Thiết kế mạch đồng hồ số sử dụng vi điều khiển AT89C51

86 1.1K 2
Thiết kế mạch đồng hồ số sử dụng vi điều khiển AT89C51

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin cảm ơn thầy giáo ThS Vũ Văn Diện, người hết lòng hướng dẫn ủng hộ tinh thần cho em định hướng cho em phương pháp lập trình cung cấp tài liệu tham khảo, để em hồn thành tốt đề tài đồ án Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giảng dạy em suốt trình học tập trường, đặc biệt thầy, cô giảng viên môn Truyền Thông Và Mạng Máy Tính – Khoa Cơng Nghệ Thơng Tin – Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông – ĐH Thái Nguyên Xin cảm ơn bạn nhiệt tình giúp đỡ tơi nhiều tài liệu kiến thức liên quan để tơi hồn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Dương Văn Miêu LỜI CAM ĐOAN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp thời gian quy định đáp ứng yêu cầu đề ra, em cố gắng tìm hiểu, học hỏi, tích lũy kiến thức học Em có tham khảo số tài liệu nêu phần “Tài liệu tham khảo” không chép nội dung từ đồ án khác Em xin cam đoan lời khai đúng, thông tin sai lệch em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Sinh viên Dương Văn Miêu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Tổng quan 8051 1.1.1 Giới thiệu vi điều khiển AT89C51 1.1.2 Cấu trúc bên vi điều khiển 17 1.1.3 Ram chức ghi đặc biệt 18 1.2 Giới thiệu IC thời gian thực RTC (Real Time Clock ) DS1307 24 1.2.1 Giới thiệu chung DS1307 24 1.2.2 Cơ chế hoạt động chức chân củaDS1307 26 1.2.3 Sơ đồ địa RAM RTC 27 1.3 KHẢO SÁT LCD 16x2 33 1.3.1 Gới thiệu chung LCD 16x2 33 1.3.2 Chức chân LCD 16x2 33 1.3.3 Bảng tập lệnh LCD 35 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH MÔ PHỎNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 36 2.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế mô proteus 36 2.1.1 Giới thiệu 36 2.1.2 Các thao tác 37 2.1.3 Cách vẽ mạch in 43 2.2 Thiết kế mạch mô proteus 47 2.2.1 Khối nguồn 47 2.2.2 Khối điều khiển trung tâm 48 2.2.3 Khối tạo thời gian thực 49 2.2.4 Khối hiển thị 49 2.2.5 Khối giao tiếp phím bấm 50 2.2.6 Mạch mô 51 2.2.7 Lưu đồ thuật toán 52 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH IN VÀ THI CÔNG MẠCH THẬT 54 3.1 Thiết kế mạch in 54 3.2 Thi công mạch thật 55 3.2.1 Lựa chọn linh kiện 55 3.2.2 Thi công mạch 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ khối AT89C51 10 Hình1.2 Sơ đồ chân AT89C51 11 Hình 1.3 Mạch reset tác động tay tự động reset khởi động máy 13 Hình 1.4 Xung clock 14 Hình 1.5 Tổ chức nhớ 17 Hình 1.6 Truy xuất nhớ mã 21 Hình 1.7 Truy xuất nhớ liệu 22 Hình 1.8 Sự giải mã địa 23 Hình 1.9 Manual Reset 23 Hình 1.10 IC thời gian thực DS1307 25 Hình 1.11 Chân IC thời gian thực DS1307 26 Hình 1.12 Sơ đồ khối DS1307 27 Hình 1.13 Sơ đồ địa RAM RTC DS1307 27 Hình 1.14 Tổ chức ghi thời gian 28 Hình 1.15 Số BCD 29 Hình 1.16 LCD 16x2 33 Hình 2.1 Khởi động chương trình Proteus 36 Hình 2.2 Giao diện chương trình Proteus 37 Hình 2.3 Thanh cơng cụ 37 Hình 2.4 Sử dụng linh kiện 38 Hình 2.5 Các nút mô 39 Hình 2.6 Thêm linh kiện từ thư viện 39 Hình 2.7 Cửa sổ lấy linh kiện 40 Hình 2.8 Mở thư viện ISIS 41 Hình 2.9 Lấy linh kiện từ thư viện ISIS 41 Hình 2.10 Chọn linh kiện