THIẾT kế ĐỒNG hồ điện tử dùng AT89C52 (có code và sơ đồ mạch)

THIẾT kế ĐỒNG hồ điện tử dùng AT89C52 (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế ĐỒNG hồ điện tử dùng AT89C52 (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế ĐỒNG hồ điện tử dùng AT89C52 (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế ĐỒNG hồ điện tử dùng AT89C52 (có code và sơ đồ mạch) THIẾT kế ĐỒNG hồ điện tử dùng AT89C52 (có code và sơ đồ mạch)

THIẾT KẾ ĐỒNG HỒ ĐIỆN TỬ

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.1 Giới thiệu sơ lược về đồ án 6

1.2 Mục đích thực hiện 6

1.3 Sơ đồ khối 6

1.4.Sơ đồ thuật toán 7

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 8

2.1 Vi điều khiển AT89C52 8

2.1.1Giới thiệu chung 8

2.1.2 Sơ đồ chân AT89C52 8

2.1.3Các ngõ tín hiệu điều khiển 10

2.1.4Tổ chức bộ nhớ 11

2.1.5Bộ nhớ dữ liệu 12

2.1.6Các chế độ hoạt động: 12

2.2 IC thời gian thực DS1307 13

2.2.1Giới thiệu chung 13

2.2.2 Sơ đồ chân DS1307 13

2.2.3 Tổ chức bộ nhớ của DS1307 và chi tiết các thanh ghi 14

2.3 LCD 15

2.3.1 Giới thiệu chung 15

2.3.2 Sơ đồ chân LCD 15

2.4 Chuẩn giao tiếp I2C 16

2.4.1 Giới thiệu chung 16

2.4.2 Đặc điểm giao tiếp I2C 17

2.4.3 START and STOP conditions 18

2.4.4 Định dạng địa chỉ thiết bị 20

2.4.5 Truyền dữ liệu trên bus I2C, chế độ Master-Slaver 21

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 22

3.1 Sơ đồ nguyên lý 22

3.2Kết quả mô phỏng 22

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

PHỤ LỤC A 25

DANH M C CÁC HÌNH VẼ ỤC LỤC

Hình 1-1 Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống 6

Hình 1-2: Sơ đồ thuật toán 7

Hình 2-1: Sơ đồ chân AT89C52 9

Hình 2-2: Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8952 12

Hình 2-3: Sơ đồ chân DS1307 13

Hình 2-4: Tổ chức bộ nhớ DS1307 14

Hình 2-5: Chi tiết các thanh ghi 14

Hình 2-6: Sơ đồ chân LCD 15

Hình 2-7:Sơ đồ kết nối 17

Hình 2-8 Quá trình truyền/ nhận dữ liệu giữa chủ/ tớ 18

Hình 2-9: Điều kiện START/STOP của I2C 18

Hình 2-10: Định dạng dữ liệu truyền 19

Hình 2-11: Lưu đồ thuật toán quá trình truyền/ nhận dữ liệu 20

Hình 2-12: hướng truyền dữ liệu trên bus I2C 21

Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý 22

Hình 3-2: Kết quả mô phỏng 22

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, các thiết bị điện tử ngày càng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống của conngười, góp phần làm cho cuộc sống trở nên tiện nghi, dễ dàng hơn Cùng với sự tiến bộcủa khoa học- kỹ thuật và sự ra đời của vi điều khiển,chúng ta có thể chế tạo ra nhiềuthiết bị nhỏ gọn hơn, chính xác hơn và mang lại hiệu quả kinh tế cao trong cuộc sống.Các thiết bị điện tử ngày nay ngày càng “ thông minh” hơn, thực hiện được đồng thờinhiều công việc hơn và tốc độ xử lý nhanh hơn một phần là nhờ vào việc ứng dụng viđiều khiển để chế tạo thiết bị

Với mong muốn ứng dụng vi điều khiển vào đời sống, em thực hiện đồ án về đề tài Thiết

kế đồng hồ thời gian thực dùng vi điều khiển, đây là đề tài mang tính ứng dụng cao trongthực tiễn đời sống hằng ngày cũng như khoa học, kỹ thuật vì tính chính xác về thời gianluôn là vấn đề quan trọng với cuộc sống loài người

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Giới thiệu sơ lược về đồ án

Thiết kế đồng hồ điện tử

-Tìm hiểu về vi điều khiển và IC thời gian thực

-Thiết kế dồng hồ hiển thị ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây, hẹn giờ

Khối Xử Lý: Dùng vi điều khiển AT89C52 lấy dữ liệu từ khối thời gian thực, lưu trữ vàxuất ra khối hiển thị, nhận tín hiệu điều khiển từ khối giao tiếp

Khối thời gian thực: Lưu trữ thời gian

Khối Hiển Thị: Hiển thị kết quả được xuất ra từ khối xử lý

Khối Giao Tiếp Phím Bấm

Khối Xử Lý

Khối Thời

Gian Thực

Khối Hiển Thị

Khối Nguồn

Có ngắt ngoài 0

Cài đặt, hiển thị lên LCD

Cập nhật thời gian vào RTC

Khối giao tiếp phím bấm: Thực hiện việc cài đặt ngày, giờ, báo thức thông qua khối xử lý1.4.Sơ đồ thuật toán

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

2.1 Vi điều khiển AT89C52

2.1.1Giới thiệu chung

AT89C52 là vi điều khiển do hãng Atmel sản xuất dùng cho việc điều khiển Nó đượcchế tạo theo công nghệ CMOS AT89C52 được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộnhớ không bốc hơi mật độ cao của hãng và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51TM

về tập lệnh và các chân ra.Việc xử lý trên byte và các toán số học ở cấu trúc dữ liệu đượcthực hiện bằng chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội Nó cung cấp, hỗ trợ mởrộng trên chip dùng cho những biến 1 bit như kiểu dữ liệu riêng cho phép quản lý, kiểmtra bit trực tiếp trong hệ thống điều khiển

Đặc điểm:

-Tương thích với họ MCS-51TM của Intel

- Bộ nhớ: 8Kb Flash, 256 Bytes RAM

-Độ bền:1000 lần ghi/ xóa

-Hoạt động ở tần số: 0Hz-24Mhz

- 3 chế độ khóa bộ nhớ

- Timer/ Counter: 3 bộ 16 bit

- 4 port, 32 chân I/O lập trình được

- 8 nguồn ngắt

-Kiểu chân: PDIP40

2.1.2 Sơ đồ chân AT89C52

Hình 2-1: Sơ đồ chân AT89C52

*Vcc(40): Cung cấp nguồn điện

*GND(20): Nối đất

*Port0(32-39): Trong các thiết kế cỡ nhỏ, có chức năng như các đường I/O Trong cácthiết kễ cỡ lớn, nó dùng để kết hợp Bus địa chỉ và Bus dữ liệu

*Port1(1-8): Là port I/O dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài( nếu cần)

*Port2(21-28): Được dùng như các đường xuất/ nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đốivới các thiết kế dùng bộ nhớ mở rộng

*Port3(10-17): Các chân của port này có nhiều chức năng như bảng sau:

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu xuất cho port nối tiếp

P3.2 INTO\ Ngắt ngoài 0

P3.3 INT1\ Ngắt ngoài 1

P3.4 T0 Ngõ vào Timer/Counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào Timer/Counter 1

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

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

2.1.3Các ngõ tín hiệu điều khiển

AT89C52 có 4 tín hiệu điều khiển:

a/ PSEN\( Program Store Enable):

PSEN\ là tín hiệu ra trên chân 29 là tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình mởrộng.PSEN\ sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy lệnh Các mã nhị phân của chương trìnhđược đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và chốt vào thanh ghi của 8952 để giải mã PSEN\

sẽ ở mức cao nếu thực hiện chương trình trong ROM nội

b/ ALE( Address Latch Enable):

ALE là tín hiệu trên chân 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địachỉ và dữ liệu khi kết nối với IC chốt

Khi port 0 dùng trong chế độ chuyển đổi, ALE là tín hiệu được dùng để chốt byte thấpđịa chỉ vào một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu chu kỳ bộ nhớ Các port 0 dùng đểxuất/ nhập dữ liệu trong nửa sau chu kỳ bộ nhớ

Xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể dùng làmtín hiệu clock cho hệ thống Chân ALE dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong8952

c/ EA\( External Access):

EA\ trên chân 31 có thể mắc lên mức cao hoặc thấp Nếu ở mức cao, 8952 thực hiệchương trình từ ROM nội ở địa chỉ thấp Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thựchiện từ bộ nhớ mở rộng.

d/ RST( Reset):

Nằm trên chân 9 lầ ngõ Reset của 8952 Khi tín hiệu đưa lên mức cao( Ít nhất 2 chu kỳmáy), các thanh ghi trong 8952 được tải những giá trị thích hợp để khởi động hệ thốnge/ Các ngõ vào bộ dao động:

Thường được nối với một thanh anh 12Mhz và các tụ giữ như sơ đồ ở giữa hai chân 18

ROM và RAM trên chip bao gồm nhiều thành phần: Lưu trữ đa dụng, lưu trữ địa chỉ hóatừng bit, các bank thanh ghi, các thanh ghi chức năng đặc biệt

Hình 2-2: Tóm tắt các vùng bộ nhớ của 8952

Ta cần lưu ý hai đặc tính sau:

- Các thanh ghi và các port đã được xếp trong bộ nhớ, có thể truy xuất trực tiếp giống nhưcác địa chỉ bộ nhớ khác

- Bên trong RAM nội ngăn xếp nhỏ hơn bên trong RAM ngoại so với các bộ xử lý khác2.1.5Bộ nhớ dữ liệu

AT89C52 có 256 byte bộ nhớ RAM on chip, trong đó 128 byte có cùng địa chỉ với thanhghi chức năng nhưng có cấu tạo riêng biệt

2.1.6Các chế độ hoạt động:

-Chế độ lười: CPU rơi vào trạng thái “ ngủ” trong khi các thiết bị ngoại vi vẫn hoạt độngtích cực Nội dung của RAM và vai trò của các SFR vẫn được giữ nguyên Kết thúc chế

độ lười bằng cách kích hoạt một ngắt hoặc reset phần cứng

-Chế độ hạ nguồn: Bộ dao động ngừng, lệnh hạ nguồn là lệnh cuối cùng được thực thi.RAM và SFR duy trì giá trị của nó cho đến khi hạ nguồn Kết thúc chế độ hạ nguồn bằngcách reset phần cứng, reset sẽ tạo lại giá trị cho SFR nhưng không thay đổi nội dung của

RAM Không nên reset trước khi Vcc phục hồi mức điện áp thông thường của nó và phảigiữ đủ lâu để bộ dao động phục hồi ổn định.

2.2 IC thời gian thực DS1307

2.2.1Giới thiệu chung

DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực, là ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang

sử dụng, được tính bằng giờ, phút, giây DS1307 được sản xuất bởi hãng DallasSemiconducter Chip có 7 thanh ghi 8 bit chứa giá trị thời gian là thứ, ngày, tháng, năm,giờ, phút, giây DS1307 có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống đượcdùng như RAM DS1307 được đọc và ghi thông qua chuẩn giao tiếp I2C nên cấu tạo bênngoài rất đơn giản

2.2.2 Sơ đồ chân DS1307

Hình 2-3: Sơ đồ chân DS1307

1 X1 Kết nối đến thạch anh 32.768Khz làm nguồn dao động cho chip

3 VBAT Kết nối đến cực dương của pin nuôi chip có điện áp khoảng 3v

5 SDA Chân dữ liệu khi kết nối đến bus I2C

6 SCL Chân nhận xung clock đồng bộ khi kết nối đến bus I2C

2.2.3 Tổ chức bộ nhớ của DS1307 và chi tiết các thanh ghi

Hình 2-4: Tổ chức bộ nhớ DS1307

Hình 2-5: Chi tiết các thanh ghi

Tên thanh ghi Địa chỉ thanh ghi Chức năng

Bit7(CH)=1 vô hiệu hóa bộ dao động trong DS1307

Bit6=1: Chế độ 12h; Bit6=0: chế độ 24h24h: bit5-4 chứa giá trị chục của giờ12h: Bit 4 chứa giá trị chục của giờ;

Bit5=0 AM;Bit5=1 PM

2.3 LCD

2.3.1 Giới thiệu chung

LCD là một thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với người dùng Nó có khả năng hiển thịtất cả các ký tự trong bảng mã ASCII , dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng nhiều giao thứcgiao tiếp khác nhau, tốn ít tài nguyên và giá không quá cao Do vậy, ngày nay LCD đượcdùng rất nhiều trong các ứng dụng của vi điều khiển

2.3.2 Sơ đồ chân LCD

Hình 2-6: Sơ đồ chân LCDChân Ký hiệu Mô tả

1 VSS Chân nối đất cho LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi.Nối chân RS với logic 0 hoặc logic 1 để chọn thanh

ghi-Logic0: Bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD hoặc nối với

bộ đếm địa chỉ của LCD-Logic1: Bus D0-D7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 RW Chân chọn chế độ đọc/ghi Nối với logic 0 để LCD hoạt động ở chế độ

ghi; logic 1 để LCD hoạt động ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus D0-D7, các lệnh chỉ

được chấp nhận khi có xung cho phép của E-Chế độ ghi: Dữ liệu được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong nó khiphát hiện xung của tín hiệu chân E

-Chế độ đọc: Dữ liệu được LCD xuất ra D0-D7 khi phát hiện cạnh lên ởchân E và được LCD giữ ở bus cho đến khi chân E xuống thấp

7-14 D0-D7 Dùng để trao đổi thông tin Có hai chế độ được sử dụng:

8bit: Dữ liệu truyền trên cả đường, bit MSB là D74bit: Dữ liệu truyền trên 4 đường D4-D7, bit MSB là D7

2.4 Chuẩn giao tiếp I2C

2.4.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, trong các hệ thống điện tử hiện đại, rất nhiều các thiết bị ngoại vi cần phải giaotiếp với các thiết bị khác- giao tiếp với người dùng Để đạt được hiệu quả cao cho phầncứng với mạch điện đơn giản, Phillips phát triển một hệ thống giao tiếp nối tiếp 2 dâyI2C(Inter-Intergrated Circuit-Bus) giao tiếp giữa các IC với nhau

I2C được rất nhiều nhà sản xuất IC trên thế giới sử dụng I2C trở thành chuẩn cho cácgiao tiếp điều khiển Bus I2C được sử dụng làm bus giao tiếp ngoại vi cho rất nhiều loại

IC khác nhau như 8051, PIC, AVR,IC điều khiển LCD, LED

2.4.2 Đặc điểm giao tiếp I2C

Gồm 2 dây: SDA và SCL.SDA là đường truyền dữ liệu hai hướng, SCL là đường truyềnxung đồng hồ và chỉ theo một hướng Khi một thiết bị kết nối vào I2C thì chân SDA của

nó sẽ nối với SDA của bus, chân SCL nối với chân SCL

Dây SDA và SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn thông qua một điện trở kéo.Điện trở kéo này là cần thiết vì chân giao tiếp I2C của các thiết bị ngoại vi thường làdạng cực máng hở Giá trị trở dao động từ 1KΩ-4.7KΩ

Hình 2-7: Sơ đồ kết nối-Các chế độ hoạt động của I2C:

Dựa vào tốc độ, ta chia làm 2 loại:

-Chế độ chuẩn hoạt động ở tốc độ 100Kbit/s

Dù ở chế độ nào, giao tiếp I2C đều dựa vào mối quan hệ chủ/ tớ

Hình 2-8 Quá trình truyền/ nhận dữ liệu giữa chủ/ tớThiết bị chủ xác định địa chỉ của thiết bị tớ, thiết bị chủ sẽ quyết định đọc hay ghi vàothiết bị tớ

Thiết bị chủ gửi dữ liệu đến thiết bị tớ

Thiết bị chủ kết thúc quá trình truyền dữ liệu

Khi thiết bị chủ muốn nhận dữ liệu từ thiết bị tớ, quá trình diễn ra tương tự, chỉ khác làthiết bị chủ sẽ nhận dữ liệu từ thiết bị tớ

2.4.3 START and STOP conditions

Đây là điều kiện bắt buộc phải có khi thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với thiết bịkhác trong mạng I2C START là điều kiện khởi đầu, còn STOP báo hiệu kết thúc mộtgiao tiếp Điều kiện START và STOP của I2C được mô tả như sau:

Hình 2-9: Điều kiện START/STOP của I2C

Khi chưa thực hiện việc giao tiếp, SDA và SCL đều ở mức cao Lúc này bus I2C đượccoi là rỗi, sẵn sàng cho việc giao tiếp

Điều kiện START: Chuyển đổi trạng thái từ high xuống low trên đường SDA khi SCL ởmức cao

Điều kiện STOP: Chuyển đổi trạng thái từ low lên high trên đường SDA khi SCL ở mứccao

Hai điều kiện trên được tạo bởi thiết bị chủ, sau tín hiệu START, bus I2C sẽ được coinhư đang ở trạng thái làm việc BUS I2C sẽ rỗi sau khi nhận tín hiệu STOP từ thiết bị chủ2.4.4 Định dạng dữ liệu truyền

Dữ liệu được truyền theo từng bit,bit dữ liệu được truyền tại phần dương của xung đồng

hồ trên dây SCL, quá trình thay đổi bit dữ liệu xảy ra khi SCL ở mức thấp

Hình 2-10: Định dạng dữ liệu truyềnMỗi byte dữ liệu được truyền có độ dài 8bits Số lượng byte có thể truyền trong một lần

là không hạn chế Mỗi byte được truyền sẽ chờ tín hiệu phản hồi là một bit ACK để báohiệu nhận dữ liệu.Mỗi lần I2C sẽ truyền đi 8 bits và nhận lại 1 bit, bit có trọng số cao nhất

sẽ truyền đi đầu tiên, các bit được truyền đi lần lượt Sau 8 xung clock trên SCL, 8 bits dữliệu đã được truyền đi Sau khi thiết bị nhận đủ 8 bit dữ liệu sẽ kéo SDA xuống mức thấptạo xung ACK ứng với xung clock thứ 9 trên SDA để báo hiệu nhận đủ 8 bits Thiết bịtruyền khi nhận bit ACK sẽ tiếp tục quá trình truyền dữ liệu hoặc kết thúc

Buffer=data bit SDA=data bit

Buffer full

Send ACK

Read Buffer Next byte or stop

Hình 2-11: Lưu đồ thuật toán quá trình truyền/ nhận dữ liệu

Một byte truyền đi có kèm theo ACK là điều kiện bắt buộc, nhằm đảm bảo cho quá trìnhtruyền nhận được diễn ra chính xác Khi không nhận đúng địa chỉ hay muốn kết thúc quátrình giao tiếp, thiết bị gửi xung Not-ACK( SDA mức cao)

Clock=8

ACK

2.4.4 Định dạng địa chỉ thiết bị

Mỗi thiết bị tham gia vào chuẩn giao tiếp I2C đều có một giá trị riêng có độ dài 7 bit,Trên một bit I2C ta có thể phân biệt 128 thiết bị Khi thiết bị chủ muốn giao tiếp với cácthiết bị khác trên bus I2C, nó sẽ gửi 7 bit địa chỉ của thiết bị đó ra bus ngay sau xungSTART Byte đầu tiên được gửi sẽ gồm 7 bit địa chỉ và bit thứ 8 điều khiển hướngtruyền Mỗi thiết bị ngoại vi có một địa chỉ riêng do nhà sản xuất quy định, địa chỉ đó cóthể cố định hoặc thay đổi Bit điều khiển hướng sẽ quy định chiều truyền dữ liệu.Bit=0,byte dữ liệu tiếp theo được truyền từ chủ đến tớ Bit=0, byte dữ liệu tiếp theo được truyền

từ tớ đến chủ Việc thiết lập giá trị bit do thiết bị chủ thực hiện, thiết bị tớ sẽ tùy theo giátrị đó mà có sự phản hồi tương ứng

2.4.5 Truyền dữ liệu trên bus I2C, chế độ Master-Slaver

Việc truyền dữ liệu diễn ra giữa hai thiết bị chủ-tớ; Dữ liệu truyền có thể theo hai hướngkhác nhau Hướng truyền được quy định bởi bit thứ 8 trong byte đầu tiên được truyền đi

Hình 2-12: hướng truyền dữ liệu trên bus I2CChế độ giao tiếp Master-Slaver là một chế độ cơ bản trong bus I2C, toàn bộ bus đượcquản lý bởi một Master duy nhất để không xảy ra tình trạng xung đột bus hay mất đồng

bộ xung clock

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3-1: Sơ đồ nguyên lý

Hình 3-2: Kết quả mô phỏng

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Kết luận và hướng phát triển đề tài:

Đồng hồ điện tử có nhiều ứng dụng thực tế trong cuộc sống và được dùng để hiển thị thứ,ngày, tháng, năm, giờ phút giây một cách chính xác, trực quan phục vụ đời sống con người

Hướng phát triển đề tài: Từ đồng hồ điện tử, ta có thể phát triển lên thành lịch vạn niên đểhiển thị thêm lịch âm dương, đo nhiệt độ, độ ẩm cũng như báo thức để phục vụ tốt hơn cho cuộc sống con người Đây là một ứng dụng cần thiết và không thể thiếu trong cuộc sống

TÀI LI U THAM KH O ỆU THAM KHẢO ẢO

[1] Giáo trình họ vi điều khiển 8051- Tống Văn On

[2]Bài giảng vi xử lý, vi điều khiển- Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp