Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế mạch đồng hồ cho hệ thống chỉ sử dụng 1 port để giao tiếp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN KHOA KỸ THUẬT MÁY TÍNH BÙI THANH HÙNG 09520119 PHẠM XUÂN SƠN 09520252 THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ CHO HỆ THỐNG CHỈ SỬ DỤNG PORT ĐỂ GIAO TIẾP BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Ngành: Kỹ Thuật Máy Tính MSSV: 09520119 09520252 Lớp: KTMT04 NGƯỜI HƯỚNG DẪN Trưởng phịng kỹ thuật lập trình – điều khiển Đỗ Xuân Triều Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin chân thành cảm ơn anh Đỗ Xuân Triều tận tình hướng dẫn, góp ý động viên chúng em suốt q trình thực tập Cơng Ty Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường ĐH Công Nhệ Thông Tin truyền đạt kiến thức vô quý báu năm vừa qua Em xin gửi lời cám ơn đến quý Công Ty TNHH Tầm Nhìn Thơng Minh cho bọn em có hội thực tập cơng ty để bọn em áp dụng kiến thức học trường vào thực tế Những lời cảm ơn sau xin dành cho ba mẹ, anh chị gia đình hết lòng quan tâm tạo điều kiện cho em hồn thành báo cáo Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! LỜI ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC TẬP Chữ ký,họ tên người đánh giá: MỤC LỤC Mục Lục Mục Lục A Thiết kế mạch Sơ đồ vật lý .7 a) Sơ đồ mạch b) Nguyên lý hoạt động Layout .17 B Test mạch 18 I Lịch làm việc nơi thực tập Thời gian thực tập : từ cuối tháng đến cuối tháng Kết hợp làm việc nhà công ty Mỗi tuần lên công ty ngày để thảo luận làm việc II Giới thiệu cơng ty Smart Vision –Tầm nhìn thơng minh Cơng ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Tầm Nhìn Thơng Minh – SmartVision Tech Ltd Co – nhà cung cấp dịch vụ thiết kế thi công cơng trình nước phục vụ cho giải trí trình độ chun nghiệp với tính thẩm mỹ cao Cơng ty : SMARTVISION TECH CO LTD Địa : 139, Đường D2, P 25, Q Bình Thạnh, Tp HCM Điện thoại : (+84) 0908.327.306 Email : info@smartvision.com.vn Hiện nay, hệ thống giải trí nước SmartVision cung cấp chia thành dịng sản phẩm sau: • Màn nước nghệ thuật • Phun nước nghệ thuật • Trình diễn nhạc nước • Đồng hồ nước Với “Màn nước nghệ thuật” sản phẩm chiến lược, lần thi cơng lắp ráp Việt Nam Ngồi ra, cơng ty đơn vị cung cấp thiết bị chuyên dụng cho hệ thống phun nước bao gồm hệ thống vòi phun, hệ thống điều khiển, máy bơm, đèn led chìm Cơng ty phát triển bền vững sở thân thiện với mơi trường, ln đặt lợi ích khách hàng lên hết với mục tiêu trở thành công ty hàng đầu Việt Nam sản xuất, kinh doanh thiết bị triển khai dịch vụ tự động hố cho ngành cơng nghiệp giải trí Sản xuất đèn trang trí sân vườn, đèn nước SmartVision chuyên sản xuất đèn Led chiếu sáng cho trang trí sân vườn – Đài phun nước Nhận đặt sản xuất đèn theo mẫu khách hàng với chất liệu vỏ Composite – Inox Trình diễn nhạc nước Hệ thống nhạc nước hệ thống biểu diễn nước kết hợp với ánh sáng, trình chiếu âm nhạc với công nghệ tiên tiến – hệ thống giải trí cao cấp bậc • Triển khai cho kiện với quy mô lớn nhỏ • Hệ thống vòi phun, âm & ánh sáng chun nghiệp • Vận hành hồn tồn tự động phù hợp với nhạc Bộ lắp đặt nhạc nước mini cho quán Café nhà hàng, nhà Cung cấp điều khiển nhạc nước cho hồ phun nước mini quán cafe, nhà hàng, khách sạn, hồ phun nước nhà… Đồng hồ nước Hệ thống đồng hồ nước cho phép hiển thị đồng hồ số ký tự số theo thời gian thực, thiết kế nhằm mục đích hiển thị thơng tin nơi tập trung đông người quảng trường, công viên • Hệ thống hiển thị xác theo thời gian thực • Thơng tin hiển thị thay đổi hồn tồn tự động • Thiết kế phối cảnh với tính thẩm mỹ cao III Nội dung nhiệm vụ giao Để phục vụ cho trình thực tập học tập tốt hiểu sâu chuyên ngành ngồi kiến thức sách cần có ứng dụng vào thực tế Trên sở chúng em nhận nhiệm vụ tìm hiểu thiết kế sản phẩm THIẾT KẾ MẠCH ĐỒNG HỒ CHO HỆ THỐNG CHỈ SỬ DỤNG PORT ĐỂ GIAO TIẾP dùng vi điều khiển AVR ATMEL Có khả điều chỉnh thay đổi thời gian Vì cơng việc bao gồm : • Thiết kê mạch – sơ đồ vật lý • Test mạch IV Nội dung công việc kết đạt A Thiết kế mạch Sơ đồ vật lý a) Sơ đồ mạch Khối vi điều khiển Khối nguồn Khối ds1307 Khối 74HC595 LED b) Nguyên lý hoạt động • Nguyên lý hoạt động linh kiện • IC thời gian thực DS1307 a) Giới thiệu chung DS1307: IC thời gian thực họ vi điều khiển hãng dalat DS1307 có số đặc trưng sau: - DS1307 IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ dùng để cập nhật thời gian ngày tháng - SRAM :56bytes - Địa liệu truyền nối tiệp qua đường bus chiều - DS1307 có mơt mạch cảm biến điện áp dùng để dò điện áp lỗi tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp 3V: + DS1307 có byte liệu nằm từ địa 0x00 tới 0x06, byte điểukhiển, 56 byte lưu trữ ( dành cho người sủ dụng ) + Khi xử lý liệu từ DS1307, họ tự chuyển cho ta dạng số BCD, ví dụ ta đọc liệu từ địa 0x04 (tưong ứng với Day- ngày tháng) 0x05 (tháng) 0x15, 0x11 + Lưu ý đến vai trò chân SQW/OUT Đây chân cho xung DS1307 có chế độ 1Hz, 4.096HZ, 8.192Hz, 32.768Hz chế độ đuợc quy định bít ghi Control Register (địa 0x07 ) + Địa DS1307là 0xD0 - Cơ chế hoạt động : DS1307 hoạt động với vai trò slave đường bus nối tiếp.Việc truy cập thi hành với thị start mã thiết bị định cung cấp địa ghi Tiếp theo ghi truy cập liên tục đến thị stop đươc thực thi b) Cơ chế hoạt động chức 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 driver DS1307 IC thời gian thực với nguồn cung cấp nhỏ, dùng để cập nhật thời gian ngày tháng với 56 bytes SRAM Địa liệu truyền nối tiếp qua đường bus chiều Nó cung cấp thông tin giờ,phút,giây ,thứ,ngày ,tháng, năm.Ngày cuối tháng tự động điều chỉnh với tháng nhỏ 31 ngày,bao gồm việc tự động nhảy năm Đồng hồ hoạt động dạng 24h 12h với thị AM/PM DS1307 có mạch cảm biến điện áp dùng để dò điện áp lỗi tự động đóng ngắt với nguồn pin cung cấp DS 1307 hoạt động với vai trò slave đường bus nối tiếp Việc truy cập thi hành với thị START mã thiết bị định cung cấp địa ghi Tiếp theo ghi truy cập liên tục đến thị STOP thực thi Mô tả hoạt động chân: - Vcc,GND: nguồn chiều cung cấp tới chân Vcc đầu vào 5V Khi 5V cung cấp thiết bị truy cập hồn chỉnh liệu đọc viết Khi pin V nối tới thiết bị Vcc nhỏ 1,25Vbat q trình đọc viết khơng thực thi,tuy nhiên chức timekeeping không bị ảnh hưởng điện áp vào thấp Khi Vcc nhỏ Vbat RAM timekeeper ngắt tới nguồn cung cấp (thường nguồn chiều 3V) - Vbat: Đầu vào pin cho chuẩn pin 3V Điện áp pin phải giữ khoảng từ 2,5 đến 3V để đảm bảo cho hoạt động thiết bị - SCL(serial clock input): SCL sử dụng để đồng chuyển liệu đường dây nối tiếp - SDA(serial data input/out): chân vào cho đường dây nối tiếp Chân SDA thiết kế theo kiểu cực máng hở , địi hỏi phải có điện trở kéo hoạt động - SQW/OUT(square wave/output driver)- kích hoạt bit SQWE đượcthiết lập chân SQW/OUT phát tần số (1Hz,4kHz,8kHz,32kHz) Chân thiết kế theo kiểu cực máng hở cần có điện trở kéo Chân nàysẽ hoạt động Vcc Vbat cấp - X1,X2: nối với thạch anh tần số 32,768kHz Là mạch tạo dao động ngồi, để hoạt động ổn định phải nối thêm tụ 33pF Cũng có DS1307 với tạo dao động tần số 32,768kHz, với cấu hình chân X1 nối vào tín hiệu dao động cịn chân X2 để hở Sơ đồ địa RAM RTC Thông tin thời gian ngày tháng lấy cách đọc byte ghi thích hợp thời gian ngày tháng thiết lập thông qua byte ghi cách viết vào giá trị thích hợp nội dung ghi dạng mã BCD(binary coded decreaseimal) Bit ghi seconds bit clock halt(CH),khi bit thiết lập dao động disable, xố dao động enable Chú ý: enable dao động suốt trình cấu hình thiết lập (CH=0).Thanh ghi thời gian thực mô tả sau: DS1307 chạy chế độ 24h 12h Bit thứ ghi hours bit chọn chế độ 24h 12h bit mức cao chế độ 12h chọn chế độ 12h bit bit AM/PM với mức cao là PM chế độ 24h bit bit 20h(từ 20h đến 23h) • LED 7thanh: Led bao gồm nhiều loại led tích hợp bên led nối chung chân Trong thực tế có loại led loại anot chung loại katot chung Trong chương trình sử dụng loại anot chung , led có chung chân nguồn (chân dương) chân cịn lại a,b,c,d,e,f,g led nối đất led sáng • IC ghi dịch 74HC595 a Chức : Là ic ghi dịch 8bit kết hợp chốt liệu , đầu vào nối tiếp đầu song song Chức năng: Thường dùng mạch quét led , led matrix …để tiết kiệm số chân VDK tối đa (3 chân) Có thể mở rộng số chân vi điều khiển tùy thích mà khơng ic làm việc mắc nối tiếp đầu vào liệu ic với b Sơ đồ chân: Sơ đồ hoạt động chip : • Nút nhấn Sử dụng loại nút nhấn chân • Thạch anh cho DS1307 Thạch anh loại 32.768kHz • Pin 3V cho DS1307 Pin Lithium Panasonic CR-2032 • Nguyên lý hoạt động toàn mạch Dữ liệu thời gian đưa từ khối DS1307 vào vi điều khiển từ đưa ghi dịch 74HC595 hiển thị lên led Sử dụng nút nhấn để thiết lập thời gian Giao tiếp Vi điều khiển DS1307 sử dụng chuẩn giao tiếp I2C • Giới thiệu chuẩn giao tiếp I2C TWI (Two-Wire Serial Intereafce) module truyền thông nối tiếp đồng chip AVR dựa chuẩn truyền thông I2C I2C viết tắc từ InterIntegrated Circuit chuẩn truyền thông hãng điện tử Philips Semiconductor sáng lập xây dựng thành chuẩn năm 1990 Phiên I2C V3.0 phát hành năm 2007 TWI (I2C) truyền thông nối tiếp đa chip chủ (multi-master serial computer bus) Khái niệm “multi-master” hiểu bus có nhiều thiết bị làm Master, đồng thời Slave trở thành Master có khả Ví dụ mạng TWI nhiều AVR kết nối với nhau, AVR trở thành Master thời điểm Tuy nhiên mạng dùng AVR điều khiển chip nhớ (như EEPROM AT24C1024 chẳng hạn) khái niệm “multi-master” khơng tồn chip nhớ thiết kế sẵn Slave, khơng có khả trở thành master TWI (I2C) thực đường SDA (Serial DATA) SCL (Serial Clock) SDA đường truyền/nhận liệu SCL đường xung nhịp Căn theo chuẩn I2C, đường SDA SCL thiết bị có cấu hình “cực góp mở” (open-drain open-collector), nghĩa cần có “điện trở kéo lên” (pull-up resistor) cho đường Ở trạng thái nghỉ (Idle), chân SDA SCL mức cao Hình mơ tả mơ hình mạng TWI (I2C) Hình Mạng TWI (I2C) với nhiều thiết bị điện trở kéo lên cho SDA, SCL Tiếp theo tìm hiểu số khái niệm đặc điểm TWI Các khái niệm đặc điểm đề cập dùng cho TWI I2C, có khác biệt tơi giải thích thêm Master: chip khởi động trình truyền nhận, phát địa thiết bị cần giao tiếp tạo xung giữ nhịp đường SCL Slave: chip có địa cố định, gọi Master phục vụ yêu cầu từ Master SDA- Serial Data: đường liệu nối tiếp, tất thông tin địa hay liệu truyền đường theo thứ tự bit Chú ý chuẩn I2C, bit có trọng số lớn (MSB) truyền trước nhất, đặc điểm ngược lại với chuẩn UART SCL –Serial Clock: đường giữ nhịp nối tiếp TWI (I2C) chuần truyền thông nối tiếp đồng bộ, cần có đường tạo xung giữ nhịp cho q trình truyền/nhận, xung đường giữ nhịp SCL, bit liệu đường SDA lấy mẫu (sample) Dữ liệu nối tiếp đường SDA lấy mẫu đường SCL mức cao chu kỳ giữ nhịp, đường SDA khơng đổi trạng thái SCL mức cao (trừ START STOP condition) Chân SDA đổi trạng thái SCL mức thấp START Condition-Điều kiện bắt đầu: từ trạng thái nghỉ, SDA SCL mức cao Master muốn thực “cuộc gọi”, Master kéo chân SDA xuống thấp SCL cao Trạng thái gọi START Condition (chúng ta gọi tắt S) STOP Condition-Điều kiện kết thúc: sau thực truyền/nhận liệu, Master muốn kết thúc q trình tạo STOP condition STOP condition Master thực cách kéo chân SDA lên cao đường SCL mức cao STOP condition tạo sau địa liệu truyền/nhận REPEAT START – Bắt đầu lặp lại : khoảng START STOP condition khoảng bận đường truyền, Master khác không tác động vào đường truyền khoảng Trường hợp sau kết thúc truyền/nhận mà Master không gởi STOP condition lại gởi thêm START condition gọi REPEAT START Khả thường dùng Master muốn lấy liệu liên tiếp từ Slaves Hình bên mơ tả Master tạo START, STOP REPEAT START Address Packet Format – Định dạng gói địa : mạng TWI (I2C), tất thiết bị (chip) Master hay Slave Mỗi thiết bị có địa cố định gọi Device address Khi Master muốn giao tiếp với Slave đó, trước hết tạo START condition gởi địa Device address Slave cần giao tiếp đường truyền, xuất khái niệm “gói địa chỉ” (Address Packet) Gói địa TWI (I2C) có định dạng bits bit đầu (gọi SLA, gởi liền sau START condition) chứa địa Slave, bit READ/WRITE bit ACKAckknowledge (xác nhận) Do bit địa có độ dài bits nên mặt lý thuyết, mạng TWI (I2C) tồn tối đa 2^7=128 thiết bị có địa riêng biệt Tuy nhiên, có số địa khơng sử dụng địa có định dạng 1111xxx (tức địa lớn 120 không dùng) Riêng địa dùng cho “cuộc gọi chung” (General call) Bit READ/WRITE (R/W) truyền tiếp sau bit địa bit báo cho Slave biết Master muốn “đọc” hay “ghi” vào Slave Nếu bit (gọi W) trình “Ghi” liệu từ Master đến Slave yêu cầu, bit (gọi R) Master muốn “đọc” liệu từ Slave Tám bits (SLA+R/W) Master phát sau phát START condition, Slave mạng nhận địa mà Master yêu cầu trùng khớp với Device address mình, “đáp trả” lại Master cách phát tín hiệu “xác nhận” ACK cách kéo chân SDA xuống thấp xung thứ Ngược lại, khơng có Slave đáp ứng lại, chân SDA mức cao xung giữ nhịp thứ gọi tín hiệu “khơng xác nhận” – NOT ACK, lúc Master cần có ứng xử phù hợp tùy theo trường hợp cụ thể, ví dụ Master gởi STOP condition sau phát lại địa Slave khác…Như vậy, bit gói địa có bit gởi Master, bit cịn lại Slave Ví dụ Master muốn yêu cầu “đọc” liệu từ Slave có địa 43, cần phát byte sau đường truyền: (43