Đề tài Thiết kế đồng hồ thời gian thực sử dụng DS1307, hiển thị trên 6 Led 7 thanh với các chế độ: Hiển thị thời gian, cài đặt giờ và cài đặt báo thức

LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ngày một phát triển. Mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước phải dựa vào khoa học kỹ thuật. Vấn đề con người là vấn đề tiên quyết trong việc có đạt được mục tiêu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước hay không. Để có đội ngũ nhân lực có trình độ, nắm vững kiến thức khoa học kỹ thuật thì ngoài việc nâng cao chất lượng đào tạo lý thuyết còn cần những nội dung thực hành thực tế để người học củng cố kiến thức lý thuyết đã được trang bị trên giảng đường, đồng thời có kỹ năng xử lý những vấn đề mà thực tiễn đặt ra. Để nhằm mục đích đó, trong chương trình đào tạo bậc đại học ngành Tự động hóa tại Học viện KTQS có rất nhiều đồ án được giao cho sinh viên sau khi đã trải qua những môn học trang bị kiến thức trên lớp nhằm giúp sinh viên tổng hợp lại những kiến thức mà mình đã được trang bị. Đồ án xử lý tin là một trong số đó. Với báo cáo được giao: “ Thiết kế đồng hồ thời gian thực sử dụng DS1307, hiển thị trên 6 Led 7 thanh với các chế độ: Hiển thị thời gian, cài đặt giờ và cài đặt báo thức” sau một thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài dưới sự hướng dẫn của Thầy Trịnh Mạnh Tuyên và Thầy Nguyễn Văn Xuân, nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án. Do trình độ còn hạn chế nên chắc chắn đồ án không tránh khỏi những sai sót. Nhóm chúng em xin được các thầy sửa chữa, chỉ bảo để hoàn thiện tốt hơn. Hà nội, ngày 10 tháng 05 năm 2011 Sinh viên nhóm 11 lớp ĐKTĐ K13 HVKTQS CHƯƠNG I GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA BORD MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN 1.1. Khối vi xử lý trung tâm a. CPU 89C51 Bộ vi điều khiển 8051 được hãng Intel cho ra mắt vào năm 1981,với 128 byte RAM, 4Kbyte ROM, 4 cổng vào / ra 8bit, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp, tất cả được tích hợp trên một chip. Bộ vi điều khiển 8051 là bộ xử lý 8 bit, tức là CPU chỉ làm việc được với 8 bit dữ liệu. Dữ liệu lớn hơn 8 bit sẽ được chia thành các dữ liệu 8 bit để xử lý. 8051 trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán bất kì dạng biến thể nào của 8051 mà họ muốn với điều kiện họ phải để mã chương trình tương thích với 8051. Từ đó dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc độ khác nhau và dung lượng ROM trên chip khác nhau. Tuy nhiên điều quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể của 8051 nhưng tất cả các lệnh đều tương thích với 8051 ban đầu. Điều này có nghĩa là nếu chương trình được viết cho một phiên bản 8051 nào đó thì cũng sẽ chạy được với mọi phiên bản khác mà không phụ thuộc vào hãng sản xuất. Chíp AT89C51 là phiên bản 8051 của hãng Atmel Corproration. b. Sơ đồ cấu trúc phần cứng chip AT89C51 * CPU: Bộ xử lý trung tâm bao gồm các thành phần sau: -Thanh ghi tích lũy A -Thanh ghi tích lũy phụ B -Khối logic số học ALU(Arithmetic Logical Unit). -Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW(Program Status Word). -Thanh ghi bộ đếm chương trình PC -Thanh ghi con trỏ ngăn xếp SP -Bốn băng thanh ghi. -Bộ giải mã lệnh -Bộ điều khiển thời gian và lôgic CPU Bộ tạo dao động Điều khiển ngắt ROM On - Chip chương trình Bus điều khiển 4 Cổng vào /ra Cổng nối tiếp RAM On - Chip ETC Timer 1 Timer 2 Vào bộ đếm Ngắt ngoài P0 P1 P2 P3 Địa chỉ/ Dữ liệu TXD RXD Hình 1.1: Sơ đồ khối bộ vi xử lý 8051 * Bộ tạo dao động * Khối điều khiển ngắt * Khối điều khiển và quản lý Bus * Các bộ đếm/định thời * Các cổng vào ra * Cổng giao tiếp nối tiếp * Bộ nhớ chương trình ROM * Bộ nhớ dữ liệu RAM Hình 1.2: Hình ảnh và sơ đồ chân 8051 c. Sơ đồ chân của Chíp AT89C51 + Port 0: Là các chân từ 32 đến 39 trên 8051, được kí hiệu là P0.0, P0.1… cho đến P0.7. Có 2 công dụng. Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuất / nhập. Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài thì nó trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp. Đây là một port xuất nhập song hướng cực máng hở 8 bit. Nếu được sử dụng như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ vào TTL. Khi mức 1 được viết vào chân của port 0, các chân này có thể dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao. Port 0 cũng nhận các byte code (byte mã chương trinh) khi lập trình Flash, và xuất ra các byte code khi kiểm tra chương trình. Cần phải có các điện trở pullup bên ngoài khi thực hiện việc kiểm tra chương trình. + Port 1: Port 1 chỉ có một công dụng là xuất/nhập, các chân số 1 đến 8 trên 8051. Các chân của port 1 được kí hiệu là P1.0, P1.1,…, P1.7 và được dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngoài khi có yêu cầu. Chỉ được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi mà không có chức năng nào khác nữa. Nó là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong. Các bộ đếm ngõ ra của port 1 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ nhập TTL. Khi mức 1 được viết vào các chân của port1, chúng được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội và có thể được dùng như là các ngõ nhập. Nếu đóng vai trò là ngõ nhập các chân của port 1 sẽ cấp dòng IIL do các điện trở pullup bên trong. + Port 2: Là các chân từ số 21 đến 28 trên 8051, kí hiệu các chân là P2.0, P2.1, … P2.7. Có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ xuất/ nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài. Port 2 cũng có điện trở pullup ở bên trong. Các bộ đệm ngõ ra của port 2 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL. Khi các mức 1 được viết vào các chân của port 2 thì chúng được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào các chân của port 2 cũng cung cấp dòng IIL do các điện trở trong. + Port 3: Các chân số 10 đến số 17 trên 8051, kí hiệu là P3.0, P3.1…P3.7 có 2 công dụng. Dùng làm nhiệm vụ xuất / nhập và khi không làm nhiệm vụ này thì mỗi chân của port 3 có các chức năng riêng như sau: P3.0(RxD)- Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp P3.1(TxD)- Chân phát dữ liệu của port nối tiếp P3.2 ( ) - Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3( )- Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4(T0)- Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0 P3.5(T1)- Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1 P3.6()- Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7()- Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài + Chân PSEN : Là chân cho phép bộ nhớ chương trình.8051 cung cấp cho ta 4 tín hiệu điều khiển bus, chân là chân số 29. Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài, nó thường được nối với chân cho phép xuất OE của ROM để cho phép đọc các byte lệnh. Các mã nhị phân của chương trình hay opcode (mã thao tác) được đọc từ EP-ROM, qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh IR của 8051 để được giải mã. Tín hiệu ở logic 0 trong xuốt thời gian tìm -nạp lệnh. Khi thực thi một chương trình chứa ở ROM nội thi ở mức logic 1. + Chân ALE: Đây là chân cho phép chốt địa chỉ. Trên 8051 đây là chân số 30, nó là một chân để giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ. Chân xuất tín hiệu để chốt địa chỉ vào một thanh ghi ngoài trong suốt 1/ 2 chu kì của bộ nhớ. Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của port 0 sẽ xuất/nhập dữ liệu. Được dùng làm xung clock cho hệ thống. Chân có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip điều khiển và có thể được dùng làm xung clock cho phần còn lại của hệ thống. Nếu mạch giao động có tần số 12MHz, tín hiệu có tần số 2MHz. Ngoại lệ duy nhất là trong thời gian thực thi lệnh MOVX, thì một xung ALE sẽ bị bỏ qua. Chân còn được dùng để nhận xung ngõ vào lập trình cho EPROM trên chip điều khiển họ 8051 này. + Chân EA: Chân số 31, là chân truy xuất ngoài được nối vào 5V hoặc đất GND (logic 0). Khi nối vào 5V thì thực thi chương trình trong ROM nội. Nếu chân này nối đất thì chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài. Các phiên bản của họ 8051 sau này còn sử dụng chân làm chân nhận điện áp cấp điện 21V cho việc lập trình EPROM nội (nạp EPROM). + Chân RESET: Là chân số 9, ngõ vào RST là ngõ vào xóa chính của 8051 dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu hai chu kì máy, các thanh ghi bên trong 8051 sẽ được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống. Hình 1.3: Mạch RESET 8051 + Các chân XTAL1 và XTAL2: Mạch giao động bên trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài qua các chân này. Đó là các chân số 18 và 19. Hình 1.4: Mạch tạo dao động dùng thạch anh Các tụ ổn định cũng được chọn theo yêu cầu, tần số thạch anh là 12MHz, 16MHz…tụ gốm có giá trị từ 27 đến 33pF, thường chọn là 33pF để ổn định làm việc cho thạch anh. Ngoài mạch tạo dao động bằng thạch anh chúng ta cũng có thể tao một mạch dao động dùng cổng logic. Hình 1.5: Mạch tạo dao động dùng cổng lô-gic CHƯƠNG 2 GIAO TIẾP IC VÀ IC THỜI GIAN THỰC DS1307 2.1. Giao tiếp IC Giao thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips Semiconductor và được gọi là bus IC. Vì nguồn gốc nó được thiết kế là để điều khiển liên thông IC (Inter-Intergrated Circuit) nên nó được đặt tên là I2C. Tất cả các chip có tích hợp và tương thích với IC đều có thêm một giao diện tích hợp trên Chip để truyền thông trực tiếp với các thiết bị tương thích IC khác. Việc truyền dữ liệu nối tiếp theo hai hướng 8 bit được thực thi theo 3 chế độ sau: + Chuẩn (Standard)—100 Kbits/sec + Nhanh (Fast)—400 Kbits/sec + Tốc độ cao (High speed)—3.4 Mbits/sec Đường bus thực hiện truyền thông nối tiếp IC gồm hai đường là đường truyền dữ liệu nối tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối tiếp SCL. Vì cơ chế hoạt động là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung tín hiệu đồng bộ. Các thiết bị hỗ trợ IC đều có một địa chỉ định nghĩa trước, trong đó một số bit địa chỉ là thấp có thể cấu hình. Đơn vị hoặc thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn vị Chủ và cũng là đơn vị tạo xung nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá trình truyền. Nếu đơn vị Chủ muốn truyền thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm thông tin địa chỉ của đơn vị mà nó muốn truyền trong dữ liệu truyền. Đơn vị Tớ đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị Chủ có thể thiết lập truyền thông và trao đổi dữ liệu. Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép thực hiện nhiều đơn vị Chủ và Tớ ở trên cùng Bus. Quá trình truyền thông IC được bắt đầu bằng tín hiệu start tạo ra bởi đơn vị Chủ. Sau đó đơn vị Chủ sẽ truyền đi dữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà nó muốn truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được truyền trước. Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị Tớ sẽ thực hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu. Tiếp theo sẽ là một bit ACK xác nhận bởi đơn vị nhận đã nhận được 1 byte trước đó hay không. Đơn vị truyền (gửi) sẽ truyền đi 1 byte dữ liệu bắt đầu bởi MSB. Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận ACK mới. Khuôn mẫu 9 bit này (gồm 8 bit dữ liệu và 1 bit xác nhận) sẽ được lặp lại nếu cần truyền tiếp byte nữa. Khi đơn vị Chủ đã trao đổi xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuối cùng rồi sau đó sẽ tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền thông. IC là một giao diện truyền thông đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng truyền thông giữa các đơn vị trên cùng một bo mạch với khoảng cách ngắn và tốc độ thấp. Ví dụ như truyền thông giữa CPU với các khối chức năng trên cùng một bo mạch như EEPROM, cảm biến, đồng hồ tạo thời gian thực... Hầu hết các thiết bị hỗ trợ IC hoạt động ở tốc độ 400Kbps, một số cho phép hoạt động ở tốc độ cao vài Mbps. IC khá đơn giản để thực thi kết nối nhiều đơn vị vì nó hỗ trợ cơ chế xác định địa chỉ 2.2. IC thời gian thực DS1307 DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này có 7 thanh ghi 8-bit 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 như trong hình 2.1. Hình 2.1. Sơ đồ chân DS1307 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 một nguồn pin 3V nuôi chip. • GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc. • Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển. Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được). • SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực. • SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C. Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏ địa chỉ và các 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. Như đã trình bày, bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0 đến 63 (từ 00H đến 3FH theo hệ HexaDecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ có 8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ” (RTC) còn lại 56 thanh ghi bỏ trống có thể được dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây (SECONDS), phút (MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng (MONTH) và năm (YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương đương với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá trị từ 7 thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra. Ví dụ, lúc khởi động chương trình, chúng ta ghi vào thanh ghi “giây” giá trị 42, sau đó 12s chúng ta đọc thanh ghi này, chúng ta thu được giá trị 54. Thanh ghi thứ 8 (CONTROL) là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT (chân 6). Tuy nhiên, do chúng ta không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua thanh ghi thứ 8. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 được trình bày trong hình 2.2. Hình 2.2. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 Hình 2.3. Tổ chức các thanh ghi thời gian của DS1307 Vì 7 thanh ghi đầu tiên là quan trọng nhất trong hoạt động của DS1307, chúng ta sẽ khảo sát các thanh ghi này một cách chi tiết. Trước hết hãy quan sát tổ chức theo từng bit của các thanh ghi này như trong hình 2.3 + Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là 5 (không có giây 60) nên chỉ cần 3 bit là có thể mã hóa được (số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi này là 1 điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được set bằng 1 bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy, nhất thiết phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu. + Thanh ghi phút (MINUTES): có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ. Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCD của phút, bit 7 luôn luôn bằng 0. + Thanh ghi giờ (HOURS): có thể nói đây là thanh ghi phức tạp nhất trong DS1307. Thanh ghi này có địa chỉ 02H. Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này được dùng cho chữ số hàng đơn vị của giờ. Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ (gọi là mode) là 12h (1h đến 12h) và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 xác lập hệ thống giờ. Nếu bit6=0 thì hệ thống 24h được chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giá trị giờ. Do giá trị lớn nhất của chữ số hàng chục trong trường hợp này là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5 và 4 là đủ để mã hóa. Nếu bit6=1 thì hệ thống 12h được chọn, với trường hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giờ, bit 5 chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM. Bit5 =0 là AM và bit5=1 là PM. Bit 7 luôn bằng 0. + Thanh ghi thứ (DAY – ngày trong tuần): nằm ở địa chỉ 03H. Thanh ghi DAY chỉ mang giá trị từ 1 đến 7 tương ứng từ Chủ nhật đến thứ 7 trong 1 tuần. Vì thế, chỉ có 3 bit thấp trong thanh ghi này có nghĩa. Các thanh ghi còn lại có cấu trúc tương tự, DATE chứa ngày trong tháng (1 đến 31), MONTH chứa tháng (1 đến 12) và YEAR chứa năm (00 đến 99). Chú ý, DS1307 chỉ dùng cho 100 năm, nên giá trị năm chỉ có 2 chữ số, phần đầu của năm do người dùng tự thêm vào (ví dụ 20xx). Ngoài các thanh ghi trong bộ nhớ, DS1307 còn có một thanh ghi khác nằm riêng gọi là con trỏ địa chỉ hay thanh ghi địa chỉ (Address Register). Giá trị củathanh ghi này là địa chỉ của thanh ghi trong bộ nhớ mà người dùng muốn truy cập. Hình 2.4. Cấu trúc DS1307 2.3. Thuật toán giao tiếp IC giữa VĐK và DS1307 + Điều kiện START và STOP * START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị chủ muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó trong mạng I2C. START là điều kiện khởi đầu, báo hiệu bắt đầu của giao tiếp, còn STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp. Hình 11 mô tả điều kiện START và điều kiện STOP khi giao tiếp I2C giữa DS1307 với vi điều khiển Hình 2.5: Điều kiện START và STOP * Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL đều ở mức cao (SDA = SCL = HIGH). Lúc này bus IC được coi là “rỗi” (“bus free”), sẵn sàng cho một giao tiếp. Hai điều kiện START và STOP là không thể thiếu trong việc giao tiếp giữa các thiết bị I2C, tất nhiên là trong giao tiếp này cũng không ngoại lệ. * Điều kiện START: một sự chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiện START * Điều kiện STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao. * Cả hai điều kiện START và STOP đều được tạo ra bởi thiết bị chủ. Sau tín hiệu START, bus IC coi như đang trong trạng thái làm việc (busy). Bus IC sẽ rỗi, sẵn sàng cho một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ. * Sau khi có một điều kiện START, trong qua trình giao tiếp, khi có một tín hiệu START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus IC vẫn tiếp tục trong trạng thái bận. Tín hiệu START và lặp lại START đều có chức năng giống nhau là khởi tạo một giao tiếp. + Chế độ hoạt động Hình 2.6: Chế độ hoạt động của IC DS1307 + DS1307có thể hoạt động ở 2 chế độ sau: *Ở chế độ slave nhận (chế độ DS1307 ghi ): chuỗi dữ liệu và chuỗi xung clock sẽ được nhận thông qua SDA và SCL. Sau mỗi byte được nhận thì 1 bit ACKnowledge sẽ được truyền. Các điều kiện START và STOP sẽ được nhận dạng khi bắt đầu và kết thúc 1 truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit một chiều. * Chế độ slave phát ( chế độ DS1307 đọc ): byte đầu tiên slave nhận được tương tự như chế độ slave ghi. Tuy nhiên trong chế độ này thì bit chiều lại chỉ chiều chuyền ngược lại. Chuỗi dữ liệu được phat đi trên SDA bởi DS1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL + Để làm việc với DS1307, ta thực hiện các bước như sau: * START IC * Ghi: 0DxH (Đây là địa chỉ của DS1307 do nhà sản xuất quy định trong giao tiếp I2C) với: x=0: Ghi dữ liệu vào DS1307 x=1: Đọc dữ liệu vào DS1307 * Ghi tham số x này vào, có nghĩa là việc tiếp theo là chúng ta ghi hay đọc dữ liệu từ con DS1307 tùy vào giá trị x=0 (ghi dữ liệu) hay x=1 (đọc dữ liệu). * Ghi vào địa chỉ thanh ghi cần ghi hoặc cần đọc (bảng đồ thanh ghi của DS1307 này đã được giớ thiệu ở hình 3 & hình 4). * Ghi hoặc đọc dữ liệu. * STOP I2C + Một ví dụ minh họa cho việc đọc ghi * Thanh ghi có địa chỉ 01H chứa Data về “phút”, muốn set phút vào DS1307 chúng ta làm theo quy trình: START→Ghi: 0D0H→Ghi tiếp: 01H→Ghi tiếp: →Ghi tiếp hoặc STOP nếu chỉ muốn cài đặt thời gian cho phút. Hình 2.7: Chế độ Ghi của DS1307 * Nếu muốn Ghi vào địa chỉ 01H rồi kế tiếp Ghi vào địa chỉ 04H chẳng hạn thì chúng ta phải START lại từ đầu→Ghi vào 0D0H (để xác định sẽ Ghi vào DS1307 _ hướng giao tiếp là Ghi vào) →Ghi tiếp 04H→Ghi dữ liệu của thanh ghi cần cài đặt→STOP I2C. * Tương tự, nếu chúng ta muốn đọc thì trước hết chúng ta phải ghi vào địa chỉ cần đọc: tức là vẫn tiếp tục tiến hành 3 thủ tục START→Ghi 0D0H→Ghi vào địa chỉ (địa chỉ của thanh ghi mà ta muốn đọc dữ liệu). Sau đó, mới START lại rồi ghi lại 0D1H (lúc này mới thông báo là ta sẽ đọc từ DS1307), tiếp theo cứ đọc bình thường (thanh ghi đọc được sẽ là thanh ghi có địa chỉ ta mới vừa ghi vào), tiếp tục đọc thì địa chỉ cần đọc sẽ tự động tăng lên cho đến khi STOP I2C. Hình 2.8: Chế độ Đọc của DS1307 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 3.1. Sơ đồ nguyên lý và mạch in Sơ đồ nguyên lý được thiết kế trên phần mềm OrCad 16.3 3.2. Mạch in Sau khi thiết kế sơ đồ nguyên lý ta chuyển sang làm sơ đồ mạch in. Hình 3.1: Sơ đồ bố tri linh kiện trên mạch in Hình 3.2: Sơ đồ đi dây mạch in lớp TOP Hình 3.3: Sơ đồ đi dây lớp BOTTOM 3.2. Lưu đồ thuật toán + Lưu đồ thuật toán chương trình. Đọc DS1307 START Set Flag=0? Alram Flag =1? Hiển Thị Bật Alarm Time=Alarm? Quyét phím Đúng Đúng Đúng Sai Sai Sai Chương trình: $mod51 TEMP DATA 37H XUNG_NHAY DATA 38H ; XUNG 100ms BIEN_NHAY DATA 39H ;0 = SANG TAT CA DEN , 1 = NHAY led TUONG UNG KHI set GIAY DATA 40H PHUT DATA 41H GIO DATA 42H DONVI_GIAY DATA 47H CHUC_GIAY DATA 48H DONVI_PHUT DATA 49H CHUC_PHUT DATA 4AH DONVI_GIO DATA 4BH CHUC_GIO DATA 4CH PHAN_TRAM_GIAY DATA 4DH FLAG_SET DATA 4EH ;0 = KHONG SET , 1 = SET PHUT , 2 = SET GIO LED_GIAY BIT P2.0 LED_C_GIAY BIT P2.1 LED_PHUT BIT P2.2 LED_C_PHUT BIT P2.3 LED_GIO BIT P2.4 LED_C_GIO BIT P2.5 ;--------I2C------- SCL BIT P3.0 SDA BIT P3.1 SW_1 BIT P3.2 SW_2 BIT P3.3 SW_3 BIT P3.4 LED_DATA EQU P0 BYTE_W EQU 11010000B BYTE_R EQU 11010001B ADD_LOW EQU 62H DATA_DS EQU 63H ;===================================== ;===================================== ORG 00H LJMP MAIN ;=========================== ;=========================== ORG 0BH LJMP NGAT_TIME ;=========================== ;=========================== ORG 030H MAIN: ;reset tat ca cac bien MOV GIAY,#0 MOV PHUT,#0 MOV GIO,#0 MOV BIEN_NHAY,#0 MOV XUNG_NHAY,#0 MOV FLAG_SET,#0 MOV R0,#0 MOV IE,#10001010B MOV TMOD,#11H MOV TL0,#LOW(-9216) MOV TH0,#HIGH(-9216) SETB TR0 MOV A,#0FFH MOV LED_DATA,A MOV DPTR,#BANGSO CLR SCL CLR SDA NOP SETB SCL SETB SDA NOP MOV ADD_LOW,#00H MOV DATA_DS,#00H LCALL WRITE_BYTE ;========== ;========================================== LOOP_HIEN_THI: ; chuong trinh chinh chay tai day ;========================================== MOV A,FLAG_SET CJNE A,#0,L_HT CALL INIT_PORT L_HT: LCALL HIEN_THI LCALL SCAN_KEY SJMP LOOP_HIEN_THI ;========================================== INIT_PORT: ;================================================= =READS SECONDS ;================================================= READ_SEC: MOV ADD_LOW,#00h LCALL READ_BYTE MOV A,DATA_DS CALL BCD_HEX MOV GIAY,A LCALL I2C_STOP ;================================================= =READS MINUTES MOV ADD_LOW,#01h LCALL READ_BYTE MOV A,DATA_DS CALL BCD_HEX MOV PHUT,A LCALL I2C_STOP ;================================================= =READS HOURS MOV ADD_LOW,#02h LCALL READ_BYTE MOV A,DATA_DS CALL BCD_HEX MOV GIO,A LCALL I2C_STOP RET ;================================================= ================================= ;=====stop I2C communication I2C_Stop: CLR SDA SETB SCL NOP SETB SDA RET ;================================================= ================================= ;************************************************* **** ;* WRITE DATA_DS TO DS1307 1 BYTE * ;* INPUT : ADD_LOW * ;* : DATA_DS * ;************************************************* **** WRITE_BYTE: CLR SDA ;start bit CLR SCL MOV A,#BYTE_W ;send control byte LCALL LOOP_BYTE SETB SDA SETB SCL JB SDA,WRITE_BYTE ;loop until busy CLR SCL MOV A,ADD_LOW ;send address low LCALL LOOP_BYTE SETB SDA SETB SCL JB SDA,WRITE_BYTE ;loop until busy CLR SCL MOV A,DATA_DS ;send DATA LCALL LOOP_BYTE SETB SDA SETB SCL JB SDA,WRITE_BYTE ;loop until busy CLR SDA CLR SCL SETB SCL ;stop bit SETB SDA RET ;========================================== BCD_HEX: ;========================================== MOV B,#10H DIV AB MOV TEMP,B ;CAT HANG DON VI MOV B,#10 MUL AB ADD A,TEMP ret ;========================================== HEX_BCD: ;========================================== MOV B,#10 DIV AB MOV TEMP,B ;CAT HANG DON VI MOV B,#10H MUL AB ADD A,TEMP ret ;========================================== ;************************************************* ***** ;* READ DATA FROM DS1307 1 BYTE * ;* INPUT : ADD_HIGH * ;* : ADD_LOW * ;* OUTPUT : DATA_DS * ;************************************************* ***** READ_BYTE: CLR SDA ;start bit CLR SCL MOV A,#BYTE_W ;send control byte LCALL LOOP_BYTE SETB SDA SETB SCL JB SDA,READ_BYTE ;loop until busy CLR SCL MOV A,ADD_LOW ;send address low LCALL LOOP_BYTE SETB SDA SETB SCL JB SDA,READ_BYTE ;loop until busy CLR SCL SETB SCL SETB SDA CLR SDA ;start bit CLR SCL MOV A,#BYTE_R ;send control byte LCALL LOOP_BYTE SETB SDA SETB SCL JB SDA,READ_BYTE ;loop until busy CLR SCL LCALL LOOP_READ SETB SDA SETB SCL CLR SCL SETB SCL ;stop bit SETB SDA RET ;************************************************* *** ;* WRITE * ;* INPUT: ACC * ;************************************************* *** LOOP_BYTE: PUSH 02H MOV R2,#08H LOOP_SEND: RLC A MOV SDA,C SETB SCL CLR SCL DJNZ R2,LOOP_SEND POP 02H RET ;************************************************* **** ;* READ * ;* OUTPUT: ACC * ;************************************************* **** LOOP_READ: PUSH 02H MOV R2,#08H LOOP_READ1: SETB SCL MOV C,SDA CLR SCL RLC A DJNZ R2,LOOP_READ1 MOV DATA_DS,A POP 02H RET ;========================================== TACHSO: ; tach rieng hang chuc va hang don vi bang cach chia cho 10 ;========================================== MOV A,GIAY ;Lan luot chia cac Bien: Giay, Phut, Gio cho 10 MOV B,#10 ;de tach phan Don Vi va Hang Chuc ra, de cat rieng vao cac Bien tuong ung. DIV AB ;PHAN NGUYEN trong A, PHAN DU trong B MOV CHUC_GIAY,A ;Luu lai HANG CHUC Giay MOV DONVI_GIAY,B ;luu lai DON VI Giay ;========== MOV A,PHUT MOV B,#10 DIV AB MOV CHUC_PHUT,A MOV DONVI_PHUT,B ;========== MOV A,GIO MOV B,#10 DIV AB MOV CHUC_GIO,A MOV DONVI_GIO,B RET ;======================================== HIEN_THI: ; HIEN THI LED 7 DOAN ;======================================== MOV A,FLAG_SET CJNE A,#0,CHOP_NHAY LCALL HIENTHI AJMP THOAT_HIENTHI ;======================================== CHOP_NHAY: ; KIEM TRA BIEN NHAY VA FLAG_SET DE TAO HIEU UNG NHAY LED DANG SETING ;================================= MOV A,BIEN_NHAY CJNE A,#0,CHOP_NHAY1 LCALL HIENTHI AJMP THOAT_HIENTHI CHOP_NHAY1: LCALL NHAY JMP CHOP_NHAY THOAT_HIENTHI: RET ;================================= HIENTHI: ;================================= LCALL HIENTHI_S LCALL HIENTHI_P LCALL HIENTHI_G RET ;================================= NHAY: ;================================= MOV A,FLAG_SET CJNE A,#1,KT1 LCALL HIENTHI_S LCALL HIENTHI_G KT1: MOV A,FLAG_SET CJNE A,#2,THOAT_N LCALL HIENTHI_S LCALL HIENTHI_P THOAT_N: RET ;================================= HIENTHI_S: ;================================= ;hien thi hang don vi cua Giay MOV A,DONVI_GIAY MOVC A,@A+DPTR MOV LED_DATA,A CLR LED_GIAY LCALL DL SETB LED_GIAY ;========== MOV A,CHUC_GIAY ;hien thi hang chuc cua Giay MOVC A,@A+DPTR MOV LED_DATA,A CLR LED_C_GIAY LCALL DL SETB LED_C_GIAY RET ;================================= HIENTHI_P: ;================================= MOV A,DONVI_PHUT ;hien thi hang don vi cua Phut MOVC A,@A+DPTR MOV LED_DATA,A CLR LED_PHUT LCALL DL SETB LED_PHUT ;============ MOV A,CHUC_PHUT ;hien thi hang chuc cua Phut MOVC A,@A+DPTR MOV LED_DATA,A CLR LED_C_PHUT LCALL DL SETB LED_C_PHUT RET ;================================= HIENTHI_G: ;================================= MOV A,DONVI_GIO ;hien thi hang don vi cua gio MOVC A,@A+DPTR MOV LED_DATA,A CLR LED_GIO LCALL DL SETB LED_GIO ;============ MOV A,CHUC_GIO ;hien thi hang chuc cua Gio MOVC A,@A+DPTR MOV LED_DATA,A CLR LED_C_GIO LCALL DL SETB LED_C_GIO RET ;================================= NGAT_TIME: ;================================= INC XUNG_NHAY INC PHAN_TRAM_GIAY ;DAT TIMER CHAY 1/100 GIAY MOV TL0,#LOW(-9216) MOV TH0,#HIGH(-9216) SETB TR0 ;=============== PUSH ACC PUSH PSW ;Thanh ghi trang thái chuong trình ;========== MOV A,XUNG_NHAY ;TAO XUNG NHAP NHAY = 1/4 GIAY CJNE A,#25,TIME1 MOV XUNG_NHAY,#0 INC BIEN_NHAY MOV A,BIEN_NHAY CJNE A,#3,TIME1 MOV BIEN_NHAY,#0 ;========== TIME1: MOV A,PHAN_TRAM_GIAY ;Kiem tra bien PHAN_TRAM_GIAY - Thoat khoi ngat Time0 neu khong = CJNE A,#100,THOAT_NGAT_TIME MOV PHAN_TRAM_GIAY,#0 ;Neu = 100 thì set bien nay = 0 ;=============== THOAT_NGAT_TIME: LCALL TACHSO POP PSW POP ACC RETI ;================================== SCAN_KEY: ;KIEM TRA PHIM NHAN ;================================== SW1: ;SET TIME JB SW_1,SW2 INC FLAG_SET MOV A,FLAG_SET CJNE A,#3,L_SW1 ;========== MOV A,PHUT CALL HEX_BCD MOV DATA_DS,A MOV ADD_LOW,#01H LCALL WRITE_BYTE ;========== MOV A,GIO CALL HEX_BCD MOV DATA_DS,A MOV ADD_LOW,#02H LCALL WRITE_BYTE MOV FLAG_SET,#0 L_SW1: LCALL DL1 LCALL DL1 LCALL DL1 LCALL DL1 LJMP NOKEY ;=============== SW2: ;SET_MIN JB SW_2,SW3 MOV A,FLAG_SET CJNE A,#0,SW20 LJMP NOKEY SW20: MOV A,FLAG_SET CJNE A,#1,TANG_GIO ; JB SW_2,SW3 ;=============== TANG_PHUT: INC PHUT ;Roi tang Bien phut them 1 MOV A,PHUT CJNE A,#60,L_SW2 ; MOV PHUT,#0 ;Neu = 60 thì set bien nay = 0 L_SW2: LCALL DL1 LCALL DL1 LJMP SW2 ;=============== TANG_GIO: ;SET HOUR JB SW_2,SW3 MOV A,FLAG_SET CJNE A,#2,SW3 JB SW_2,SW3 INC GIO ;Roi tang Bien Gio them 1 MOV A,GIO CJNE A,#24,L_TANG_GIO ;Bien gio = 60? - Thoat khoi ngat Time0 neu khong = MOV GIO,#0 L_TANG_GIO: LCALL DL1 LCALL DL1 LJMP TANG_GIO ;============================== SW3: ;DANG NHAN SW3? JB SW_3,NOKEY ;KHONG NHAN SW2? KIEM TRA SW3 MOV A,FLAG_SET CJNE A,#0,SW30 LJMP NOKEY SW30: MOV A,FLAG_SET ;DANG NHAN SW2. KIEM TRA CHE DO CHINH GIO HAY CHINH PHUT. CJNE A,#1,GIAM_GIO ; JB SW_3,NOKEY ;=============== GIAM_PHUT: DEC PHUT ;Roi tang Bien phut them 1 MOV A,PHUT CJNE A,#-1,L_SW3 ;Bien Phut = -1? - Thoat khoi ngat Time0 neu khong = MOV PHUT,#59 ;Neu = -1 thì set bien nay = 60 L_SW3: LCALL DL1 LCALL DL1 LJMP SW3 ;=============== GIAM_GIO: ;=============== JB SW_3,NOKEY MOV A,FLAG_SET CJNE A,#2,NOKEY LCALL HIENTHI JB SW_3,NOKEY DEC GIO ;Roi Giam Bien Gio them 1 MOV A,GIO CJNE A,#-1,L_GIAM_GIO ;Bien gio = -1? - Thoat khoi ngat Time0 neu khong = MOV GIO,#23 L_GIAM_GIO: LCALL DL1 LCALL DL1 LJMP GIAM_GIO ;=============== NOKEY: RET ;================================= DL: ;================================= MOV R7,#200 DJNZ R7,$ RET ;================== DL1: ;================== PUSH 00H PUSH 01H MOV R1,#20O DEL: LCALL HIEN_THI LCALL HIEN_THI LCALL HIEN_THI MOV R0,#250 DJNZ R0,$ DJNZ R1,DEL POP 01H POP 00H RET ;=================== DELAY_1MS: ;=================== MOV R7,#200 DL_1MS_1: MOV R6,#200 DJNZ R6,$ DJNZ R7,DL_1MS_1 RET ;==================== DELAY: ;==================== NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP NOP RET ;================================= BANGSO: ;================================= DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H RET END