Đồ án Đồng hồ thời gian hiển thị LCD

Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  Mục lục .................................................................................................................... Trang Lời nói đầu...................................................................................................... 1 Chương 1 :Giới thiệu đề tài ............................................................................. 1. Giới thiệu................................................................................................ 2. Sơ đồ khối .............................................................................................. 3. Chức năng các khối ................................................................................ Chương 2: Giới thiệu phần cứng ..................................................................... 1. Sơ đồ mạch ............................................................................................. 2. Giới thiệu các linh kiện có trong mạch .................................................. 2.1. AT89S52.......................................................................................... 2.2. LCD ................................................................................................. 2.2.1. Chức năng các chân.................................................................. 2.2.2. Sơ đồ khối của HD44780 ......................................................... 2.2.3. Tâập lệnh của LCD .................................................................. 2.2.4. Biểu đồ thời gian ...................................................................... 2.3. IC thời gian thực DS1307 ............................................................... 2.3.1. Chức năng các chân.................................................................. 2.3.2. Một vài thông số kỹ thuật......................................................... 2.3.3. Sơ đồ khối của DS1307 ........................................................... 2.3.4. Truyền dữ liệu trên bus 2 dây nối tiếp..................................... 2.3.5. Hai chế độ hoạt động của DS1307 .......................................... 2.3.6. Biểu đồ thời gian ..................................................................... Chương 3: Thiết kế chương trình .................................................................... 1. Mạch mô phỏng.................................................................................... 2. Thuật toán 3. Chương trình Tổng kết........................................................................................................... Tài liệu tham khảo ........................................................................................... SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 1 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật công nghệ điện tử đã đang và sẽ phát triển ngày càng rộng rãi đặc biệt là trong kỹ thuật số. Mạch số ứng dụng rất nhiều trong kỹ thuật cũng như đời sống xã hội. Các ứng dụng của mạch số như đồng hồ số, mạch đếm sản phẩm, mạch đo nhiệt độ... Trong các trường học công sở, cơ quan xí nghiệp... đồng hồ số được dùng để xem giờ và báo giờ. Mục đích chính của đồ án này là thiết kế một đồng hồ số có chức năng xem giờ và báo giờ thời gian thực, vẫn lưu được giờ khi mất nguồn cung cấp. Vì kiến thức và thời gian hạn chế, kinh nghệm còn yếu nên đồ án không tránh được sai sót, rất mong sự đánh giá của Quý Thầy Cô và góp ý của các bạn sinh viên. Sinh viên thực hiện Hoàng Văn Ngân Triệu Văn Lục SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 2 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1. Giới Thiệu: Trong các ứng dụng dân dụng và công nghiệp, các bộ vi mạch vi điều khiển được ứng dụng rộng rãi và đã phát huy được tính năng ưu việt của nó và ngày càng được sử dụng rộng rãi. Việc sử dụng các bộ vi điều khiển để điều khiển các công việc mang tính lặp lại có chu kỳ là cần thiết để thay thế sự giám sát của con người. Ở đây em xin trình bày việc ứng dụng vi điều khiển để hiển thị, báo giờ thời gian thực trên LCD. 2. Sơ đồ khối: KHOÁI HIEÅN THÒ KHOÁI ÑIEÀU CHÆNH  KHOÁI VÑK  CHUOÂNG BAÙO KHỐI THỜI GIAN THỰC 3. Chức năng các khối: + Khối điều chỉnh gồm 4 nút nhấn để đặt, hiệu chỉnh và hẹn thời gian. + Khối hiển thị là LCD. + Khối điều khiển sử dụng vi điều khiển AT89S52 điều khiển toàn bộ các hoạt động chính của mạch : nhận tín hiệu điều khiển của khối điều chỉnh và tìn hiệu của từ con thời gian thực xuất ra khối hiển thị và chuông báo. + Khối chuông báo là một chuông hoặc còi điện để báo hẹn giờ. + Khối thời gian thực là DS1307. SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 3 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  Chương 2: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 1. Sơ đồ mạch: Mạch nguồn: Q5 BJT 633  VCC J11  D2  R12 U3 1 2 1 VIN VOUT 3 5A 10/2W C6 C5 R11 7805 12V DC C4 1000U 104U 1000U  330 J3 1 2 D1 Mạch điều khiển: VCC  POWER  OUT 5V RN1 U2 Y2 U4 J1 1 2 3 4 5 6 7 8 1 10K 2 3 4 5 6 7 8 9 39 38 37 36 35 34 33 32  P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7  P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 21 22 23 24 25 26 27 28 J10 1 2 3 4 5 6 7 8 32.768K BT1 3V VCC VCC RN2 1  SCL 1 2 6 3 8 X1 X2 SCL VBAT VCC SDA SQW/OUT DS1307 5 7 SDA J6 1 2 3 4 5 6 7 8  P15 P16 P17 1 2 3 4 5 6 7 8 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 10 11 12 13 14 15 16 17 SCL 2 SDA 3 SET TIME 4 SET ALARM5 DOWN 6 UP 7 8 ALARM 9  ALARM R10 VCC A1015 10K  Q2 S1 1 XTAL1 XTAL2 VCC RESET 19 18 31 9 XTAL1 XTAL2 EA/VPP RST ALE/PROG PSEN AT89S52 30 29 10K  VCC  SET TIME 2 SW1  SOUND SET TIME Y1 J5 VCC SW5 SW2 1 RESET SET ALARM SET ALARM C1 12M  C2 2 3 4 P15 P16 P17 C3 10UP  SW3 33P 33P 5 R2 1.5K RESET DOWN 6 R1 DOWN NAP 89S SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục 10K UP SW4 UP  Trang 4 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD Mạch hiển thị:  U1 LCD16*2 LCD ADJ1 10k VCC R2 330 SW1  VCC  Q1 R1 LED J1 VCC 8 BIT  C1815  10K J3  POWER  J2  4 BIT 2. Giới thiệu về các linh kiện trong mạch 2.1. AT89S52: AT89S52 cũng có cấu trúc phần cứng giống như các vi điều khiển khác trong họ 8051 và còn có các đặc trưng riêng: + Bộ nhớ 8k + So với 89C, nó có chân MISO (P1.5), MOSI (P1.6), SCK (P1.7) nên có thể nạp ISP 39 38 37 36 35 34 33 32 1 2 3 4 5 6 7 8  P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5/MISO P1.6/MOSI P1.7/ACK  P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 P2.4/A12 P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0 P3.3/INT1 P3.4/T0 P3.5/T1 P3.6/WR P3.7/RD 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 19 18 31 9 XTAL1 XTAL2 EA/VPP RST ALE/PROG PSEN AT89S52 30 29  Hình : Sơ đồ chân 89S52 SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 5 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  2.2.  LCD: 2.2.1. Chức năng các chân: 2.2.2.  Sơ đồ khối của HD44780: Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 6 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  Hình:Sơ đồ khối của HD44780 a. Các thanh ghi: Chíp HD44780 có 2 thanh ghi 8 bit quan trọng : Thanh ghi lệnh IR (Instructor Register) và thanh ghi dữ liệu DR (Data Register) Thanh ghi IR : Để điều khiển LCD, người dùng phải “ra lệnh” thông qua tám đường bus DB0-DB7. Mỗi lệnh được nhà sản xuất LCD đánh địa chỉ rõ ràng. Người dùng chỉ việc cung cấp địa chỉ lệnh bằng cách nạp vào thanh ghi IR. Nghĩa là, khi ta nạp vào thanh SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 7 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  ghi IR một chuỗi 8 bit, chíp HD44780 sẽ tra bảng mã lệnh tại địa chỉ mà IR cung cấp và thực hiện lệnh đó. 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 gởi ra cho MPU (ở chế độ đọc). Nghĩa là, khi MPU ghi thông tin vào DR, mạch nội bên trong chíp sẽ tự động ghi thông tin này vào DDRAM hoặc CGRAM. Hoặc khi thông tin về địa chỉ được ghi vào IR, dữ liệu ở địa chỉ này trong vùng RAM nội của HD44780 sẽ được chuyển ra DR để truyền cho MPU. Bằng cách điều khiển chân RS và R/W chúng ta có thể chuyển qua lại giữ 2 thanh ghi này khi giao tiếp với MPU. Bảng sau đây tóm tắt lại các thiết lập đối với hai chân RS và R/W theo mục đích giao tiếp. b. Cờ báo bận BF(Busy Flag): Khi thực hiện các hoạt động bên trong chíp, mạch nội bên trong cần một khoảng thời gian để hoàn tất. Khi đang thực thi các hoạt động bên trong chip như thế, 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 báo cho MPU biết nó đang “bận”. Dĩ nhiên, khi xong việc, nó sẽ đặt cờ BF lại mức 0. c. Bộ Đếm địa chỉ AC (Address Counter): Như trong sơ đồ khối, thanh ghi IR không trực tiếp kết nối với vùng RAM (DDRAM và CGRAM) mà thông qua bộ đếm địa chỉ AC. Bộ đếm này lại nối với 2 vùng RAM theo kiểu rẽ nhánh. Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông tin được nối trực tiếp cho 2 vùng RAM nhưng việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã được bao hàm trong mã lệnh. d. Vùng Ram hiển thị DDRAM(Display Data RAM): Đây là vùng RAM dùng để hiển thị, nghĩa là ứng với một địa chỉ của RAM là một ô kí tự trên màn hình và khi bạn ghi vào vùng RAM này một mã 8 bit, LCD sẽ hiển thị tại vị trí tương ứng trên màn hình một kí tự có mã 8 bit mà bạn đã cung cấp. SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 8 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  Hình:Mối quan hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD Vùng RAM này có 80x8 bit nhớ, nghĩa là chứa được 80 kí tự mã 8 bit. Những vùng RAM còn lại không dùng cho hiển thị có thể dùng như vùng RAM đa mục đích. e. Vùng ROM chứa ký tự đồ họa: Vùng ROM này dùng để chứa các mẫu kí tự loại 5x8 hoặc 5x10 điểm ảnh/kí tự, và định địa chỉ bằng 8 bit. Tuy nhiên, nó chỉ có 208 mẫu kí tự 5x8 và 32 mẫu kí tự kiểu 5x10 (tổng cộng là 240 thay vì 28 = 256 mẫu kí tự). Người dùng không thể thay đổi vùng ROM này. f. Vùng RAM chứa kí tự đồ họa CGRAM (Character Generator RAM): Nhà sản xuất dành vùng có địa chỉ byte cao là 0000 để người dùng có thể tạo các mẫu kí tự đồ họa riêng. Tuy nhiên dung lượng vùng này rất hạn chế: Ta chỉ có thể tạo 8 kí tự loại 5x8 điểm ảnh, hoặc 4 kí tự loại 5x10 điểm ảnh. 2.2.3. Tập lệnh của LCD: Các lệnh của LCD có thể chia thành 4 nhóm như sau :  Các lệnh về kiểu hiển thị. VD : Kiểu hiển thị (1 hàng / 2 hàng), chiều dài dữ liệu (8 bit / 4 bit), …  Chỉ định địa chỉ RAM nội.  Nhóm lệnh truyền dữ liệu trong RAM nội.  Các lệnh còn lại . SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 9 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 10 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 11 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD 2.2.4. Biểu đồ thời gian : SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 12 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  2.3.  IC thời gian thực DS1307: 2.3.1. Chức năng các chân: X1,X2: nối với thạch anh 32,768 kHz Vcc,GND: nguồn một chiều được cung cấp tới các chân này. Vcc là đầu vào 5V. Khi 5 V 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. 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. SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 13 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  SCL(serial clock input): SCL được sử dụng để đồng bộ sự chuyển dữ liệu trên đường dây nối tiếp SQW/OUT(square wave/output driver)- khi được kích hoạt thì bit SQWE được thiết lập, 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. 2.3.2. Một vài thông số kỹ thuật: DS1307 là một IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian và ngày tháng với 56 bytes NV 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. 2.3.3. Sơ đồ khối của DS1307: Hình: Sơ đồ khối của DS1307 a. Địa chỉ Ram và RTC: SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 14 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  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: Trạng thái đóng nguốn ban đầu của tất cả các thanh ghi không được định nghĩa. Do đó phải bật bộ dao độngtrong lúc cấu hình ban đầu (CH=0). Thanh ghi thời gian thực được mô tả như sau: 00h 07h 08h 3Fh  Seconds Minutes Hours Day Date Month Year Control Ram 56x8 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 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 bị cấm. Nếu SQWE=0 thì mức logic ở chân SQW/OUT sẽ là 1 nếu OUT=1,và =0 nếu OUT=0 SQWE(square wave enable): bit này được thiết lập 1 sẽ cho phép đầu ra của bộ tạo dao động. Tần số của đầu ra sóng vuông phụ thuộc vào giá trị của RS1 và RS0. SVTH: Hoàng Văn Ngân - Triệu Văn Lục  Trang 15 Đồ án VĐK: Đồng hồ thời gian thực hiển thị LCD  b. Hoạt động: DS1307 hỗ trợ truyền dữ liệu bus 2 dây 2 chiều. Một thiết bị gửi dữ liệu lên đường truyền được định nghĩa như là 1 máy phát và một thiết bị nhận dữ liệu như là máy nhận. Thiết bị điều