Abukcheech
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Với sự ra đời của các chip Vi Điều Khiển đã làm cho công việc thiết kế các ứng
dụng số trở nên nhỏ gọn và mềm dẻo hơn. Chúng có thể được ứng dụng trong
nhiều sản phẩm khác nhau. Trong đề tài thiết kế Đồng hồ thời gian thực em đã ứng
dụng các chức năng sẵn có của Vi Điều Khiển cụ thể là 89S52 vào công việc thiết
kế phần mềm và phần cứng để giao tiếp với IC thời gian thực DS1307. Nhằm mục
đích là thiết kế một đồng hồ chỉ thị thời gian hiện tại với độ chính xác cao. Bài báo
cáo này trình bày các vấn đề:
Giới thiệu sơ lược giao tiếp I2C
IC thời gian thực RTC DS1307
AT89S52: Sơ đồ khối và sơ đồ chân
Thuật toán giao tiếp I2C giữa DS1307 và 89S52
Sơ đồ khối tổng quát
Thiết kế phần cứng
Thiết kế phần mềm
Kết Quả
Lời cảm tạĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 2/20
1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC GIAO TIẾP I2C
Giao thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips
Semiconductor và được gọi là bus I2C. Vì nguồn gốc nó được thiết kế là để điều
khiển liên thông IC (Inter-Intergrated Circuit) nên nó được đặt tên là I2C. Tất cả
các chip có tích hợp và tương thích với I2C đều có thêm một giao diện tích hợp
trên Chip để truyền thông trực tiếp với các thiết bị tương thích I2C khác. Việc
truyền dữ liệu nối tiếp theo hai hướng 8 bit được thực thi theo 3 chế độ sau:
Chuẩn (Standard)—100 Kbits/sec
Nhanh (Fast)—400 Kbits/sec
Tốc độ cao (High speed)—3.4 Mbits/sec
Đường bus thực hiện truyền thông nối tiếp I2C gồm hai đường là đường
truyền dữ liệu nối tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối tiếp SCL. Vì
cơ chế hoạt động là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung tín hiệu đồng bộ. Các
thiết bị hỗ trợ I2C đều có một địa chỉ định nghĩa trước, trong đó một số bit địa chỉ
là thấp có thể cấu hình. Đơn vị hay thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn
vị Chủ và cũng là đơn vị tạo xung nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá
trình truyền. Nếu đơn vị Chủ muốn truyền thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm
thông tin địa chỉ của đơn vị mà nó muốn truyền trong dữ liệu truyền. Đơn vị Tớ
đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị Chủ có thể thiết lập truyền
thông và trao đổi dữ liệu. Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép thực hiện nhiều
đơn vị Chủ và Tớ ở trên cùng Bus.
Quá trình truyền thông I2C được bắt đầu bằng tín hiệu start tạo ra bởi đơn
vị Chủ. Sau đó đơn vị Chủ sẽ truyền đi dữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà
nó muốn truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được
truyền trước. Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị Tớ sẽ thực
hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu. Tiếp theo sẽ là một bit ACK xác nhận bởi
đơn vị nhận đã nhận được 1 byte trước đó hay không. Đơn vị truyền (gửi) sẽ
truyền đi 1 byte dữ liệu bắt đầu bởi MSB. Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị
nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận ACK mới. Khuôn mẫu 9 bit này (gồm 8 bit dữ liệu
và 1 bit xác nhận) sẽ được lặp lại nếu cần truyền tiếp byte nữa. Khi đơn vị Chủ đã
trao đổi xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuối cùng rồi sau đó
sẽ tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền thông.
I2C là một giao diện truyền thông đặc biệt thích hợp cho các ứng
dụng truyền thông giữa các đơn vị trên cùng một bo mạch với khoảng cách ngắn
và tốc độ thấp. Ví dụ như truyền thông giữa CPU với các khối chức năng trên
cùng một bo mạch như EEPROM, cảm biến, đồng hồ tạo thời gian thực... Hầu hết
các thiết bị hỗ trợ I2C hoạt động ở tốc độ 400Kbps, một số cho phép hoạt động ở
tốc độ cao vài Mbps. I2C khá đơn giản để thực thi kết nối nhiều đơn vị vì nó hỗ
trợ cơ chế xác định địa chỉ.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 3/20
2. IC THỜI GIAN THỰC RTC (REAL TIME CLOCK) DS1307
DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời
gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử
dụng, tình bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của Dallas
Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này có 7
thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng,
năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi
trống có thể dùng như RAM. DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân
như trong hình 1.
Hình 1. Hai gói cấu tạo chip DS1307
Các chân của DS1307 được mô tả như sau:
X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao
động cho chip.
VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip.
GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều
khiển. Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì
DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được).
SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver),
tần số của xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như
không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực,
chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch.
SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C.
Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện đơn giản như trong hình 2.ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 4/20
Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch
dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏ địa chỉ và các thanh
ghi (hay RAM). Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip
này. Vì thế có 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các
thanh ghi này thông qua giao diện I2C.
Như đã trình bày, bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa
chỉ từ 0 đến 63 (từ 00H đến 3FH theo hệ HexaDecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ
có 8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ” (RTC) còn lại 56 thanh ghi
bỏ trống có thể được dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh ghi đầu
tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây (SECONDS), phút
(MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng (MONTH) và năm
(YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương đương với việc “cài đặt” thời
gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá trị từ 7 thanh ghi là đọc thời gian thực mà
chip tạo ra. Ví dụ, lúc khởi động chương trình, chúng ta ghi vào thanh ghi “giây”
giá trị 42, sau đó 12s chúng ta đọc thanh ghi này, chúng ta thu được giá trị 54.
Thanh ghi thứ 8 (CONTROL) là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT
(chân 6). Tuy nhiên, do chúng ta không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua
thanh ghi thứ 8. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 được trình bày trong hình 3.
Vì 7 thanh ghi đầu tiên là quan trọng nhất trong hoạt động của DS1307, chúng
ta sẽ khảo sát các thanh ghi này một cách chi tiết. Trước hết hãy quan sát tổ chức
theo từng bit của các thanh ghi này như trong hình 4.
Hình 2. Mạch ứng dụng
đơn giản của DS130
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 5/20
Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ
nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa mã
BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số
hàng chục là 5 (không có giây 60) nên chỉ cần 3 bit (các bit SECONDS 6:4) là có
thể mã hóa được (số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi này là 1
điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được set bằng 1 bộ
dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy, nhất thiết
phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu.
Thanh ghi phút (MINUTES): có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ.
Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã
BCD của phút, bit 7 luôn luôn bằng 0
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Với sự ra đời của các chip Vi Điều Khiển đã làm cho công việc thiết kế các ứng
dụng số trở nên nhỏ gọn và mềm dẻo hơn. Chúng có thể được ứng dụng trong
nhiều sản phẩm khác nhau. Trong đề tài thiết kế Đồng hồ thời gian thực em đã ứng
dụng các chức năng sẵn có của Vi Điều Khiển cụ thể là 89S52 vào công việc thiết
kế phần mềm và phần cứng để giao tiếp với IC thời gian thực DS1307. Nhằm mục
đích là thiết kế một đồng hồ chỉ thị thời gian hiện tại với độ chính xác cao. Bài báo
cáo này trình bày các vấn đề:
Giới thiệu sơ lược giao tiếp I2C
IC thời gian thực RTC DS1307
AT89S52: Sơ đồ khối và sơ đồ chân
Thuật toán giao tiếp I2C giữa DS1307 và 89S52
Sơ đồ khối tổng quát
Thiết kế phần cứng
Thiết kế phần mềm
Kết Quả
Lời cảm tạĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 2/20
1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC GIAO TIẾP I2C
Giao thức ưu tiên truyền thông nối tiếp được phát triển bởi Philips
Semiconductor và được gọi là bus I2C. Vì nguồn gốc nó được thiết kế là để điều
khiển liên thông IC (Inter-Intergrated Circuit) nên nó được đặt tên là I2C. Tất cả
các chip có tích hợp và tương thích với I2C đều có thêm một giao diện tích hợp
trên Chip để truyền thông trực tiếp với các thiết bị tương thích I2C khác. Việc
truyền dữ liệu nối tiếp theo hai hướng 8 bit được thực thi theo 3 chế độ sau:
Chuẩn (Standard)—100 Kbits/sec
Nhanh (Fast)—400 Kbits/sec
Tốc độ cao (High speed)—3.4 Mbits/sec
Đường bus thực hiện truyền thông nối tiếp I2C gồm hai đường là đường
truyền dữ liệu nối tiếp SDA và đường truyền nhịp xung đồng hồ nối tiếp SCL. Vì
cơ chế hoạt động là đồng bộ nên nó cần có một nhịp xung tín hiệu đồng bộ. Các
thiết bị hỗ trợ I2C đều có một địa chỉ định nghĩa trước, trong đó một số bit địa chỉ
là thấp có thể cấu hình. Đơn vị hay thiết bị khởi tạo quá trình truyền thông là đơn
vị Chủ và cũng là đơn vị tạo xung nhịp đồng bộ, điều khiển cho phép kết thúc quá
trình truyền. Nếu đơn vị Chủ muốn truyền thông với đơn vị khác nó sẽ gửi kèm
thông tin địa chỉ của đơn vị mà nó muốn truyền trong dữ liệu truyền. Đơn vị Tớ
đều được gán và đánh địa chỉ thông qua đó đơn vị Chủ có thể thiết lập truyền
thông và trao đổi dữ liệu. Bus dữ liệu được thiết kế để cho phép thực hiện nhiều
đơn vị Chủ và Tớ ở trên cùng Bus.
Quá trình truyền thông I2C được bắt đầu bằng tín hiệu start tạo ra bởi đơn
vị Chủ. Sau đó đơn vị Chủ sẽ truyền đi dữ liệu 7 bit chứa địa chỉ của đơn vị Tớ mà
nó muốn truyền thông, theo thứ tự là các bit có trọng số lớn nhất MSB sẽ được
truyền trước. Bit thứ tám tiếp theo sẽ chứa thông tin để xác định đơn vị Tớ sẽ thực
hiện vai trò nhận (0) hay gửi (1) dữ liệu. Tiếp theo sẽ là một bit ACK xác nhận bởi
đơn vị nhận đã nhận được 1 byte trước đó hay không. Đơn vị truyền (gửi) sẽ
truyền đi 1 byte dữ liệu bắt đầu bởi MSB. Tại điểm cuối của byte truyền, đơn vị
nhận sẽ tạo ra một bit xác nhận ACK mới. Khuôn mẫu 9 bit này (gồm 8 bit dữ liệu
và 1 bit xác nhận) sẽ được lặp lại nếu cần truyền tiếp byte nữa. Khi đơn vị Chủ đã
trao đổi xong dữ liệu cần nó sẽ quan sát bit xác nhận ACK cuối cùng rồi sau đó
sẽ tạo ra một tín hiệu dừng STOP để kết thúc quá trình truyền thông.
I2C là một giao diện truyền thông đặc biệt thích hợp cho các ứng
dụng truyền thông giữa các đơn vị trên cùng một bo mạch với khoảng cách ngắn
và tốc độ thấp. Ví dụ như truyền thông giữa CPU với các khối chức năng trên
cùng một bo mạch như EEPROM, cảm biến, đồng hồ tạo thời gian thực... Hầu hết
các thiết bị hỗ trợ I2C hoạt động ở tốc độ 400Kbps, một số cho phép hoạt động ở
tốc độ cao vài Mbps. I2C khá đơn giản để thực thi kết nối nhiều đơn vị vì nó hỗ
trợ cơ chế xác định địa chỉ.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 3/20
2. IC THỜI GIAN THỰC RTC (REAL TIME CLOCK) DS1307
DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời
gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử
dụng, tình bằng giây, phút, giờ… DS1307 là một sản phẩm của Dallas
Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này có 7
thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng,
năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi
trống có thể dùng như RAM. DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân
như trong hình 1.
Hình 1. Hai gói cấu tạo chip DS1307
Các chân của DS1307 được mô tả như sau:
X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao
động cho chip.
VBAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip.
GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều
khiển. Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì
DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được).
SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver),
tần số của xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như
không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực,
chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch.
SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C.
Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện đơn giản như trong hình 2.ĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 4/20
Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch
dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao diện I2C, con trỏ địa chỉ và các thanh
ghi (hay RAM). Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip
này. Vì thế có 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các
thanh ghi này thông qua giao diện I2C.
Như đã trình bày, bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa
chỉ từ 0 đến 63 (từ 00H đến 3FH theo hệ HexaDecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ
có 8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ” (RTC) còn lại 56 thanh ghi
bỏ trống có thể được dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh ghi đầu
tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây (SECONDS), phút
(MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng (MONTH) và năm
(YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương đương với việc “cài đặt” thời
gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá trị từ 7 thanh ghi là đọc thời gian thực mà
chip tạo ra. Ví dụ, lúc khởi động chương trình, chúng ta ghi vào thanh ghi “giây”
giá trị 42, sau đó 12s chúng ta đọc thanh ghi này, chúng ta thu được giá trị 54.
Thanh ghi thứ 8 (CONTROL) là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT
(chân 6). Tuy nhiên, do chúng ta không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua
thanh ghi thứ 8. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 được trình bày trong hình 3.
Vì 7 thanh ghi đầu tiên là quan trọng nhất trong hoạt động của DS1307, chúng
ta sẽ khảo sát các thanh ghi này một cách chi tiết. Trước hết hãy quan sát tổ chức
theo từng bit của các thanh ghi này như trong hình 4.
Hình 2. Mạch ứng dụng
đơn giản của DS130
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiĐỒNG HỒ THỜI GIAN THỰC TRANG 5/20
Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ
nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa mã
BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số
hàng chục là 5 (không có giây 60) nên chỉ cần 3 bit (các bit SECONDS 6:4) là có
thể mã hóa được (số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi này là 1
điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được set bằng 1 bộ
dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy, nhất thiết
phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu.
Thanh ghi phút (MINUTES): có địa chỉ 01H, chứa giá trị phút của đồng hồ.
Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã
BCD của phút, bit 7 luôn luôn bằng 0
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: