ĐỒ ÁN VI ĐIỆN TỬ KHÓA SỐ ĐIỆN TỬ

Ngày nay, vi điều khiển đã trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Ví dụ quanh ta có rất nhiều sản phẩm từ vi điều khiển như lò vi sóng, nồi cơm điện, điều hòa, điện thoại di động, ô tô, máy bay, tàu thủy, các đầu đo, cơ cấu chấp hành thông minh, robot v.v... ta có thể thấy hiện nay vi điều khiển có mặt ở mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta. Qua môn học Vi Điều Khiển, chúng em đã hiểu thêm về các ứng dụng của vi điều khiển trong thực tế, về đặc điểm, tính ưu việt cũng như tính ứng dụng của chúng đối với con người. Với mong muốn làm rõ các kiến thức đã học và giới thiệu các ứng dụng cơ bản của vi điều khiển, nhóm chúng em đưa ra mô hình thiết kế đồng hồ thời gian thực – một sản phẩm rất quen thuộc và cần thiết trong đời sống. Do thời gian thực hiện và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót trong quá trình thực hiện đề tài, rất mong được sự bổ sung đóng góp của các thầy cô và các bạn. Đồ án gồm 3 chương chính như sau: CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH BÀI TOÁN CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông Bộ môn Vi Điều Khiển, cảm ơn cô Dương Tuấn Quang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em thực hoàn thành đề tài này.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, vi điều khiển đã trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trongđời sống con người Ví dụ quanh ta có rất nhiều sản phẩm từ vi điều khiển như lò visóng, nồi cơm điện, điều hòa, điện thoại di động, ô tô, máy bay, tàu thủy, các đầu đo,

cơ cấu chấp hành thông minh, robot v.v ta có thể thấy hiện nay vi điều khiển có mặt

ở mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta

Qua môn học Vi Điều Khiển, chúng em đã hiểu thêm về các ứng dụng của vi

điều khiển trong thực tế, về đặc điểm, tính ưu việt cũng như tính ứng dụng của chúngđối với con người Với mong muốn làm rõ các kiến thức đã học và giới thiệu các ứngdụng cơ bản của vi điều khiển, nhóm chúng em đưa ra mô hình thiết kế đồng hồ thờigian thực – một sản phẩm rất quen thuộc và cần thiết trong đời sống

Do thời gian thực hiện và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều sai sót trong quátrình thực hiện đề tài, rất mong được sự bổ sung đóng góp của các thầy cô và các bạn

Đồ án gồm 3 chương chính như sau:

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn Thông- Bộ

môn Vi Điều Khiển, cảm ơn cô Dương Tuấn Quang đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ

em thực hoàn thành đề tài này

Trân trọng và chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH iii

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN 1

1.1 Khảo sát và phân tích bài toán 1

1.1.1 Cách hiển thị thời gian của các loại đồng hồ 1

1.1.2 Mục đích 1

1.2 Lựa chọn giải pháp 2

1.2.1 Giải pháp công nghệ 2

1.2.2 Giải pháp thiết kế 2

1.2.3 Các yêu cầu 2

1.2.4 Giới hạn cho hệ thống 2

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

2.1 Sơ đồ tổng quát 4

2.2 Các module trong hệ thống 4

2.2.1 Khối nguồn 4

2.2.2 Khối điều khiển trung tâm 5

2.2.4 Khối giao tiếp phím bấm 6

2.3 Lựa chọn linh kiện 7

2.3.1 Vi điều khiển ATMEGA328P 7

2.3.2 LCD 8

2.3.3 Tụ điện 9

2.3.4 Điện trở 9

2.3.5 Nút bấm button 9

2.3.7 Trở băng 10

2.3.8 Transistor 10

2.3.9 Điôt 11

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG 12

3.1 Thiết kế phần cứng 12

3.2 Thiết kế phần mềm 13

3.3 Kết quả mô phỏng 20

KẾT LUẬN 22

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 4

Hình 2.2 Khối nguồn 4

Hình 2.3 Khối điều khiển trung tâm 5

Hình 2.4 Khối hiển thị 6

Hình 2.5 Khối nút bấm 6

Hình 2.6 Hình ảnh LCD 8

Hình 2.7 Hình ảnh tụ điện 9

Hình 2.8 Dạng của điện trở trong thiết bị điện tử 9

Hình 2.9 Nút bấm 9

Hình 2.10 Thạch anh 10

Hình 2.11 Trở băng 10

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý 12

Hình 3.2 Mạch vẽ trên orcad 13

Hình 3.3 Mô phỏng hệ thống 20

Hình 3.4 Mạch thi công thực tế mặt trước 20

Hình 3.5 Mạch thi công thực tế mặt sau 21

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN

1.1 Khảo sát và phân tích bài toán

Đồng hồ là một công cụ để đo đạc những mốc thời gian nhỏ hơn một ngày, hay

dùng phục vụ môn điền kinh Những loại đồng hồ dùng trong kĩ thuật thường có độchính xác rất cao và cấu tạo rất phức tạp Trong khi đó, người ta có thể tạo ra nhữngloại đồng hồ nhỏ để dễ dàng mang theo bên mình (gọi là đồng hồ đeo tay)

1.1.1 Cách hiển thị thời gian của các loại đồng hồ

 Đồng hồ cơ:

Đồng hồ cơ thể hiện thời gian sử dụng các góc Mặt đồng hồ có những con số

từ 1 đến 12 và sử dụng kim để chỉ giờ và cả phút Từ một số đến một con số kế cận

là 5 phút (đối với kim phút), 1 giờ (đối với kim giờ) hay 5 giây (đối với kim giây)

Một loại đồng hồ cơ khác được sử dụng là đồng hồ mặt trời Nó hoạt độngnhờ theo dọi thường xuyên ánh sáng Mặt Trời, và người ta theo dõi bằng cách nhìnbóng của chúng

Tuy nhiên, đồng hồ không phải lúc nào cũng được sử dụng để hiển thị thờigian Nó còn có thể sử dụng để điều khiển một vật theo thời gian, hay dùng để đothời gian của vật muốn đo Ví dụ như đồng hồ chuông có thể được dùng làm chuôngbáo tiết học, hay đồng hồ bấm giờ trong điền kinh

Máy tính sử dụng những tín hiệu đồng hồ để đồng bộ quá trình xử lý (mặcdầu có một số nghiên cứu về bộ xử lí không đồng bộ) Máy tính lưu trữ thời gian đểbáo hiệu hay chỉ là để hiển thị thời gian Bên trong máy tính có một đồng hồ đượcnuôi bằng pin Máy tính vẫn có thể hoạt động ngay cả khi đồng hồ trong máy bị chếtnhưng khi khởi động máy lại, đồng hồ của máy tính sẽ được khởi động lại.

Thời gian là một khái niệm cơ bản trong môn vật lý Do đó, chế tạo dụng cụ

đo thời gian chính xác có ý nghĩa quan trọng trong các thí nghiệm

1.2 Lựa chọn giải pháp

1.2.1 Giải pháp công nghệ

Qua phân tích ở trên, em đưa ra giải pháp xây dựng đồng hồ thể thao Đếm giờ

từ IC ATMEGA328, chạy hiển thị thời gian liên tục, lưu thời gian và kiểm tra thờigian của vật muốn đếm thời gian chính xác của mình

1.2.2 Giải pháp thiết kế

Việc lựa chọn giải pháp thường được xem xét trên nhiều phương diện nhưngquan trọng là giải pháp có khả thi không? Có phù hợp với với thực tế và thỏa mãn yêucầu về kinh tế?

Đồng hồ thể thao với bộ não điều khiển là ATMEGA328 và các linh kiện khác:

Bộ hiển thị trỏ LCD, trở thanh, transistor…

- ATMEGA328 có các ưu điểm: tính năng và tốc độ đáp ứng được yêucầu kĩ thuật trong ứng dụng không đòi hỏi cao;giá thành thấp hơn họ vi điềukhiển khác; có hỗ trợ lập trình điều khiển bằng cả hợp ngữ và C

- Trở thanh: thường dùng khi cần nhiều điện trở giống nhau, nhưng yêucầu thiết kế cho gọn

- LCD với ưu điểm hiển thị rõ ràng dễ đọc

- Transistor: thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặcmột khóa điện tử

Vì vậy giải pháp thiết kế đồng hồ thể thao dùng các linh kiện trên có nhiều ưuthế hơn so với những giải pháp khác Đồng thời đảm bảo được yêu cầu về kinh tế

1.2.3 Các yêu cầu

Với sản phẩm đồng thể thao đòi hỏi các yêu cầu:

- Hiển thị đúng thời gian: giây, chục giây, phút, chục phút, giờ, chục giờ

- Đảm bảo đúng về thời gian khi dừng

- Khả năng thực thi: Thời gian đáp ứng, độ chính xác…

- Đảm bảo về kích thước và trọng lượng cho phép

- Độ an toàn, khả năng chống lại sự phá hoại hay xâm nhập…

1.2.4 Giới hạn cho hệ thống

- Sử dụng nguồn điện 5V

- Làm việc liên tục

- Hệ thống nhỏ gọn.

- Làm việc trong điều kiện môi trường bình thường

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Sơ đồ tổng quát

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

 Khối nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống

 Khối tạo thời gian: lưu trữ thời gian thực, thời gian cài đặt

 Khối xử lý: dùng vi điều khiển ATMEGA328 để lấy dữ liệu từ khốithời gian thực, lưu trữ và đưa ra khối hiển thị và nhận tín hiệu từ khối giao tiếp

 Khối hiển thị: lấy tín hiệu ra từ vi điều khiển, thực hiện giao tiếp với viđiều khiển để hiển thị giờ và ngày

 Khối điều khiển: là khối bàn phím, thực hiện cài đặt giờ để vi điềukhiển lưu dữ liệu vào trong khối thời gian

2.2 Các module trong hệ thống

2.2.1 Khối nguồn

Đây là module dùng để tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5 Đầu vào là điện ápxoay chiều sau khi được biến đổi qua máy biến áp, đưa vào bộ Diode cầu để cho radòng điện một chiều (lúc này điện áp nằm trong khoảng từ 7->10V) Sau khi đi quacác hệ thống khác sẽ tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch

Hình 2.2 Khối nguồn

2.2.2 Khối điều khiển trung tâm

- Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển ATMEGA328,qua chương trình đã lập trình được nạp cho chip, vi điều khiển sẽ điều khiểnviệc đọc, ghi thời gian thực, hiển thị thời gian lên LCD

- Bộ RESET có tác dụng đưa vi điều khiển về trạng thái ban đầu.Khi nút Reset được ấn điện áp +5V từ nguồn được nối vào chân Reset của

vi điều khiển được chạy thẳng xuống đất lúc này điện áp tại chân vi điềukhiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởiđộng lại trạng thái ban đầu cho hệ thống

Hình 2.3 Khối điều khiển trung tâm

2.2.3 Khối hiển thị

Sử dụng trỏ LCD , hiển thị thời gian linh hoạt, hiển thị được nhiều ký tự,giúp cho việc quan sát thời gian khi đồng hồ chạy bình thường cũng như lúc cài đặttrực quan và linh hoạt hơn

Hình 2.4 Khối hiển thị

2.2.4 Khối giao tiếp phím bấm

Gồm 2 nút ấn, 1 nút reset, 1 nút stop Khi ấn nút thì các chân vi điều khiểnđược nối với phím bấm đưa điện áp xuống đất lúc này điện áp tại các chân vi điềukhiển bằng 0 làm cho vi điều khiển nhận biết được sự thay đổi này và thực hiện lệnhcần điều khiển

Hình 2.5 Khối nút bấm

2.3 Lựa chọn linh kiện

2.3.1 Vi điều khiển ATMEGA328P

a) Cấu tạo và chức năng các khối của ATMEGA328P.

 Kiến trúc: AVR 8bit

 Số timer: 3 timer gồm 2 timer 8-bit và 1 timer 16-bit

 Số kênh xung PWM: 6 kênh (1timer 2 kênh)

b) Ch c năng các chân c a ức năng các chân của ủa ATMEGA328P

 Digital: Các chân I/O digital (chân số 2 – 13 ) được sử dụng làm

chân nhập, xuất tín hiệu số thông qua các hàm chính : pinMode(),digitalWrite(), digitalRead() Điện áp hoạt động là 5V, dòng điện qua cácchân này ở chế độ bình thường là 20mA, cấp dòng quá 40mA sẽ phá hỏng viđiều khiển

 Analog :Uno có 6 chân Input analog (A0 – A5), độ phân giải mỗi

chân là 10 bit (0 – 1023 ) Các chân này dùng để đọc tín hiệu điện áp 0 – 5V(mặc định) tương ứng với 1024 giá trị, sử dụng hàm analogRead()

 PWM : các chân được đánh số 3, 5, 6, 9, 10, 11; có chức năng cấp

xung PWM (8 bit) thông qua hàm analogWrite()

 UART: Atmega328P cho phép truyền dữ liệu thông qua hai chân

0 (RX) và chân 1 (TX)

c) S đ ơ đồ ồ ATMEGA328P

2.3.2 LCD

So với led đơn thì LCD có ưu điểm là hiển thị được tất cả các kí tự số trongbảng mã ascci trên cùng một cụm led nên chúng thường dùng để thiết kế các mạchđồng hồ thời gian thực ở đây ta sử dụng LCD

Hình 2.6 Hình ảnh LCD Bảng 2.1 Chức năng của các chân LCD:

2.3.3 Tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong cácmạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyềntín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.Trong mạch này ta sẽ sử dụng một tụ hóacho khối reset, và hai tụ gốm cho khối dao động

Hình 2.8 Dạng của điện trở trong thiết bị điện tử

const byte NumberOfFields = 7;

int second, minute, hour, day, wday, month, year;

String gioGiac;

String ngayThang;

char *ngayT=" ";

int change=0;

const int menu = 3;

const int tang = 4;

const int giam = 5;

int buttonTangStt=0;

int buttonGiamStt=0;

void setTime(int hr, int min, int sec, int wd, int d, int mth, int yr)

ngayThang= ngayThang +day/10;

ngayThang= ngayThang +day%10;

ngayThang = ngayThang +"/";

ngayThang=ngayThang + month/10 + month%10 ;

ngayThang = ngayThang +"/";

ngayThang = ngayThang + year ;

/* Chuyển từ Decimal sang BCD */

int dec2bcd(byte num)

Hình 3.5 Mạch thi công thực tế mặt sau

KẾT LUẬN

Sau một thời gian tìm hiểu, mô phỏng và thiết kế mạch dưới sự hướng dẫn nhiệttình của thầy DƯƠNG TUẤN QUANG, em đã hoàn thành đề tài “Thiết kế đồng hồthể thao hiển thị trên LCD ”

Đồng hồ hiển thị được giây, chục giây, phút, chục phút, giờ, chục giờ

Qua đó chúng em được củng cố kiến thức đã học, kết hợp được với thực tiễn,phục vụ cho công việc tương lai rất nhiều Em đã cố gắng hết sức để thực hiện đề tàimột cách hoàn thiện và nhanh nhất có thể, nhưng do trình độ còn hạn chế nên cònnhiều thiếu sót, đề tài mới dừng lại ở việc làm một chiếc đồng hồ hiển thể thao đơngiản

Hy vọng với sự giúp đỡ nhiệt tình của cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn em

có thể phát triển đề tài với nhiều chức năng hiệu dụng hơn như trở thành: Đồng hồ hẹngiờ, lịch vạn niên,…

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bài giảng vi xử lý – Trường Cao Đẳng CNTT Hữu Nghị Việt HànGiáo trình họ vi điều khiển 8051 – Tống Văn On

Tài liệu thiết kế hệ thống với 8051 – Tống Văn On

Các trang web tham khảo:

ho-bam-gio-dung-vi-dieu-khien-8051-24287/

http://luanvan365.com/luan-van/do-an-lap-trinh-dieu-khien-dong-http://khotailieu.com/luan-van-do-an-bao-cao/ky-thuat-cong-nghe/ky-thuat-dien-dien-tu/lap-trinh-dieu-khien-dong-ho-bam-gio-dung-vi-dieu-khien-805.html

bam-giay.htm

bam-giay.htm

http://123doc.org/doc_search_title/937596-do-an-thiet-ke-dong-ho-Và một số trang Wed khác

ĐÁNH GIÁ VÀ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN