Đề tài Thiết kế và hoàn chỉnh một đồng hồ kim hiển thị bằng Led đơn

LÔØI NOÙI ÑAÀU “Thời gian là vàng là bạc Thời gian không chờ một ai” Câu nói trên thật đúng,nhất là trong thế kỷ 21 này.Một thế kỷ 21,với những con người năng động sáng tạo.Họ không chờ đợi những gì người khác mang đến,mà luôn chủ động,tìm kiếm và tạo ra nó. Thế nhưng để được chủ động,được sáng tạo,được thiết kế và tìm tòi những cái hay những cái mới thì tất cả chúng ta ai ai cũng cần phải học.Học để hiểu,học để biết,học để làm người,học để sáng tạo và có ích cho xã hội.Để đạt được những điều trên,tất cả chúng ta không ai phủ nhận vai trò của người Thầy.Thầy là một kho tàng tri thức ,một thế giới với những điều mới lạ.Thầy là người hướng dẫn,diều dắt biết bao nhiêu thế hệ học sinh.Vai trò quan trọng của người Thầy bây giờ,hiện tại và tương lai tiếp tục được ghi nhận.Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các quý Thầy Cô đã giảng dạy tôi trong suốt quá trình học tập tại trường.Đặc biệt tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Nguyên Bảo Trân.Chính Thầy đã khích lệ tôi hoàn thành tốt đồ án môn học này.Tôi xin chân thành cảm ơn của Thầy. TP.Hồ Chí Minh,ngày …..tháng …..năm 2009. NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp,Hồ Chí Minh,ngày …..tháng …..năm 2009. Th.s TRẦN NGUYÊN BẢO TRÂN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN CHỮ KÝ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp,Hồ Chí Minh, ngày ……tháng …..năm 2009. MỤC LỤC Lời mở đầu trang 1 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn trang 2 Nhận xét của giáo viên phản biện trang 3 Mục lục trang 4 Tổng quan về đề tài trang 5 Đặt vấn đề trang 5 Chọn phương án thiết kế trang 5 – trang 6 Mục đích của đề tài trang 6 Sơ đồ khối trang 7 Lý thuyết thiết kế trang 8 Khối nguồn trang 8 Khối vi xử lý trang 9 – trang 17 Nguyên lý hoạt động trang 18- trang 19 Thiết kế các khối trong hệ thống trang 20 Khối nguồn –khối vi xử lý trang 20 Khối sử dụng IC 62783 để sử dụng cho LED đơn trang 21 Khối điều khiển Giờ-Phút-Giây trang 22-trang 24 Sơ đồ layout toàn mạch trang 25 Lưu đồ hoạt động trang 26 Chương trình hoạt động trang 27-trang 28 Mô hình hoạt động trang 29-trang 30 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong thời đại công nghiệp hóa –hiện đại hóa hiện nay,cùng với sự phát triển vượt bậc của xã hội,và sự tân tiến của các thiết bị khoa học kỹ thuật tự động,các thiết bị có thể hoạt động rất tốt mà không cần sự tác động trực tiếp của con người.Nó giúp chúng ta tiết kiệm được chi phí,thời gian và giải phóng sức lao động cho con người. Dựa vào yếu tố đó tôi đã tìm hiểu và suy nghĩ rằng giờ giấc là một phần quan trọng trong cuộc sống của con người và đó là gì ? Thưa đó chính là đồng hồ,đồng hồ giúp chúng ta nhận biết được giờ giấc,thời gian làm việc được tốt hơn.Đồng hồ là một thiết bị trong xã hội chúng ta mà hầu hết ai cũng cần có và cần phải sử dụng nó,có rất nhiều loại với nhiều giá cả khác nhau.Từ ý tưởng đó tôi đã suy nghĩ: “Tại sao mình không làm đồng hồ sử dụng bằng điện thay vì mình sử dụng bằng pin,kim đồng hồ bằng kim loại mình thay vào đó là bằng Led đơn hiển thị,số hiển thị thì mình sử dụng bằng led 7 đoạn ? ”.Sau khi trình bày ý tưởng và được sự khích lệ của Thầy Trần Nguyên Bảo Trân, tôi đã mạnh dạn bắt tay vào và tìm hiểu về vấn đề nguyên lý hoạt động và tạo một mô hình đồng hồ hiển thị kim đồng hồ bằng Led đơn.. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: Để thiết kế và hoàn chỉnh một đồng hồ kim hiển thị bằng led đơn,gồm các quá trình như sau: ● Khối vi xử lý là bộ xử lý trung tâm,dùng IC 89V51RB2 để điều khiển và xuất các port 0 và port 3 . ● Khối điều khiển sử dụng IC số điều khiển kim giờ,phút,giây và xử lý tín hiệu xuất từ bộ xử lý,sử dụng IC 4017, IC 7408, IC 4072 được tích bên trong là các cổng opamp . ● Khối nâng dòng sử dụng cho LED được sử dụng IC 62783 để hiển thị. ● Khối hiển thị số được sử dụng là Led 7 đoạn được cấp nguồn trực tiếp vào để hiển thị . ● Khối nguồn được sử dụng là 2 mức áp: 5vol cấp cho vi xử lý,10 vol cấp cho bộ khuếch đại led đơn để hiển thị kim đồng hồ, sử dụng Adaptor 10 vol với dòng 800 mA. ● Mô hình thực tế của đồng hồ . a.Ưu điểm : - Thiết kế hiển thị bằng Led đơn thấy rất đẹp. - Dùng để trang trí - Có thể chỉnh giờ, phút theo ý muốn b. Khuyết điểm: - Kết nối các Led đơn với nhau rất khó vì khoảng cách giữa các Led rất gần nhau . - Dễ bị nhiễu khi đóng cắt nguồn liên tục . - Tốn rất nhiều Led đơn. - Chi phí cao hơn . - Vì đồng hồ sử dụng bằng điện nên khi mất điện thì đồng hồ sẽ không hoạt động và khi có điện lại ta phải chỉnh giờ lại và cập nhật giờ như bình thường . c. Hướng phát triển đề tài: Có thể sử dụng thêm khối RTC DS12887 kết nối với VĐK để có thể lưu giờ khi trường hợp mất điện 1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI : Trong đề tài này tôi thực hiện rất nhiều IC và rất nhiều Led đơn ,sử dụng nút nhấn chỉnh phút, nút chỉnh giờ,và nút reset . Chí phí giá thành cao Tạo mô hình khi sử dụng hiển thị kim bằng led đơn thấy rất đẹp. Có thể treo đồng hồ sử dụng như đồng hồ bình thường nếu được cấp điện liên tục. SƠ ĐỒ KHỐI : KHỐI NGUỒN KHỐI VI XỬ LÝ TẠO XUNG 1HZ KHỐI NÂNG DÒNG CHO LED (IC 2981 = IC 62783) KHỐI HIỂN THỊ SỐ DÙNG LED 7 ĐOẠN CHƯƠNG II LÝ THUYẾT THIẾT KẾ GIỚI THIỆU CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG : KHỐI NGUỒN: Khối nguồn có nhiệm vụ cấp nguồn cho các khối trong mạch ,nguồn có ảnh hưởng quan trọng cho toàn mạch,phải cấp đủ áp và đủ dòng để sử dụng cho toàn bộ Led đơn và Led 7 đoạn . Nguồn sử dụng là Adaptor 10 vol AC – 800 mA cấp cho mạch và chỉnh lưu áp - 5 vol DC cấp cho vi xử lý - 10 vol DC cấp cho toàn bộ Led hiển thị. a. Giới thiệu các chân linh kiện trong khối nguồn: Hình dạng Adaptor 10 vol AC : Hình dạng IC 7805: chân 1 : điện áp vào chân 2 : chân mass chân 3 : chân ngỏ ra Lưu ý: chân 2 rất quan trọng ,vì trong việc hàn mạch nếu hàn không kỹ sẽ làm ảnh hưởng đến toàn mạch áp sẽ tăng vọt lên làm ảnh hưởng vi xử lý. Cấu trúc bên trong IC 7805: b. Các mức áp được tạo ra : - Ngỏ vào sử dụng áp 220 VAC tạo ra 10 VAC – 800 mA. - Ngỏ ra mức áp là 5 VDC – 10 VDC. 2.1.2 KHỐI VI XỬ LÝ: a. Giới thiệu IC 89C51: MCS51 là một họ IC vi điều khiển (Microcontroler) do hãng intel sản xuất.Các IC tiêu biểu cho họ MCS51 là 8051 và 8031.Đặt vi điều khiển 8951 được sản xuất gần đây mang các đặt điểm sau : 4KB EEPROM 128 Bye RAM 4 port I/O (input/output) 2 bộ định thời (timer) 16 bit Giao tiếp nối tiếp 64 KB không gian bộ nhớ chương trình mở rộng . Một bộ xử lý luận lý ( thao tác trên các bít đơn ) 210 bit được địa chỉ hóa Bộ nhân chia 4 µs ● Cấu trúc hệ thống của 89C51: TXD* RXD* T1* T2* P0 P1 P2 P3 INT\*1 INT\*0 TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp EA\ RST PSEN ALE Các thanh ghi khác 128 byte Ram Rom 4K-8051 OK-8031 Timer1 Timer2 Điều khiển ngắt Ñieàu khieån bus CPU Port noái tieáp Caùc port I\O Taïo dao ñoäng ● Hệ thống giao tiếp port: - Port 0: là một port có 2 chức năng trên các chân 32-39( hãy nhớ rằng trên các chân này chưa có điện trở kéo dương ,do đó khi cần chúng ta phải nhớ đến đặc điểm này ) - Port 1: là một port I/O trên các chân 1-8 - Port 2: là một port công dụng kép trên các chân 10-17,các chân của port này có nhiều chức năng,các công dụng chuyển đổi . - Có liên hệ với các đặt tính đặt biệt của 8951 như bảng sau: ● Các tín hiệu điều khiển : Chíp AT 8951 có các tín hiệu điều khiển cần phải lưu ý : Chân EA\ (External Acess): Tín hiệu vào EA\ trên chân 31 thường được mắc lên mức cao (+5v) hoặc mức thấp (gnd).Nếu ở mức cao,8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4KB hoặc 8KB đối với 89C52).Nếu ở mức thấp,chương trình được thi hành từ bộ nhớ ngoài mở rộng (tối đa 64kB). Chân PSEN\ (progam store enable): là tín hiệu trên chân 29,nó là tín hiệu điều khiển cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng.PSEN\ thường được nối đến chân OE( out put enable) của một EPROM hoặc ROM cho phép đọc các bye mã lệnh . Các chân nguồn: AT 8951 hoạt động với nguồn đơn 5v. Vcc được nối vào chân 40,Vss(gnd) được nối vào chân 20. Trong mạch sử dụng: Port 0 (xung giây), Port 3.0 (xung phut), Port 3.1 (xung giờ), Port 3.2( chỉnh phút), Port 3.3( chỉnh giờ). b.Giới thiệu các IC số : ● IC 4017: Cấu trúc bên trong IC 4017: Giản đồ xung của IC 4017: ● IC 7408: Bảng trạng thái : H : trạng thái mức cao L :trạng thái mức thấp ● IC 4072 : Cấu trúc bên trong IC 4072: ● IC TD62783 thay thế cho IC 2981: c.Cấu tạo của Led Đơn: Led được viết tắt là (Light emitting diode) là diode có khả năng phát ánh sáng hồng ngoại tia tử ngoại.Cũng giống như diode,Led được cấu tạo một khối bán dẫn loại p ghép nối với một loại bán dẫn loại n . Hoạt động của Led giống với nhiều loại diode bán dẫn ,tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau .Led thường có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường khoảng 1,5-3vol ,nhưng điện thế phân cực nghịch ở Led không cao do đó Led dễ hỏng do điện thế ngược gây ra,dòng chịu trên Led là 20-30 mA. Kim giờ được sử dụng gồm 11 Led đơn ta có dòng cấp cho Led : LED = 20 mA * 11 led đơn = 220mA LED = 30 mA * 11 led đơn = 330mA Kim phút được sử dụng gồm 16 Led đơn,ta có dòng cấp cho Led: LED = 20mA * 16 led đơn = 320mA LED = 30mA * 16 led đơn = 480mA Kim giây được sử dụng 1 led đơn ta có dòng cấp cho Led: LED = 20mA*1 led đơn = 20mA Vậy khi hoạt động dòng chịu trên toàn led đơn là khoảng: 540mA- 800mA. Sơ đồ đấu dây của Led đơn: Led đơn nằm chính giữa tâm đồng hồ được đấu trực tiếp nguồn sáng liên tục. d. Cấu tạo của Led 7 đoạn: Led 7 đoạn hiện số được đấu trực tiếp nguồn vào . 2.1.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Vi xử lý 8951 được sử dụng tạo ra dao động với tần số 1Hz, trong đó các chân port được sử dụng để chỉnh giờ và phút.Port P3.2 –Port P3.3 được sử dụng để chỉnh phút,chỉnh giờ. Cứ chỉnh đúng 60 phút thì kim giờ sẽ dịch một kim ,ta có thể chỉnh kim giờ theo tùy ý nhưng sẽ không chính xác và cập nhật đúng giờ vì thế để chính xác nhất ta nên chỉnh kim phút là tốt nhất .Và xung giây thì nó hoạt động cứ 60 giây thì nó lên 1 phút và cứ 60 phút sẽ lên 1 giờ . Khi vi xử lý tao dao động 1 Hz là tương ứng với xung giây được cấp vào IC 4017 tại chân 14 (xung clock), và vào chân số 10 của IC 7408,tại chân số 9 của 7408 được kết nối với chân 13 ( chân cho phép trạng thái ở mức 1 )của IC 4017. Khi xung giây ở mức 1 hoặc mức 0 thì ngỏ ra ở chân số 8 của IC 7408 được kết nối với chân xung clock của IC tiếp theo sẽ tác động và cứ thế cho đến IC cuối cùng và đủ 60 giây ứng với 60 ngỏ ra của IC 4017.Ngỏ ra cuối cùng của IC 4017 được kết nối với xung phút khi xung giây đã đủ 60 giây thì được kích xung phút dịch lên một kim.Từ xung phút ta lấy ngỏ ra ,cứ 12 chân ngỏ ra tương ứng với 12 giờ ta lấy 1 chân out kết nối với IC 4072 và ta sẽ lấy ra được 5 chân out kết nối vào IC 4072 và chân ra cuối cùng là chân 13 sẽ được cấp vào xung giờ .Tại ngỏ ra cấp cho Led đơn hoạt động và hiển thị chính là tại các chân ngỏ ra của IC 4017 và được cấp vào IC TD 62783 dùng để khuếch đại dòng cấp cho Led sáng và hoạt động Và chu trình cứ hoạt động chỉ khi mất điện thì đồng sẽ không hoạt động ,khi có điện lại ta lại bắt đầu chỉnh phút lại và đồng hồ tiếp tục cập nhật và hoạt động lại bình thường . CHƯƠNG III THIẾT KẾ CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG 3.1 KHỐI NGUỒN VÀ KHỐI VI XU LY : 3.2 KHỐI SỬ DỤNG IC 62783 CHO LED ĐƠN: 3.3 KHỐI ĐIỀU KHIỂN GIỜ -PHÚT –GIÂY: 3.4 SƠ ĐỒ LAYOUT TOÀN MẠCH: 3.4 LƯU ĐỒ HOẠT ĐỘNG : START KHỞI ĐẦU 12 GIỜ CHỈNH GIỜ CHỈNH PHÚT CẬP NHẬT GIỜ VXL TAO XUNG 1 HZ ĐẾM 60 GIÂY(4017) ĐẾM 60 PHÚT(4017) ĐẾM 12 GIỜ(4017) 3.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN : INCLUDE 89C51.MC ORG 0000H JMP CT_CHINH ORG 0003H JMP CHINH_PHUT ORG 0013H JMP CHINH_GIO ORG 0030H ;******************************************************** CT_CHINH: MOV TMOD,#01H ;CHON TINER 0 CHE DO 16BIT MOV IE,#85H ;b(100001001)CHO 2 NGAT NGOAI HOAT DONG MOV TCON,#00H ;DINH DANG NGAT NGOAI MUC THAP LOOP3: MOV R0,#10 MOV C,P2.0 ;DOC XUNG GIAY HOI TIEP VE C NOP MOV P3.0,C ;XUAT GIA TRI C RA P3.0 NOP MOV C,P2.1 ;DOC XUNG PHUT HOI TIEP VE C NOP MOV P3.1,C ;XUAT GIA TRI C RA P3.1 LOOP: MOV TH0,#3CH MOV TL0,#B0H SETB TR0 JNB TF0,$ CLR TR0 CLR TF0 DJNZ R0,LOOP CPL P0.0 SJMP LOOP3 ;************************************************** CHINH_PHUT: SETB P3.0 ACALL DELAY CLR P3.0 ACALL DELAY RETI ;************************************************** CHINH_GIO: SETB P3.1 ACALL DELAY CLR P3.1 ACALL DELAY RETI ;************************************************** DELAY: MOV R2,#250 LOOP4: MOV R1,#250 DJNZ R1,$ DJNZ R2,LOOP4 RET END CHƯƠNG IV MÔ HÌNH THỰC TẾ