để vẽ mạch 42 Hình 2.11 Xác định đầu nối dây dẫn 42 Hình 2.12 Nối dây dẫn 43 Hình 2.13 Vẽ mạch in 43 Hình 2.14 Định dạng đường bao bo mạch 44 Hình 2.15 Chọn chế độ vẽ mạch Auto 45 Hình 2.16 Cửa sổ Autorouter 45 Hình 2.17 Chỉnh sửa thơng số mạch 46 Hình 2.18 Sơ đồ khối tổng quát 47 Hình 2.19 Khối nguồn 48 Hình 2.20 Khối điều khiển trung tâm 48 Hình 2.21 Khối tạo thời gian thực 49 Hình 2.22 Khối hiển thị 50 Hình 2.23 Khối giao tiếp phím bấm 51 Hình 2.24 Mạch mô 51 Hình 2.25 Lưu đồ thuật toán 52 Hình 3.1 Mạch in 54 Hình 3.2 Mạch in 3D 55 Hình 3.3 IC ổn áp 7805 56 Hình 3.4 Tụ điện 57 Hình 3.5 Hình dạng điện trở thiết bị điện tử 57 Hình 3.6 Nút bấm button 57 Hình 3.7 Biến trở 58 Hình 3.8 Thạch anh 58 Hình 3.9 Pin CMOS 58 Hình 3.10 Mạch in giấy 59 Hình 3.11 Bo mạch đồng 59 Hình 3.12 Mạch thực tế (mặt trước) 60 Hình 3.13 Mạch thực tế (mặt sau) 61 LỜI MỞ ĐẦU Ngày kĩ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Vi điều khiển ngày ứng dụng rộng rãi, từ dây truyền sản xuất lớn đến thiết bị gia dụng thấy diện vi điều khiển Vi điều khiển góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp phần to lớn vào phát triển thơng tin Đó đời hàng loạt thiết bị viễn thông truyền hình đại, đặc biệt góp phần đưa người lên đỉnh cao văn minh nhân loại Do vậy, việc tìm hiểu vi điều khiển 8051 ứng dụng nhiều người quan tâm Vì thế, em lựa chọn đề tài: “Thiết kế mạch đồng hồ số sử dụng vi điều khiển AT89C51.” với hướng dẫn thầy giáo ThS Vũ Văn Diện Em xin chân cảm ơn giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo ThS Vũ Văn Diện thầy cô giáo mơn giúp đỡ em hồn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Tổng quan 8051 Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu vi điều khiển gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM, 4K byte ROM chip, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (độ rộng bit) vào – tất đặt chip Vi điều khiển 8051 xử lý bit có nghĩa CPU làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit chia thành dự liệu bit để xử lý Vi điều khiển 8051 trở lên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến thể 8051, điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng ROM chip khác Mặc dù có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lượng nhớ ROM chip, tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh, điều có nghĩa viết chương trình cho phiên 8051 chạy với phiên khác mà khơng phân biệt sản xuất từ hãng MCS-51 họ IC vi điều khiển hãng Intel sản xuất Các IC tiêu biểu cho họ 8051 8031 Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho ứng dụng điều khiển Việc xử lý Byte toán số học cấu trúc liệu nhỏ thực nhiều chế độ truy xuất liệu nhanh RAM nội Tập lệnh cung cấp bảng tiện dụng lệnh số học Bit gồm lệnh nhân lệnh chia Nó cung cấp hỗ trợ mở rộng Chip dùng cho biến Bit kiểu liệu riêng biệt cho phép quản lý kiểm tra Bit trực tiếp điều khiển hệ thống logic đòi hỏi xử lý luận lý 1.1.1 Giới thiệu vi điều khiển AT89C51 AT89C51 cung cấp đặc tính chuẩn sau: KB nhớ đọc xóa lập trình nhanh (EPROM), 128 Byte RAM, 32 đường I/O, TIMER/COUNTER 16 Bit, vectơ ngắt có cấu trúc mức ngắt, Port nối tiếp bán song công, mạch dao động tạo xung Clock dao động ON-CHIP Thêm vào đó, AT89C51 thiết kế với logic tĩnh cho hoạt động đến mức khơng tần số hỗ trợ hai phần mềm lựa chọn chế độ tiết kiệm công suất, chế độ chờ (IDLE MODE) dừng CPU cho phép RAM, timer/counter, port nối tiếp hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ giảm công suất lưu nội dung RAM treo dao động làm khả hoạt động tất chức khác Reset hệ thống  Các đặc điểm AT89C51 đượctóm tắt sau  KB nhớ lập trình lại nhanh, có khả tới 1000 chu kỳ ghi xoá  Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz  mức khóa nhớ lập trình  Timer/counter 16 Bit  128 Byte RAM nội  Port xuất /nhập I/O bit  Giao tiếp nối tiếp  64 KB vùng nhớ mã  64 KB vùng nhớ liệu ngoại  Xử lý Boolean (hoạt động bit đơn)  210 vị trí nhớ định vị bit  μs cho hoạt động nhân chia  10 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH IN VÀ THI CÔNG MẠCH THẬT 3.1 Thiết kế mạch in  Vẽ mạch in phần mềm proteus Hình 3.1 Mạch in Cách vẽ mạch in hướng dẫn (Chương 2, Mục 2.1.3)Sau vẽ mạch xong, xuất mạch file.pdf in mạch giấy, dùng giấy thuốc, giấy 72 decal, giấy thủ công để in mạch 73  Mạch in 3D Hình 3.2 Mạch in 3D - Có thể chuển độ độ xem mạch in sang xem 3D nhờ vào công cụ Visualizer công cụ 74 3.2 Thi công mạch thật 3.2.1 Lựa chọn linh kiện  Các linh kiện chọn để thi công mạch thật - Vi điều khiển AT89C51: Lấy liệu từ khối thời gian thực DS1307, lưu trữ liệu đưa khối hiển thị - IC thời gian thực DS1307: Lưu trữ thời gian thực, thời gian cài đặt - LCD 16x2: Lấy tín hiệu từ vi điều khiển, thực giao tiếp với vi điều khiển để hiển thị ngày - IC ổn áp 7805: Với mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, với xx điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, minh họa cho IC ổn áp 7805: Hình 3.3 IC ổn áp 7805 Sơ đồ phía IC 7805 có chân: * Chân số chân IN 75 * Chân số chân GND * Chân số chân OUT Ngõ OUT ổn định 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch dùng để bảo vệ mạch điện hoạt động điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động điện áp này) Nếu nguồn điện có cố đột ngột: điện áp tăng cao mạch điện hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 giữ điện áp ngõ OUT 5V không đổi Mạch lấy nguồn chiều từ máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN Khi kết nối mạch điện, nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính nguồn cung cấp đấu nối vào mạch, trường hợp dễ ảnh hưởng đến linh kiện board mạch Vì lí diode lắp thêm vào mạch, diode đảm bảo cực tính nguồn cấp cho mạch theo chiều nhất, nguời dùng khơng cần quan tâm đến cực tính nguồn nối vào ngõ IN - Tụ điện: Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sử dụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động Tụ gốm Tụ hóa 76 Hình 3.4 Tụ điện - Điện trở: Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Hình 3.5 Hình dạng điện trở thiết bị điện tử - Nút bấm button: Trong mạch ta sử dụng nút bấm để điều khiển menu, tăng, giảm cho việc cài đặt giờ, ngày,tháng, năm Nút bấm Hình 3.6 Nút bấm button 77 - Biến trở: Trong mạch ta sử dụng biến trở 10k để điểu chỉnh độ tương phản LCD Hình 3.7 Biến trở - Thạch anh: Trong mạch ta sử dụng hai thạch anh, loại 12Mhz để tạo dao động cho AT89C51, loại 32,768 Mhz để tạo dao động cho DS1307 Thạch anh 12 Mhz Thạch anh 32,768 Mhz Hình 3.8 Thạch anh - Pin CMOS 3V: Ta sử dụng đế pin CMOS 3V để làm nguồn nuôi cho DS1307 để lưu điện nguồn cung cấp cho mạch 78 Hình 3.9 Pin CMOS 79 3.2.2 Thi công mạch  In mạch giấy, dùng giấy thuốc, giấy decal, giấy thủ cơng Hình 3.10 Mạch in giấy  Đo kích thước bo đồng, cắt bo, ủi bo, ngâm nước lạnh khoảng 10 phút để giấy bong ra, ngâm mạch vào bột sắt, ngâm xongđem rửa vòi nước sạch.Khoan lỗ hàn linh kiệntrên bo mạch đồng 80 Hình 3.11 Bo mạch đồng  Mạch thực tế 81 Hình 3.12 Mạch thực tế (mặt trước) 82 Hình 3.13 Mạch thực tế (mặt sau) - Cách sử dụng: Nạp chương trình cho mạch thật, thời gian thực vi điều khiển trung tâm lấy từ IC DS1307 hiển thị lên LCD,sử dụng nút bấm để điều khiển menu, tăng, giảm cho việc cài đặt giờ, ngày,tháng, năm, hiển thị lên LCD 83 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau thực việc ta mạch điều khiển, kết nối với hiển thị LCD mạch đồng hồ số hoàn chỉnh chạy theo chương trình nạp vào vi điều khiển Kết hoạt động theo yêu cầu đề tài  Hiển thị thời gian:ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây  Điều chỉnh thay đổi thời gian  Đảm bảo thời gian sau điện Qua trình tìm hiểu đề tài, em nắm điều tảng chip vi xử lí AT89C51, giao tiếp I2C, IC thời gian thực RTC DS1307 Cuốn báo cáo xây dựng cách chi tiết đầy đủ nội dung lý thuyết phần thiết kế giải toàn nội dung đề cương đăng ký Tuy nhiên ứng dụng hạn chế, phát triển quy mô nhỏ chưa vận dụng vào hệ thống bật, Tiếp theo có hội em tìm hiểu thêm dòng chip 8051 xây dựng chương trình hay có ứng dụng thực tiễn cao Để hồn thành cơng việc em xin gửi lời cảm ơn đến giúp đỡ thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Vũ Văn Diện tận tình hướng dẫn vàgiúp đỡ em hoàn thành đề tài Hướng phát triển Có thể thay cơng cụ hiển thị LCD led đoạn Có thể mở rộng hệ thống công nghiệp, dùng để đo tốc độ động cơng ty xí nghiệp Mở rộng phạm vi ứng dụng như: điều khiển, ổn định tốc độ động có hiển thị, thay cho cơng tơ mét học phương tiên giao thông… 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Ths Phạm Xuân Khánh, Giáo trình kỹ thuật xung-số, Nhà xuất giáo dục, 2007  ThS Trần Thị Thúy Hà, Giáo trình điện tử số, Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng,2006  I Scott MacKenzie, “The 8051 Microcontroller”,2nd Edition, PrenticeHall, 1995  Website:  www.diendandientu.com  www.dientuvietnam.net  www.alldatasheet.com  85 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 86 ... ngành kỹ thuật dân dụng Vi điều khiển ngày ứng dụng rộng rãi, từ dây truyền sản xuất lớn đến thiết bị gia dụng thấy diện vi điều khiển Vi điều khiển khơng góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp... THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.1 Tổng quan 8051 1.1.1 Giới thiệu vi điều khiển AT89C51 1.1.2 Cấu trúc bên vi điều khiển ... điều khiển 8051 ứng dụng nhiều người quan tâm Vì thế, em lựa chọn đề tài: ? ?Thiết kế mạch đồng hồ số sử dụng vi điều khiển AT89C51. ” với hướng dẫn thầy giáo ThS Vũ Văn Diện Em xin chân cảm ơn giúp

Ngày đăng: 08/12/2016, 17:14

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan