Thiết kế chuông báo tiết học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Bộ môn: KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG Nhóm sinh viên : Chu Anh Nguyễn Trần Đức Hoàng Nguyễn Thị Nhung Lớp : K43ĐĐK Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Huy Thái Nguyên – 2011 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 20... Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét của giáo viên chấm Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 20... Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI MỞ ĐẦU - Ngành điện tử ngày càng phát triển,đã dần thay thế các thiết bị thô sơ,bằng các thiết bị điện tử có độ tự động rất cao,tiết kiệm công sức cho con người. Hiện nay với sự phát triển của vi điều khiển thì chỉ cần động tác nhẹ nhàng các thiết bị đã được điều khiển một cách nhanh chống - Người ta thường nói : “Học đi đôi với hành” , vì thế để tạo nền tảng , tăng thêm hiểu biết cũng như đi vào thực tế em đã lựa chọn đề tài “Chuông Báo Tiết Học”. - Trong quá trình thực hiện đề tài này , Chúng em đã rất cố gắng , nhưng có lẽ do vốn kiến thức cũng như những nguyên nhân chủ quan khác mà đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi thiếu sót . Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm của thầy cô và các bạn đọc. Sinh viên thực hiện Chu Anh Nguyễn Trần Đức Hoàng Nguyễn Thị Nhung MỤC LỤC A. PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề - Hiện nay với sự phát triển của vi điều khiển.Các hệ thống cần thiết đều được hoạt động một cách tự động. Đơn giản như hệ thống chuông hẹn giờ,hệ thống báo động,báo giờ trường học,báo giờ công sở . . . Vấn đề báo tiết học là vấn đề cần thiết ở bất cứ trường học nào,giúp thầy cô điều chỉnh được thời gian dạy học của mình.Sẽ mất thời gian khi ta phải canh thời gian cho tiết học.Chính vì thế chúng em thiết kế mạch chuông báo tiết hoc tự động cho các trường học lý do chọn đề tài - Đây là vấn đề thực tế ,được ứng dụng nhiều trong các trường học. Nhằm để củng cố kiến tức lập trình vi xử lý vừa mới học và rèn luyện khả học hỏi nên em đã chọn đề tài này giới hạn của đề tài Phân tích - Trước tiên chúng ta phải xác định rõ mục đích và yêu cầu của bài toán Mục đích: - Hệ thống báo chuông tại các thời điểm vào, ra của tiết học của trường. + Hệ thống có khả năng chỉnh lại giờ. + Thời gian kéo dài chuông vào tiết và nghỉ giải lao là khác nhau. + Hệ thống chuông được dùng đi dây điện đồng bộ 220V Yêu cầu: -Hệ thống làm việc ổn định. -Có khả năng đưa vào ứng dụng trong thực tế. Với thực tế bài toán này chúng ta phải thiết kế 2 thành phần cơ bản: -Hệ thống điều khiển và đồng hồ số -Mạch đi dây và chuông báo Xây dựng phương án - Sau khi nghiên cứu thực tế các thời điểm vào ra của các tiết học trường học, chúng ta có những nhận xét sau. - Mỗi ngày có 2 buổi học mỗi buổi kéo dài 6 tiết. Thời gian của mỗi tiết là 45 phút.Thời gian nghỉ giải lao là 5 phút.Sau tiết thứ 3 của mỗi buổi nghỉ giải lao 10 phút từ đó ta xây dựng được thời khóa biểu như sau: Tiết Vào Ra Tiết Vào Ra 1 6h45 7h30 7 12h30 13h15 2 7h35 8h20 8 13h20 14h05 3 8h25 9h10hhh 9 14h10 14h55 4 9h20 10h05 10 15h05 15h50 5 10h10 10h55 11 15h55 16h40 6 11h00 11h45 12 16h45 17h30 - Thời gian báo: +, thời gian báo là 10 giây đối với những tiết bắt đầu ,ra tiết thứ 3 vào tiết thứ tư của mỗi buổi,kết thúc của mỗi buổi +,còn lại thời gian báo cho các thời điểm khác là 5 giây - Cách báo : sử dụng chuông điện 220V - Phạm vi báo: Tất cả khu vực trong trường. bằng cách xây dựng hệ thống chuông đến từng khu nhà,từng giảng đường. Phạm vi của đồ án và phương hướng mở rộng - Vì đồ án môn học nên chúng em mới chỉ xây dựng mô phỏng và thiết kế hệ thống trong phạm vi hẹp.cố định một thời khóa biểu - Phương hướng mở rộng đồ án môn học thành đồ án tốt nghiệp: +, Thiết kế hệ thống chuông báo cho thời khóa biểu 2 mùa.mùa đông và mùa hè. Trong đó giờ mùa hè buổi sáng vào sớm hơn 15 phút ,buổi chiều vào muộn hơn 30 phút so với giờ mùa đông.và thêm thời kháo biểu buổi tối cho các trường học theo hệ thống tín chỉ. +, Thiết kế Module điều chỉnh bằng quét phím ma trận hoặc giao tiếp bàn phím máy tính có thể lập trình thời khóa biểu theo ý muốn và giờ giấc của từng trường cũng như nơi làm việc +. Xây dựng Hệ thống chuông báo không dây sử dụng bộ thu phát sóng PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I : SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ tổng quát -Sơ đồ khối tổng quát Vi XỬ LÝ AT89C51 Hiển Thị LCD 16x2 Nút nhấn Thời Gian Thực DS1307 Khối nguồn alam Hình 1: Sơ đồ khối tổng quát Chức năng các khối 2.1 Khối nguồn -Cung cấp nguồn nuôi tất cả linh kiện trong mạch 2.2. Chức năng của khối RTC -Khối này thực chất là một chíp thời gian thực(Real Time Clock), được sử dụng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng.Nó có pin cấp riêng , như vậy nếu như mất nguồn điện thì RTC vẫn có thể hoạt động bình thường và chính xác theo thời gian đã được thiết lập ban đầu . Trong sơ đồ này nó sẽ đảm nhiệm chức năng cấp time chính xác cho vi điều khiển xử lý các công việc mà người sử dụng yêu cầu. 2.3. Chức năng của khối điều chỉnh -Chức năng của khối này là sử dụng ngắt của 89c51 để yêu cầu việc điều chỉnh time theo ý của người sử dụng , cài đặt time ban đầu cho đồng hồ thời gian thực RTC.Tác động bởi các phím bấm (BUTTON). 2.4. Khối âm thanh -Khối này gồm có transistor thông dòng cho loa kêu khi có mức điện áp thay đổi liên tục ở chân ra của vi điều khiển 2.5. Khối hiển thị - Khối này thực chất là LCD 16x2 để hiển thị time và các thông tin mà lập trình viên cần hiển thị . 2.6. khối xử lý (vi điều khiển 89c51) -Vi điều khiển 89C51 là trung tâm xử lý các thông tin của mạch. Cụ thể là : AT89C51 đảm nhiệm việc đọc thời gian từ DS1307, chuyển đổi dữ liệu qua lại giữa RTC với LCD để có thể hiển thị lên LCD , đông thời cập nhật time từ DS1307 Điều khiển LCD Kiểm tra phím bấm Điều khiển loa - Nói tóm lại là, VĐK làm nhiệm vụ đọc time trên DS1307 sau đó nó kiểm tra xem ngắt được tác động hay không? nếu có thì điều chỉnh time, hiển thị time lên LCD , kiểm tra xem giờ hiện tại có bằng giờ báo chuông hay không ? nếu có thì gọi chương trình điều khiển chuông kêu ! CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG Sơ đồ callgraph Chương Trình Điều Khiển Module Xử Lý Điều Chỉnh Module xử lý chương trình Nút Ấn Chấp Hành Hiển Thị Hình 2: Sơ đồ Callgraph Sơ đồ đặc tả Bật/Tắt Chuông Hiển Thị Gửi thông tin Gửi thông tin KIỂM TRA THỜI GIAN Tác động Gửi dữ liệu Điều khiển Kiểm Tra thời gian thực Điều Chỉnh Hình 3: Sơ đồ Đặc tả các linh kiện sử dụng trong mạch 3.1 giới thiệu cấu trúc của vi điều khiển MCS-51 -Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau. Ở đây giới thiệu IC8951 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 vaứ 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 4: Hình dạng IC AT89C51 Hình 5: Sơ đồ khối của AT89C51 3.1.1. Mô tả các chân Hình 6: Sơ đồ các chân Như vậy 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 P3.0 RxD Ngõ vào Port nối tiếp P3.1 TxD Ngõ ra Port nối tiếp P3.2 Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 1 P3.5 T1 Ngõ vào bên ngoài của bộ định thời 0 P3.6 Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài P3.7 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 Hình 7: 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, ng­ỵc l¹i =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 ®iƯn 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. 3.1.2 Các chế độ đặc biệt 3.1.2.1Chế độ nghỉ 1. 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. 2. 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 nẵm quyền điều khiển. 3. 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. 3.1.2.2 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 O 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 3.1.3 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 3.1.4 .Tóm tắt tập lệnh của AT89c51 - Tập lệnh Mcs-51 có 255 lệnh gồm 139 lệnh 1 byte, 92 lệnh 2 byte và 24 lệnh 3 byte. 3.1.4. 1Các chế độ định địa chỉ: Địa chỉ thanh ghi , Địa chỉ trực tiếp , Địa chỉ gián tiếp , Địa chỉ tức thời , Địa chỉ tương đối , Địa chỉ tuyệt đối , Địa chỉ dài 3.1.4.2 Các nhóm lệnh của Mcs-C51: Nhóm lệnh số học: ADD A,soure ; cộng toán hạng vào A SUBB A,soure ; trừ bớt A bởi toán hạng nguồn INC A ; tăng giá trị A lên 1 DEC A ; giảm A xuống 1 MUL AB ; nhân A với B DIV AB ; chia A bởi B DA ; hiệu đính Nhóm lệnh logic. ANL A,soure ; lệnh nhân logic ORL A,soure ; lệnh cộng logic XRL A,soure ; lệnh xor logic RL A ;quay trái RR A ; quay phải CLR A ; xóa A Nhóm lệnh di chuyển dữ liệu: MOV A,soure ; di chuyển toán hạng nguồn đến đích. MOVC A,@A+DPTR ; di chuyển từ bộ nhớ chương trình. MOVX A,@Ri ; di chuyển từ bộ nhớ dữ liệu PUSH direct ; cất vào stack POP direct ;lấy ra stack XCH A,soure ; trao đổi các byte. XCHD A,@Ri ; trao đổi các digit thấp. Nhóm lệnh rẽ nhánh: ACALL addr ; gọi chương trình con RET ;quay chương trình con RETI ; quay về từ chương trình phục vụ ngắt JMP addr ; lệnh nhảy CJNE A,direct,rel ; so sánh và nhảy 3.2. Tìm hiểu IC thời gian thực DS1307 3.2.1 Giới thiệu chung về DS1307 -IC thời gian thực là họ vi điều khiển của hãng dalatDS1307 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 :56bytes -Địa chỉ và dữ liệu được truyền nối tiệp qua 2 đường bus 2 chiều  - DS1307 có môt 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 byte dữ liệu nằm từ địa chỉ 0x00 tới 0x06, 1 byte điểu khiển, và 56 byte 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 đựoc dữ liệu từ địa chỉ 0x04 ( tưong ứng với Day- ngày trong tháng) và tại 0x05 ( thang ) là 0x15, 0x11 như thế có nghĩa là lúc đó là ngày 15-11 chứ ko phải là ngày 21 tháng 17 + 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 tụcđến khi chỉ thị stop đươc thực thi 3.2.2 Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307 - Vcc: nối với nguồn - X1,X2: nối với thạch anh 32,768 kHz - Vbat: đầu vào pin 3V - GND: đất - SDA: chuỗi data - SCL: dãy xung clock - SQW/OUT: xung vuông/đầu ra driver  Hình 9: Sơ đồ DS1307 •  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 dữliệu 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:   Hình 10: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 3.2.3 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 l: 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). 3.3 Giới thiệu LCD -LCD được giới thiệu ở đây 14 chânn (hình dưới). Chức năng các chân được cho trong bảng dưới: 3.3.1 Chức năng các chân của Module LCD 16x2 Chân số Ký hiệu Mức logic I/O Chức năng 1 Vss - - Nguồn cung cấp(GND) 2 Vdd - - Nguồn cung cấp(+5V) 3 Vee - I Điện áp để điều chỉnh độ tương phản 4 RS 0/1 I Lựa chọn thanh ghi 0= thanh ghi lệnh 1=thanh ghi dữ liệu 5 R/W 0/1 I 0=ghi vào LCD module 1=đọc từ LCD module 6 E 1,1=>0 I Tín hiệu cho phép 7 DB1 0/1 I/O Data bus line 0(LSB) 8 DB2 0/1 I/O Data bus line1 9 DB3 0/1 I/O Data bus line2 10 DB4 0/1 I/O Data bus line3 11 DB5 0/1 I/O Data bus line4 12 DB6 0/1 I/O Data bus line5 13 DB7 0/1 I/O Data bus line6 14 DB8 0/1 I/O Data bus line7(MSB) 15 Vcc - - Nguồn cung cấp 16 GND - - mass Các chân điều khiển việc đọc và ghi LCD bao gồm RS, R/W và EN.        RS (chân số 3): Chân lựa chọn thanh ghi (Select Register), chân này cho phép lựa chọn 1 trong 2 thanh ghi IR hoặc DR để làm việc. Vì cả 2 thanh ghi này đều được kết nối với các chân Data của LCD nên cần 1 bit để lựa chọn giữa chúng. Nếu RS=0, thanh ghi IR được chọn và nếu RS=1 thanh ghi DR được chọn. Chúng ta đều biết thanh ghi IR là thanh ghi chứa mã lệnh cho LCD, vì thế nếu muốn gởi 1 mã lệnh đến LCD thì chân RS phải được reset về 0. Ngược lại, khi muốn ghi mã ASCII của ký tự cần hiển thị lên LCD thì chúng ta sẽ set RS=1 để chọn thanh ghi DR. Hoạt động của chân RS được mô tả trong hình 5. Hình 11: Hoạt động của chân RS.        R/W (chân số 4): Chân lựa chọn giữa việc đọc và ghi. Nếu R/W=0 thì dữ liệu sẽ được ghi từ bộ điều khiển ngoài (vi điều khiển AVR chẳng hạn) vào LCD. Nếu R/W=1 thì dữ liệu sẽ được đọc từ LCD ra ngoài. Tuy nhiên, chỉ có duy nhất 1 trường hợp mà dữ liệu có thể đọc từ LCD ra, đó là đọc trạng thái LCD để biết LCD có đang bận hay không (cờ Busy Flag - BF). Do LCD là một thiết bị hoạt động tương đối chậm (so với vi điều khiển), vì thế một cờ BF được dùng để báo LCD đang bận, nếu BF=1 thì chúng ta phải chờ cho LCD xử lí xong nhiệm vụ hiện tại, đến khi nào BF=0 một thao tác mới sẽ được gán cho LCD. Vì thế, khi làm việc với Text LCD chúng ta nhất thiết phải có một chương trình con tạm gọi là wait_LCD để chờ cho đến khi LCD rảnh. Có 2 cách để viết chương trình wait_LCD. Cách 1 là đọc bit BF về kiểm tra và chờ BF=0, cách này đòi hỏi lệnh đọc từ LCD về bộ điều khiển ngoài, do đó chân R/W cần được nối với bộ điều khiển ngoài. Cách 2 là viết một hàm delay một khoảng thời gian cố định nào đó (tốt nhất là trên 1ms). Ưu điểm của cách 2 là sự đơn giản vì không cần đọc LCD, do đó chân R/W không cần sử dụng và luôn được nối với GND. Tuy nhiên, nhược điểm của cách 2 là khoảng thời gian delay cố định nếu quá lớn sẽ làm chậm quá trình thao tác LCD, nếu quá nhỏ sẽ gây ra lỗi hiển thị. Trong bài này tôi hướng dẫn bạn cách tổng quát là cách 1, để sử dụng cách 2 bạn chỉ cần một thay đổi nhỏ trong chương trình wait_LCD (sẽ trình bày chi tiết sau) và kết nối chân R/W của LCD xuống GND.       EN (chân số 5): Chân cho phép LCD hoạt động (Enable), chân này cần được kết nối với bộ điều khiển để cho phép thao tác LCD. Để đọc và ghi data từ LCD chúng ta cần tạo một “xung cạnh xuống” trên chân EN, nói theo cách khác, muốn ghi dữ liệu vào LCD trước hết cần đảm bảo rằng chân EN=0, tiếp đến xuất dữ liệu đến các chân D0:7, sau đó set chân EN lên 1 và cuối cùng là xóa EN về 0 để tạo 1 xung cạnh xuống. -Để hiển thị chữ cái và con số, mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z và các con số tư 0 – 9 được gứi tới các chân D0 – D7 khi RS = 1. -Các mã lệnh được gửi tới LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu d ng…( được liệt kê trên bảng trên) thông các chân D0 – D7. -Có thế sử dụng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận xem LCD đã sẵn sàng nhận thông tin chưa. Khi R/W = 1 v RS = 0: Nếu D7 = 1 ( cờ bận bằng 1) c nghĩa LCD đang bận các công việc bên trong và sẽ không nhận thông tin, nếu D7 = 0 sẵn sàng nhận thông tin mới. Trong mọi trường hợp cần kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kì dữ liệu nào lên LCD. Các thanh ghi -Thanh ghi IR: Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng. chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Ví dụ: Lệnh “hiển thị màn hình và con trỏ” có mã lệnh là 00001110 - Thanh ghi DR : Thanh ghi DR dùng để chứa dữ liệu 8 bit để ghi vào vùng RAM DDRAM hoặc CGRAM ( ở chế độ ghi) hoặc dùng để chứa dữ liệu từ 2 vùng RAM này gửi ra cho MPU (ở chế độ đọc). -Cờ báo bận BF: (Busy Flag)Khi đang thực thi các hoạt động bên trong, LCD bỏ qua mọi giao tiếp với bên ngoài và bật cờ BF( thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1) lên để cho biết nó đang “bận”. -Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter) Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông tin được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM (việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh). Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1 đơn vị. Bộ nhớ LCD Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM) 3.3.2 các bit viết tắt trong mã lệnh Tên bit Mô tả I/D 0=không dịch chuyển vị trí con trỏ 1=dịch chuyển vị trí con trỏ S =0 không dịch chuyển hiển thị =1 dịch chuyển hiển thị D 0=tắt hiển thị =1 bật hiển thị C 0=tắt con trỏ =1 bật con trỏ B 0=con trỏ không nhấp nháy =1 con trỏ nhấp nháy S/C 0=di chuyển con trỏ =1 dịch chuyển hiển thị R/L 0= dịch trái =1 dịch phải DL 0=chế độ 4bit dữ liệu =1 chế độ 8bit dữ liệu N 0=1 dòng 1= 2 dòng F 0= font 5x7 1= font 5x10 BF 0= không bận 1= đang bận 3.3.3 Mã Hex LCD *Module này không chiếm khối Digital, để chọn module này ta chỉ cần click chọn trong mục Misc Digital Module LCD được nối tới Port 2. Các hàm API: void LCD_Start(void); void LCD_Init(void); void LCD_Position(BYTE bRow, BYTE bCol); void LCD_PrString(CHAR * sRamString); void LCD_PrCString(const char * sRomString); void LCD_PrHexByte(BYTE bValue); void LCD_PrHexInt(INT iValue); Chương III : THIẾT KẾ MẠCH Sơ đồ nguyên lý -sơ đồ nguyên lý cụ thể như sau: - Khi đã đảm bảo cấp nguồn cho các mạch ổn định , mạch sẽ hoạt đông như sau: Ban đầu khi khởi động nó sẽ thực hiện việc đọc dữ liêu treeb DS1307 và hiển thị ngày giờ hiện tại lên LCD. Kế tiếp nếu có ngắt gọi đến tức tác động vào phím KEY_TIME để điều chỉnh thời gian (Tăng-INC_KEY button, Giảm-DEC_KEY button) cho RTC , khi đó vi điều khiển sẽ điều khiển việc tăng hay giảm time (ngày , tháng , năm , thứ , giờ , phút ), theo ý muốn của người sử dụng, bằng cách nhấn phím INC_KEY hoặc phím DEC_KEY. Set xong thì LCD sẽ trở về màn hình lúc trước và hiển thị thời gian theo time đa cài đặt và hoạt động. - Trong quá trình time hiện tại được hiển thị trên LCD mà ta thấy thì vi điều khiển luôn thực hiển kiểm tra (lặp lại việc kiểm tra ) time hiện tại xem xem có trùng với mốc thời gian vào tiết học hay kết thúc tiết học hay không ? Nếu có , thì nhảy tới chương trình báo chuông và đổ chuông báo , thời gian chuông dài hay ngắn có thể thay đổi trên code, là do người lập trình thiết lập, thiết lập mốc thời gian theo ý muốn. Tức là, cứ thỏa mãn điều kiện time hiện tại bằng với time hẹn trước sẽ có chuông reo. - Sau khi đã thiết kế sơ đồ khối của từng khối chúng ta bắt đầu đi thiết kế sơ đồ nguyên lý cho từng khối như sau: Khối nguồn - Nguồn cung cấp cho toàn mạch là +5v dc.Do đó mạch nguồn chỉ cần sử dụng vi mạch ổn áp 7805 với dòng 0.5 A. Mạch được thiết kế như sau - Đối Với role ta sử dụng nguồn nuôi riêng 12 V. Có thể điều chế theo nhiều cách khác nhau. - Đối vớ chuông ta sử dụng nguồn 220 mắc riêng rẽ *, Chi chú ý nguồn nuôi cho mạch điều khiển cần giữ sự ổn định vì vậy ta sử dụng ổn áp LM7805 cho nó. Khối hiển thị LCD - LCD 16x2 và giao tiếp với vi điều khiển : VEE của LCD được nối với biến trở và nguồn 5V để diều chỉnh độ sáng của LCD - Hiển thị time 1 ngày của RTC lên LCD + 3 chân điều khiển (RS,RW,E ) + Đường dữ liệu D0 đến D7 + Chân điều khiển độ sáng tối của LCD chân VEE ta sử dụng 1 biến trở để điều chỉnh thích hợp Khối xử lý AT89C51 - Sử dụng ic số là một bất lợi cho quá trình thiết kế từ việc thiết kế, kết nối cho tới chọn linh kiện và khắc phục nhiễu. Một lựa chọn để khắc phục nhược điễm của ic số là dùng bộ vi điều khiển AT89C51 với dòng điện tiêu thụ thấp và có thể lập trình được Vi điều khiển sử dụng thạnh anh dao động la 12Mhz. Nút ấn kết hợp với tụ C để thực hiện reset Khối thời gian thực -Ta chọn ic DS 1307 vì đây là ic chạy thời gian thực,có độ chính xác rất cao,và đặt biệt là dữ liệu thời gian củng không bị mất khi chúng ta bi mất nguồn hoặc cúp điện.Nên đồng hồ ta chạy vẫn chính xác ngay cả khi mất điện. Được nuôi bằng nguồn nuôi pin 3V khối thao tác -Sử dụng nút nhấn để tạo tín hiệu vào để điều chỉnh thời gian .Nút nhấn được kết nối vối module giao tiếp để tiết kiệm chân và dơn giản khi thực hiện ,và 1 chân nút nhấn treo xuống mass để tạo sự thay đổi tín hiệu khi nhấn nút. Khối chấp hành - Có nhiều phương án để điều khiển cơ cấu chấp hành ,ở đây chúng ta sử dụng Transistor A1015 để điều khiển relay 12V/10A .Điện trở R =10K để phân cực và hạn dòng cho Transistor - Diode 2N4148 dùng để bảo vệ Transistor khi trong mạch xuất hiện áp ngược từ cuộn dây sinh ra .Relay dùng để điều khiển chuông điện Sơ đồ thuật toán Tác Động Phím Bám Set phút Set giờ Set ngay,tháng,năm,thứ Up =? Tăng ô nhớ lên 1 Đặt gt cho RTC Down=? Giảm gt ô nhớ 1 Đặt gt cho RTC Đổ Chuông Bắt Đầu Lấy data từ RTC Hiển thị lên LCD Kiểm tra time =time đổ chuông No yes yes No Yes No Yes Yes No Hình 12: Sơ đồ thuật toán Chương IV :Thi công mạch Sơ đồ mạch in Sơ đồ bố trí linh kiện Chương V : Thiết kế phần mềm Các phần mềm dùng trong đồ án Lap_trinh_Pic_CCS PCWH v4.023 Keil 4 Proterus 7.7 SP2 ORCAD 10.5 Chương trình cho vi điều khiển #include "ports.h" #include "lcd.h" #include "rtc.h" /*===================================================*/ /*= DE TAI : Thiet ke he thong chuong bao lop hoc =*/ /*= GVHD : Thay Nguyen Van Huy =*/ /*= Nhóm Thuc Hien : =*/ /*= 1. Chu Anh Nguyen =*/ /*= 2. Tran Duc Hoang =*/ /*= 3. Nguyen Thi Nhung =*/ /*=-------------------------------------------------=*/ /*===================================================*/ /*=======Khai bao bien ========*/ bit flag=0,aon=0,aoff=0; void main() { alarm_port=0; LCD_INI(); //khoi tao cho LCD rtc_check();//kiêm tra RTC disp_intro();//hien thi time len LCD ENABLE_INT//cho phep ngat wrt_cmd(0x1);//xoa man hinh LCD wrt_cmd(0x1); start_rtc();//dieu kien START cho RTC send_adr(0xd0);//dia chi ghi cho RTC send_adr(0x00);//gui dia chi bat dau start_rtc(); send_adr(0xd1);//gui dia chi doc RTC recv_data();//nhan du lieu tu vi dieu khien while(1) { start_rtc(); send_adr(0xd0); send_adr(0x00); start_rtc(); send_adr(0xd1); recv_data(); disp_rtc(); if(_testbit_(flag)) //kiem tra co ngat { DISABLE_INT //cam ngat rtc_set(); //goi chuong trinh set cho rtc ENABLE_INT //cho phep ngat flag=0; //xoa co ngat } aon=1;//dieu kien de luon so sanh time hen voi time hien tai if(aon) check_alarm(); // kiem tra if(aoff) //bao chuong ring_alarm(); } } /*~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ****chuong trinh phuc vu ngat ngoai 0 **** ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~*/ void set_flag() interrupt 0 //chuong trinh ngat cho rtc_set { flag=1; } /*========== THE END ================*/ KẾT LUẬN Kết luận . Chúng Em đã cố gắng hoàn thành đề tài đúng thời gian quy định. Trong đề tài , em đã thực hiện được những công việc sau: - Giới thiệu và phân tích sơ đồ khối - Giới thiệu họ vi điều khiển MCS-51 và IC DS 1307 - Thiết kế và thi công mạch Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án nhưng không đạt được kết quả như mong muốn . vì vậy với kiến thức vừa học em xin cố gắn tìm nguyên nhân và cách khắc phục. Tài liệu tham khảo Cấu trúc-lập trình –Ghép nối và ứng dụng vi điều khiển_TS Nguyễn Mạnh Giang Giáo trình 8051_DKS Giáo trình họ vi điều khiển 8051_Tống Văn On Vi điều khiển với lập trình C_Ngô Diên Tập Trang web tham khảo :