệ hiện đại thiết thực để phục vụ cho đời sống con người thì chuyên nghành công nghệ kỹ thuật đã có không ít những thành tích đem lại phục vụ con người nhằm nâng cao cuộc sống hơn Thời gian là một mốc đánh dấu lịch sử rất quan trọng đối với loài người Khi chưa

có công nghệ hiện đại như ngày nay người cổ hi lap đã phát minh ra lịch vạnniện dựa trên tính toán thiên văn học

Nhưng tới ngày nay công nghệ điện tử phát triển, đồng hồ số thay cho lịch vạn niện rất nhiều bởi những ưu điểm của nó Sử dụng đồng hồ điện tử chúng ta có thể điều chỉnh được thời gian tùy theo ý muốn của con người Tiện lợi khi mang đi theo

Sau một thời gian học tập tại trường, học tập môn vi điều khiển cùng với sự giúp đỡ của thầy giáo Nguyễn Anh Dũng và bạn bè Chúng em đã cố gắng

áp dụng những gì đã nắm được qua môn học vào thực hành 1 mạch thực tế

đó là làm mạch đồng hồ số hiển thị LED 7 thanh

Để điều khiển thời gian trong mạch đồng hồ điện tử có rất nhiều phương pháp Trong đồ án này em xin trình bày thiết kế đồng hồ điện tử dùng họ vi

điều khiển 8051 cụ thể là vi mạch 89S52 giao tiếp với IC thời gian thực DS1307 IC DS1307 hoạt động ở tần số 32768kHZ được nuôi bằng nguồn

dự phòng 3V có thể hoạt động trong thời gian khá dài khoảng vài năm khi không có nguồn điện

PHẦN I

I, HỌ 8051 và 89S52

1, Sơ lược về 8051

8051 ra đời năm 1981 do hang Intel sản xuất Họ điều khiển này có

128 byte RA M , 4 kbyte ROM , hai bộ định thời , một cổng nối tiếp và 4 cổng ra vào song song và là bộ vi xử lí 8 bit

Sau khi Intel cho các nhà sản xuất khác sản xuất và bán các dạng biến thểcủa họ 8051 thì họ 8051 ngày càng phổ biến và càng có nhiều phiên bản khác nhau của họ 8051 nhưng tất cả đều tương thích với họ 8051 ban đầu Sau đây là bảng so sánh các họ khác nhau :

Số hiệ sản xuất Bộ nhớ chương

trình

Bộ nhớ dữ liệu Số bộ định thời

(bộ đệm)8031

8K ROM8K EPROM8K FLASH

1.1 Chức năng các chân của họ 8051

1.1.1 Port 0(P0.0_P0.7)

Port 0 gồm 8 chân với chức năng xuất nhập dữ liệu ngoài ra Port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0- AD7) Port 0 cũng nhận các byte mã khilập trình FLASH và xuất các byte mã khi kiểm tra chương trình

Chú ý trong trường hợp này cần có them điện trở trước khi nối vào chân Port 0

Port 2 cũng nhận các bit địa chỉ cao và tín hiệu điều khiển trong thời gian lậptrình Flash và kiểm tra chương trình

1.1.4 Port 3 (P3.0_P3.7)

Cũng là Port xuất nhập dữ liệu 8 bit ,ngoài ra Port 3 còn có chức năng khác

cụ thể như sau :

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu truyền cho Port nối tiếp

P3.2 INTO Ngắt bên ngoài 0

P3.3 INT1 Ngắt bên ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào của timer/counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của timer /counter 1

P3.6 /WR Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 /RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

1.2 RST

Khi tín hiệu vào chân này được đưa đến mức cao (trong 2 chu kì ) các thanh ghi trong bộ vi điều khiển được tải lên với những gia trị thích hợp để khởi động hệ thống

1.3 Chân /PSEN

/PSEN (program store enable ) là chân đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài /PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh Khi thực hiện chương trình trong ROM nội thì /PSEN ở mức cao Chân này được kích hoạt 2 lần mỗi chu kì máy và 2 hoạt động này sẽ bỏ qua khi truy nhập bộ nhớ ngoài

1.4 Chân ALE

ALE (Addrees latch enable ) là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa

chỉ trong truy nhập bộ nhở ngoài Đây cũng là chân truy nhập xung lập trình khi lập trình Flash Bình thường khi hoạt động chân ALE sẽ được phát với 1

tỷ lệ không đổi 1/6 lần số dao động của vi điều khiển Tuy nhiên chân này cũng sẽ bỏ qua mỗi khi truy nhập bộ nhớ ngoài

1.5 XTAL1 và XTAL2

Đây là ngõ vào và ra của 1 bộ khếch đại dao động ngịch được cấu hình để dùng như 1 bộ dao động trên chip Nó thường được nối với bộ dao động thạch anh có dải tần thường là 12MHZ ÷33MHZ

2 Sơ lược về 89S52

89S52 là một dòng trong họ 8051, 89s52 kế thừa đầy đủ tính chất của những

IC trước đó và được cải tiến hơn chức năng của họ 8051

Sơ đồ chân 89S52 và hình ảnh thực tế

89S52 có tấ cả 40 chân.Trong đó chân số 20 và 40 là các chân nối VCC nằmtrong dải điện áp 3-5,5V và chân 20 là chân nối với GND

Từ chân 1 > chân 8 là chân của port 1

Từ chân 10 >chân 17 là chân của port 3

Từ chân 32 > 39 là chân của port 0

Từ chân 22 >chân 28 là chân của port 2

Các chân còn lại : chân 9 là chân RST.

chân 18 và chân 19 lần lượt là XTAL2 và XTAL1 ,

chân 29 ,30,31 lần lượt là PSEN ,ALE, EA

Chức năng của các chân này chúng đều có chức năng và nhiệm vụ đã được trình bày ở trên

3 Sơ đồ khối và chức năng các khối của họ 8051

Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm có các khối và chức năng sau đây:

• CPU (Centralprocessing unit ) bao gồm :

- Thanh ghi tích lũy A

- Thanh ghi tích lũy phụ B ,dùng cho phép nhân và phép chia

- Đơn vị logic học ALU

- Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW

- Bốn băng thanh ghi

- Con trỏ ngăn sếp

• Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ ROM ) gồm 8 byte Flash

• Bộ nhớ dữ liệu (bộ nhớ RAM ) gồm 256 byte

• Bộ UART :có chức năng truyền nhận nối tiếp, AT89S52 có thể giao tiếp với các cổng nối tiếp của máy tính thông qua bộ UART

• Ba bộ timer/counter 16 bit thực hiện chức năng định thời và đếm sự kiện

• WDM: Dùng để phục hồi lại hoạt động của CPU khi nó bị treo bởi nguyên nhân nào đó

• Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 ngắt trong

• Bộ lập trình : Cho phép người sử dụng có thể nạp chương trình cho chip

• Bộ chia tần với hệ số chia là 12

• 4 cổng xuất nhập với 32 chân vào cũng được ra cũng được

II, IC DS1307

DS1307 là một chip đồng hồ thời gian thực (RTC :Read _time clock ), khái

niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý ngĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng tính bằng giây , phút , giờ …DS1307 là 1 sản phẩm của Dallas Semiconductor Chip này có 7 thanh ghi 8bit 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 dùng như RAM

Ds1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân

Các chân của DS1307 được mô tả như sau :

• X1 và X2 : là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHZ làm nguồn tạo dao động cho chip

• VBAT : cực dương của 1 nguồn pin 3V nuôi chip

• GND : chân mass chung cho cả pin 3V và VCC

• VCC : nguồn cho giao diện I2C ,thường là 5V dùng chung với vi điều khiển

• SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông ,tần số của xung được tạo

Cấu tạo bên trong DS1307 gồm 1 số thành phần như

• Mạch nguồn

• Mạch giao động

• Mạch điều khiển logic

• Mạch giao diện I2C

• Con trỏ địa chỉ và thanh ghi (hay RAM)

Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip này Vì thế

có 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanh ghi này thông qua giao diện I2C

DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8 bit nhưng thực chất dùng cho chức năng đồng hồ chỉ có 8 thanh ghi đầu còn lại có thể bỏ trống

Tổ chức thanh ghi trong DS1307

Trong 8 thanh ghi đầu thì 7 thanh ghi đầu chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm giây, phút , giờ, thứ , ngày , tháng và năm.

Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương ứng với việc “ cài đặt” thời gian khởi động cho đồng hồ

Việc đọc giá trị từ 7 thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra

Thanh ghi thứ 8 là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT(chân 6).Tuy nhiên do ta không dùng chân này có thể bỏ qua thanh ghi thứ 8 này

Tổ chức từng bit trong mỗi thanh ghi

Tổ chức các thanh ghi thời gian thực :

• Thanh ghi giây : là thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00, 4 bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD 4bit của chữ số hang đơn vị của giá tri giây Do giá trị cao nhất của chữ số hang chục là 5 (không có giây 60) nên chỉ cần 3 bit là có thể mã hóa được Bit cao nhất bit thu 7 trong thanh ghi này là 1 điều khiển có tên

CH Nếu bit này được xét bằng 1 bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa , đồng hồ không hoạt động vì vậy phải reset bit này xuống 0 ngay

từ đầu

• Thanh ghi phút : Có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ Cũng giống như thanh ghi giây, chỉ có 7bit của thanh ghi này được dùng lưu

mã BCD của phút, bit 7 luôn bằng 0

• Thanh ghi giờ : Đây là thanh ghi phức tạp nhất trong DS1307 Thanh ghi này có địa chỉ 02H 4bit thấp được dùng cho hang chục của giờ

