Xây dựng đồng hồ thời gian thực hiển thị trên LED 7 thanh

Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Mục lục

Lời nói đầu 4
CHƯƠNG 1: Khảo sát và phân tích hệ thống 5
1.1. Giới thiệu chung. 5
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống thời gian thực 5
1.1.2. Khái niệm về hệ thống thời gian thực 5
1.1.3. Các loại hệ thống thời gian thực 6
1.2. Tổng quan về hệ thống 8
Chương 2 : Thiết kế hệ thống 10
2.1. Sơ đồ tổng thể 10
2.1.1. Sơ đồ đặc tả các khối 11
2.1.1.1. Khối nguồn 11
2.1.1.2. Khối Reset 11
2.1.1.3. Khối điều khiển: 11
2.1.1.4. Khối tạo xung dao động: 12
2.1.1.5. Khối hiển thị: 12
2.1.1.6. Khối tạo thời gian thực: 13
2.2. Lựa chọn giải pháp 14
2.2.1. Giải pháp công nghệ 14
2.2.2. Giải pháp thiết kế : 15
2.2.2.1. Quy trình Top-down: 15
2.2.2.2.Quy trình Bottom-Up : 16
2.2.3. Sơ đồ Call graph: 18
2.2.4. Các yêu cầu và giới hạn cho hệ thống 19
2.2.4.1. Các yêu cầu : 19
2.2.4.2. Giới hạn cho hệ thống : 19
2.3. Lựa chọn tổng quan về linh kiện 19
2.3.1. IC thời gian thực DS1307 20
2.3.1.1. Giới thiệu chung về DS1307: 20
2.3.1.2. Cơ chế hoạt động và chức năng của DS1307: 21
2.3.1.3. Mô tả hoạt động của các chân: 22
2.3.2. Vi Điều Khiển AT89C52 29
2.3.2.1. Cấu tạo và chức năng các khối của AT89C52. 29
2.3.2.2. Chức năng các chân của AT89C52 30
2.3.3. Led 7 đoạn. 31
2.3.3.1. Các khái niệm cơ bản : 31
2.3.3.2. Sơ đồ vị trí các led : 32
2.3.3.3. Kết nối với Vi điều khiển: 33
2.3.3.4. Bảng mã của Led Anode chung 33
2.3.4. IC giải mã 74HC138: 35
Kết luận 37
Chương 3: Xây dựng hệ thống 38
3.1. Xây dựng hệ thống 38
3.1.1. Sơ đồ mạch tổng quát 38
3.1.2. Sơ đồ mạch in 38
3.1.3.1. Lưu đồ thuật toán của chương trình chính 40
3.1.3.2. Lưu đồ chương trình quét nút nhấn 41
3.1.4. Chương trình demo 42
Mở rộng đề tài : 54
Tài liệu tham khảo : 55












Lời nói đầu
Ngày nay việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý đang ngày càng phát triển rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều vào các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội. Tuy nhiên ứng dụng cho các hệ thống nhúng ngày nay không đơn giản chỉ dừng lại ở điều khiển đèn nhấp nháy, đếm số người vào/ra, hiển thị dòng thông báo trên matrix led hay điều khiển ON-OFF của động cơ… mà nó ngày càng trở nên phức tạp. Và với xu hướng tất yếu này cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo vi mạch, người ta đã tạo ra những vi điều khiển có cấu trúc mạnh hơn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa hơn so với các vi điều khiển 8 bit trước đây.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, đặc biệt là ngành điện tử, sự phát minh ra các linh kiện điện tử đã và đang ngày càng đáp ứng được yêu cầu của các hệ thống. Ưu điểm của việc sử dụng các linh kiện điện tử làm cho các hệ thống linh hoạt và đa dạng hơn, giá thành thấp hơn và độ chính xác cao hơn.
Sau gần 4 năm học tập và nghiên cứu ở trường, chúng em đã được làm quen với các môn học chuyên ngành. Để áp dụng lý thuyết với thực tế học kỳ này chúng em được giao đồ án môn học hệ thống nhúng với yêu cầu “xây dựng đồng hồ thời gian thực hiển thị trên LED 7 thanh”
Tuy nhiên do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, tài liệu tham khảo có giới hạn nên còn xảy ra nhiều sai sót. Chúng em rất mong mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn và giúp chúng em hiểu biết hơn trong quá trình học tập tiếp theo.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm thực hiện đề tài:
Hoàng Ngọc Tân
Nguyễn Đăng Tuệ
Lê Đức Trọng
CHƯƠNG 1: Khảo sát và phân tích hệ thống
1.1. Giới thiệu chung.
1.1.1. Giới thiệu về hệ thống thời gian thực
Trong những năm gần đây, các hệ thống điều khiển theo thời gian thực là một trong những lĩnh vực thu hút nhiều sự chú ý trong giới khoa học nghiên cứu về khoa học máy tính. Trong đó, vấn đề điều hành thời gian thực và vấn đề lập lịch là đặc biệt quan trọng. Một trong ứng dụng quan trọng của hệ thống thời gian thực (RTS) đã và đang được ứng dụng rộng rãi hiện nay là các dây truyền sản xuất tự động, robot, điều khiển các thí nghiệm tự động, trong thiết kế đồng hồ hiển thị thời gian thực…Thế hệ ứng dụng tiếp theo của hệ thống này sẽ điều khiển robot giống con người, hệ thống kiểm soát thông minh trong các nhà máy công nghiệp, điều khiển các trạm không gian…
1.1.2. Khái niệm về hệ thống thời gian thực
Một hệ thống thời gian thực (RTC) có thể hiểu như là một mô hình xử lý mà tính đúng đắn của hệ thống không chỉ phụ thuộc vào kết quả tính toán logic mà còn phụ thuộc vào thời gian do kết quả này phát sinh ra.
Hệ thống thời gian thực thiết kế nhằm cho phép trả lời lại các yếu tố kích thích phát sinh từ các thiết bị phần cứng trong một ràng buộc thời gian xác định. Ở đây ta có thể hiểu thế nào là một RTS (real time systems) bằng cách hiểu thế nào là một tiến trình, một công nghệ thời gian thực. Nhìn chung trong những RTS chỉ có một số công việc được gọi là công việc thời gian thực, các công việc này có một mức độ khẩn cấp riêng phải hoàn tất. Sự thay đổi của sự kiện trong thế giới thực xảy ra rất nhanh, mỗi tiến trình giám sát sự kiện này phải thực hiện việc xử lý trong một khoảng thời gian ràng buộc gọi là deadline, khoảng thời gian ràng buộc này được xác định bởi thời gian bắt đầu và thời gian hoàn tất công việc. Trong thực tế, các yếu tố kích thích này xảy ra trong thời gian rất ngắn vào khoảng vài mili giây, thời gian mà hệ thống trả lại yếu tố kích thích đó tốt nhất vào khoảng dưới một giây, thường vào khoảng vài chục mili giây, khoảng thời gian này bao gồm thời gian tiếp nhận kích thích, xử lý thông tin và trả lời kích thích. Một yếu tố khác cần quan tâm trong RTS là những công việc thời gian thực này có tuần hoàn hay không? Công việc tuần hoàn thì ràng buộc thời gian ấn định trong từng chu kỳ xác định, công việc không tuần hoàn xảy ra với ràng buộc thời gian vào lúc bắt đầu và kết thúc công việc, ràng buộc này chỉ được xác định vào lúc bắt đầu công việc. Các biến cố kích hoạt công việc không tuần hoàn thường dựa trên kỹ thuật xử lý ngắt của hệ thống phần cứng.
Về cấu tạo, RTS thường được cấu thành từ các thành tố chính sau:
-Đồng hồ thời gian thực: Cung cấp thông tin thời gian thực.
- Bộ điều khiển ngắt: Quản lý các biến cố không theo chu kỳ.
- Bộ định hiểu: Quản lý các quá trình thực hiện.
- Bộ quản lý tài nguyên: Cung cấp các tài nguyên máy tính.
- Bộ điều khiển thực hiện: Khởi động các tiến trình.
Các thành tố trên có thể được phân định là thành phần cứng hay phần mềm tùy thuộc vào hệ thống và ý nghĩa sử dụng. Thông thường các RTS được kết hợp vào phần cứng có khả năng tốt hơn so với phần mềm có chức năng tương ứng và tránh được chi phí quá đắt cho việc tối ưu hóa phần mềm. Ngày nay chi phí phần cứng ngày càng rẻ, chọn lựa ưu tiên phần cứng là một xu hướng chung.
1.1.3. Các loại hệ thống thời gian thực
Các RTS thường được phân thành hai loại Hệ thống thời gian thực cứng (Hard reatime system) và Hệ thống thời gian thực mềm(Soft reatime system ):
Hệ thống thời gian thực cứng là hệ thống mà các hành động của nó phải không bao giờ vi phạm các ràng buộc thời gian trong đó có thời hạn lập lịch, hệ thống phải tiếp nhận và nắm bắt được thời hạn lập lịch của nó tại mọi thời điểm. Hệ thống có lỗi hay sai sót trong việc tiếp nhận thời hạn sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng, thiệt hại về vật chất, gây ảnh hưởng sấu đến sức khỏe, đời sống con người, thậm chí chết người. Với hệ thống thời gian thực cứng dữ liệu trễ là không tốt. Một ví dụ về hệ thống thời gian thực cứng là hệ thống kiểm soát không lưu.Trong hệ thống này, một phân phối đường bay, thời gian cất cánh, thời gian hạ cánh không hợp lý, không đúng lúc có thể gây ra tai nạn máy bay mà hậu quả của nó khó mà lường trước được.
Ngược lại, hệ thống thời gian thực mềm thời gian trả về của hệ thống cho các yếu tố kích thích quan trọng, tuy nhiên trong trường hợp ràng buộc này bị vi phạm, tức là thời gian trả về của hệ thống vượt quá giới hạn trễ cho phép, hệ thống vẫn cho phép tiếp tục hoạt động bình thường, không quan tâm đến các tác hại do sự vi phạm này gây ra.
Trong cả hai loại này, máy tính thường can thiệp trực tiếp hay gián tiếp đến các thiết bị vật lý để kiểm soát cũng như điều khiển sự hoạt động của thiết bị này. Đứng trên góc độ này người ta chia các RTS ra làm hai loại sau:
- Embededed system: Bộ xử lý điều khiển là một phần trong toàn bộ thiết bị, nó được sản xuất trọn gói từ yếu tố cứng từ nhà máy, người ta sử dụng không biết về chi tiết của nó mà thông qua các nút điều khiển, các bảng số. Với hệ thống này, ta không thấy được các thiết bị như trong máy tính bình thường như bàn phím, màn hình… mà thay vào đó là các nút điều khiển, các bảng số, các bảng số hay các màn hình chuyên dụng đặc trưng cho các hệ thống, máy giặt là một ví dụ. Người sử dụng chỉ việc bấm nút chọn chương trình giặt, xem kết quả qua hệ thống đèn tín hiệu…Bộ vi xử lý trong Embeded system này đã được lập trình trước và gắn chặt vào ngay từ khi sản xuất và không thể lập trình lại những chương trình này hoạt động độc lập, không có sự giao tiếp với hệ điều hành cũng như không cho phép người sử dụng can thiệp vào.
- Loại thứ hai là bao gồm những hệ thống có sự can thiệp của máy tính thông thường. Thông qua máy tính ta hoàn toàn có thể kiểm soát cũng như điều khiển mọi hoạt động của thiết bị phần cứng của hệ thống này. Những chương trình điều khiển này có rất nhiều loại, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau và có thể viết lại cho phù hợp với yêu cầu thực tế. Hiển nhiên thì loại hệ thống này hoạt động được phải cần một hệ điều hành(HĐH) điều khiển máy tính. HĐH này phải có khả năng nhận biết được thiết bị phần cứng, có khả năng hoàn tất công việc trong giới hạn thời gian nghiêm ngặt. HĐH này phải là HĐH hỗ trợ xứ lý thời gian thực Realtime operation system (RTOS)

* Một số hình ảnh sử dụng hệ thống thời gian thực dùng trong thực tế

Hình 1.1: Thiết bị sử dụng để theo dõi thời gian thực trong các phương tiện

Hình 1.2: Đồng hồ điện tử hiển thị thời gian thực
1.2. Tổng quan về hệ thống
Đây là ứng dụng sử dụng vi điều khiển để thiết kế một đồng hồ thời gian thực hiển thị trên led 7 thanh, với yêu cầu đảm bảo về:
+ Tính thực thi cao, có khả năng phát triển.
+ Đảm bảo về chất lượng, độ chính xác cao, làm việc lâu dài, bền bỉ.
+ Tiết kiệm chi phí, linh kiện dễ kiếm dễ sử dụng và dễ dàng thay thế khi xảy ra sự cố.
+ Giảm thiểu chi phí, thời gian vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa.
+ Có thể sử dụng riêng (đồng hồ vạn niên xem giờ, ngày tháng năm) hay có thể sử dụng chung ( lắp vào các hệ thống mẹ).
Từ các yêu cầu trên về hệ thống chúng ta thiết kế hệ thống theo hướng sử dụng hệ thống thời gian thực cứng với các ưu điểm của nó. Sau đây là một vài điểm giới thiệu sơ lược:
- Sử dụng LED 7 đoạn để hiển thị vì giá thành rẻ, dễ tìm kiếm.
- Sử dụng IC thời gian thực DS1307. IC này có tác dụng tạo ra thời gian thực tương đối chính xác, bao gồm giờ, phút, giây, thứ, ngày, tháng, năm
- Sử dụng họ vi điều khiển MCS-51(Atmel).
- Sử dụng IC ghi dịch 74HC138 để tăng số lượng chân điều khiển cho vi
RTC sử dụng IC chuyên dụng cho ta độ chính xác tuyệt đối về thời gian thực mà không cần e sợ đến việc có sai số như khi thực hiện RTC bằng Timer. Đây là ưu điểm vựợt trội của RTC thời gian thực và dựa trên đó, ta có thể phát triển rộng rãi hơn các ứng dụng cho phép sử dụng được trong thực tế.
Định hướng phát triển cho các phiên bản sau này:
- Kết hợp với cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ ngoài trời
- Thay đổi phương pháp hiển thị sao cho đẹp và có mỹ thuật hơn (sử dụng ma trận LED).
- Dựa vào ngày tháng năm dương lịch để tính toán ngày tháng năm âm lịch và hiển thị.
- Trang bị thêm chức năng hẹn giờ.
- Hạ giá thành sản phẩm (sử dụng vi điều khiển PIC rẻ hơn).

Tuy rằng LCD cho phép các chế độ hiển thị linh hoạt hơn nhưng không được lựa chọn là giải pháp nâng cấp sản phẩm với các lí do:
- Giá thành cao.
- Tầm nhìn hạn chế, không phù hợp với định hướng sản phẩm là một đồng hồ điện tử dùng để treo tường hay để bàn.

Chương 3: Xây dựng hệ thống
3.1. Xây dựng hệ thống
3.1.1. Sơ đồ mạch tổng quát
3.1.2. Sơ đồ mạch in


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: