Đề tài Tìm hiểu về vấn đề nguyên lý hoạt động và tạo một mô hình đồng hồ hiển thị kim đồng hồ bằng Led đơn

LỜI NÓI ĐẦU “Thời gian là vàng là bạc Thời gian khơng chờ một ai” Câu nĩi trên thật đúng,nhất là trong thế kỷ 21 này.Một thế kỷ 21,với những con người năng động sáng tạo.Họ khơng chờ đợi những gì người khác mang đến,mà luơn chủ động,tìm kiếm và tạo ra nĩ. Thế nhưng để được chủ động,được sáng tạo,được thiết kế và tìm tịi 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 cĩ ích cho xã hội.Để đạt được những điều trên,tất cả chúng ta khơng ai phủ nhận vai trị 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 trị quan trọng của người Thầy bây giờ,hiện tại và tương lai tiếp tục được ghi nhận.Tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các quý Thầy Cơ đã giảng dạy tơi trong suốt quá trình học tập tại trường.Đặc biệt tơi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Nguyên Bảo Trân.Chính Thầy đã khích lệ tơi hồn thành tốt đồ án mơn học này.Tơi xin chân thành cảm ơn của Thầy. TP.Hồ Chí Minh,ngày …..tháng …..năm 2009. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 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 tồn mạch trang 25 Lưu đồ hoạt động trang 26 Chương trình hoạt động trang 27-trang 28 Mơ hình hoạt động trang 29-trang 30 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong thời đại cơng nghiệp hĩa –hiện đại hĩa 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 cĩ thể hoạt động rất tốt mà khơng cần sự tác động trực tiếp của con người.Nĩ giúp chúng ta tiết kiệm được chi phí,thời gian và giải phĩng sức lao động cho con người. Dựa vào yếu tố đĩ tơi đã tìm hiểu và suy nghĩ rằng giờ giấc là một phần quan trọng trong cuộc sống của con người và đĩ là gì ? Thưa đĩ 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 cĩ và cần phải sử dụng nĩ,cĩ rất nhiều loại với nhiều giá cả khác nhau.Từ ý tưởng đĩ tơi đã suy nghĩ: “Tại sao mình khơng làm đồng hồ sử dụng bằng điện thay vì mình sử dụng bằng pin,kim đồng hồ bằng kim loại mình thay vào đĩ 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, tơi đã mạnh dạn bắt tay vào và tìm hiểu về vấn đề nguyên lý hoạt động và tạo một mơ hình đồng hồ hiển thị kim đồng hồ bằng Led đơn.. CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ: Để thiết kế và hồn 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 dịng 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 dịng 800 mA. ● Mơ hình thực tế của đồng hồ . a.Ưu điểm : - Thiết kế hiển thị bằng Led đơn thấy rất đẹp. - Dùng để trang trí - Cĩ thể chỉnh giờ, phút theo ý muốn b. Khuyết điểm: - Kết nối các Led đơn với nhau rất khĩ vì khoảng cách giữa các Led rất gần nhau . - Dễ bị nhiễu khi đĩng 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 khơng hoạt động và khi cĩ điện lại ta phải chỉnh giờ lại và cập nhật giờ như bình thường . c. Hướng phát triển đề tài: Cĩ thể sử dụng thêm khối RTC DS12887 kết nối với VĐK để cĩ thể lưu giờ khi trường hợp mất điện 1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI : Trong đề tài này tơi 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 mơ hình khi sử dụng hiển thị kim bằng led đơn thấy rất đẹp. Cĩ 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 DỊNG 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 cĩ nhiệm vụ cấp nguồn cho các khối trong mạch ,nguồn cĩ ảnh hưởng quan trọng cho tồn mạch,phải cấp đủ áp và đủ dịng để sử dụng cho tồn 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 tồn 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 khơng kỹ sẽ làm ảnh hưởng đến tồn 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 khơng gian bộ nhớ chương trình mở rộng . Một bộ xử lý luận lý ( thao tác trên các bít đơn ) 210 bit được địa chỉ hĩa 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 Điều khiển bus CPU Port nối tiếp Các port I\O Tạo dao động ● Hệ thống giao tiếp port: - Port 0: là một port cĩ 2 chức năng trên các chân 32-39( hãy nhớ rằng trên các chân này chưa cĩ điện trở kéo dương ,do đĩ 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 cơng dụng kép trên các chân 10-17,các chân của port này cĩ nhiều chức năng,các cơng dụng chuyển đổi . - Cĩ liên hệ với các đặt tính đặt biệt của 8951 như bảng sau: ● Các tín hiệu điều khiển : Chíp AT 8951 cĩ 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 ngồi mở rộng (tối đa 64kB). Chân PSEN\ (progam store enable): là tín hiệu trên chân 29,nĩ 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 cĩ 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 phĩng cao hay thấp mà bước sĩng ánh sáng phát ra khác nhau .Led thường cĩ điện thế phân cực thuận cao hơn diode thơng thường khoảng 1,5-3vol ,nhưng điện thế phân cực nghịch ở Led khơng cao do đĩ Led dễ hỏng do điện thế ngược gây ra,dịng chịu trên Led là 20-30 mA. Kim giờ được sử dụng gồm 11 Led đơn ta cĩ dịng 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 cĩ dịng cấp cho Led: LED = 20mA * 16 led đơn = 320mA LED = 30mA * 16 led đơn = 480mA Kim giây được sử dụng 1 led đơn ta cĩ dịng cấp cho Led: LED = 20mA*1 led đơn = 20mA Vậy khi hoạt động dịng chịu trên tồn 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 đĩ 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 cĩ thể chỉnh kim giờ theo tùy ý nhưng sẽ khơng 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 nĩ hoạt động cứ 60 giây thì nĩ 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 dịng cấp cho Led sáng và hoạt động Và chu trình cứ hoạt động chỉ khi mất điện thì đồng sẽ khơng hoạt động ,khi cĩ 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 TỒN 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 MƠ HÌNH THỰC TẾ