Do DS1307 có hỗ trợ 2 hệ thống hiển thị giờ là 12h và 24h, và bit thứ

6 dùng để xác lập hệ thống giờ Nếu bit thứ 6=0 thì hệ thống 24h đượcchọn khi đó 2 bit cao 4 và 5 dùng để mã hóa hàng chục của giá trị giờ

Do giá trị lớn nhất của chữ số hang chục trong trường hợp này là 2 nên 2 bit 4 và 5 đủ để mã hóa, và ngược lại nếu bit thứ 6= 1 thì hệ thống 12 h được chọn với trường hợp này chỉ dùng 4 bit để mã hóa hàng chục của giờ bit 5 chỉ buổi trong ngày AM hay PM bit 5=0 là

AM và bit 5 =1 là PM bit 7 luôn bằng 0

• Thanh ghi thứ : Có địa chỉ là 03H Thanh ghi này chỉ mang giá trị từ 1->7 tương ứng từ chủ nhật đến thứ 7 trong tuần vì thế chỉ có 3bit thấp trong thanh ghi này có nghĩa

• Thanh ghi ngày : chứa ngày trong tháng từ 1÷31

• Thanh ghi tháng : chứa các tháng trong năm từ 1÷12

• Thanh ghi năm : chứa các năm từ 00÷99

PHẦN II : CƠ SƠ LÝ THUYẾT

I) Thuật toán giao tiếp I2C với vi điều khiển 89S52

Giản đồ xung giao tiếp với DS1307

Điều kiện START and STOP START và STOP là những điều kiện bắt buộc khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với thiết bị nào đó trong mạng I2C

START là điều kiện khởi đầu báo hiệu bắt đầu giao tiếp

STOP là kết thúc một giao tiếp

Chế độ hoạt động của I2C DS1307 ở 2 chế độ sau :

• Chế độ DS1307 ghi : Chuỗi dữ liệu và chuỗi xung clock sẽ được nhậnthông qua SDA và SCL sau mỗi byte được nhận thì 1 bit ACK sẽ được truyền Các điều kiện START và STOP sẽ nhận dạng bắt đầu vàkết thúc

• Chế độ DS1307 đọc : byte đầu tiên trong chế độ đọc tương tự như chế

độ ghi Tuy nhiên trong chế độ này bit chiều lại chỉ chiều ngược lại Chuỗi dữ liệu được phát đi trên SDA bởi DS1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL

• Địa chỉ tiếp theo sẽ tự dịch chuyển (X+1byte+x)

• X là địa chỉ đầu tiên cần ghi.

• 1byte là giá trị cần ghi vào thanh ghi.

• Acknowledge là bit thông báo cho master là đã thực hiện

xong ghi 1 byte thành công

Đọc vào DS1307

• Địa chỉ tiếp theo sẽ tự dịch chuyển (X+1byte+x)

• X là địa chỉ đầu tiên cần ghi.

• 1byte là giá trị cần ghi vào thanh ghi.

• Acknowledge là bit thông báo cho master là đã thực hiện

xong ghi 1 byte thành công

• Not Acknowledge thông báo là đã đọc hết địa chỉ của

DS1307

II, Hiển thị trên 8 led 7 thanh

Để hiển thị bằng LED 7 đoạn thì cần 8 đường điều khiển khi điều khiển trực tiếp hoặc cần 4 đường dây điều khiển khi dùng vi mạch giải mã BCD_7 đoạn

Với cả 2 cách nêu trên, nếu cần điều khiển 1 lượng LED lớn thì tương ứng

sẽ cần 1 lượng lớn các đường điều khiển

Để giảm thiểu số đường dây điều khiển trên chúng ta sử dụng phương pháp quét

Nguyên lí hiển thị quét : Để điều khiển cho n LED 7 thanh ta sử dụng n đường dây điều khiển cấp nguồn cho các LED và 8 đường dây số liệu dùng chung cho các LED bằng cách lần lượt cấp nguồn cho từng LED đưa số liệu tương ứng của LED đó ra 8 đường dây dữ liệu tương ứng

Làm như vậy thì cùng một thời điểm thi chỉ có một LED mới hoạt động vì chỉ có LED đó mới được cấp nguồn còn các LED khác không được cấp VCC

Ví dụ trong mạch hiển thị 4 LED 7 đoạn để hiển thị được 1 số có 4 chữ số :

+Cấp nguồn cho LED thứ nhất (p1.3=0), đồng thời xuất dữ liệu ra cổng p2

để LED 1 hiển thi hàng đơn vị

+Cấp nguồn cho LED thứ 2 (P1.2=0), đồng thời xuất dữ liệu ra cổng P2 để hiển thị hàng trục

+Cấp nguồn cho LED thứ 3 (P1.1=0) , đồng thời xuất dữ liệu ra công P2 để hiển thị hàng trăm

+Cấp nguồn cho LED thứ 4(P1.0=0) , đồng thời xuất dữ liệu ra cổng P2 để hiển thị hàng nghìn

Do dòng điện của IC xuất ra ngoài khá nhỏ lên LED 7 thanh thường sáng rấtyếu hay bị mờ lên chúng em đã dùng transistor để kích dòng điện lên cho LED 7 thanh sáng hơn và ổn định hơn

Trên đây là 2 phần lý thuyết quan trọng nhất trong việc thiết kế, lập trình đê thực hiện làm mạch và hiên thị đồng hồ DS1307.

III) Nguồn

Gồm 2 nguồn nuôi cho mạch hoạt động

+ Nguồn chính là nguồn 5V ổn định qua IC7805 dùng để nuôi cho mạch hoạt động (cả hiển thị và giao tiếp với IC DS1307),

+ Nguồn Pin 3V dùng để nuôi cho DS1307 lúc mà nguồn chính mất vìmột lý do nào đấy để DS1307 tiếp tục hoạt động tránh tình trạng bị mất dữ liệu và nguồn này không thể giao tiếp với 89S52 và hiển thị LED 7 thanh

IV) Công tắc

Công tác dùng để điều chỉnh thời gian và lựa chọn chế độ ngày tháng năm

Hoạt động của công tắc là làm nhiện vụ chuyển mức trạng thái của chân IC

Khi ấn công tắc thì chân IC (P2.5) đang từ mức cao (VCC) sẽ chuyển xuống mức 0 Do sự thay đổi trạng thái như vậy Vi Điều Khiển

(89S52) có thể xử lý một nhiệm vụ nào đó mà ta yêu cầu (lập trình)

PHẦN II TRÌNH TỰ VÀ NỘI DUNG THIẾT KẾ

I, Sơ đồ nguyên lí

Sơ đồ từng khối.

1) Khối Nguồn

2) Khối hiển thị

3) Khối điều khiển

2) Sơ đồ nguyên lí:

4) Mạch in

Lớp Top layer

Lớp Bottom layer

III, Code lập trình cho vi điều khiển 89S52

1) Lưu đồ thuật toán

unsigned char so[8];

*s=0x30+10;

}if(*s==' '){

d=d*2;

}

run=1;

}}

/////////////////////////////////tang

if(sw1==0)

{

if(dem==0)chedo1();

if(dem==1){

if(sw3==0){

if(dem==2){

if(sw3==0){

while(!sw3);

if(phut>59)phut=0;

ghids1307(1,((phut/10)<<4)+(phut%10));

}}

if(dem==3){

if(sw3==0){

}

else

{

if(dem==0)chedo2();

if(dem==1){

if(sw3==0){

if(dem==2){

if(sw3==0){

if(sw3==0){

if(dem==1){

if(sw4==0){

if(dem==2){

if(sw4==0){

if(sw4==0){

}

else

{

if(dem==0)chedo2();

if(dem==1){

if(sw4==0){

if(dem==2){

if(sw4==0){

if(dem==3){

if(sw4==0){

hienthi();

}

}

PHẦN III

ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ TÍNH THỰC TẾ CỦA SẢN PHẨM

I, ƯU ,NHƯỢC ĐIỂM CỦA SẢN PHẨM

Do sản phẩm được thiết kế có 2 chế độ :

• Chế độ 1 : Hiển thị giờ , phút , giây

• Chế độ 2 : Hiển thị ngày ,tháng ,năm

Chính vì vậy rất tiện ích cho người sử dụng tùy thuộc vào người sử dụng thích để ở chế độ nào

Sản phẩm còn có nguồn Pin dự trữ năng lượng Khi mất điện thì đồng hồ vẫn hoạt động bình thường

Trên sản phẩm còn có phím chỉnh thời gian nên người sử dụng dễ dàng điều chỉnh thời gian

Bên cạnh những ưu điểm nói trên thì sản phẩm này còn có 1 vài nhược điểm sau: số năm lập trình bị giới hạn

II ,MỘT VÀI ĐIỂM THIẾU SÓT TRONG QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ

• Mạch thiết kế sắp xếp chưa hài hòa

• Lập trình cho vi điều khiển còn chưa tinh tế

• Báo cáo đồ án chưa chặt chẽ và cụ thể

Trong quá trình làm đồ án do thiếu sót kinh nghiệm nên còn nhiều khuyết điêm trong cách trình bày cũng như phần thê hiện đồ án của mình Em mong nhận được sư đóng góp chỉ bảo thêm của thầy giáo và bạn bè.

Em xin chân thành cảm ơn !