Thiết kế đồng hồ sử dụng PIC16F887 hiển thị LCD

PHỤ LỤC PHỤ LỤC…………………………………………………………………………………………………..1 LỜI GIỚI THIỆU………………………………………………………………………………………....2 PHẦN 1: LÝ THUYẾT…………………………………………………………………...………………3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC……………………………………………..…3 1.1 PIC LÀ GÌ? …………………………………………………………………………………………….3 1.2 TẠI SAO LÀ PIC MÀ KHÔNG LÀ CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN KHÁC…………………………….3 1.3 KIẾN TRÚC CỦA PIC………………………………………………………………………………...3 1.4 CÁC DÒNG PIC VÀ CÁCH LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN PIC………………………………..…..4 1.5 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PIC………..………………………………………………………...5 1.6 MẠCH NẠP PIC……….………………………………………………………………………………5 CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887…………………………………………………………….6 2.1 SƠ ĐỒ CHÂN VÀ HÌNH DẠNG THỰC TẾ………………………………………………………….6 2.2 MỘT VÀI THÔNG TIN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887…………………………………………...7 2.3 SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887…………………………………………………………..8 2.4 TỔ CHỨC BỘ NHỚ………………………………………………………………………………...….9 2.4.1 Bộ nhớ chương trình………………………………………………………………………………….9 2.4.2 bộ nhớ dữ liệu……………………………………………………………………………………….10 2.4.3 Các cổng ra vào của PIC……….……………………………………………………………………12 2.5 TIMER0……………………………………………………………………………………………….13 CHƯƠNG 3: LCD……………………………………………………………………………………….15 PHẦN 2: THIẾT KẾ…………………………………………………………………………………….21 A. SƠ ĐỒ KHỐI………………………………………………………………………………………….21 B. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ…………………………………………………………………………...…….22 C. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT……………………………………………………………………………….24 D. LẬP TRÌNH ……………………………………………………………………………………….….30 PHẦN 3: MÔ PHỎNG BẰNG PROTEUS …………………………………………………………....36 PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………………...36 LỜI GIỚI THIỆU Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỷ thuật, thì kỹ thuật số cũng đã đem lại cho con người những thành tựu to lớn. Ngày càng có nhiều sản phẩm kỷ thuật số ra đời, đáp ứng được nhiều nhu cầu lợi ích cho con người. Hòa cùng xu hướng đó vi điều khiển đã khẳng định được vị thế vững chắc của mình trong nhiều ứng dụng, điển hình là đồng hồ điện tử hiển thị lên màn hình LCD với độ chính xác gần như tuyệt đối thay thế cho đồng hồ cơ. Với hướng đi đó, nhóm chúng em đã tìm hiểu và thiết kế ứng dụng ĐỒNG HỒ VÀ LỊCH ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887 trong khuôn khổ của Đồ án môn học 2. Qua đây, chúng em xin chân thành cám ơn những lời chỉ dẫn của thầy Hồ Trung Mỹ, đồng gửi lời cám ơn đến những người bạn, những anh chị khóa trên đã cho chúng em những kinh nghiệm quý báu. PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC PIC LÀ GÌ ??? PIC là viết tắt của “ Programable Intellegent Computer”, có thể tạm dịch là “ Máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Intrusment đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ: PIC 1650 được thiết kế dùng làm thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển (VĐK) này sau đó được nghiên cứu và phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi điều khiển PIC như ngày nay. TẠI SAO LÀ PIC MÀ KHÔNG LÀ CÁC HỌ VI ĐIỀU KHIỂN KHÁC ??? Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM,…Ngoài họ 8051 được hướng dẫn căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã lựa chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ nầy vì các nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng ở thị trường Việt Nam. Giá thành không quá đắt. Có đầy đủ tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập. Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống 8051. Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới ngày càng tăng. Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn… Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chưng trình từ đơn giản đến phức tạp,… Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triển. KIẾN TRÚC CỦA PIC Cấu trúc phần cứng của một vi điều khiển được thiết kế theo hai dạng kiến trúc: kiến trúc Von Neuman và kiến trúc Havard. Hình 1. cấu trúc Von Neuman Hình 2. cấu trúc Havard Tổ chức phần cứng của PIC được thiết kế theo kiến trúc Havard. Điểm khác nhau giữa hai kiến trúc trên là cấu trúc bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình. Đối với kiến trúc Von Neuman, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình nằm chung một bộ nhớ, do đó ta có thể tổ chức, cân đối một cách linh hoạt bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu. Tuy nhiên điều này chỉ có ý nghĩa khi tốc độ xử lý của CPU phải rất cao, vì với cấu trúc đó, trong một thời điểm, CPU chỉ có thể tương tác với bộ nhớ dữ liệu hoặc bộ nhớ chương trình. Như vậy có thể nói kiến trúc Von Neuman không thích hợp với cấu trúc của một vi điều khiển. Đối với kiến trúc Havard, bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình tách ra thành hai bộ nhớ riêng biệt. Do đó trong một thời điểm, CPU có thể tương tác với cả hai bộ nhớ, như vậy tốc độ của vi điều khiển được cải thiện đáng kể. Một điểm cần lưu ý nữa là tập lệnh trong kiến trúc Havard có thể được tối ưu tùy theo yêu cầu của kiến trúc vi điều khiển mà không phụ thuộc vào cấu trúc dữ liệu. Ví dụ với dòng điều khiển PIC16F, độ dài lệnh luôn là 14 bit (khi dữ liệu được tổ chức thành từng byte), còn với kiến trúc Von Neuman, độ dài lệnh luôn là bội số của byte (do dữ liệu được tổ chức thành từng byte). CÁC DÒNG PIC VÀ CÁCH LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN PIC Các ký hiệu của vi điều khiển PIC: PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit. PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit. PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit. C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có PIC16C84 là có bộ nhớ EEPROM) F: PIC có bộ nhớ flash. LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp LV: tương tự như LF, đây là ký hiệu cũ Bên cạnh đó, một số vi điều khiển có ký hiệu xxFxxx là EEPROM, còn có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết ta cần chú ý số chân của vi điều khiển PIC cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC có số lượng chân khác nhau, thậm chí có VĐK chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển PIC 28, 40, 44,… chân. Nên lựa chọn VĐK có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý các khối chức năng được tích hợp sẵn trong VĐK, các chuẩn giao tiếp bên trong. Sau cùng chú ý đến bộ nhớ chương trình mà VĐK cho phép. Ngoài ra, mọi thông tin về lựa chọn VĐK PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “ Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH CHO PIC Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng. Ngôn ngữ lập trình cấp thấp có MPLAB (được cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip). Các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn có C, VB, Pascal,… ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập trình được phát triển dành cho PIC như PICBasic, MikroBasic,… MẠCH NẠP PIC Đây cũng là một dòng sản phẩm rất đa dạng dàng cho VĐK PIC. Có thể sử dụng các mạch nạp được nhà sản xuất Microchip cung cấp như: PICSTART plus, MPLAB ICD 2, MPLAB PM 3, PRO MATE II. Có thể dùng các sản phẩm này để nạp cho VĐK thông qua chương trình MPLAB. Dòng sản phẩm chính thống này có ưu điểm là nạp được cho tất cả các VĐK PIC, tuy nhiên giá thành cao và gặp nhiều khó khăn trong quá trình mua sản phẩm. Ngoài ra do tính năng cho phép nhiều chế độ nạp khác nhau, còn có rất nhiều mạch nạp được thiết kế dành cho VĐK PIC. Có thể sơ lược một số mạch nạp PIC sau: JDM Programmer: mạch nạp này dùng chương trình nạp ICprog cho phép nạp các vi điều khiển PIC có hỗ trợ tính năng nạp chương trình điện áp thấp ICSP (In circuit Serial Programming). Hầu hết mạch nạp đều hỗ trợ tính năng nạp chương trình này. WARP-13A và MCB-USB: hai mạch nạp này giống với PICSTART plus do nhà sản xuất Microchip cung cấp, tương thích với trình biên dịch MPLAB, nghĩa là ta có thể dùng trực tiếp MPLAB để nạp cho vi điều khiển PIC mà không cần sử dụng một chương trình nạp khác, chẳng hạn như Icprog. P16PRO40: mạch nạp này do Nigel thiết kế và cũng khá nổi tiếng. Ông còn thiết kế cả chương trình nạp, tuy nhiên ta có thể sử dụng chương trình nạp Icprog. Mạch nạp Universal của Williem: đây không phải là mạch nạp chuyên dùng cho PIC như P16PRO40. Các mạch nạp kể trên có ưu điểm rất lớn là đơn giản, rẻ tiền, hoàn toàn có thể tự lắp ráp dễ dàng và mọi thông tin về sơ đồ mạch nạp, cách thiết kế, thi công, kiểm tra và chương trình nạp đều dễ dàng tìm được và download miễn phí từ mạng Internet. Tuy nhiên các mạch nạp trên có nhược điểm là hạn chế về số vi điều khiển PIC được hỗ trợ. Bên cạnh đó, mỗi mạch nạp cần được sử dụng một chương trình nạp thích hợp. CHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F887 2.1 SƠ ĐỒ CHÂN VÀ HÌNH DẠNG THỰC TẾ Hình 3. sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F887 Hình 4. hình dạng thực tế của vi điều khiển PIC 16F887 2.2 MỘT VÀI THÔNG TIN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16xxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20Mhz với một chu kỳ lệnh là 200ns. Bộ nhớ flash chương trình là 8192 words và bộ nhớ dữ liệu là 368 bytes SRAM + 256 bytes EEPROM. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O. Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau: -Timer0: bộ nhớ 8 bit với bộ chia tần số 8 bit. -Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep. -Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler. -Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung. -Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronuos Serial Port), ISP và I2C. -Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ. -Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài. Các đặc tính Analog -14 kênh chuyển đổi ADC 10 bit -2 bộ so sánh Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: -Bộ nhớ flash có khả năng ghi xóa được 100 000 lần. -Bộ nhớ EEPROM có khả năng ghi xóa được 1 000 000 000 lần. -Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. -Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm. -Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In circuit Serial Programming) thông qua chân 2. -Watchdog Timer với bộ dao động trong. -Chức năng bảo mật mã chương trình. -Chế độ sleep. -Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau. 2.3 SƠ ĐỒ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F887 Hình 5. sơ đồ khối của vi điều khiển PIC16F887 2.4 TỔ CHỨC BỘ NHỚ Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC 16F887 bao gồm bộ nhớ chương trình (Program memory) và bộ nhớ dữ liệu (data memory). 2.4.1 Bộ nhớ chương trình Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC 16F887 là bộ nhớ flash, dung lượng là 8 Kword (1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang (từ page0 đến page3). Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8x1024 = 8192 lệnh (vì mỗi lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 14 bit = 1 word). Để mã hóa được địa chỉ của 8 Kword chương trình, bộ đếm chương trình có dung lượng 13 bit. Khi vi điều khiển được reset bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0000H (Reset vector). Khi có ngắt xảy ra, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004H (Interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm chương trình. Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau: Hình 6. bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC 16F887 2.4.2 bộ nhớ dữ liệu Bộ nhớ dữ liệu của PIC và bộ nhớ EEPROM được chia ra làm nhiều bank. Đối với vi điều khiển PIC 16F887 thì bộ nhớ dữ liệu được chia là 4 bank. Bank được chọn phụ thuộc vào bit RP1 và RP0 (bit thứ 6 và bit thứ 5) của thanh ghi trạng thái status. RP1: RP0 BANK 00 0 01 1 10 2 11 3 Mỗi bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR (Special Function Register) nằm ở 32 vị trí đầu tiên của mỗi bank và các thanh ghi mục đích chung GPR (General Purpose Register) nằm ở 96 vị trí cuối cùng của mỗi bank, đóng vai trò như Static RAM. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ nhớ dữ liệu, giúp thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh chương trình. Sơ đồ cụ thể của bộ nhớ dữ liệu vi điều khiển PIC 16F887 như sau: Hình 7. các bank thanh ghi trong bộ nhớ dữ liệu của vi điều khiển PIC 16F887 2.4.3 Các cổng ra vào của PIC: Port A: có 6 bit (tương ứng với 6 chân RA0 – RA5) các chân của cổng A có tích hợp một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì cổng này sẽ không hoạt động như một cổng vào ra. Bình thường Port A sẽ là một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi xác định chiều tương ứng của các chân Port A là thanh ghi TrisA. Các bit ở thanh ghi TrisA bằng 1 sẽ xác định các chân ở Port A là đầu vào và ngược lại sẽ là đầu ra. Port B: rộng 8 bit (tương ứng với chân RB0 - RB7) là một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi quy định chiều của Port B là thanh ghi TrisB. Thiết lập các thanh ghi TrisB bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào và ngược lại sẽ là cổng ra. Port C: rộng 8 bit (tương ứng với các chân RC0 – RC7), bình thường nó là một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi quy định chiều của cổng này là thanh ghi TrisC. Các chân RC3, RC4 dùng để kết nối, truyền nhận thông tin với các thiết bị ngoại vi. Port E: rộng 3 bit (RE0 – RE2), được cấu hình là đầu ra hoặc đầu vào. Port E có thể là đầu vào điều khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TrisE.4) được xác lập. Port D: rộng 8 bit ( RD0 – RD7), nó có thể là cổng vào hoặc ra. Thanh ghi điều khiển xuất nhập là TRISD Thanh ghi PORTD: chứa giá trị các pin trong Port D Trong đó: Hình. Sơ đồ khối của RD Hình. Sơ đồ khối của RD 2.5 TIMER0 Là một trong 3 bộ đếm hoặc bộ định thời của vi điều khiển PIC 16F887. Timer0 là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tần số (prescaler) 8 bit. Cấu trúc của Timer0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác động và cạnh tích cực của xung clock. Ngắt Timer0 sẽ xuất hiện khi Timer0 bị tràn. Bit TMR0IE (INTCON < 5) là bit điều khiển của Timer0. TMR0IE = 1 cho phép ngắt Timer0 tác động, TMR0IE = 0 không cho phép ngắt Timer0 tác động. Sơ đồ khối của Timer0 như sau: Hình 8. Sơ đồ khối Timer0 OPTION_RES Muốn cho Timer0 hoạt động ở chế độ Timer ta CLEAR bit T0SC (OPTION_RES ), khi đó giá trị thanh ghi TMR0 sẽ tăng theo từng chu kỳ xung đồng hồ (tần số vào Timer0 = ¼ tấn số oscillator). Khi giá trị Timer0 từ FFH trở về 00H, ngắt Timer0 sẽ xuất hiện. Thanh ghi TMR0 cho phép ghi và xóa được giúp ta ấn định thời điểm ngắt Timer0 xuất hiện một cách linh động. Muốn Timer0 hoạt động ở chế độ counter ta SET bit T0SC (OPTION_RES ). Khi đó xung tác động lên bộ đếm được lấy từ chân RA4/TOCK1. Bit T0SE (OPTION_RES ) cho phép lựa chọn cạnh tác động vào bộ đếm. Cạnh tác động sẽ là cạnh lên nếu T0SE = 0 và sẽ là cạnh xuống nếu T0SE = 1. Khi thanh ghi TMR0 bị tràn, bit TMR0IF (INTCON ) sẽ được SET. Đây chính là cờ ngắt của Timer0. Cờ ngắt này phải được xóa bằng chương trình trước khi bộ đếm bắt đầu thực hiện lại quá trình đếm. Ngắt Timer0 không thể “đánh thức” vi điều khiển từ chế độ sleep. Bộ chia tần số (prescaler) được chia sẽ giữa Timer0 và WDT (Watchdog Timer), điều đó có nghĩa là nếu prescaler được sử dụng cho Timer0 thì WDT sẽ không có được sự hỗ trợ của prescaler và ngược lại. Prescaler được điều chỉnh bởi thanh ghi OPTION_REG. Bit PSA (OPTION_REG ) xác định đối tượng tác động của prescaler. Các bit PS2:PS0 (OPTION_REG) xác định tỷ số chia tần số của prescaler. Xem lại thanh ghi OPTION_REG để xác định lại một cách chi tiết về các bit điều khiển trên. Các lệnh tác động lên giá trị thanh ghi TMR0 sẽ xóa chế độ hoạt động của prescaler. Khi đối tượng tác động là Timer0, tác động lên giá trị thanh ghi TMR0 sẽ xóa prescaler nhưng không làm thay đổi đối tượng tác động của prescaler. Khi đối tượng tác động là WDT, lệnh CLR WDT sẽ xóa prescaler, đồng thời prescaler sẽ ngưng tác vụ hỗ trợ cho WDT. Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Timer0 bao gồm: TMR0 (địa chỉ 01H, 101H): chứa giá trị đếm của Timer0. INTCON (địa chỉ 0BH, 8BH, 10BH, 18BH): cho phép ngắt hoạt động (GIE và PEIE). OPTION_REG (địa chỉ 81H, 181H): điều khiển prescaler. CHƯƠNG 3: LCD LCD là gì? Màn hình tinh thể lỏng (liquid crystal display, LCD) là loại thiết bị hiển thị cấu tạo bởi các tế bào (các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổi tính phân cực của ánh sáng và do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với các kính lọc phân cực. Chúng có ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết kiệm năng lượng. LCD là loại chỉ thị thụ động, tiêu thị năng lượng rất nhỏ và có tỉ số tương phản tốt. Ngoài ra có những tính chất thông dụng sau đây: Không tự phát ra ánh sáng và phụ thuộc vào ánh sáng xung quanh và ánh sáng nền. Có ánh sáng khuếch tán. Hoạt động ở dạng trong suốt hoặc phản chiếu. Thông dụng nhất là loại Neumatic (NLC), loại chất lỏng này trong suốt. Khi nó được áp điện trường lớn sẽ xuất hiện những ion di chuyển xuyên qua phá vỡ cấu trúc thông thường dạng tinh thể. Vì vậy chất lỏng được phân cực trở nên chắn sáng, có màu đen sậm hơn so với xung quanh. Khi điện trường mất đi, chất lỏng trở về dạng tinh thể cũ và trở nên trong suốt trở lại. Cấu tạo cụ thể của LCD gồm có một vật liệu tinh thể lỏng NLC có bề dày khoảng 10 mm được kẹp giữa hai miếng thủy tinh. Mặt thủy tinh được phủ một lớp mỏng kim loại (oxide thiếc) cho ánh sáng xuyên qua, được dùng làm bản cực mặt trước, bản cực mặt sau cũng thực hiện như vậy. Còn loại LCD phản chiếu thì bản cực mặt sau cho phản chiếu sáng. Lớp vỏ bọc LCD được cách điện và hàn kín lại. Hình 9. LCD LCD có những đặc điểm sau: Điện trường cần thiết cho LCD hoạt động thông thường 104 V/cm. Do đó điện áp 10v cho LCD có bề dày 10 mm Vật liệu NLC có điện trở rất lớn (1010 ohm) cho nên dòng để cho LCD hoạt động rất nhỏ khoảng 10 mA/cm2 và công suất hoạt động 10 mW/cm2 LCD là thiết bị họat động ở tốc độ chậm, thời gian để dẫn vài mili giây và tắt vài chục mili giây.  Hiện nay LCD (loại thông dụng có thể giao tiếp được với PIC) được chia thành 2 loại: LCD graphic: đặc điểm loại này là toàn bộ màn hình được chia thành các điểm ảnh, giá thành tùy thuộc vào độ phân giải và hãng sản xuất. Các độ phân giải thông thường là: 240x64, 240x128, 160x64, 128x128, 128x64...v.v LCD alphanumeric: Chỉ dùng để hiển thị chữ cái và chữ số. Với loại này 1 ký tự hiển thị trên một ma trận 5x7 hoặc 5x10, như vậy với loại LCD 16x2 (có hai hàng và mỗi hàng có 16 ký tự) sẽ có 32 ma trận xếp trên hai hàng. Hiện nay có các loại LCD thông alphanumeric thông dụng là: 14x2, 16x1, 20x2, 20x4. Chân số Tên Chức năng 1 Vss Đất 2 VDD Cực + của nguồn điện 3 VEE Tương phản (constrast) 4 RS Register Select (chọn thanh ghi) 5 R/W Read/Write 6 E Enable (cho phép) 7 D0 Bit 0 của dữ liệu 8 D1 Bit 1 của dữ liệu 9 D2 Bit 2 của dữ liệu 10 D3 Bit 3 của dữ liệu 11 D4 Bit 4 của dữ liệu 12 D5 Bit 5 của dữ liệu 13 D6 Bit 6 của dữ liệu 14 D7 Bit 7 của dữ liệu Mặc dù theo sổ tay kỷ thuật LCD thì cấp nguồn cho nó là 5V DC (khoảng vài mA) nhưng cung cấp cho nó 6VDC hay 4.5 VDC thì nó vẫn hoạt động tốt và ngay cả với 3 VDC cũng đủ cho một số module. Kết quả là các module LCD tiêu thị năng lượng ít. Chân 3 là chân điều khiển VEE dùng để thay đổi độ tương phản của màn hiển thị. Lý tưởng thì chân này nên nối nguồn điện áp thay đổi được, người ta thực hiện bằng cách gắn mạch chia áp dùng biến trở có đầu ra thay đổi đưa vào chân này; tuy nhiên nên chú ý là một số module cần nguồn điện DC 7V. Đơn giản là người ta nối chân này với 0V ( xuống đất). Chân 4 là RS (Resgister Select= chọn thanh ghi) đây là 1 trong 3 ngõ vào điều khiển lệnh. Khi chân này để mức thấp thì các dữ liệu được truyền đến LCD được xử lý như các mệnh lệnh và các dữ liệu đọc ra chỉ trạng thái của nó. Bằng cách đưa đường RS này lên mức cao thì dữ liệu ký tự có thể xuất/nhập trên module này. Chân 5 là đường R/W (read/write). Chân này được kéo xuống mức thấp để ghi các lệnh hay dữ liệu ký tự vào module hoặc được kéo lên mức cao để đọc dữ liệu ký tự hay thông tin trạng thái từ các thanh ghi của nó. Chân 6 là đường E (enable), ngõ này dùng để khởi động việc chuyển các lệnh hay dữ liệu ký tự giữa module và các đường dữ liệu. Khi ghi ra màn hiển thị LCD, dữ liệu chỉ được chuyển khi có cạnh xuống ở tín hiệu E này. Tuy nhiên khi đọc ra từ LCD thì dữ liệu khả dụng sau khi có chuyển tiếp từ thấp lên cao và duy trì dữ liệu khả dụng cho đến khi tín hiệu xuống thấp một lần nữa. Các chân 7 đến 14 là 8 đường bus dữ liệu (D0 đến D7). Dữ liệu có thể được chuyển đến và lấy ra khỏ bộ hiển thị LCD theo dạng một byte 8 bit hay dạng nữa byte 4 bit (nibble). Trong trường hợp sau chỉ có 4 đường dữ liệu trên được sử dụng (4 bit cao: D4 đến D7). Chế độ 4 bit này thuận tiện khi sử dụng vi xử lý, cần có ít đường xuất/nhập hơn. Để hiển thị các chữ cái và các con số chúng ta gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z và các số từ 0 – 9 đến các chân này khi bật RS=1. Bảng mã ký tự chuẩn của LCD Cũng có các mã lệnh mà có thể được gửi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ. Chú ý: chúng ta cũng có thể sử dụng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin. Cờ bận là bit D7 và có thể được đọc khi R/W và RS = 0 như sau: Nếu R/W=1, RS=0 khi D7= 1 (cờ bận) thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào. Khi D7=0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới. Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên LCD Sau đây là bảng mã lệnh của LCD: Mã (Hex) Lệnh đến thanh ghi của LCD 1 Xóa màn hình hiển thị 2 Trở về đầu dòng 4 Giảm con trỏ (dịch con trỏ sang trái) 6 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải) 5 Dịch hiển thị sang phải 7 Dịch hiển thị sang trái 8 Tắt hiển thị, tắt con trỏ A Tắt hiển thị, bật con trỏ C Bật hiển thị, tắt con trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ F Tắt hiển thị, nhấp nháy con trỏ 10 Dịch vị trí con trỏ sang trái 14 Dịch vị trí con trỏ sang phải 18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái 1C Dịch toàn bộ 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 Điều khiển LCD qua các bước: Bước 1: khởi tạo cho LCD. Bước 2: gán các giá trị cho các bit điều khiển các chân RS, R/W, E cho phù hợp với các chế độ: hiển thị các ký tự lên LCD hay thực hiện một lệnh của LCD. Bước 3: xuất byte dữ liệu ra cổng điều khiển 8 bit dữ liệu của LCD. Bước 4: kiểm tra cờ bận xem LCD sẵn sàng nhận dữ liệu mới chưa. Bước 5: quay vòng lại bước 1. Các lệnh LCD cơ bản ở chế độ 8 bit: LCD_FIRST_ROW: Đưa con trỏ về hàng đầu tiên LCD_SECOND_ROW:  Đưa con trỏ về hàng thứ 2 LCD_THIRD_ROW:  Đưa con trỏ về hàng thứ 3  LCD_FOURTH_ROW: Đưa con trỏ về hàng thứ4 LCD_CLEAR: Xóa màn hình LCD_RETURN_HOME: Về vị trí đầu dòng LCD_CURSOR_OFF: Không cho con trỏ hiển thị LCD_UNDERLINE_ON: Bật con trỏ hiển thị dạng dấu gạch dưới _ LCD_BLINK_CURSOR_ON: Bật con trỏ nhấp nháy LCD_MOVE_CURSOR_LEFT: Chuyển con trỏ sang trái LCD_MOVE_CURSOR_RIGHT: Chuyển con trỏ sang phải LCD_TURN_ON: Bật màn hình để hiển thị LCD_TURN_OFF: Tắt màn hình hiển thị LCD_SHIFT_LEFT: Dịch chuyển màn hình sang trái  LCD_SHIFT_RIGHT: Dịch chuyển màn hình sang phải PHẦN 2: THIẾT KẾ A. SƠ ĐỒ KHỐI KHỐI NÚT NHẤN VI ĐIỂU KHIỂN PIC16F887 KHỐI HIỂN THỊ LCD KHỐI NGUỒN B. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN KHỐI PHÍM HIỂN THỊ KHỐI PHÍM NHẤN C. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT KHỞI TẠO PIC VÀ LCD MAIN ĐẾM =0 GIẢI MÃ TIME HIỂN THỊ TIME UP TIME VÒNG LẶP UP TIME UP_MIN = =0? TĂNG PHÚT UP_HOUR = =0? TĂNG GIỜ UP_YEAR = =0? TĂNG NĂM UP_MONTH = =0? TĂNG THÁNG UP_DATE = =0? TĂNG NGÀY UP_DAY = =0? TĂNG THỨ VÒNG LẶP YES YES YES YES YES YES NO NO NO NO NO NO START ĐẾM ++ ĐẾM = = 15? THOÁT NGẮT SECOND MINUTE HOUR DAY, DATE MONTH YEAR THOÁT NGẮT CHƯƠNG TRÌNH NGẮT SECOND SECOND ++ SECOND > 59? THOÁT NGẮT YES NO SECOND = 0 MINUTE MINUTE MINUTE ++ MINUTE > 59? THOÁT NGẮT YES NO MINUTE = 0 HOUR HOUR HOUR ++ HOUR > 24? THOÁT NGẮT YES NO HOUR = 0 DAY, DATE MONTH MONTH ++ MONTH > 12? THOÁT NGẮT YES NO MONTH = 1 YEAR DAY++, DATE++ DAY, DATE DAY > 7 DAY = 1 NO YES MONTH = 2 NO YES MONTH = 4,6,9,11 NO YES YES YEAR% 4=0? NO DATE > 28 THOÁT NGẮT YES NO DATE > 29 THOÁT NGẮT YES NO DATE > 30 THOÁT NGẮT YES NO DATE > 31 THOÁT NGẮT YES NO DATE = 1 YEAR YEAR ++ YEAR > 99? THOÁT NGẮT YES NO YEAR = 0 THOÁT NGẮT D. LẬP TRÌNH Ở phạm vi đồ án này, chúng em sử dụng ngôn ngữ lập trình C với trình biên dịch PCW – CCS C. code chương trình: #include #use delay(clock=4000000) #byte portb = 0x6 #byte portc = 0x7 #byte portd = 0x8 #bit rs = portc.0 #bit en = portc.1 #bit up1 = portb.2 //chinh gio #bit up2 = portb.3 //chinh phut #bit up3 = portb.4 //chinh ngay #bit up4 = portb.5 //chinh thang #bit up5 = portb.6 //chinh nam #bit up6 = portb.7 //chinh thu int8 sec, min, hour, day, date, month, year, dem; int8 ch_sec, ch_min, ch_hour, ch_date, ch_month, ch_year; int8 dv_sec, dv_min, dv_hour, dv_date, dv_month, dv_year; #int_TIMER0 void TIMER0_isr(void) { dem++;if(dem==15) { dem=0; sec++; if(sec>59) { sec=0; min++; if(min>59) { min=0; hour++; if(hour>23) { hour=0; day++;if(day>7){day=1;} date++; if(month==1||month==3||month==5||month==7||month==8||month==10||month==12) { if(date>31) {date=1; month++;if(month>12){month=1;year++;}} } else if(month==4||month==6||month==9||month==11) { if(date>30) {date=1; month++;if(month>12){month=1;year++;}} } else { if((year%4)==0) { if(date>29){date=1; month++;if(month>12){month=1;year++;}} } else { if(date>28){date=1; month++;if(month>12){month=1;year++;}} } } } } } } } void lcd_writec(int8 command) { rs = 0; portd = command; en = 1; en = 0; delay_ms(10); } void lcd_writed(int8 data) { rs = 1; portd = data; en = 1; en = 0; delay_ms(10); } void lcd_start() { lcd_writec(0x38); lcd_writec(0x0c); lcd_writec(0x06); lcd_writec(0x01); } void lcd_clear() { lcd_writec(0x01); } void lcd_cursor(int8 hang,int8 cot) { int8 vitri; switch(hang) { case 1: vitri = cot + 0x80; break; case 2: vitri = cot + 0xc0; break; }; lcd_writec(vitri); } void hienthi() { lcd_cursor(1,0); lcd_writed('T'); lcd_writed(':'); lcd_writed(' '); lcd_writed(ch_hour); lcd_writed(dv_hour); lcd_writed(':'); lcd_writed(ch_min); lcd_writed(dv_min); lcd_writed(':'); lcd_writed(ch_sec); lcd_writed(dv_sec); lcd_writed(' '); lcd_writed(' '); lcd_writed('2'); lcd_writed('4'); lcd_writed('h'); lcd_cursor(2,0); lcd_writed('D'); lcd_writed(':'); lcd_writed(' '); switch(day) { case 1: lcd_writed('S'); lcd_writed('u'); lcd_writed('n'); break; case 2: lcd_writed('M'); lcd_writed('o'); lcd_writed('n'); break; case 3: lcd_writed('T'); lcd_writed('u'); lcd_writed('e'); break; case 4: lcd_writed('W'); lcd_writed('e'); lcd_writed('d'); break; case 5: lcd_writed('T'); lcd_writed('h'); lcd_writed('u'); break; case 6: lcd_writed('F'); lcd_writed('r'); lcd_writed('i'); break; case 7: lcd_writed('S'); lcd_writed('a'); lcd_writed('t'); break; } lcd_writed(' '); lcd_writed(' '); lcd_writed(ch_month); lcd_writed(dv_month); lcd_writed('/'); lcd_writed(ch_date); lcd_writed(dv_date); lcd_writed('/'); lcd_writed(ch_year); lcd_writed(dv_year); } void giaima() { ch_sec = sec/10 + 0x30; ch_min = min/10 + 0x30; ch_hour = hour/10 + 0x30; ch_date = date/10 + 0x30; ch_month = month/10 + 0x30; ch_year = year/10 + 0x30; dv_sec = sec%10 + 0x30; dv_min = min%10 + 0x30; dv_hour = hour%10 + 0x30; dv_date = date%10 + 0x30; dv_month = month%10 + 0x30; dv_year = year%10 + 0x30; } void up_hour() { delay_ms(300); hour++; if(hour >23) hour = 0; } void up_min() { delay_ms(300); min++; if(min > 59) min = 0; } void up_day() { delay_ms(300); day++; if(day>7) day = 1; } void up_date() { delay_ms(300); date++; day++; if(day>7) {day=1;} if(month==1 || month==3 || month==5 || month==7 || month==8 || month==10 || month==12) { if(date>31) date = 1; } if(month==4 || month==6 || month==9 || month==11) { if(date>30) date = 1; } if(month==2) { if((year%4)==0) { if(date>29) date=1; } else { if(date>28) date=1; } } } void up_month() { delay_ms(300); month++; if(month>12) month = 1; } void up_year() { delay_ms(300); year++; if(year>99) year = 0; } void main() { setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_256); enable_interrupts(INT_TIMER0); enable_interrupts(GLOBAL); set_tris_a(0x00); set_tris_b(0xff); set_tris_c(0x00); set_tris_d(0x00); lcd_start(); dem=0; sec=5; min=57; hour=20; date=27; month=2; day=1; year=3; while(1) { giaima(); hienthi(); if(up1==0) {up_hour();} if(up2==0) {up_min();} if(up3==0) {up_date();} if(up4==0) {up_month();} if(up5==0) {up_year();} if(up6==0) {up_day();} } } PHẦN 3: MÔ PHỎNG BẰNG PROTEUS Kết quả mô phỏng chạy tốt và ổn định. PHẦN 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Vi Xử Lý – Th.S Hồ Trung Mỹ, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM Tài liệu vi điều khiển PIC 16F877A – Nguyễn Văn Tình, Trường Sĩ quan chỉ huy kỷ thuật thông tin. Các trang website: www.google.com.vn www.picvietnam.com www.dienvietnam.net www.hoiquandientu.com