Đồ án Môn học: Hệ thống nhúng

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2011 Giáo Viên chấm (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Lời nói đầu Ngày nay, các hệ thống nhúng trở nên phổ biến và đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Ví dụ quanh ta có rất nhiều sản phẩm nhúng 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 hệ thống nhúng có mặt ở mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta. Qua môn học hệ thống nhúng, chúng em đã hiểu thêm về các hệ thống nhúng 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 hệ thống nhúng, 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. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện tử - bộ môn kỹ thuật máy tính, cảm ơn thầy Ths. Nguyễn Văn Huy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em thực hoàn thành đề tài này. Trân trọng và chân thành cám ơn! Nhóm thực hiện đề tài: Trần Quang Hợp Nguyễn Viết Hiền Nguyễn Văn Hồng 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; đối lập với lịch, là một công cụ để đo thời gian dài hơn một ngày. Những loại đồng hồ dùng trong kĩ thuật thường có độ chính xác rất cao và cấu tạo rất phức tạp. Trong khi đó, người ta có thể tạo ra những loại đồng hồ nhỏ để dễ dàng mang theo bên mình (gọi là đồng hồ đeo tay). Những loại đồng hồ hiện đại (từ thế kỉ 14 trở đi) thường thể hiện ba thông tin: giờ, phút, giây. 1.1.1.Cách hiển thị thời gian 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 động nhờ theo dọi thường xuyên ánh sáng Mặt Trời, và người ta theo dõi bằng cách nhìn bóng của chúng. Đồng hồ điện tử: Đồng hồ điện tử sử dụng hệ thống số để thể hiện thời gian. Thông thường có 2 cách thể hiện: 24 giờ để đếm giờ từ 00-23 12 giờ với kí hiệu AM / PM (chủ yếu ở Mĩ) Những đồng hồ điện tử sử dụng màn hình LCD hay LED, ống catode để thể hiện hình ảnh những con số. Khi những đồng hồ điện tử thay pin, chúng thường "quên" dữ liệu về thời gian trước đó. Đồng hồ âm thanh: Để tiện lợi hơn, có một số đồng hồ sử dụng âm thanh để bào hiệu giờ. Âm thanh có thể được sử dụng như ngôn ngữ tự nhiên ("Bây giờ là mười sáu giờ ba mươi phút) hay một mã (số tiếng chuông báo hiệu số giờ). Đồng hồ chữ: Loại đồng hồ này hiện thời gian ở dạng chữ. Nếu như ở đồng hồ điện tử chúng ta đọc được những con số 12:35 thì ở đồng hồ chữ, chúng ta có thể đọc được "Mười hai giờ ba mươi lăm phút". Một số loại đồng hồ khác sử dụng cơ chế gần đúng khiến người sử dụng cảm thấy dễ chịu hơn khi sử dụng đồng hồ (ví dụ "Khoảng mười hai giờ rưỡi"). 1.1.2.Mục đích Đồng hồ treo tường được dùng trong nhà và văn phòng, đồng hồ đeo tay được mang trên tay, và những loại đồng hồ lớn được đặt ở những nơi công cộng (nhà thờ hay bến xe). Hầu hết những máy tính và điện thoại di động đều có góc dưới màn hình hiển thị giờ. Tuy nhiên, đồng hồ không phải lúc nào cũng được sử dụng để hiển thị thời gian. Nó còn có thể sử dụng để điều khiển một vật theo thời gian. Ví dụ như đồng hồ chuông có thể được dùng làm chuông báo tiết học. Nó có thể được gọi chính xác hơn là một hệ thống đếm giờ. Máy tính sử dụng những tín hiệu đồng hồ để đồng bộ quá trình xử lý (mặc dầu có một số nghiên cứu về bộ xử lí không đồng bộ). Máy tính lưu trữ thời gian để báo hiệu hay chỉ là để hiển thị thời gian. Bên trong máy tính có một đồng hồ được nuôi bằng pin. Máy tính vẫn có thể hoạt động ngay cả khi đồng hồ trong máy bị chết nhưng 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. Đồng hồ điện tử Đồng hồ điện tử trên một lò vi sóng 1.1.3.Các công nghệ chip ứng dụng trong thiết kế thời gian thực có mặt trên thị trường Do yêu cầu về thời gian thực nên chúng ta sẽ không xét tới các mạch điện thiết kế đồng hồ sử dụng các mạch điện tương tự và các IC số thông thường, chúng ta sẽ xét tới việc sử dụng IC thời gian thực, vi điều khiển, cách thức hiển thị thời gian thực. IC thời gian thực: Hiện nay trên thị trường có 2 loại IC thời gian thực phồ biến là DS1307 và DS12887. Các IC này đều có chức năng chạy thời gian thực và lưu giờ khi mất điện, với DS1307 cần có thêm nguồn nuôi là một pin cmos 3V, với DS12887 có sẵn pin tích hợp ở bên trong. Thực hiện giao tiếp với vi điều khiển để hiện thị thời gian và cài đặt giờ… Trên cơ sở đó thì chúng ta có thể sử dụng cả 2 loại IC này, nhưng với nhóm em thì việc lựa chọn sẽ là DS1307 vì nó cũng thực hiện được yêu cầu mà giá thành thì rẻ hơn. Vi điều khiển: Có rất nhiều loại vi điều khiển khác nhau có thể sử dụng trong mạch đồng hồ này như vi điều khiển pic, avr, 8051… Các loại vi điều khiển pic hay avr có nhiều ưu điểm hơn so với 8051 như hỗ trợ kết nối ngoại vi tốt hơn, tốc độ xử lý nhanh hơn, lập trình đơn giản hơn. Nhưng giá thành thì lại cao hơn nhiều so với 8051 mà trong mạch này chúng em sử dụng AT89C51. Việc sử dụng quá tốn kém cho 1 mạch là không cần thiết trong khi đó một chip cũng có thể làm được điều này mà giá thành rẻ hơn thì đó là lựa chọn tối ưu hơn. Hiển thị: Chúng ta có 2 cách hiển thị đó là : sử dụng led 7 thanh và sử dụng lcd. Led 7 thanh : Ưu điểm: hiển thị rõ ràng và thu hút được sự chú ý vì có thể nhìn ở xa. Nhược điểm: mạch điện phức tạp cần thêm các IC chốt. LCD 16x2: Ưu điểm: hiển thị dễ dàng, có thể linh động hơn trong việc hiển thị thời gian,kết nối đơn giản mạch điện không phức tạp… Nhược điểm: không thu hút được sự chú ý bằng led 7 thanh,giá thành cao… Xét trên điều kiện để làm mạch này thì số led 7 thanh tương đối nhiều và cần thêm các IC chốt do đó về giá cả thì sẽ tương đương với một LCD 16x2. Thêm nữa khi sử dụng LCD chúng ta sẽ không phải mắc phức tạp. Với đồng hồ để sử dụng cho cá nhân này thì chúng ta có thể cần dùng LCD là đủ. 1.2. Lựa chọn giải pháp 1.2.1.Giải pháp công nghệ Qua phân tích ở trên, nhóm chúng em đưa ra giải pháp xây dựng đồng hồ dựa trên IC thời gian thực. Đọc giờ từ IC thời gian thực, hiển thị thời gian liên tục và có thể cài đặt được giờ, lưu giờ khi mất điện và sai lệch thời gian là ít nhất (theo quảng cáo của nhà sản xuất : với một pin lithium 48mAh hoặc lớn hơn sẽ lưu giờ cho DS1307 khoảng hơn 10 năm khi không có nguồn điện cung cấp cho mạch ở điều kiện +25°C ). 1.2.2 .Giải pháp thiết kế Việc lựa chọn giải pháp thường được xem xét trên nhiều phương diện nhưng quan trọng là giải pháp có khả thi không? Có phù hợp với với thực tế và thỏa mãn yêu cầu về kinh tế? Đồng hồ thời gian thực với bộ não điều khiển là AT89C51 và các linh kiện khác: LCD hiển thị, IC ổn áp7805, IC thời gian thực DS1307. AT89C51 có các ưu điểm: tính năng và tốc độ đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật trong ứng dụng không đòi hỏi cao;giá thành thấp hơn họ vi điều khiển khác; có hỗ trợ lập trình điều khiển bằng cả hợp ngữ và C... IC DS1307 là IC chuyên dụng, cho khả năng chính xác về thời gian. LCD hiển thị một cách rõ ràng, linh động. IC ổn áp 7805 được sử dụng rộng rãi trong các bộ nguồn. Vì vậy giải pháp thiết kế đồng hồ thời gian thực dùng các linh kiện trên có nhiều ưu thế hơn so với những giải pháp khác. Đồng thời đảm bảo được yêu cầu về kinh tế. Trong thực tế hiện nay lịch vạn niên là một sản phẩm tương tự đồng hồ thời gian thực và rất gần gũi với mọi người. 1.2.3.Các yêu cầu Với sản phẩm đồng hồ thời gian thực đòi hỏi các yêu cầu: Hiển thị đúng thời gian:ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây. Điều chỉnh và thay đổi được thời gian. Đảm bảo đúng về thời gian sau khi mất điện. 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. Kích thước phù hợp với người sử dụng. Hệ thống nhỏ gọn. Hệ thống lưu được thời gian khi mất nguồn cấp (có nguồn dự trữ). Nguồn nuôi (pin CMOS) cho IC thời gian thực đảm bảo. Làm việc trong điều kiện môi trường bình thường. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1. Sơ đồ tổng quát Khối Xử lý Khối giao tiếp phím bấm Khối hiển thị Khối thời gian thực Khối nguồn Khối Nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống. Khối Thời gian thực: lưu trữ thời gian thực, thời gian cài đặt. Khối Xử lý: Dùng vi điều khiển AT89C51 để lấy dữ liệu từ khối thời 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 vi điều khiển để hiển thị giờ và ngày. Khối giao tiếp: là khối bàn phím, thực hiện cài đặt giờ để vi điều khiển lưu dữ liệu vào trong khối thời gian thực. 2.2. Sơ đồ Call graph Chương trình điều khiển chính Module xử lý thời gian thực Module xử lý chương trình IC thời gian thực Bàn phím Hiển thị 2.3. Sơ đồ đặc tả Cài đặt Xử lý Thời gian trong RTC Có ngắt & ấn phím Kiểm tra ngắt ngoài 0 Đọc Ghi Hiển thị 2.4. Sơ đồ thuật toán Bắt đầu Kiểm tra dữ liệu thời gian trong rtc Có Xử lý dữ liệu từ rtc Đặt thời gian mặc định S Đ Có ngắt ngoài 0 S Cài đặt + hiển thị thời gian cài đặt trên LCD Đ Cập nhật thời gian vào RTC Khởi tạo LCD (1) (2) Hiển thị giờ bình thường LCD con trỏ LCD tại vị trí giờ menu =0 tăng =0 giảm =0 giờ+1 giờ-1 S Đ Đ S Khối cài đặt +hiển thị thời gian cài đặt trên LCD: : Đ (1) Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm con trỏ LCD tại vị trí phút menu =0 tăng =0 giảm =0 phút+1 phút-1 S Đ Đ S Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm con trỏ LCD tại vị trí giấy menu =0 tăng =0 giảm =0 giây+1 giây-1 S Đ Đ S Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm con trỏ LCD tại vị trí ngày menu =0 tăng =0 giảm =0 ngày+1 ngày-1 S Đ Đ S Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm con trỏ LCD tại vị trí tháng menu =0 tăng =0 giảm =0 tháng+1 tháng-1 S Đ Đ S Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm con trỏ LCD tại vị trí năm menu =0 tăng =0 giảm =0 năm+1 năm-1 S Đ Đ S Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm con trỏ LCD tại vị trí thứ menu =0 tăng =0 giảm =0 thứ+1 thứ-1 S Đ Đ S Kiểm tra tăng Kiểm tra giảm (2) Đ Đ Đ Đ Đ Đ Thay đổi giờ Thay đổi phút Thay đổi giây Thay đổi ngày Thay đổi tháng Thay đổi năm Thay đổi thứ S S S S S S S 2.5.Các module trong hệ thống 2.5.1.Khối nguồn Đây là module dùng để tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V. Sử dụng IC7805. Đầu vào là điện áp xoay chiều sau khi được biến đổi qua máy biến áp, đưa vào bộ Diode cầu để cho ra dòng điện một chiều ( lúc này điện áp nằm trong khoảng từ 7->10V). Sau khi đi qua IC ổn áp 7805 sẽ tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho mạch. 2.5.2.Khối điều khiển trung tâm Khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển AT89C51, qua chương trình đã lập trình được nạp cho chip, vi điều khiển sẽ điều khiển việc đọc, ghi thời gian thực, hiển thị thời gian lên khối hiển thị là LCD. Bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động. Hai đầu này được nối vào 2chân XTAL1 và XTAL2 của VĐK. 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 điều khiển thay đổi đột ngột về 0, VĐK nhận biết được sự thay đổi này và khởi động lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. 2.5.3.Khối tạo thời gian thực DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 bytes SRAM. Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều. Nó cung cấp thông tin về giờ, phút, giây , thứ, ngày , tháng, năm. Ngày cuối tháng sẽ tự động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày,bao gồm cả việc tự động nhảy năm. Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h hoặc 12h với chỉ thị AM/PM. Để không phải điều chình lại thời gian vào những lúc bị mất nguồn, có thể nối thêm 1pin 3V vào chân số 3 của IC DS1307 (sao cho chân(+) của pin nối vào IC và chân (–) của pin nối xuống đất). Hai chân 1 và 2 của DS1307 được nối vào bộ dao động thạch anh có tần số 32,768KHz để tạo dao động cho IC hoạt động. 2.5.4.Khối hiển thị Sử dụng LCD 16x2, 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 đặt trực quan và linh hoạt hơn. 2.5.5.Khối giao tiếp phím bấm Gồm 3 nút ấn, hoạt động tương tự nút Reset. Khi ấn nút thì các chân vi điều khiển được nối với phím bấm đưa điện áp xuống đất lúc này điện áp tại các chân vi điều khiển bằng 0 làm cho vi điều khiển nhận biết được sự thay đổi này và thực hiện lệnh cần điều khiển. Nút thứ ba có tác dụng thiết đặt chế độ cho vi điều khiển làm việc. 2.6.Lựa chọn linh kiện 2.6.1.Vi điều khiển AT89C51 Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau. Ở đây giới thiệu IC AT89C51 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ sản xuất. Chúng có các đặc điểm chung như sau: + 4K Bytes Flash rom. + 128 Bytes Ram. + 4 port 8 bit. + 2 bộ định thời 16 bit. + Có port nối tiếp. + Có thể mở rộng bộ nhớ chương trình ngoài 64 K Byte. + Bộ xử lý bit. AT89C51 là một bộ vi xử lý 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với họ MCS-51TM về chân ra và tập lệnh. AT89C51 có các đặc trưng cơ bản như sau: 4 K byte Flash, 128 byte RAM, 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời/đếm 16-bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung clock trên chip. AT89C51 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động có tần số giảm xuống 0 và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mềm. Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hoá các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo. Hình ảnh AT89C51 Sơ đồ khối của AT89C51 2.6.1.1. Mô tả các chân Sơ đồ các chân AT89C51 có tất cả 40 chân với các chức năng như sau: Vcc (40): Chân cung cấp điện (5V). GND (20): Chân nối đất (0V). Port 0 (32-39): Port 0 là port xuất nhập 8-bit hai chiều. Port 0 còn được cấu hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và bus dữ liệu đa hợp trong khi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi kiểm tra chương trình (Các điện trở kéo lên bên ngoài được cần đến trong khi kiểm tra chương trình). Port 1(1-8) : Port 1 là port xuất nhập 8-bit hai chiều. Port 1 cũng nhận byte địa chỉ thấp trong thời gian lập trình cho Flash. Port 2 (21-28): Port 2 là port xuất nhập 8-bit hai chiều. Port 2 tạo ra các byte cao của bus địa chỉ trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài và trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16-bit. Trong thời gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 8-bit, Port 2 phát các nội dung của thanh ghi chức năng đặc biệt P2. Port 2 cũng nhận các bít địa chỉ cao và vài tín hiệu điều khiển trong thời gian lập trình cho Flash và kiểm tra chương trình. Port 3 (10-17) : Port 3 là Port xuất nhập 8-bit hai chiều. Port 3 cũng còn làm các chức năng khác của AT89C51. Các chức năng này được liệt kê như sau: Chân Tên Chức năng 3.0 RxD Ngõ vào Port nối tiếp 3.1 TxD Ngõ ra Port nối tiếp 3.2 Ngõ vào ngắt ngoài 0 3.3 Ngõ vào ngắt ngoài 1 3.4 T0 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1 3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0 3.6 Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài 3.7 Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Port 3 cũng nhận một vài tín hiệu điều khiển cho việc lập trình Flash và kiểm tra chương trình. RST (9): Ngõ vào reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ dao động đang hoat động sẽ reset AT89C51. RST Mạch reset tác động bằng tay và tự động reset khi khởi động máy ALE/ (30): ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy xuất bộ nhớ ngoài. Chân này cũng làm ngõ vào xung lập trình () trong thời gian lập trình cho Flash. Khi hoạt động bình thường, xung ngõ ra ALE luôn có tần số không đổi là 1/6 tần số của mạch dao động, có thể được dùng cho các mụch đích định thời từ bên ngoài vµ tạo xung clock. Tuy nhiên, lưu ý là một xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi một chu kỳ truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài. Khi cần, hoạt động ALE có thể được vô hiệu hoá bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ 8Eh. Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gan thực hiện lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngược lại, chân này sẽ được kéo lên cao. Việc set bit không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài. (29): (Program Store Enable) là xung điều khiển truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Khi AT89C52 đang thực thi chương trình từ bộ nhớ chương trình ngoài, được kích hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt động sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài. /Vpp (31): (External Access Enable) là chân cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài (bắt đầu từ địa chỉ từ 0000H đến FFFFH). = 0 cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài, ngược lại =1 sẽ thực thi chương trình bên trong chip. Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được lập trình, sẽ được chốt bên trong khi reset. Chân này cũng nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập trình Flash (khi đó điện áp lập trình 12V được chọn). XTAL1 và XTAL2: XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại đảo của mạch dao động, được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip. Hình 8: Xung clock Không có yêu cầu nào về chu kỳ nhiệm vụ của tín hiệu xung clock bên ngoài do tín hiệu này phải qua một flip-flop chia hai trước khi đến mạch tạo xung clock bên trong, tuy nhiên các chi tiết kỹ thuật về thời gian mức thấp và mức cao, điện áp cực tiểu và cực đại cần phải được xem xét. 2.6.1.2. Các chế độ đặc biệt 2.6.1.2.1.Chế độ nghỉ Trong chế độ nghỉ, CPU tự đi vào trạng thái ngủ trong khi tất cả các ngoại vi bên trong chip vẫn tích cực. Chế độ này được điều khiển bởi phần mềm. Nội dung của RAM trên chip và của tất cả các thanh ghi chức năng đặc biệt vẫn không đổi trong khi thời gian tồn tại chế độ này. Chế độ nghỉ có thể được kết thúc bởi một ngắt bất kỳ nào được phép hoặc bằng cách reset cứng. Ta cần lưu ý rằng khi chế độ nghỉ được kết thúc bởi một reset cứng, chip vi điều khiển sẽ tiếp tục bình thường việc thực thi chương trình từ nơi chương trình bị tạm dừng, trong vòng 2 chu kỳ máy trước khi giải thuật reset mềm nắm quyền điều khiển. Ở chế độ nghỉ, phần cứng trên chip cẫm truy xuất RAM nội nhưng cho phép truy xuất các chân của các port. Để tránh khả năng có một thao tác ghi không mong muốn đến một chân port khi chế độ nghỉ kết thúc bằng reset, lệnh tiếp theo yêu cầu chế độ nghỉ không nên là lệnh ghi đến chân port hoặc đến bộ nhớ ngoài. 2.6.1.2.2. Chế độ nguồn giảm Trong chế độ này, mạch dao động ngừng hoạt động và lệnh yêu cầu chế độ nguồn giảm là lệnh sau cùng được thực thi. RAM trên chip và các thanh ghi chức năng đặc biệt vẫn duy trì các giá trị của chúng cho đến khi chế độ nguồn giảm kết thúc. Chỉ có một cách ra khỏi chế độ nguồn giảm, đó là reset cứng. Việc reset sẽ xác định lại các thanh ghi chức năng đặc biệt nhưng không làm thay đổi RAM trên chip. Việc reset không nên xảy ra (chân reset ở mức tích cực) trước khi Vcc được khôi phục lại mức điện áp bình thường và phải kéo dài trạng thái tích cực của chân reset đủ lâu để cho phép mạch dao động hoạt động trở lại và đạt trạng thái ổn định. Trạng thái của các chân trong thời gian tồn tại chế độ nghỉ va chế độ nguồn giảm được cho trong bảng sau: Chế độ Bộ nhớ chương trình ALE PSEN PORT 0 PORT 1 PORT 2 PORT 3 Nghỉ Bên trong 1 1 Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Nghỉ Bên ngoài 1 1 Thả nổi Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Nguồn giảm Bên trong 0 0 Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Bên ngoài 0 0 Thả nổi Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu 2.6.1.3. Các bít khoá bộ nhớ chương trình Trên chip có ba bit khoá, các bít này có thể không cho phép lập trình hoặc cho phép lập trình, các bit này cho ta thêm một số đặc trưng nữa của AT89C51 như sau.Khi bit khoá 1 LB1 được lập trình, mức logic ở chân được lấy mẫu và được chốt trong khi reset. Nếu việc cấp nguồn cho chip không có công dụng reset, mạch chốt được khởi động bằng một giá trị ngẫu nhiên và giá trị này được duy trì cho đến khi có tác động reset. Điều cần thiết là giá trị được chốt của phải phù hợp vơi mức logic hiện hành ở chân này. Các bit khóa chương trình Loại bảo vệ Chế độ LB1 LB2 LB3 1 U U U Không có đặc trưng khóa chương trình 2 P U U Các lệnh MOVC được thực thi từ bộ nhớ chương trình ngoài không được phép tìm nạp lệnh từ bộ nhớ nội, được lấy mẫu và được chốt khi reset, hơn nữa việc lập trình trên Flash bị cấm 3 P P U Như chế độ 2, cấm thêm việc kiểm tra chương trình 4 P P P Như chế độ 3, cấm thêm việc thực thi chương trình ngoài 2.6.2.IC thời gian thực DS1307 2.6.2.1.Giới thiệu chung về DS1307: IC thời gian thực là họ vi điều khiển của hãng dalat. DS1307 có một số đặc trưng cơ bản sau: DS1307 là IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng . - SRAM : 56 bytes. - Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều.  - DS1307 có một mạch cảm biến điện áp dùng để dò các điện áp lỗi và tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp 3V: + DS1307 có 7 bytes dữ liệu nằm từ địa chỉ 0x00 tới 0x06, 1 byte điểu khiển, và 56 bytes lưu trữ ( dành cho người sủ dụng ). + Khi xử lý dữ liệu từ DS1307, họ đã tự chuyển cho ta về dạng số BCD, ví dụ như ta đọc được dữ liệu từ địa chỉ 0x04 (tương ứng với Day- ngày trong tháng) và tại 0x05 (tháng) là 0x15, 0x11. + Lưu ý đến vai trò của chân SQW/OUT. Đây là chân cho xung ra của DS1307 có 4 chế độ 1Hz, 4.096HZ, 8.192Hz, 32.768Hz... các chế độ này đuợc quy định bởi các bít của thanh ghi Control Register (địa chỉ 0x07 ). + Địa chỉ của DS1307là 0xD0. Cơ chế hoạt động : DS1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp.Việc truy cập được thi hành với chỉ thị start và một mã thiết bị nhất định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi. Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến khi chỉ thị stop đươc thực thi. IC thời gian thực DS1307 2.6.2.2.Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307: Vcc: nối với nguồn , GND: đất X1,X2: nối với thạch anh 32,768 kHz Vbat: đầu vào pin 3V SDA: chuỗi data , SCL: dãy xung clock SQW/OUT: xung vuông/đầu ra driver DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 bytes SRAM. Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiếp qua 2 đường bus 2 chiều. Nó cung cấp thông tin về giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm. Ngày cuối tháng sẽ tự động được điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày, bao gồm cả việc tự động nhảy năm. Đồng hồ có thể hoạt động ở dạng 24h hoặc 12h với chỉ thị AM/PM. DS1307 có một mạch cảm biến điện áp dùng để dò các điện áp lỗi và tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp. DS 1307 hoạt động với vai trò slave trên đường bus nối tiếp. Việc truy cập được thi hành với chỉ thị START và một mã thiết bị nhất định được cung cấp bởi địa chỉ các thanh ghi. Tiếp theo đó các thanh ghi sẽ được truy cập liên tục đến khi chỉ thị STOP được thực thi. Sơ đồ khối của DS1307:  *Mô tả hoạt động của các chân: Vcc, GND: nguồn một chiều được cung cấp tới các chân này. Vcc là đầu vào 5V. Khi 5V được cung cấp thì   thiết bị có thể truy cập hoàn chỉnh và dữ liệu có thể đọc và viết. Khi pin 3 V được nối tới thiết bị này và Vcc nhỏ hơn 1,25Vbat thì quá trình đọc và viết không được thực thi, tuy nhiên chức năng timekeeping không bị ảnh hưởng bởi điện áp vào thấp. Khi Vcc nhỏ hơn Vbat thì RAM và timekeeper sẽ được ngắt tới nguồn cung cấp trong (thường là nguồn 1 chiều 3V). Vbat: Đầu vào pin cho bất kỳ một chuẩn pin 3V. Điện áp pin phải được giữ trong khoảng từ 2,5 đến 3V để đảm bảo cho sự hoạt động của thiết bị. SCL(serial clock input): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển dữ liệu trên đường dây nối tiếp.   SDA(serial data input/out): là chân vào ra cho 2 đường dây nối tiếp. Chân SDA thiết kế theo kiểu cực máng hở, đòi hỏi phải có một điện trở kéo trong khi hoạt động. SQW/OUT(square wave/output driver) - khi được kích hoạt thì bit SQWE được thiết lập 1 chân SQW/OUT phát đi 1 trong 4 tần số (1Hz, 4kHz, 8kHz, 32kHz). Chân này cũng được thiết kế theo kiểu cực máng hở vì vậy nó cũng cần có một điện trở kéo trong. Chân này sẽ hoạt động khi cả Vcc và Vbat được cấp. X1,X2: được nối với một thạch anh tần số 32,768kHz. Là một mạch tạo dao động ngoài, để hoạt động ổn định thì phải nối thêm 2 tụ 33pF . Cũng có DS1307 với bộ tạo dao động trong tần số 32,768kHz, với cấu hình này thì chân X1 sẽ được nối vào tín hiệu dao động trong còn chân X2 thì để hở. 2.6.2.3.Sơ đồ địa chỉ RAM và RTC: Thông tin về thời gian và ngày tháng được lấy ra bằng cách đọc các byte thanh ghi thích hợp. Thời gian và ngày tháng được thiết lập cũng thông qua các byte thanh ghi này bằng cách viết vào đó những giá trị thích hợp. Nội dung của các thanh ghi dưới dạng mã BCD (binary coded decreaseimal). Bit 7 của thanh ghi seconds là bit clock halt (CH), khi bit này được thiết lập 1 thì dao động disable, khi nó được xoá về 0 thì dao động được enable. Chú ý: enable dao động trong suốt quá trình cấu hình thiết lập (CH=0).Thanh ghi thời gian thực được mô tả như sau: DS1307 có thể chạy ở chế độ 24h cũng như 12h. Bit thứ 6 của thanh ghi hours là bit chọn chế độ 24h hoặc 12h, khi bit này ở mức cao thì chế độ 12h được chọn. Ở chế độ 12h thì bit 5 là bit AM/PM với mức cao là là PM. Ở chế độ 24h thì bit 5 là bit chỉ 20h (từ 20h đến 23h). Trong quá trình truy cập dữ liệu, khi chỉ thị START được thực thi thì dòng thời gian được truyền tới một thanh ghi thứ 2, thông tin thời gian sẽ được đọc từ thanh ghi thứ cấp này, trong khi đó đồng hồ vẫn tiếp tục chạy. Trong DS1307 có một thanh ghi điều khiển để điều khiển hoạt động của chân SQW/OUT : OUT(output control): bit này điều khiển mức ra của chân SQW/OUT khi đầu ra xung vuông là disable. Nếu SQWE = 0 thì mức logic ở chân SQW/OUT sẽ là 1 nếu OUT=1 và OUT = 0 nếu OUT = 0 . SQWE(square wave enable): bit này được thiết lập 1 sẽ enable đầu ra của bộ tạo dao động. Tần số của đầu ra sóng vuông phụ thuộc vào giá trị của RS1 và RS0. DS1307 hỗ trợ bus 2 dây 2 chiều và giao thức truyền dữ liệu, thiết bị gửi dữ liệu lên bus được gọi là bộ phát và thiết bị nhận gọi là bộ thu, thiết bị điều khiển quá trình này gọi là master, thiết bị nhận sự điều khiển của master gọi là slave. Các bus nhận sự điều khiển của master, là thiết bị phát ra chuỗi xung clock(SCL),master sẽ điều khiển sự truy cập bus, tạo ra các chỉ thị START và STOP. 2.6.2.4.Sự truyền nhận dữ liệu trên chuỗi bus 2 dây : Tuỳ thuộc vào bit R/ w mà 2 loại truyền dữ liệu sẽ được thực thi: Truyền dữ liệu từ master truyền và slave nhận: Master sẽ truyền byte đầu tiên là địa chỉ của slave. Tiếp sau đó là các byte dữ liệu, slave sẽ gửi lại bit thông báo đã nhận được (bit acknowledge) sau mỗi byte  dữ liệu nhận được, dữ liệu sẽ truyền từ bit có giá trị nhất (MSB). Truyền dữ liệu từ slave và master nhận: byte đầu tiên (địa chỉ của slave) được truyền tới slave bởi master. Sau đó slave sẽ gửi lại master bit acknowledge, tiếp theo đó slave sẽ gửi các byte dữ liệu tới master. Master sẽ gửi cho slave các bit acknowledge sau mỗi byte nhận được trừ byte cuối cùng, sau khi nhận được byte cuối cùng thì bit acknowledge sẽ không được gửi. Master phát ra tất cả các chuỗi xung clock và các chỉ thị START và STOP. sự truyền sẽ kết thúc với chỉ thị STOP hoặc chỉ thị quay vòng START. Khi chỉ thị START quay vòng thì sự truyền chuỗi dữ liệu tiếp theo được thực thi và các bus vẫn chưa được giải phóng. Dữ liệu truyền luôn bắt đầu bằng bit MSB.  DS1307 có thể hoạt động ở 2 chế độ sau: 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 một truyền 1 chuỗi, nhận dạng địa chỉ được thực hiện bởi phần cứng sau khi chấp nhận địa chỉ của slave và bit chiều. Byte địa chỉ là byte đầu tiên nhận được sau khi điều kiện START  được phát ra từ master. Byte địa chỉ có chứa 7 bit địa chỉ của DS1307, là 1101000, tiếp theo đó là bit chiều (R/ w) cho phép ghi khi nó bằng 0, sau khi nhận và giải mã byte địa chỉ thì thiết bị sẽ phát đi 1 tín hiệu acknowledge lên đường SDA. Sau khi DS1307 nhận dạng được địa chỉ và bit ghi thì master sẽ gửi một địa chỉ thanh ghi tới DS1307, tạo ra một con trỏ thanh ghi trên DS1307 và master sẽ truyền từng byte dữ liệu cho DS1307 sau mỗi bit acknowledge nhận được, sau đó master sẽ truyền điều kiện STOP khi việc ghi hoàn thành. 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 truyền ngược lại. Chuỗi dữ liệu được phát đi trên SDA bởi DS 1307 trong khi chuỗi xung clock vào chân SCL. Các điều kiện START và STOP được nhận dạng khi bắt đầu hoặc kết thúc truyền một chuỗi. byte địa chỉ nhận được đầu tiên khi master phát đi điều kiện START. Byte địa chỉ chứa 7 bit địa chỉ của slave và 1 bit chiều cho phép đọc là 1. Sau khi nhận và giải mã byte địa chỉ thì thiết bị sẽ nhận 1 bit acknowledge trên đường SDA. Sau đó DS1307 bắt đầu gửi dữ liệu tới địa chỉ con trỏ thanh ghi thông qua con trỏ thanh ghi. Nếu con trỏ thanh ghi không được viết vào trước khi chế độ đọc được thiết lập thì địa chỉ đầu tiên được đọc sẽ là địa chỉ cuối cùng chứa trong con trỏ thanh ghi . DS1307 sẽ nhận được một tín hiệu Not Acknowledge khi kết thúc quá trình đọc. Đọc dữ liệu - chế độ slave phát. •  Thời gian thực hiện việc đọc, ghi dữ liệu của DS1307: sơ đồ đồng bộ: 2.6.3. LCD 16x2 Giống như led 7 thanh, LCD là một thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với người dùng, so với led 7 thanh thì LCD có ưu điểm là hiển thị được tất cả các kí tự trong bảng mã ascci, trong khi đó led 7 thanh chỉ hiển thị được một số kí tự, nhưng LCD lại có nhược điểm là giá thành cao và khoảng cách nhìn gần. Hình ảnh LCD 16x2 Chức năng của các chân LCD : Chân Kí Hiệu Mức Logic I/O Chức Năng 1 Vss - - Nguồn (GND) 2 Vcc - - Nguồn (+5V) 3 Vee - - Chỉnh độ tương phản 4 RS 0/1 I 0=Nhập lệnh 1=Nhập dữ liệu 5 R/W 0/1 I 0=Ghi dữ liệu 1=Đọc dữ liệu 6 E 1,1 0 I Tín hiệu cho phép 7 DB0 0/1 I/O Bít dữ liệu 0 8 DB1 0/1 I/O Bít dữ liệu 1 9 DB2 0/1 I/O Bít dữ liệu 2 10 DB3 0/1 I/O Bít dữ liệu 3 11 DB4 0/1 I/O Bít dữ liệu 4 12 DB5 0/1 I/O Bít dữ liệu 5 13 DB6 0/1 I/O Bít dữ liệu 6 14 DB7 0/1 I/O Bít dữ liệu 7 15 Lamp- - - Đèn LCD 16 Lamp+ - - Đèn LCD Các chân Vcc, Vss và Vee: Chân Vcc cấp dương nguồn 5V, chân Vss nối đất, chân Vee được dùng để điều khiển độ tương phản của màn hình LCD. RS ( Register select): Khi ở mức thấp, chỉ thị được truyền đến LCD như xoá màn hình ,vị trí con trỏ ….Khi ở mức cao, kí tự được truyền đến LCD. R/W (Read/Write): Dùng để xác định hướng của dữ liệu được truyền giữa LCD và vi điều khiển. Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD và khi ở mức cao, dữ liệu được đọc từ LCD. Nếu chúng ta chỉ cần ghi dữ liệu lên LCD thì chúng ta có thể nối chân này xuống GND để tiết kiệm chân. E (Enable): Cho phép ta truy cập/xuất đến LCD thông qua chân RS và R/W. Khi chân E ở mức cao (1) LCD sẽ kiểm tra trạng thái của 2 chân RS và R/W và đáp ứng cho phù hợp. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liêu. Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns. Còn khi chân E ở mức thấp (0), LCD sẽ bị vô hiệu hoá hoặc bỏ qua tín hiệu của 2 chân RS và R/W. Các chân D0 - D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Các kí tự được truyền theo mã tương ứng trong bảng mã ascii. Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. LCD có 2 chế độ giao tiếp: Chế độ 4 bit (chỉ dùng 4 chân D4 đến D7 để truyền dữ liệu) và chế độ 8 bit (dùng cả 8 chân dữ liệu từ D0 đến D7), ở chế độ 4 bit, khi truyền 1 byte, chúng ta sẽ truyền nửa cao của byte trước, sau đó mới truyền nửa thấp của byte. Trước khi truyền các kí tự ra màn hình LCD ta cần thiết lập cho LCD như chọn chế độ 4 bit hoặc 8 bit, 1 dòng hay 2 dòng ,bật/tắt con trỏ… Dưới đây là bảng tập lệnh của LCD : Bảng Tập Lệnh Của LCD Mã (Hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD 1 Xóa màn hình hiển thị 2 Trở về đầu dòng 4 Giả con trỏ (dịch con trỏ sang trái) 5 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải) 6 Dịch hiển thị sang trái 7 Dịch hiển thị sang phải 8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị A Tắt hiển thị, bật con trỏ C Bật hiển thị, tắt con trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ 10 Dịch vị trí con trỏ sang trái 14 Dịch vị trí con trỏ sang phải 18 Dịch toàn bộ vị trí hiển thị sang trái 1C Dịch toàn bộ vị trí hiển thị sang phải 80 Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất C0 Ép con trỏ về đầu dòng thứ hai 38 Hai dòng và ma trận 5x7 Để đọc thanh ghi lệnh,ta phải đặt RS=0 và R/W =1 và xung cao xuống thấp cho bít E. Sau khi đọc thanh ghi lệnh,nếu bit D7(cờ bận ) ở mức cao thì LCD bận, không có thông tin hay lệnh nào được xuất đến nó. Khi D7=0 mới có thể gửi lệnh hay dữ liệu đến LCD. Chúng ta nên kiểm tra bit cờ bận trước khi ghi thông tin lên LCD. 2.6.4.IC ổn áp 7805 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: Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân: * Chân số 1 là chân IN. * Chân số 2 là chân GND. * Chân số 3 là chân OUT.  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). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi. Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó một diode được lắp thêm vào mạch, diode đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa. 2.6.5. Tụ điện Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.Trong mạch này ta sẽ sử dụng một tụ hóa cho khối reset, và hai tụ gốm cho khối dao động. Tụ gốm Tụ hóa 2.6.6.Điện trở Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử. 2.6.7.Nút bấm button Trong mạch này ta sử dụng 3 nút bấm để điều khiển menu, tăng , giảm cho việc cài đặt giờ , ngày, tháng, năm. Nút bấm 2.6.8.Biến trở Trong mạch ta sẽ sử dụng một biến trở 10k để điểu chỉnh độ tương phản của LCD. Biến trở 2.6.9.Thạch anh Trong mạch ta sẽ sử dụng hai thạch anh, một loại 12Mhz để tạo dao động cho AT89C51, một loại 32,768 Mhz để tạo dao động cho DS1307. Thạch anh 12 Mhz Thạch anh 32,768 Mhz 2.6.10.Pin CMOS 3V Ta sẽ sử dụng một đế và pin CMOS 3V để làm nguồn nuôi cho DS1307 để nó có thể lưu được giờ khi mất điện nguồn cung cấp cho mạch. Pin CMOS CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1.Thiết kế phần cứng Hệ thống sẽ gồm 5 khối như đã phân tích ở chương hai, ta sẽ có sơ đồ nguyên lý như sau: Trên cơ sở sơ đồ nguyên lý, vẽ mạch in trên Orcad và có kết quả như sau: Mạch vẽ trên orcad Mạch in một lớp 3.2.Thiết kế phần mềm Phần mềm cần thực hiện các chức năng chính như sau : Hiển thị thời gian bình thường: khi khởi tạo, vi điều khiển kiểm tra xem trong IC thời gian thực đã có thời gian hay chưa, nếu chưa có thời gian cài đặt trước đó thì hiển thị giá trị thời gian mặc định mà ta thiết lập sẵn; còn bình thường đã có thời gian cài đặt trước đó vi điều khiển đọc dữ liệu thời gian từ IC thời gian thực, xử lý và hiển thị kết quả lên màn hình LCD. Cài đặt thời gian: khi xuất hiện ngắt ngoài 0, vi điều khiển bắt đầu thực hiện cài đặt ngày giờ. Trên LCD, theo lần xuất hiện ngắt ngoài 0 mà lần lượt vị trí con trỏ của nó sẽ nhảy tới giá trị thời gian lần lượt là giờ, phút, giây, ngày, tháng, năm; tùy vào yêu cầu cài đặt mà tăng giảm giá trị thời gian sau đó ghi dữ liệu vào IC thời gian thực; kèm theo một cờ vào thanh ghi ram đầu tiên để nhận biết là đã được cài đặt thời gian. Chương trình #include #include // DINH NGHIA 1 SO CONG #define sda P1_1 #define scl P1_0 #define rs P3_7 #define rw P3_6 #define en P3_5 #define menu P3_2 #define tang P3_1 #define giam P3_0 #define congLCD P2 #define D7 P2_7 unsigned char *rtc[]={"0","1","2","3","4","5","6","7","8","9"} unsigned char *day[]={"CNhat","Thu 2","Thu 3","Thu 4","Thu 5","Thu 6","Thu 7"}; unsigned char giatrikhoitao_rtc[8]; /******************************************************/ // CAC CHUONG TRINH CON GIAO TIEP VOI LCD // void busy() { D7=1; rs=0; rw=1; while(D7!=0) {en=0; en=1; } } void ghilenhLCD(unsigned char x) { busy(); congLCD=x; // gia tri x rs=0; // chon thanh ghi lenh rw=0; // ghi len lcd en=1; // cho phep muc cao en=0; //xung cao xuong thap } void khoitaoLCD(void) { ghilenhLCD(0X38); // hai dong va ma tran 5x7 ghilenhLCD(0X0C); //bat man hinh , bat con tro ghilenhLCD(0X01); //xoa man hinh ghilenhLCD(0X06);//dich hien thi sang phai(tang con tro sang phai) } void ghi_kytu(unsigned char value) { busy(); congLCD=value; rs=1; rw=0; en=1; en=0; } void ghi_chuoi(unsigned char *string) { unsigned char i; for(i=0;string[i]!='\0';i++) ghi_kytu(string[i]); } void ghiso(unsigned char a) { unsigned char i; i=a/10; ghi_chuoi(rtc[i]); i=a%10; ghi_chuoi(rtc[i]); } void hienthi_dulieu_rtc(unsigned char x) { unsigned char temp; temp = x/16; //chuyen luon so sang decima ghi_chuoi(rtc[temp]); temp = x%16; ghi_chuoi(rtc[temp]); } /*********************************************************** // CAC CHUONG TRINH CON GIAO TIEP VOI RTC // ca 2 dk start va stop dc tao ra boi thiet bi chu void start_rtc(void) //dk start: 1 su cdoi tthai tu cao xuong thap tren duong sda trong khi duong scl dang o muc cao {scl=1; sda=1; _nop_();_nop_(); sda=0; scl=0; } void stop_rtc(void) //dk stop: 1 su cdoi trang thai tu muc thap len cao tren duong sda trong khi duong slc dang o muc cao { sda=0; scl=1; _nop_();_nop_(); sda=1; } void gui_rtc(unsigned char x) { unsigned char i; for(i=0;i<8;i++){ sda=(x&0x80)? 1:0; //dua bit du lieu ra chan SDA scl=1; _nop_();_nop_(); scl=0; x<<=1; //bit co trong so lon hon dc truyen truoc } scl=1;//nhan bit ACK tu SLAVER _nop_();_nop_(); scl=0; } unsigned char nhan_rtc(void) { unsigned char Data,i; for(i=0;i<8;i++) // nhan vao 8 bit { scl=1; Data<<=1; Data=Data|sda; scl=0; } sda=1; scl=1; //master nhan/gui bit du lieu(sda) khi scl o muc cao _nop_(); scl=0; _nop_(); //du lieu(sda) thay doi khi scl muc thap return Data; //tra gia tri cho ham } unsigned char docdulieu(unsigned char diachi) { unsigned char Data; start_rtc(); gui_rtc(0xd0); gui_rtc(diachi); //bat dau doc du lieu tu thanh ghi co dia chi 0x00 start_rtc(); gui_rtc(0xd1); Data=nhan_rtc(); stop_rtc();//Stop I2C return Data; } void ghidulieu(void) { unsigned char t; for(t=0;t<9;t++){start_rtc(); gui_rtc(0xd0); gui_rtc(t); gui_rtc(giatrikhoitao_rtc[t]); stop_rtc();} } /***************************************************************/ // HIEN THI GIO , NGAY THANG TREN LCD // void hienthi_rtc(void) { ghilenhLCD(0xca); // ep con tro den vi tri thu 11 dong thu 2 hienthi_dulieu_rtc(docdulieu(0)); //hien thi giay ghilenhLCD(0xc7); // ep con tro den vi tri thu 8 dong thu 2 hienthi_dulieu_rtc(docdulieu(1)); // hien thi phut ghi_kytu(':'); ghilenhLCD(0xc4); // ep con tro den vi tri thu 5 dong thu 2 hienthi_dulieu_rtc(docdulieu(2)); //hien thi gio ghi_kytu(':'); ghilenhLCD(0x80); //ep con tro den dau dong thu 1 ghi_chuoi(day[docdulieu(3)-1]); ghi_kytu(','); //hien thi thu ghilenhLCD(0x86); //ep con tro den vi tri thu 7 dong thu 1 hienthi_dulieu_rtc(docdulieu(4));//hien thi ngay ghi_kytu('-'); hienthi_dulieu_rtc(docdulieu(5));//hien thi thang ghi_chuoi("-20"); hienthi_dulieu_rtc(docdulieu(6)); //nam } /**************************************************************/ // TAO THOI GIAN TRE DUNG TIMER 0 // void delay(long time)//tre time ms { while(time--){ TMOD=0x01;// che do 16 bit khong tu nap lai TH0=0xFC;TL0=0x67; //6*(65536- FC67+1)*(1/12000)=1000us =1ms TR0=1; while(TF0!=1){}; TF0=0; TR0=0;} } /***************************************************************/ // CHUONG TRINH CON THUC HIEN VIEC CAI DAT NGAY GIO, THANG NAM // unsigned char bcd_dec(unsigned char bcd) {return((bcd/16)*10+(bcd%16)); //vd bcd=66 -> dec =42} unsigned char dec_bcd(unsigned char dec) {return((dec/10)*16+(dec%10)); } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void caidat_rtc() { unsigned char giay,phut,gio,thu,ngay,thang,nam; giay = bcd_dec(docdulieu(0)&0x7f); // de bit 7 (bit clock halt) cua thanh ghi giay = 0 => ko bi treo) phut = bcd_dec(docdulieu(1)); gio = bcd_dec(docdulieu(2)& 0x3f); //che do 24 h thu = bcd_dec(docdulieu(3)); ngay = bcd_dec(docdulieu(4)); thang = bcd_dec(docdulieu(5)); nam = bcd_dec(docdulieu(6)); //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// // CAI DAT GIO ghilenhLCD(1); ghi_chuoi("CHINH GIO:"); ghilenhLCD(0x0e); ghilenhLCD(0xc4); ghiso(gio); ghi_kytu(':');ghiso(phut);ghi_kytu(':'); ghiso(giay); ///////////////////////////////////////// ghilenhLCD(0xC5); while(menu==0); caidatgio:while(tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0) {gio++; if(gio==24) gio=0; ghilenhLCD(0xC4); ghiso(gio); ghilenhLCD(0xC5); delay(300); goto caidatgio; } if(giam==0) {gio--; if(gio==0xff)gio=23; ghilenhLCD(0xC4); ghiso(gio); ghilenhLCD(0xC5); delay(300); goto caidatgio;} /////////////////////////////////////////////////// while(menu==0); ghilenhLCD(0xC8); caidatphut: while(tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0) {phut++; if(phut==60) phut=0; ghilenhLCD(0xC7); ghiso(phut); ghilenhLCD(0x10); delay(300); goto caidatphut;} if(giam==0){phut--; if(phut==0xff)phut=59; ghilenhLCD(0xC7); ghiso(phut); ghilenhLCD(0x10); delay(300); goto caidatphut; } /////////////////////////////////////////////////// while(menu==0); ghilenhLCD(0xCB); caidatgiay: while(tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0) {giay++; if(giay==60) giay=0; ghilenhLCD(0xCA); ghiso(giay); ghilenhLCD(0xCB); delay(100); goto caidatgiay; } if(giam==0) {giay--; if(giay==0xff) giay=59; ghilenhLCD(0xCA); ghiso(giay); ghilenhLCD(0xCB); delay(100); goto caidatgiay; } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// // CAI DAT NGAY - THANG - NAM while(menu==0); ghilenhLCD(1); ghi_chuoi("CHINH NGAY :"); ghilenhLCD(0xc4); ghiso(ngay); ghi_kytu('-'); ghiso(thang); ghi_chuoi("-20"); ghiso(nam); /////////////////////////////////////////////////// ghilenhLCD(0xc5); caidatngay:while (tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0){ ngay++; if(ngay==32) ngay=1; ghilenhLCD(0xC4); ghiso(ngay); ghilenhLCD(0x10); delay(300); goto caidatngay; } if(giam==0) {ngay--; if(ngay==0) ngay=31; ghilenhLCD(0xC4); ghiso(ngay); ghilenhLCD(0x10); delay(300); goto caidatngay; } //////////////////////////////////////////////////// while(menu==0); ghilenhLCD(0xC8); caidatthang:while(tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0) { thang++; if(thang==13) thang=1; ghilenhLCD(0xC7); ghiso(thang); ghilenhLCD(0x10); delay(300); goto caidatthang; } if(giam==0){ thang--; if(thang==0) thang=12; ghilenhLCD(0xC7); ghiso(thang); ghilenhLCD(0x10); delay(300); goto caidatthang; } //////////////////////////////////////////////////////// while(menu==0); ghilenhLCD(0xCD); caidatnam:while(tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0) { nam++; if(nam==100) nam=0; ghilenhLCD(0xCC); ghiso(nam); ghilenhLCD(0xCE); delay(300); goto caidatnam; } if(giam==0) { nam--; if(nam==0) nam=99; ghilenhLCD(0xCC); ghiso(nam); ghilenhLCD(0xCE); delay(300); goto caidatnam; } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// // CAI DAT THU while(menu==0); ghilenhLCD(1); ghi_chuoi("CHINH THU :"); ghilenhLCD(0xc4); ghi_chuoi(day[thu-1]); caidatthu:while(tang!=0 && giam!=0 && menu!=0); if(tang==0) { thu++; if(thu==8) thu=1; ghilenhLCD(0xC4); ghi_chuoi(day[thu-1]); delay(300); goto caidatthu; } if(giam==0) { thu--; if(thu==0) thu=7; ghilenhLCD(0xC4); ghi_chuoi(day[thu-1]); delay(300); goto caidatthu; } while(menu==0); // ket thuc cai dat ghilenhLCD(1); //thi thuc hien xoa man hinh ghilenhLCD(0x0C); //bat hien thi tat con tro //CAP NHAT THOI GIAN VAO RTC giatrikhoitao_rtc[0] = dec_bcd(giay); giatrikhoitao_rtc[1] = dec_bcd(phut); giatrikhoitao_rtc[2] = dec_bcd(gio); giatrikhoitao_rtc[3] = dec_bcd(thu); giatrikhoitao_rtc[4] = dec_bcd(ngay); giatrikhoitao_rtc[5] = dec_bcd(thang); giatrikhoitao_rtc[6] = dec_bcd(nam); giatrikhoitao_rtc[7] = 0x00; giatrikhoitao_rtc[8] = 'c'; //ghi vao vi tri dau tien cua ram1 co flag ghidulieu(); ghilenhLCD(1); } /**********************************************************/ // CHUONG TRINH CON KIEM TRA DU LIEU TU DS1307 KHI KHOI DONG // void kiemtra_rtc(void) { unsigned char temp; start_rtc(); gui_rtc(0xd0); gui_rtc(0x08); //doc du lieu tu vi tri ram dau tien start_rtc(); gui_rtc(0xd1); temp=nhan_rtc() ; //con tro dang tro toi dia chi 0x08 chua du lieu flag (co?`) xem da cai dat hay chua stop_rtc(); if(temp!='c') // neu gia tri thu 8 nhan duoc khac voi co 'c' cap nhat khi cai dat gio thi tuc la lan dau duoc khoi tao, ta se chon gia tri ghi vao ban dau theo y minh { giatrikhoitao_rtc[0]=0x50; giatrikhoitao_rtc[1]=0x59; giatrikhoitao_rtc[2]=0x09; giatrikhoitao_rtc[3]=0x04; giatrikhoitao_rtc[4]=0x04; giatrikhoitao_rtc[5]=0x05; giatrikhoitao_rtc[6]=0x11; giatrikhoitao_rtc[7]=0x00; giatrikhoitao_rtc[8]='c'; ghidulieu();} } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// void doccacdulieu(void){ int i; for(i=0;i<=6;i++){docdulieu(i);} } //~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~// // CHUONG TRINH CHINH // bit co=0; void caidatco() interrupt 0 //ngat ngoai 0 thi co =1 {co=1; } void main() { khoitaoLCD(); ghilenhLCD(1); ghilenhLCD(0x80); ghi_chuoi("GVHD: THAY HUY"); ghilenhLCD(0xc0); ghi_chuoi("SV:HOP-HIEN-HONG"); ghilenhLCD(1); kiemtra_rtc(); IE=0x81;// EA_ET2.ES.ET1.EX1.ET0.EX0 cho phep ngat ngoai 0 doccacdulieu(); while(1) { doccacdulieu(); hienthi_rtc(); if(co==1) //co =1 ngat 0 xay ra => cai dat gio { caidat_rtc(); co=0; } } } 3.3.Kết quả mô phỏng 3.4.Mạch thi công thực tế KẾT LUẬN Sau một thời gian tìm hiểu, dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Ths.Nguyễn Văn Huy, nhóm chúng em đã hoàn thành đề tài “Thiết kế đồng hồ thời gian thực “ hiển thị trên LCD. Đồng hồ hiển thị được thứ, ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây, có thể cài đặt được thời gian thông qua giao tiếp phím ấn. 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. Chúng em đã cố gắng hết sức để thực hiện đề tài một cách hoàn thiện và nhanh nhất có thể, nhưng do trình độ còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót, đề tài mới dừng lại ở việc làm một chiếc đồng hồ hiển thị thời gian đơn giản. Cũng với đề tài này, trong tương lai chúng em sẽ phát triển nó ở mức cao hơn, có thể kết hợp chúng với các thiết bị khác để sử dụng trong thực tiễn cuộc sống như đồng hồ kèm đo nhiệt độ, hẹn giờ, chuông báo, lịch làm việc cá nhân hay tập thể,… Danh mục tài liệu tham khảo Bài giảng vi xử lý–vi điều khiển – Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Bài giảng Hệ thống Nhúng – Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Giáo trình họ vi điều khiển 8051 – Tống Văn Ôn Hướng dẫn sử dụng kit 8051 – BKIT HARDWARE CLUB Programing Embedded Systems II – Michael J.Pont – Unisversity of Leicester Các trang web tham khảo: