Tài liệu Hiển thị thời gian thực trên lcd có hẹn giờ

Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I TÊN ĐỀ TÀI: ĐỒNG HỒ HIỂN THỊ THỜI GIAN THỰC TRÊN LCD CÓ HẸN GIỜ 1.Yêu cầu đề tài: - Sử dụng vi điều khiển 89C51 - Chương trình điều khiển có thể thay đổi được. 2. Nội dung cần hoàn thành: - Tính toán, lựa chọn các thông số kỹ thuật cho mạch - Chế tạo mô hình - Sản phẩm đáp ứng được yêu cầu mỹ thuật ,kỹ thuật - Quyển thuyết minh đề tài ,các bản vẽ, sơ đồ ,…mô tả đầy đủ nội dung đề tài. 3. Sản phẩm: - 01 cuốn thuyết minh. - Mô hình phần cứng. Giáo viên hướng dẫn :Đặng Văn Khanh. -Ngày giao đề tài: -Ngày hoàn thành: Trang: 1 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Hưng Yên, Ngày….tháng….năm 2011 Giáo viên hướng dẫn Trang: 2 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Đặng Văn Khanh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Hưng Yên, Ngày….tháng….năm 2011 Giáo viên phản biện Trang: 3 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Mục Lục Trang: 4 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng công nghệ khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng các thành tựu khoa học vào cuộc sống ngày càng mạnh mẽ dần giải thoát lao động chân tay cho con người. Ngàng công nghệ kỹ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với tốc độ chóng mặt với rất nhiều ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Từ hệ thống internet toàn cầu đến những dây chuyền sản xuất tự động hóa hiện đại và những thiết bị điện tử dân dụng rất tiện ích và đa dạng. Sau một thời gian học tập trên giảng đường của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên,chúng em đã được tiếp cận với những kiến thức khoa học và công nghệ hiện đại. Cùng với kinh nghiệm thực tế, chúng em đã có cơ hội chuyển những kiến thức lý thuyết đã học được thành sản phẩm thực tế qua đề tài đồ án môn học tích hợp mức một ,với nội dung là “Hiển thị thời gian thực trên LCD có hẹn giờ”,dùng vi điều khiển. Trong quá trình thực hiện đề tài nêu trên ,chúng em đã nhận được sự quan tâm và chỉ bảo tận tình của thầy Đặng Văn Khanh ,cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa và bạn bè chúng em đã hoàn thành được sản phẩm của mình . Song với khả năng được học tập nghiên cứu và tự nghiên cứu còn hạn chế về nội dung và kiến thức trong phạm vi đồ án ,sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế .Thông qua đồ án này ,chúng em rất mong được các thầy cô chỉ bảo thêm, để chúng em có điều kiện nâng cao trình độ ,hiểu biết cũng như kỹ năng của bản thân.Chúng em rất mong được tiếp thu những ý kiến đóng góp của các thầy cô! Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trang: 5 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1. 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. 1.2. Sơ đồ khối KHỐI HIỂN THỊ KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN CHUÔNG BÁO KHỐI THỜI GIAN THỰC KHỐI HIỆU CHỈNH 1.3. 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 AT89C51 điều khiển toàn bộ các hoạt động chính của mạch : nhận tín hiệu điều khiển của khối điều Trang: 6 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I 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. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1. Sơ đồ mạch • Mạch nguồn Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn • Mạch điều khiển Trang: 7 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển • Mạch Hiển Thị: Trang: 8 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị 2.2. Giới thiệu về các linh kiện trong mạch 2.2.1. Giới thiệu chung về vi điều khiển AT98C51 AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các đặc tính như sau: -4 KB PEROM (Flash Progarammable and Erasable Read Only Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xóa. -Tần số hoạt động từ :0Hz đến 24 MHZ - 3 mức khóa bộ nhớ lập trình -128 Byte RAM nội -4 Port xuất /nhập I/O 8 bit -2 bộ Timer /counter 16 bit -6 nguồn ngắt Trang: 9 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I -Giao tiếp nối tiếp với điều khiển bằng phần cứng -64 KB vùng nhớ mã ngoài -64 vùng nhớ dữ liệu ngoài - Cho pháp xử lý bit. -210 vị trí nhớ có thể định vị bit. -4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia. - Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power-down). • Sơ đồ khối: Hình 2.4: Sơ đồ khối VĐK 89C51 Trang: 10 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I • Sơ đồ chân tín hiệu của 80C51 và 89C51: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 P1.0 -P1.1-P1.2-P1.3-P1.4-P1.5-P1.6-P1.7-RST-(RxD) P3.0-(TxD) P3.1-(/INT0) P3.2-(/INT1) P3.3-(T0) P3.4-(T1) P3.5-(/Wr) P3.6-(/Rd) P3.7-XTAL2-XTAL1-GND-- --Vcc --P0.0 (AD0) --P0.1 (AD1) --P0.2 (AD2) --P0.3 (AD3) Trang: 11 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I --P0.4 (AD4) --P0.5 (AD5) --P0.6 (AD6) --P0.7 (AD7) --/EA/Vpp --ALE/(/PROG) --/PSEN --P2.7 (A15) --P2.6 (A14) --P2.5 (A13) --P2.4 (A12) --P2.3 (A11) --P2.2 (A10) --P2.1 (A9) --P2.0 (A8) Hình 2.5: Sơ đồ chân của vi điều khiển Chức năng của các chân như sau: + Port 0 (chân 32-39) có 2 chức năng: Chức năng IO (xuất /nhập): Dùng cho các thiết kế nhỏ .Tuy nhiên ,khi dung chức năng này thì Port 0 phải dung thêm các điện trở kéo (Pull –up), giá trị của điện trở phụ thuộc vào thành phần kết nói với Port 0 Trang: 12 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Khi dùng làm ngõ ra, Port 0 có thể kéo được 8 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó. Chức năng địa chỉ / dữ liệu đa hợp: khi dùng các thiết kế lớn, đòi hỏi phải sử dụng bộ nhớ ngoài thì Port 0 vừa là bus dữ liệu (8 bit) vừa là bus địa chỉ(8 bit thấp). Ngoài ra khi lập trình cho AT89C51, Port 0 còn dùng để nhận mã khi lập trình và xuất mà khi kiểm tra (quá trình kiểm tra đòi hỏi phải có điện trở kéo lên). + Port1 (chân 1 – 8) chỉ có một chức năng là IO, không dùng cho mục đích khác (chỉ trong 8032/8052/8952 thì dùng thêm P1.0 và P1.1 cho bộ định thời thứ 3). Tại Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài. Port 1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL và còn dùng làm 8 bit địa chỉ thấp trong quá trình lập trình hay kiểm tra. Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được set mức logic 1 trước đó. + Port 2 (chân 21 – 28) là port có 2 chức năng: Chức năng IO (xuất / nhập): có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Chức năng địa chỉ: dùng làm 8 bit địa chỉ cao khi cần bộ nhớ ngoài có địa chỉ16 bit. Khi đó, Port 2 không được dùng cho mục đích IO. Khi dùng làm ngõ vào, Port 2 phải được set mức logic 1 trước đó. Khi lập trình, Port 2 dùng làm 8 bit địa chỉ cao hay một số tín hiệu điều khiển. + Port 3 (chân 10 – 17) là port có 2 chức năng: Chức năng IO: có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 3 phải được set mức logic 1 trước đó. Chức năng khác: mô tả như bảng dưới đây Trang: 13 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Bảng 2.1: Chức năng chân Port 3 Nguồn: Chân 40: VCC = 5V± 20% Chân 20: GND PSEN (Program Store Enable) (chân 29): Cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng đối với các ứng dụng sử dụng ROM ngoài, thường được nối đến chân OC (Out put Control) của ROM đểđọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức logic 0 trong thời gian AT89C51 lấylệnh.Trong quá trình này, PSEN sẽ tích cực 2 lần trong 1 chu kỳ máy. Mã lệnh của chương trình được đọc từ ROM thông qua bus dữ liệu (Port0) và bus địa chỉ (Port0 + Port2). Khi 8951 thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức logic 1. ALE/ PROG (Address Latch Enable / Program) (chân 30): Cho phép tách các đường địa chỉ và dữ liệu tại Port 0 khi truy xuất bộ nhớ ngoài. ALE thường nối với chân Clock của IC chốt (74373,74573). Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và Trang: 14 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Xung này có thể cấm bằng cách set bit 0 của SFR tại địa chỉ 8Eh lên 1. Khi đó, ALE chỉ có tác dụng khi dùng làm ngõ vào xung lập trình cho ROM nội ( PROG ). EA/VPP (External Access) (chân 31): Dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài. Khi nối chân 31 với Vcc, AT89C51 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội (tối đa 8KB),ngượclại thì thực thi từ ROM ngoài (tối đa 64KB). Ngoài ra chân EA được lấy làm chân cấp nguồn 12V lập trình cho ROM. RST (chân 9): Cho phép reset AT89C51 khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức “1” trong ít nhất là 2 chu kỳ máy. X1,X2(Chân 18.19): Ngõ vào và ngõ ra bộ dao động, khi sử dụng có thể chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 là 12Mhz. Hình 2.6: Sơ đồ kết nối thạch anh 2.2.2. LCD • Cấu trúc cơ bản của LCD: + Cấu Tạo: Tính chất quang học của các tinh thể lỏng chúng được sử dụng trong các hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) .Các tinh thể bình thường chúng ở thể rắn với sự định hướng đặc biệt . Tuy nhiên ở đây các thẻ lỏng được cấu trúc từ các tinh thể động. Các tinh thể này có thể điều chỉnh bởi Trang: 15 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I một điện trường đây là một cách để điều khiển chất lỏng thay đổi từ trong suốt đến trạng thái mờ đục(Chắn sáng). Sơ đồ cấu trúc cơ bản của LCD như hình dưới: Hình 2.7: Sơ đồ cấu trúc của LCD + Nguyên Lý: Tinh thể lỏng thì được chứa giữa hai tấm thủy tinh.Các điện cực chúng được làm bay hơi và nắng đọng lên bên trong của các tấm thủy tinh,các điện cực thì được cách li bởi tinh thể lỏng.Các tấm lọc phân cực sáng thì nằm bên ngoài trên tấm thủy tinh.Có thể phụ thuộc vào vị trí của mặt phẳng phân cực ,mà ánh sáng tới đi qua các điện cực có thể lọt qua tế bào hoặc không.Tương ứng với mặt phẳng phân cực, tế bào không được điều khiển xuất hiện hoàn toàn sáng hoặc tối.Ngày nay,hiển thị LCD được chế tạo chủ yếu là sáng khi không có điều khiển.Để hiển thị các hệ thống chữ số hoặc ma Trang: 16 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I trận điểm,thì các điện cực phải được chế tạo theo dạng như vậy. Nếu một điện áp được cung cấp cho các điện cực và một điện trường sẽ được tạo ra giữa các điện cực ,các phân tử của tinh thể lỏng được điều chỉnh .Những ảnh tối tương ứng với hình dạng của điện cực được tạo ra trong trường hợp màn hình hoàn toàn trong suốt ,trong lúc đó những ảnh được tạo ra trong trường hợp màn hình hiển thị ở trạng thái cực mờ(chắn sáng:Ảnh trắng nền đen). Màn hình hiển thị LCD vì vậy không phát sáng, do đó một nguồn sáng bên ngoài thì luôn cần phải có. Với vấn đề chiếu sáng của màn hình LCD ,có 3 cách khác nhau: -Chế độ phản chiếu(Reflective Mode). Trong chế độ này ánh sáng được chiếu tới từ phía trước của màn hình qua các tấm lọc phân cực và điện cực rồi gặp đến gương(Mirror) phản xạ trở lại tạo nguồn sáng xuyên qua màn hình đến mắt người.Trong trường hợp này ánh sáng ban ngày hoặc ánh sáng trong phòng cũng đủ để làm nguồn sáng. -Chế độ xuyên thẳng(Transflective Mode). Trong chế độ này ánh sáng được chiếu từ phía trước và phía sau của màn hình để tăng hiệu quả chiếu sáng. Gương phản xạ được sử dụng ở đây là một lớp bán dẫn trong suốt chỉ cho ánh sáng từ phía sau đi qua và ánh sáng từ phía trước tới. -Chế độ truyền(Transmission Mode). Trong chế độ này ánh sáng được chiếu từ phía saucuar màn hình bằng một nguồn sáng nhân tạo có thẻ là một bóng đèn hoặc LED thậm chí là một miếng phát sáng đặc biệt. Tùy theo nhà sản xuất và loại LCD mà nguồn cung cấp từ 3 đến 15v. Chúng được mô tả như hình vẽ dưới đây: Trang: 17 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Hình 2.8: Các kiểu cấu trúc của màn hình LCD • Chân 1 2 3 4 Chức năng các chân: Tên Chức Năng Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân Vdd này với GND của mạch điều khiển Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối Vee chân này với V =5V của mạch điều khiển cc Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD Chân chọn thanh ghi (Register select). + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - RS read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ Trang: 18 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I liệu DR bên trong LCD. Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân 5 RW R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc. Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt 6 lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E. + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát E hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E. + Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0DB7 khi phát hiện cạnh lên (low- to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp. Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này : 7 14 DB0- + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, DB7 với bit MSB là bit DB7. + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7. 15,16 A,K Đèn của LCD 2.2.3. IC thời gian thực DS1307 • Chức năng các chân: Trang: 19 Trýờng Ðại Học SPKT Hýng yên Khoa Ðiện_Ðiện Tử Ðồ Án Tích Hợp Mức I Hình 2.9: Sơ đồ chân DS1307 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 5V được cung cấp thì thiết bị có thể truy cập hoàn chỉnh và dữ liệu có thể đọc và viết. Khi pin 3V 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. 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. • Một vài thông số kỹ thuật: Trang: 20